吴健辉, 张国云, 罗朝明, 涂 兵, 李宏民

(湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006)

基于项目依托的研究生方向课程“一体化”教学改革探索

吴健辉, 张国云, 罗朝明, 涂 兵, 李宏民

(湖南理工学院 信息与通信工程学院, 湖南 岳阳 414006)

传统的研究生方向课程教学模式难以承载现阶段对研究生创新能力培养的需求. 本文在现有研究生培养体系的基础上, 针对研究生方向课程提出基于项目依托的“一体化”教学模式, 将传统的多门方向课程独立教学模式融合为以知识点为中心, 以项目为实施载体, 以学生为主体, 老师为主导的线性教学方式, 促进学生学以致用, 培养其项目研究能力和探究精神, 掌握研究方法, 为后续学习打下坚实的基础.

项目依托; 研究生培养; 方向选修课; 一体化教学

引言

随着国家对创新型人才培养的重视, 以及社会对研究生创新能力的需求不断增加, 越来越多的高校开始反思现行的研究生培养模式存在的弊端, 大家普遍认为研究生教育中传统的课程教学模式是影响我国研究生创新能力的一个重要因素[1]. 通过对已经毕业或者在读研究生的调查, 他们也都认为在使用传统教学方法的课堂上学到的东西很有限. 在研究生课程中, 特别是对于学位课程中选修课程部分, 因为各个不同研究方向的选修课不同, 所以大部分选修课的选课人数很少, 采用传统的课堂教学模式无论是对老师还是学生都很难达到预期效果. 而对于刚开始培养研究生的普通高校, 这个问题尤其明显. 湖南理工学院2014年9月入学的首批研究生中, 信息与通信工程一级学科实际报到13人, 二级学科信号与信息处理中的图像信息处理方向只有3人. 根据培养计划, 2015年上学期开出方向选修课4门, 如果采用传统的教学模式, 对学生和老师都将是沉重的负担. 因此非常有必要开展对研究生方向选修课程的授课方式的研究, 在继承传统教学方法优势的同时, 改革研究生方向选修课程的教学结构和相应的教学方法, 多方位培养学生的研究能力和创新思维, 使之符合国家和社会对新时期人才的需求.

1 研究生课程教学现状

经过30多年不断发展和完善, 我国硕士研究生课程口径更为宽泛, 课程设置更加规范, 课程门数和学分要求都有所增加. 但总体来看, 由于研究生课程建设基础相对薄弱, 课程设置还不能完全适应我国社会经济发展要求和研究生教育自身发展的需要[2]. 目前我国研究生教育课程体系存在的主要问题是研究生课程设置的涵盖面较窄, 课程体系相对局限于特定学科范围之内. 在专业必修课设置上, 过分强调按二级学科甚至研究方向来设定课程, 开课视野存在局限, 体现不出宽口径培养的趋势, 从知识结构上限制了对研究生知识交叉融合及创新能力的培养[3]. 专业选修课的设置多数也按二级学科设置, 很大程度上限制了个性化培养作用的发挥, 使选修课在发挥知识深化作用的同时, 不能很好体现知识扩展的功用[4～6]. 在方向选修课的授课形式上, 有的采用传统的课堂讲授, 有的干脆由学生自学, 达不到课程应有的教学效果[7].针对目前研究生课程设置存在的问题, 包迪鸿[8]等人指出, 研究生教学是以学术性的研究为取向的教学活动, 因此, 研讨式的教学方式应当成为研究生教学的主要方式. 张三强[9]等人谈到, 加强研究生课程学科之间的交叉与渗透, 有助于提高研究生的科技创新能力. 李红英[10]等人指出, 当前我国硕士研究生课程设置过于狭窄, 缺乏系统性和整体性, 部分课程内容较为陈旧, 研究性、前沿性不够, 不利于学生创新能力的培养. 贡福海等人认为, 提高教育质量是21世纪教育发展和课程改革的主题, 要通过精品课程建设,优化课程资源的配置和使用, 使有限的课程资源发挥最大的作用, 产生最好的教育效益, 最大程度地提高教育质量. 目前国内一些高校在研究生课程设置方面都进行了相应的改革, 如清华大学在研究生课程上主导柔性培养, 由导师指导选课, 选修课比例较大. 这一培养模式较好地把“通”与“专”结合起来, 有利于学生综合素质和创新能力的培养. 哈尔滨工业大学实验学院的研究生课程设计模式为培养优秀的拔尖人才而制定, 该模式的培养原则是“按类培养、加强基础、严格分流、突出创新”.

