面向创新思维能力培养的“模式识别”教学改革

王晗，施佺

[摘 要] 为解决传统讲授式“模式识别”课堂教学方法在学生的创新思维能力训练与培养方面效果欠佳的问题，利用翻转课堂转换课程学习中教师与学生的角色，通过项目教学结合小组协作学习的模式构建学生成果导向的个性化、因材施教的协作式学习环境。经过一个学期的教学改革实验，根据实施效果与学生的问卷反馈结果，尝试提出翻转课堂模式下基于项目教学结合小组协作学习的教学活动设计、相关考核方法及跟进式成果培养的几点体会与建议。

[关键词] 创新思维能力;翻转课堂;项目教学;小组协作学习

[基金项目] 2020年度南通大学教育教学研究项目“创新思维培养导向的研究性课程教学改革研究——‘模式识别为例”（2020B62）

[作者简介] 王 晗（1979—），男，辽宁丹东人，博士，南通大学交通与土木工程学院副教授，主要从事面向智能交通领域的图像处理、计算机视觉、模式识别研究;施 佺（1973—），男，江苏南通人，博士，南通大学交通与土木工程学院教授，主要从事面向智能交通领域的大数据分析、交通流预测研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）46-0077-04    [收稿日期] 2021-06-04

一、引言

2019年国务院发布《交通强国建设纲要》明确提出：从2021年到本世纪中叶，分两个阶段推进交通强国建设。并制定了强化前沿关键科技研发、大力发展智慧交通、完善科技创新机制的创新科技智慧引领落实方式。人工智能是智慧交通领域的智脑，面向智慧交通领域的“模式识别”作为人工智能技术在交通领域的交叉应用课程，以人工智能的原理和方法认识、分析和解决实际交通问题，着重培养学生了解和掌握人工智能的基本理论、基本方法和创新思维，利用深度学习等方法对交通运输系统中的实际问题进行建模、优化、控制及解决方案设计，使学生基本具备以机器学习方法处理交通领域问题的能力。

然而，“模式识别”是一门融合多学科知识的综合性课程，不仅需要高等数学、线性代数、概率论和优化理论等数学基础，还需要数据结构、算法设计和程序语言等计算机知识。对于交通设备控制工程专业的本科生来说，传统的教学内容存在侧重理论讲解、公式推导;缺少工程案例、闭卷笔试为主的考核机制单一等问题。导致课程学习难度大，内容枯燥乏味[1]。此外，传统集体教学存在师生单向交流的现象，教师垄断了整体课堂的信息源，学生处于十分被动的状态。学生的主动性、创造性未能得到充分的发挥，学生之间不能完全实现优势互补，各尽所能，主动参与的积极性不高，与他人的合作较少，学生的创新性思维能力[2]、动手能力、团队协作能力和表达能力等欠缺，这些缺点造成交通相关专业的本科生未来踏入社会后不能顺利实现职业变动和劳动变换，难以适应千变万化的劳动力市场需求，这些能力也正是21世纪大学生应该具备的关键能力。故作为核心课程的“模式识别”课程教学内容建设与教学环境改革势在必行。

综上所述，为培养交通设备与控制工程专业学生的关键能力（创新思维、动手能力、团队协作、语言表达），本文尝试提出翻转课堂模式下基于项目教学结合小组协作学习的教学活动设计与相关考核方法的几点体会与建议。

二、翻转课堂对学生创新思维培养的意义

（一）主动学习—发现问题

传统的教师讲授式课堂教学方法，虽然能够在有限时间内有效率地将需要讲解的课程知识点按照重要程度进行有层次的重点讲述。但却忽略了受教的学生的接受效果。学生在整个的课堂学习中都处于被动的接受中。教师直接把问题及答案按照顺序灌输给学生。在这种教学模式中，学生对于教师直接抛给的问题难以产生浓厚兴趣。

翻转课堂教学模式下，学生是課堂的主体[3]，学生讲授，教师修正、评价和总结。学生在讲解相关知识之前，必须主动学习，理解、消化相关的知识点。而在主动的学习过程中，必然会发现那些自己不理解或者是理解不完全的问题。这种发现问题的过程对于学生的创新思维、学习兴趣的培养非常重要。不同的学生学习过程中发现和遇到的问题不同，针对这些问题教师可以和学生进行有目标的交流。表1为传统讲授式课堂与翻转课堂在培养学生“发现问题能力”上的差异。

