以能力为导向的基于模块化案例分析的发现式教学模式探索

胡良梅+张宝+高隽+李平+高榆

摘要：围绕合肥工业大学“以能力导向的一体化教学体系”建设，面向电子信息类研究生的专业基础、特点、诉求，改革教学内容、教学方法和评估方法，开展基于模块化范例分析的发现式教学模式研究，并在《多源信号融合》、《智能信息处理》、《模式识别》、《图像理解》等研究生课程中推广实施，培养学生的系统观念、科技进步观念和跨界创新能力。

关键词：能力导向；融合；创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0122-02

一、引言

培养和造就创新型人才，特别是创新型工程科技人才，是建设创新型国家、实施科教兴国战略和人才强国战略的关键之所在，意义重大。随着新工业革命的到来，跨界创新大量出现，跨学科、跨行业、跨地域培养人才的现象将变得越来越普遍。

信息融合技术研究如何加工、协同利用多源信息，并使不同形式的信息相互补充，以获得对同一事物或目标的更客观、更本质的认识的信息综合处理技术。信息融合技术涉及信息科学的多个领域，其理论与方法已成为智能信息处理的一个重要研究领域，是新一代智能信息技术的核心基础之一，在军事和民用高科技领域得到了广泛地应用[1，2]。由于学科内容的交叉性、新颖性和复杂性，清华大学、上海交通大学、上海理工大学、武汉理工大学、国防科学技术大学等纷纷开设了相关的研究生专业课程，并成为很多研究生的首选课程。

然而《信息融合》的抽象性、复杂性和交叉性使得传统教学存在着理论深度难以把握、应用领域过于单一、研究生学习积极性不高等问题，严重制约了授课质量的提高[3]。研讨式教学方法是研究生课程教学中的一种重要方法[4]。然而如何解决信息融合课程的抽象性、复杂性和交叉性对于研讨式教学过程带来的困难，激发学生的兴趣、培养科技创新意识和能力，还在积极的探索之中。

面向合肥工业大学“以能力为导向的一体化教学体系”建设，以课程目标为出发点，从评估方式、教学方式和方法、教学内容、改进机制等方面进行创新性的整体设计，开展面向《信息融合》课程的基于模块化案例分析的发现式教学模式探索。基于信息融合课程在教学内容、教学方法、考核方式等方面面临的挑战，针对其贴近前沿、发展迅速、算法众多、应用广泛的课程特点，明确教学方针，基于学术界的最新研究进展和课程组的科研成果，通过多学科交叉的模块化案例分析（Case study），探索以能力为导向的发现式教学模式，培养学生的系统观念、科技进步观念和跨界创新意识。

二、以能力为导向的基于模块化案例分析的发现式教学模式探索

1.围绕能力导向的一体化教学体系建设，面向电子信息类研究生的专业基础、特点、诉求，改革教学内容、教学方法和评估方法，开展基于模块化范例分析的发现式教学模式研究。

信息融合作为一门新兴的交叉学科，涉及信息科学的多个领域，集成了包括数学、计算机、信息处理、自动化等学科的内容，其理论与方法已成为智能信息处理的一个重要研究领域，是新一代智能信息技术的核心基础之一。针对其理论发展快、应用范围广的特點，面向电子信息类研究生的专业基础、特点、诉求，从教学方针、教学方法、教学内容等方面开展基于模块化范例分析的发现式教学模式研究，并在《多源信号融合》、《智能信息处理》、《模式识别》、《图像理解》等研究生课程以及信号与信息处理、电子与通信工程专业研究生培养中研究实践推广该教学模式。

发现式教学方法的指导思想是以学生为主体，在教师的启发下，使学生自觉地、主动地探索科学知识和解决问题的方法及步骤，从中找出规律，形成自己的概念[5，6]。结合课程组在科研方面的成果和经验，围绕“发现问题”的宗旨，合理筛选和组织课堂教学内容，有的放矢地实施发现式的教学方法。对于绪论部分，阐明课程特点，明确信息融合的本质，激发学生的学习兴趣；对于抽象的理论部分，“去粗取精”，强调基础性；对于具体的应用部分，结合范例分析（case study），启发学生从“发现问题”到“解决问题”，做到“授人以渔”。