相对于国内研究生培养, 国外高校特别是发达国家高校在研究生课程设置上更加灵活, 能很好地适应市场的需求[11]. 美国高校在研究生的教学内容上可以用几个关键词进行概括, 即理论、方法和案例/实验, 在教学课程的设计上也是按照以上类别进行分类[12]. 其中, 理论反映的是专业领域的知识, 即在专业领域中现有的研究成果; 案例/实验反映了美国高校注重教学内容的学以致用, 而不是追求为了研究而研究. 总体而言, 其教学内容不仅注重覆盖的全面性, 而且注重规范性和实用性. 日本的一些高校在教学内容上, 注重引进最新的知识和学科发展动态, 并能够将教师的科研与教学紧密联系起来, 启发思考[13]. 所采用的教学形式灵活多样, 尤其重视讨论式教学对培养学生发现问题、解决问题能力的作用. 俄罗斯在研究生培养上对实践性教学非常重视, 通过安排大量的实习、设计等实践性活动(这些活动大多是在工厂或企业等地方实现的)使学生获得解决实际问题的能力, 并有助于培养学生的创新精神, 使学生获得组织能力及一定的科研能力[14].

因此, 在研究生培养方式上, 单纯的课堂授课模式无法满足社会对学生知识结构的需求, 有限的课堂教学时间也无法让学生建立系统的知识体系. 结合研究生方向选修课的特点, 应该将该方向的基本理论和方法进行融合, 注重知识点之间的衔接, 从而帮助学生更深入、更系统地掌握该方向的知识. 特别是对刚取得研究生培养资格的高校, 由于每个方向学生有限, 因此更应该围绕方向选修课的设置进行深入改革. 基于此目的, 本文围绕研究生方向选修课开展“一体化”的教学改革与探索, 依托项目对多门方向选修课进行融合, 围绕项目主线既涵盖专业必修的知识点, 也进行项目研究方法的学习, 从而提高研究生的创新实践能力与科学研究能力, 具有重要的实际意义.

2 基于项目依托的研究生方向课程“一体化”模式总体结构

在研究生方向选修课程的设置上, 通过参考多所大学不同专业的研究生培养计划发现, 一般都围绕各个方向的研究内容开设四门左右选修课程, 且四门课程都独立开出, 具有各自独立的教学大纲和授课学时, 基本上采用传统的授课模式开展教学, 课程设置模式如图1所示.

因为方向选修课选课人数相对较少, 而且同时开设四门课程, 对教师和学生都是一个很重的负担, 因而教学效果不佳. 通过深入研讨, 本文在现有的研究生培养体系结构下, 针对研究生方向选修课开展基于“项目依托”为核心的“一体化”教学模式探索, 围绕教学大纲、专题项目遴选与更新、教师团队、教学方法与考核指标体系等方面进行研究和探索, 其总体结构框图如图2所示.

图1 研究生方向选修课的现有教学模式

图2 课程融合总体结构框图

从图2中可知, 假定当前某方向的研究生方向选修课程为4门, 则首先围绕这四门课程及该方向研究生的培养要求, 构建一个以项目为依托的“一体化”课程综合教学大纲. 该教学大纲不是单纯的四门课程教学内容的拼接, 而是围绕该研究方向的知识点进行的整体融合. 课程教学是一个有机的整体, 以项目为依托, 采用循序渐进的方式在一定的时间内完成各个知识点和项目的学习, 从而基本具备该方向对专业知识的应用要求和进一步学习的要求. 然后根据教学大纲的要求进行专业知识点的划分, 围绕该方向研究生的培养要求分层次构建知识点, 各个专业知识点应该前后紧密衔接, 知识深度逐步增加,采用类似金字塔的知识结构让学生逐步明确研究方向, 同时具备扎实的专业知识基础. 最后是根据专业知识点的项目设置, 根据专业知识点设置与之对应的项目, 这是对各个专业知识点理论上的深化, 也是对学生理论知识掌握程度的考核, 更是将专业知识应用到具体项目上, 进行理论联系实际的项目研究的经验积累. 而授课方法和考核指标体系则是对该培养模式进行过程监控和具体实施的重要内容.