（二）主动思考—分析问题

传统的教师讲授式课堂中，教师根据多年的授课经验和自己的理解，将需要讲授的知识点和问题的分析过程提前整理好，按照这个过程逐层、递进地向学生讲解该知识点或者问题的分析过程。这样学生可以跟着教师的思路由浅入深地对问题的分析过程进行理解和记忆。然而，很多的题目和知识点客观存在不同的理解方式和分析思路。如果学生课堂中仅仅依靠教师的讲授很容易束缚自己的思维方式，无法根据自己的理解和容易接受的方式去选择不同的问题分析思路和方法。

翻转课堂中，学生针对知识点和问题主动思考，在查阅大量的资料的基础上，选择和建立容易理解和接受的问题分析过程，从而实现因材施教。这样，可以避免出现对教师解题思路不理解的情况下，死记硬背的现象。同时主动思考、培养符合个人思考方式的问题分析能力。表2为传统讲授式课堂与翻转课堂在培养学生“分析问题能力”上的差异。

（三）主动实践—解决问题

传统的教师讲授式课堂中，教师在提出问题、分析问题后，会直接给出针对该问题的答案或者解决方案。这样的授课过程虽然简单有效，传达的信息量也较大，但无法做到因材施教。所有学生被动、统一地接受教师给出的答案或者解决方案。在某种程度上减少了学生在主动解决问题时所产生的创新思维的训练机会。

翻转课堂中，学生根据自己对问题的理解，主动查阅资料寻求解决问题的方案。每个学生的性格、思维方式、查阅文献的结果不同，这样相同的问题会产生出不同的解决方案，学生解决问题的过程就是自主创新活动的体现，客观上实现了因材施教。而在寻求问题答案过程中遇到的困难、失败也会培养学生的耐性、韧性和对科学的尊重与敬仰。如果认真设计的解决方案有了较好的实验结果，那么这种喜悦、兴奋与内心的满足感又会激励学生继续挑战更难的问题，产生对科研的兴趣。表3为传统讲授式课堂与翻转课堂在培养学生“解决问题能力”上的差异。

综上所述。传统的讲授式课堂教学活动主体是教师，教师通过认真备课和合理的课堂教学活动设计可以在有限的时间内给予学生最大的知识量传授。然而，该方法的不足之处在于难以做到因材施教，在有限的时间内对于每个学生传授的知识与信息均是相同的。因此，难以针对每个学生的特点与接受能力，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。

翻转课堂的主体是学生，通过学生主动课前预习和课堂讲授的过程，实现符合学生自身的性格、思维方式等特点的发现问题、分析问题、解决问题能力的培养，体现每个学生能力的差异与培养过程的多样性。

三、翻转课堂模式下创新思维课程教学改革策略

（一）项目教学结合小组协作学习的教学活动设计

创新小组学习是目前世界上许多国家普遍采用的一种富有创意的教学理论与方略。由于其实效显著，被人们誉为近十几年最重要和最成功的教学改革。各国的小组合作学习在具体形式和名称上不甚一致。如欧美国家称之为“合作学习”，苏联称之为“合作教育引”。综合来看，小组合作学习是在班级授课制背景上的一种教学方式，即在承认课堂教学为基本教学组织形式的前提下，教师以学生学习小组为重要的教学组织手段，通过指导小组成员展开合作，发挥群体的积极功能，提高个体的学习动力和能力，达到完成特定的教学任务的目的。小组合作学习方式使得学生的主动性、创造性得以充分的发挥，学习者一方面可以学会怎样尊重他人、尊重不同意见，另一方面在他人的激励下，能学会怎样克服困难，学会如何与人相处。可以培养学生的领导意识、社会技能和民主价值观。因此，小组合作学习是培养本科生关键能力的一种有效方式。

