PAT多模共融协同培养在实践教学中的探索——以信息处理综合实践课程为例

徐美芳，王浩全，陈友兴，金永，张敏娟

（中北大学 信息与通信工程学院，山西太原 030051）

为了培养社会所需的新工科人才，各高校日益重视实践教学[1-3]，中北大学信息与通信工程学院围绕培养适用于社会和区域经济发展的高素质应用型人才，以电子信息类专业建设为契机，积极探索综合实践课程的教学改革。信息处理综合实践课程是学院电子信息类大三学生专业实践类的基础课，是着重提升学生一维信号与信息处理综合能力的关键环节。为此，本文结合新工科人才培养对学生实践创新能力的要求，探索以课程思政[4-5]融入“项目驱动（Project-driven）[6-7]、能力导向（Ability-orientation）[8-9]和师生联动（Teacher-student-interaction）[10]，简称PAT 的多模共融协同培养模式在信息处理综合实践课程中应用的教学改革，为培养一批创新能力强、适应经济社会快速发展需要的高质量电子信息工程技术人才奠定基础。

1 信息处理综合实践课程特点

信息处理综合实践课程涉及的基础理论和学科领域相当广泛，内容多、起点高、理论性和实践性都很强。随着信息计算技术与互联网信息技术的快速发展，信息处理技术在交叉、融合、借鉴移植的过程中不断完善理论体系，其已被应用到工业、通信、交通运输、医学、生物学、军事、航空、天文等多个领域。

信息处理技术领域不断涌现出新算法和新应用，课程已有的教学内容与之不相匹配。因此，需要研究如何在有限学时内充分利用各种教学资源，使学生在掌握基础理论知识的同时，能熟悉理解学科前沿知识和发展趋势，将基础理论知识与现行的主流学说相结合，融入工程设计理念，为今后从事信息处理相关领域的技术工作夯实基础。

2 人才的需求

信息处理新技术不断涌现，技术更新周期缩短，对从业人员的专业水平提出了更高的要求，从业人员需要及时更新知识结构。该行业从业人员需要具有较强的项目意识和专业性，相关工程师、项目经理等人员都要具备非常专业的技术知识。据CNN 和PayScale 调查，在最具潜力的高薪职业中，算法工程师、研发工程师、AI 视觉、人工智能等与信息处理技术行业相关的职业都位居前列；在国内一些知名企业的高薪招聘清单中，信息处理技术岗位的占比在90%以上。可见，大量高、新、精产品层出不穷，行业需要综合素质高、实践技能强、专业性强的高级实用型技术人才，高校实践教学作为人才培养和科技孵化的重要平台，必须顺应发展，进行创新改革，满足社会对人才的需求。

3 传统教学模式的局限

信息处理综合实践课程是在基础技能实践课程的基础上，将专业基础理论进一步综合实践并加以阐述的关键环节。但在实践教学中，指导教师仍采用传统的单一教学模式，即“教师拟题→学生分组选题→集中辅导→答辩与报告评价”，这种“单线式”模式的实践教学导致各环节联动性低[11-12]，学生在学习过程中的主动性和参与度不高，在学生创新和实践能力的培养上很难达到理想效果，也不能保证实践教学质量的高效完成。

4 PAT多模共融协同培养教学模式探索

PAT 模式是在信息处理综合实践课程传统教学模式的基础上，探索“以学生为主体、以教师为主导”“以课程目标达成为指针”“以能力和素质培养为主线”，将夯实基础、注重实践和引导创新的教学理念贯穿始终，通过增加“342 策略”、融入PAT 和思政元素，形成知识传授、能力培养和协同育人的PAT 多模共融协同培养教学模式，基本框架如图1所示。

图1 PAT 多模共融协同培养的教学模式框架

以项目为驱动，构建3 类拟题。将实践教学的首要环节“教师拟题”中教师根据典型应用自主命题的比例下调至25%，将由教师在研项目分支出的子项目提炼出实践教学选题的比例提高至65%，增设学生自主命题。所有项目均是以工程问题为研究背景，以工程应用领域中各种信号为研究对象，以信息处理算法为中心，完成信号的获取、处理和显示等任务。学生通过参与教师的在研项目和对自己感兴趣题目的持续探究，激发学习热情，激发创新思维并拓宽专业视野。