3 “一体化”模式的具体实施方案

(1) 构建“项目依托”为核心的“一体化”教学大纲

作为研究生的方向选修课程, 传统的方式是安排4门左右的课程, 每门课程有独立的教学大纲和学时学分, 教学内容涵盖本方向研究领域的基本知识, 在一个学期时间内以并行的模式开设完成. 从课程设置上来说, 系统地学完这些课程, 学生应能系统地掌握本方向研究必备的基本知识、研究方法和研究平台,有助于学生从事接下来的课题研究工作, 但实际开设效果却并不理想. 首先每个方向的研究生人数有限,特别是对刚刚取得研究生培养资格的学校更是如此. 然后是并行开设的课程之间缺乏互相支撑, 例如某一门课程可能需要另一门课程做基础, 但这两门课程在开设上却被安排同时进行, 从而导致教学效果不佳. 第三, 有的课程可能需要较多的教学时间, 有的课程需要的教学时间则相对较少, 而固定设置的课时不利于教学的灵活操作. 因此有必要打破这种传统的课程设置和教学方法, 构建“一体化”的教学大纲, 主要在以下几个方面进行改进:

① 合理的课时安排. 根据培养计划的要求, 方向选修课一般在10个左右学分, 传统模式下每门课程安排40学时. 采用“一体化”教学模式后, 由于课程各个知识点之间能实现无缝对接, 内容上能做到前后一致, 而且老师为主导、学生为主体的模式能让学生投入更多的时间进行课外自主学习, 所以课堂学习时间可以适当减少, 具体课时数可以据实际情况进行设定.

② 课程教学内容设置. 详细列出本方向必备的基本知识要求, 以及通过学习应达到的目标. 专业知识学习的最终目的是为后续课题研究做准备, 让学生系统地掌握本方向必备的知识点是设置本课程的关键点. 因此在教学大纲中必须对本研究方向必备的基本知识点进行规定, 保证学生在学习完后能在此基础上开展进一步的研究工作.

③ 对各部分教学内容进行参考课时设定, 在规定时间内完成各部分规定的教学内容. 根据本课程的总体课时要求及各教学内容的分布情况, 教学大纲对各部分教学内容给出建议的参考教学时间, 时间分配根据课程开始时的具体需求进行设定.

④ 设定阶段性考核的参考时间点和考核指标. 为了保证教学效果和教学进度, 对课程的质量监控应体现在对整个教学过程的监控中, 在各个阶段设定对应的考核点和应达到的要求, 并赋予对应的学分. 传统的期末统一考核模式不适合“一体化”课程的教学特点, 因此需设置与之对应的质量考核体系.

⑤ 对教学方法提出参考建议, 改变传统的授课方式, 将“一体化”课程教学融入到学生的日常学习中, 最终通过项目依托, 不但让学生掌握各个知识点, 而且锻炼学生的项目研究能力, 培养他们必备的科研素养.

(2) 以教学大纲为依据, 设置层次化的专业学习知识点

教学大纲虽然对本课程的教学内容及时间做了安排, 但毕竟是一个整体上的纲领性文件. 在实际实施中应该以教学大纲为依据, 根据当时的实际情况对教学内容进行细化, 梳理出各部分的关键知识点. 教师围绕知识点进行有针对性的指导教学, 做到重点突出, 各知识点体现出层次化分布和循序渐进的特点,以便在掌握知识点后进行实际项目的深化学习. 同时对每一个知识点设置具体的学习目标、内容和详细的

, 使学生在导师的指引下逐渐具备研究生应有的自学能力, 为今后的研究打下坚实的基础.

(3) 依托专业知识点, 设置有代表性的综合性专题研究项目

完成了对各个知识点的学习并不意味着对知识点的全面掌握, 就研究生最终的学习目的来说, 应该以各知识点为基础进行灵活的应用, 同时培养其研究能力和创新精神. 因此在完成相应知识点的学习后,应通过设置项目进行进一步的强化, 既有利于知识点的全面掌握, 也能逐步培养学生项目研究的能力并让他们掌握基本研究方法, 为后续的研究打下坚实的基础. 对各项目设置的具体要求如下:

① 综合性, 即能尽量多的涵盖教学大纲要求的知识点, 可以是一个项目全部覆盖, 通过对项目内容进行分解, 各个不同层次涵盖不同的知识点, 由不同的老师进行授课指导; 也可以根据知识点的难易层次设置多个项目, 一个项目涵盖一部分知识点, 由一个老师指导完成.