“模式识别”是一门与工业生产、社会实际问题紧密结合的课程。因此，将社会实际问题作为小组课内研究项目的题目，既让理论知识和客观实际问题有了相互连接的接口，又让学生在利用理论知识解决实践问题的过程中，增强了分析问题、解决问题的创新能力。同时，在项目的驱动下，小组成员可以根据自身的特点自然分工、各司其职。在此过程中，学生的沟通能力、团队协作能力、语言表达能力均得到了锻炼。因此，比起课本章节后的简答、计算、公式推导等课后习题，面向学习小组的课内项目实践训练的形式更加符合当前社会所需的人才能力培养需求。

（二）课程考核方法设计

课程考核采用平时成绩+期末考核的方式能够比较客观地反映学生在整个学期的学习态度、学习能力和学习状态。平时成绩（30%）可以由课堂签到、翻转课堂的发表情况及其作业完成情况确定。而期末成绩（70%）可以根据期末项目组的答辩和项目结题报告内容确定。表4为期末成绩（70%）评定标准

相较于传统的闭卷笔试期末考试，基于期末项目组的答辩和项目结题报告的期末成绩可以较为全面地反映学生在建立问题、分析问题、解决问题过程中资料查询能力、逻辑推理能力、动手实践能力、创新思维能力的表现程度。同时，学生的成绩也会根据上述能力的表现程度不同自然的区分等级，使得教师评分变得容易。避免了传统闭卷考试由学生记忆力决定课程评价的弊端，真正从学生的各方面能力培养效果客观地对其学习效果进行评价。

（三）成果跟进式辅导

一个学期课程的结束，并不代表着学生能力培养的结束。教师可以在期末项目汇报答辩和项目结题报告中挑选出那些有价值的、能够培育出成果的题目。在此基础上利用寒暑假期进行跟进式个别辅导，对其创新点进行优化和升级。通过课外跟进式的辅导，对那些创新思维活跃、动手能力较强、学习态度端正的学生進行因材施教，培育出系列的学术论文、国家发明专利、软件著作权和学科竞赛成绩。这样，对于很多学生是一种从表层被动学习到深度主动学习的转变。对于学生的创新能力、科研精神的培养具有积极的作用。

四、结语

在“模式识别”课程的教学中教师根据教材内容和学生的实际情况选择合适的内容实施创新小组合作学习方式，选择有一定思考价值的问题，如条件、问题、思路、答案具有探索性和开放性，靠近学生思维的最近发展区，要求每位学生都必须完成一系列与学习目标相关的内部知识加工任务，如理解、解释、建立知识点之间的联系、赋予含义、组织数据和评价所学知识的相关性，不仅可以使学生容易接受和掌握课堂知识，还可以引导他们将所学知识运用于生活实践，更重要的是，在合作过程中，利用翻转课堂的方式，让创新小组的创新内容在课堂上得以展示和表达。锻炼了学生的沟通能力、表达能力、团队协作能力及创新能力等关键能力。因此，将创新小组结合翻转课堂方式应用于“模式识别”课程教学改革是行之有效的。

参考文献

[1]高贵，周石琳，孙即祥，等.“模式识别”课程教学改革探索[J].电气电子教学学报，2014，36（6）：35-36+55.

[2]蓝鑫，任民，褚玥莹，等.基于翻转课堂的创新思维课程教学模式改革与实践[J].教育观察，2019，8（36）：46-47.

[3]刘彬.翻转课堂模式下大学英语写作创新思维能力培养研究[J].课程教育研究，2019（21）：105-106.

Reform of Pattern Recognition Course for Training Innovative Thinking Ability

WANG Han， SHI Quan

（School of Transportation and Civil Engineering， Nantong University， Nantong，

Jiangsu 226019， China）

Abstract： In order to improve the poor effect of the traditional teaching model of the course of Pattern Recognition in training students innovative thinking ability， this paper tries to build the student achievement-oriented， personalized， and collaborative learning environment by using flipped classroom to change the roles of teachers and students and through project-based teaching combined with the group collaborative learning model. After a semester of teaching reform experiment， and according to the implementation effect and the students questionnaire survey feedback， we put forward some experience and suggestions on the design of teaching activities， some assessment methods and the follow-up achievement cultivation based on project-based teaching combined with group collaborative learning in flipped classroom model.

Key words： innovative thinking ability; flipped classroom; project-based teaching; group collaborative learning