以能力为导向，由4 个反馈形成4 次循环，通过面对面、QQ、学习通与腾讯会议等方式打通线上线下反馈途径，提升学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。在第1 次反馈循环中，学生根据教师对项目的解析组队选题、细分任务、调研，结合调研结果对任务的可执行性和技术要求提出质疑，并反馈给教师，进行第1 次讨论，完善选题及其要求，此次反馈循环让学生对选题要求的任务更明确、对技术指标的认识更清晰，也增加了任务执行度；第2 次反馈循环是实践教学的重要执行环节，在辅导过程中，教师可就学生在执行任务过程中遇到的问题或学生分享中提出的质疑展开组内讨论，并适时增设工程问题、给予建议或相应指导，引导学生通过“实践→提高→实践”多次反复循环，解决项目的具体问题，探索未知问题，提高学生学习的可迁移性和可增值性，实现知识到能力的转化；一般情形下项目中每个任务的完成都需要学生运用已学过的理论和拓展的知识，这样学生会借鉴或改进文献中提供的理论和算法，但在此过程中学生难免对新的理论理解不透彻，第3 次反馈循环就是对学生答辩环节陈述中呈现的问题予以辅导，进一步引导学生提升知识运用能力；最后的反馈循环主要是解决学生书面表达和规范格式中出现的问题，引导学生养成科学、严谨的工作态度。

通过分享与讨论以及辅导过程积极推进师生联动。教师在组织学生线上/线下分享的过程中，所有指导教师与学生都参与其中，教师或学生可对分享提出疑问，引发组内和组间的讨论，不同学科背景的教师借此辅导并分享知识，增加教师与教师、教师与学生、学生与学生的互动，促进学生知识结构与项目任务的关联，形成良好的教学相长的学习、科研氛围，增强学生学习认知能力，提高学生科研素养。

课程实践教学的时间为2 周，教师可在实践的各环节中积极寻找思政元素的切入点，用“育才先育德”的思政育人理念夯实新工科人才文化软实力[13-14]，在知识传授中以润物无声的方式培养学生的科学精神与工程素养，通过知识传授、能力培养和价值引领同向同行、相互促进，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。课程组教师在课程各个设计环节中都融入了相应思政教学元素，如在学生选题环节，在学生调研与教师讲解的过程中，融入“千里之行，始于足下”的思政元素，引导学生坚定目标、持之以恒；在数据采集和处理环节，在学生体验与工程实践相结合的过程中，融入“殊途同归，百虑一致”的思政元素，引导学生形成工程意识和探索、创新的思维。

5 阶段性成效

对近三届学生按照PAT 多模共融协同培养模式的改革思路，调整和优化信息处理综合实践课程的设计环节，取得了阶段性成效：（1）学生拓展知识和独立思考的积极性大幅提高，以往学生遇到问题只会寻求教师的帮助，而今大多数学生都会通过自行查阅大量文献独立解决；（2）学生参与讨论和分享的主动性明显增强，以往辅导过程中仅有几位学生会因算法实现过程中的困难找教师解决，而今每位学生都能勇敢暴露自己的问题和分享自己的成果；（3）学生的创新动力得到激发，以往项目实现过程中所用方法不是源于教材就是来自文献，而今学生会在理解现有方法的基础上提出自己的解决方案。统计电子信息工程专业近三届学生在课程中获得的综合成绩可知：优秀学生比例从23%逐步提高到了50%，中等学生比例从28%降到了20%及以下。通过问卷调查也获知了学生对课程认可度显著增加。由此充分说明了PAT 多模共融协同培养在实践教学中发挥了重要作用。

6 结束语

综合实践课程作为学生理论联系实际的重要平台，是学生巩固、加深和拓展理论知识的有效途径。信息处理综合实践课程的教学应在信号与信息处理基本理论与实践的基础上，结合科研项目，面向社会需求培养学生与时俱进的创新能力。基于此，本文结合各类线上线下平台，提出了PAT 多模共融协同培养的教学模式，该模式通过将“342 策略”融入PAT 和思政元素而构建。自该模式实施以来，教师的工作量有所增加，但教学卓有成效，为实践类课程教学质量的提高提供了创新思路。