② 合理设定研究指标, 无论项目大小, 必须根据教学大纲知识点的设定确定合理的研究指标, 使之难易适当, 在老师的指导下, 学生既能掌握对应的知识点, 同时也能完成项目研究.

③ 项目的最佳来源应该是老师在研项目的一部分, 这样可以保证项目的新颖性和前沿性. 当然也可以是经典的项目或案例, 能达到训练学生掌握本研究方向知识点并灵活应用的目的即可. 但如果是经典项目或案例, 则要进行及时更新, 淘汰过时的内容, 紧跟研究前沿, 让学生对本方向的前沿研究有一定的了解, 为后续的项目研究打下基础.

(4) 以项目为依托, 遴选对应的任课教师团队

为了保证课程的教学效果和教学质量, 按照教学大纲的要求首先遴选出当前学期课程学习所需要的项目, 然后根据项目组建教学团队, 具体人数根据开设项目的实际情况进行设定. 对教学团队中教师的遴选遵循“专业第一”和“动态调整”的原则, 即教学团队中的老师应该是对本领域有着深入研究的专业教师,有很好的专业素养, 了解本领域的研究动态, 能紧跟研究前沿, 并对研究方向有自己的理解; 同时, 课程的教学团队人员不固定, 根据当前学期选定的项目进行动态调整, 充分发挥本领域专业教师的特长, 以期达到最佳的教学效果.

(5) 采用灵活多变的课堂教学模式, 开展研究型教学

改变传统的教师为主导的课堂教学模式, 围绕项目核心, 进行以学生为主体, 老师来引导的研讨式、探究式学习. 有老师指导的学习只是一部分, 大部分应该是学生在导师的指导下围绕项目和知识点进行自主学习. 教学地点不再局限于课堂, 重点应该在实验室.

(6) 建立基于过程监控的质量管理机制

对教学过程进行合理的监督和评价是保证课程教学质量的重要措施. 根据教学大纲要求, 对当前选定的研究项目实施基于过程监控的质量管控机制和科学合理的激励机制, 督促学生在老师的指导下高质量完成课程学习.

① 过程监控. 本文开展的基于项目依托的研究生“一体化”方向选修课程教学模式, 其监管的核心在于过程, 考核的结果只是其中的一个环节. 特别是对于项目的研究, 不能单纯只看项目的研究结果, 而应该是完成项目整个过程的效果, 以及学生在项目学习中的主动性、实际知识点的掌握情况及灵活应用知识的能力等.

② 指标考核. 传统的考试方式从传授知识的角度来讲具备一定的优势, 但难以反映学生对知识的灵活应用能力; 而单纯的论文考核方式则容易出现抄袭的现象, 同时也可能出现并非由本人所完成的冒名顶替现象. 针对基于项目依托的“一体化”课程特点, 采用基于项目的指标考核模式能有效的解决上述问题, 根据不同的知识点和项目, 设置不同的指标体系, 既实现了过程上的全程质量监管, 也能激发学生的学习热情.

③ 激励机制. 在以项目为主线的课程学习的不同阶段, 设置对应的激励方法, 如成绩认定、分阶段学分等, 激发学生的进一步学习热情. 同时分阶段的激励模式也将有助于项目研究的深入开展, 锻炼学生的研究创新能力.

4 “一体化”模式的具体实施及效果

(1) 实施对象

针对湖南理工学院信息与通信工程一级学科所属的“图像信息处理”研究方向的2014届3名硕士研究生, 采用本文所述的项目依托“一体化”教学模式, 对培养计划规定的方向选修课数字图像处理、生物特征识别技术、机器视觉和Halcon应用技术四门课程进行教学改革.