2.研究并实践创新创业教育与研究生专业教育的融合，优化教学内容和课程体系。围绕信息融合的原理与本质，明确课程目标，培养学生的系统观念、科技进步观念和跨界创新精神、创业意识和创新创业能力。课程教学是培养创新型工程科技人才的最基本途径，课程组研究并实践如何把创新创业教育融入和贯穿到研究生专业教育的教学内容和课程体系之中，并重视学科间的交叉与融合。

基于信息融合对于人脑综合处理复杂问题的功能模拟和多学科交叉的内容，通过多模态生物特征认证、多分类器融合目标识别、彩色三维重建等信息融合系统的设计和实现，分析系统中融合层次的选择，培养学生的系统观念；通过多学科交叉的教学内容，培养学生形成“着眼于基础，放眼于未来”的科技进步观念；围绕多源信息融合的本质，培养学生的创新精神、创业意识和创新创业能力。

三、模块化课程内容的设计

围绕课程组的科研成果，从教学内容设计方面，通过多学科交叉的模块化范例分析，促进研究生通识能力、专业能力、拓展能力培养的有机融合。

从教学内容设计方面引导学生的学习模式由本科阶段的理解型、记忆型向研究生阶段的研究型、创新型转变。针对学生本科阶段专业不同、基础不同的特点，对于复杂、抽象的理论基础，提炼精华，进行概括介绍，进行通识能力培养。在范例分析（case study）中设计难度适中的“最近发展区”，并结合科研过程，完整展现从创设发现问题的情境、建立解决问题的假说、对假说进行验证、做出符合科学的结论，到转化为能力的发现式教学。通过设计难度不同的模块，进行专业能力、拓展能力的培养。

相比于抽象、展示度不高的一维信号，选取直观的二维图像为融合处理对象，面向图像处理与分析、多模态生物特征认证、目标识别、三维重建等信息融合在非军事领域的热点应用，结合课程特点及电子信息类研究生的专业基础，选取学生有一定理论基础的小波变换、聚类、决策模板等方法以及信息融合中比较有代表性的D-S证据理论、神经网络、立体配准等方法，设计难度不同的模块，并基于各个模块的范例分析引导学生从发现问题、解决问题到总结规律，实施发现式教学方法。部分模块涵盖的应用、理论基础、学科领域、融合层次、难度如表1所示。

四、結语

信息融合作为一门新兴的交叉学科，其理论与方法已成为智能信息处理的一个重要研究领域，是新一代智能信息技术的核心基础之一。针对其理论发展快、应用范围广的特点，面向电子信息类研究生的专业基础、特点、诉求，围绕合肥工业大学“以能力为导向的一体化教学体系”建设，从课程目标、教学方法、教学内容等方面开展基于模块化范例分析的发现式教学模式研究，并在《多源信号融合》、《智能信息处理》、《模式识别》、《图像理解》等研究生课程中研究实践推广该教学模式，培养学生的系统观念、科技进步观念和跨界创新能力。

参考文献：

[1]何友,王国宏,关欣.信息融合理论及应用[M].电子工业出版社,2010.

[2]潘泉,程咏梅,梁彦,杨峰,王小旭.多源信息融合理论及应用[M].北京:清华大学出版社,2013.

[3]胡建旺,吉兵.“信息融合技术”课题研究式教学探索[J].中国电力教育,2013,(29):70-71.

[4]梁伟,王建华,胡建旺.研讨式教学法在信息融合技术课程教学中的应用[J].中国电力教育,2011,(27):194,201.

[5]刘柏轩.布鲁纳认知理论中的认识论及方法论[D].太原:山西大学硕士学位论文,2012.

[6]张爱卿.放射智慧之光布鲁纳的认知与教育心理学[M].武汉:湖北教育出版社,2000.

Research on the Discovery Teaching Mode Based on Ability-Oriented Modularization Case Study

HU Liang-mei,ZHANG Bao,GAO Jun,LI Ping,GAO Yu

(Hefei University of Technology,Hefei,Anhui 230009,China)

Abstract:Revolving around the construction of ability-oriented integration teaching system,this paper,which is facing with the Electronic Information graduate students' professional basis,characteristics and demands,is to reform the teaching content,the teaching method and the assessment approach,to carry out the research on discovery teaching mode based on modularization case analysis,to promote and implement the method in graduate courses such as Multiple Signal Fusion,Intelligent Signal Processing,Pattern Recognition and Image Understanding,and to develop the students' system concept,scientific and technological advancement concept and cross-border innovation ability.

Key words:ability-oriented;fusion;innovation