(2) 实施过程

首先通过深入广泛的研讨, 在培养计划和四门课程教学大纲的基础上制定了“一体化”教学大纲, 明确了教学目的和知识点划分, 其知识层次划分为“图像处理基本方法”、“图像处理基本应用”、“图像处理工程案例”、“图像处理前沿探索”和“图像处理必备工具”五个知识模块. 其中“图像处理基本方法”要求学生学习和掌握数字图像处理中最基本的算法与思想, 并能用Matlab工具进行仿真, 对应的项目设置为在Matlab平台上设计一个GUI图形化界面的数字图像处理算法包, 同时完成对应的设计文档; “图像处理基本应用”则强调用前面所学的基本算法进行一些具体的应用, 本次的项目设置为在Halcon软件平台上完成“液晶屏表面缺陷检测系统设计”, 该项目来源于图像研究组与某自动化公司的合作项目, 要求采用合适的图像处理算法, 最大限度地实现对屏幕表面三个常见缺陷的检测; “图像处理工程案例”则是通过一个具体的工程应用产品研发来实现对各个算法的灵活应用, 本次的项目为“指纹识别系统”, 要求利用Halcon软件平台, 从指纹采集、指纹库建立、指纹预处理、指纹特征提取、指纹匹配及结果输出等方面进行系统设计, 并写出设计报告; “图像处理前沿探索”部分安排不同老师进行讲座, 每次讲座后布置一定的参考文献让学生阅读, 讲座全部完毕后要求学生写出文献综述.

(3) 操作方式

课程实施中实际安排三位老师采用顺序模式进行教学, 前面三个知识模块由每个老师负责一块, 学生采用团队模式进行, 即课程中一起学习、讨论和共同完成项目, 而不是每个学生分别完成. 在学习和项目设计中要充分体现团队协作精神, 发挥各自的主观能动性; 老师进行全程监管和及时指导, 纠正一些错误的方法, 培养学生良好的研究习惯. 课程教学全程在实验室进行, 相应模块的任课教师全程在实验室进行监管, 及时进行指导, 发现问题并及时解决. 这对老师来说要求更高, 不但要投入更多的精力, 而且需要该老师在对应的教学阶段全程跟进, 投入更多时间.

(4) 教学效果

课程的改革取得了很好的效果, 学生对知识的掌握和灵活应用能力明显提高, 既让学生掌握了图像信息处理领域的基本知识, 通过项目也锻炼了学生的研究能力, 基本掌握了工程项目的研究方法. 同时由于并行课时减少, 学生在每一个阶段都能集中精力完成当前任务, 更好地激发了学生的学习热情. 通过与其它几个采用传统教学模式的研究生培养方向的教师和学生座谈讨论, “一体化”模式的课程教学方法优势明显, 得到学院、研究生处以及参与改革的教师和学生的一致好评, 同时将在信息与通信工程学科逐渐推广该“一体化”研究生方向选修课教学模式.

5 总结

本文立足于现有的研究生培养体系, 对研究生培养过程中的方向选修课采用基于项目依托的 “一体化”教学模式进行了探索和研究. 针对研究生方向选修课的特点, 构建了与之对应的“一体化”课程教学大纲, 并围绕教学大纲对课程知识点进行设置, 最后以项目为依托完成对各个知识点的学习. 相对传统的教学方法, 该“一体化”教学模式不仅能提高教学效果, 而且有助于学生对专业知识的理解和灵活应用, 在项目设计中逐步形成良好的研究习惯, 培养他们的科研能力和创新思维. 该模式在湖南理工学院信息与通信工程学科“图像信息处理”方向的首次实施效果良好, 得到了学校、学院及相关专家的高度评价. 本文方法同样适用于其它各个研究生培养方向, 为研究生的专业方向课程教学提供参考.

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Study“Integration” Teaching Method Reform for Orientation Course of Graduate Student Based on Project Design

WU Jianhui, ZHANG Guoyun, LUO Chaoming, TU Bing, LI Hongmin
(College of Information & Communication Engineering, Hunan Institute of Science & Technology, Yueyang 414006, China)

The traditional teaching mode of orientation course is difficult to carry the present demand for graduate student innovation ability training. On the present of graduate education training system, the integration teaching method was proposed which for orientation course of graduate student based on project design. This method was fused several independent courses to an integration course of the linear teaching method which for the knowledge as the center, the project as the implementation, the student as the predomination, and the teacher as the domination. It can be promoted the ability of student at project study, research method, and exploring spirit. It will be benefited for the follow-up study in the future.

project design, graduate education, orientation course, integration teaching

G643

: A

: 1672-5298(2016)04-0072-06

2016-03-24

湖南省普通高校教学改革研究项目(湘教通[2015]291号); 湖南理工学院研究生教学改革项目

吴健辉(1977−), 男, 湖南新化人, 博士, 湖南理工学院信息与通信工程学院副教授. 主要研究方向: 数字图像处理, 机器视觉, 模式识别