翻转式在线教学模式下研究生创新能力培养探析

［摘 要］ 为全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，实现高层次人才培养和创新创造的重要使命要求，探索研究生创新能力培养新模式。结合在线教学与翻转课堂两种教学模式，从时间和空间上完全颠覆传统教学模式，形成翻转式在线教学新模式，是培养创新型高素质人才的有效途径。以遥感课程为对象，总结了研究生创新能力培养现状与差距，分析了创新能力与在线教学模式关系，通过理论创新、项目牵引、科研赋能，形成了“教学—科研—创新”闭环增长的创新人才培养模式，为培养创新型高素质人才打下基础。

［关键词］ 研究生教育；创新能力；翻转课堂；在线教学

［基金项目］ 2020年度国防科技大学教育教学改革研究课题项目“面向研究生创新能力培养的‘翻转式’在线教学模式实践与探索”（yjsy2020035）

［作者简介］ 张思乾（1987—），女，安徽合肥人，工学博士，国防科技大学电子科学学院副教授，硕士生导师，主要从事遥感基础理论教学、合成孔径雷达信号和图像处理研究；赵凌君（1981—），女，安徽安庆人，工学博士，国防科技大学电子科学学院副教授，主要从事遥感信息处理研究；熊博莅（1981—），男，湖南益阳人，工学博士，国防科技大学电子科学学院副教授，主要从事信息与信号处理、遥感图像解译科学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）10-0173-04 ［收稿日期］ 2023-01-05

一、研究背景

研究生教育是国民教育的顶端，肩负着高层次人才培养和创新创造的重要使命，是国家发展、社会进步的重要基石，是应对全球人才竞争的基础布局［1］。习近平总书记在党的二十大报告中指出：“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。”可以说，创新能力的培养是研究生教育的核心任务。全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才成为创新型国家建设的关键部分。

自2020年开始，教育系统迎来了一场由线下转向线上教学的挑战。在线教学既是非常时期开展教学的现实需要，更是学校教育面临信息时代的必然选择。在线教学促使传统教学模式变革，重建课程结构、改进教学方式，教师上课形式多样化，学生拥有更加自主、个性化的学习体验。经过多年教学实践和经验探索，翻转课堂通过转变传统教与学模式，促进学生对专业知识深入理解、系统整理和实践运用，为提高研究生创新思维、培养创新型高素质人才提供了有效途径。

翻转课堂要适应在线教学，就必须进行改造和优化，翻转的理念和环节不变，为激发学生的创新思维、提高学生动手实践能力、培养学生协作精神，结合当前在线教学的大趋势，探索基于翻转式在线教学的研究生创新能力培养模式。依托合理的教学体系和方法，优化配置线上线下教学资源，通过科研活动赋能教学过程，把优质科研资源转化为育人资源和优势，把科研设施转化为教学创新平台，把科研成果转化为教学内容，实现研究生知识体系的充实和创新能力的培养［2］，形成“教学—科研—创新”闭环增长的创新人才培养模式。

二、研究生创新能力培养需求分析

（一）研究生创新能力的内涵

创新能力、实践能力和创业精神是研究生教育的核心内容，也是衡量研究生教育质量的重要指标［3］。创新能力与知识储备、创新思维和创新实践紧密关联，知识储备是基础，创新思维是核心，创新实践是保障，因此创新能力是一个多维度、多层次、多元化的综合表现［3］。

（二）研究生创新能力培养的现状与主要差距

1.传统培养模式与创新能力培养需求的矛盾。我国高等学校在研究生培养过程中过分重视学术型、理论型人才培养，培养模式也主要注重在课堂上知识的传授，对研究生的科研素养培养关注较少，导致学生的创新能力和实践能力不足。然而，研究生在完成课程学习后，需要立刻开展极具创新能力的课题与项目研究。传统培养模式与现实创新能力培养需求的脱节，在课程学习的过程中缺乏科研素养的培养和训练，必然导致其质疑精神的缺失、批评性思维的匮乏，在实际课题研究中总结不出规律、发现不了问题，缺乏自主创新思维。即使提出了问题也不知道如何解决问题，独立分析问题和解决问题的能力更是明显不足。

2.传统教学内容与创新人才培养目标的矛盾。随着科技的快速发展，传统教学内容的更新和迭代速度就明显过慢，课堂教学内容陈旧，配套算法和案例过时，导致研究生无法了解学科技术最新动向、无法紧跟学科发展前沿，学习视野不够宽广，知识结构不够合理。在实际科研工作中，研究生们往往发现现在使用的知识、算法、案例都不是课堂中所学习到的内容，教学内容与实际科研应用脱节，不能实现以教促研、教研相长的良性循环。传统的教学内容、理论知识点、案例分析与创新性人才培养的目标和要求不匹配，无法相辅相成实现同频共振。

3.传统教学方法与创新思维培养高度的矛盾。传统教学方法在课堂上以教师讲授课程知识为主，学生被动接受知识，基本上只能达到听懂和理解的层次。这种教师单向讲授的教学方法，一方面枯燥无味的“满堂灌”授课方式，导致学生对课程内容提不起兴趣，无法积极主动地思考和理解，对知识点也是“知其然而不知其所以然”；另一方面，理论课程与实践课程分开讲授，配套的实践课程课时少，实践课程内容与理论课程知识点不对应或者实践难度明显降低，“纸上谈兵终觉浅”，无法充分锻炼学生的动手实践能力，导致对创新能力的培养浮于表面，未能达到实际工作中对研究生创新思维培养的维度和高度要求。

三、在线教学模式分析

（一）在线教学模式

在线教学是指依托在线资源、网络工具和网络平台，在互联网上实现异地教学的一种新型教学形态［1］。根据教师和学生是否分离，可以将在线教学模式划分为在线开放课程教学模式和网络直播教学模式。

1.在线开放课程教学模式。教师和学生在空间和时间上都是分离的，使学生可以不受时间、地点的限制进行学习，并允许学生根据个人学习特点自我调节学习进度，以提高自主学习和创新能力。其中最为典型的是以2011年美国斯坦福大学开设的大规模在线开放课程（Massive Open Online Course， MOOC）［4］。在此基础上，我国高校也大力发展MOOC课程，例如清华大学推出了“学堂在线”等［4］。2013年美国加州大学伯克利分校的Fox教授提出了SPOC（Small Private Online Course），即小规模专有在线课程，将MOOC本地化为可供在校学生学习的课程模式［5］。SPOC以其“小规模”和“专有性准入”的特点，改变了传统课堂教学模式，学生通过自主学习、合作探索，增强了学习的交互性和灵活性，是一个创新能力培养的过程［5］。

2.网络直播教学模式。随着网络直播技术的不断发展和成熟，网络直播教学模式作为一种更为直接、更为高效的教学方式，利用实时通信媒体或软件构建虚拟教室，实现同步在线教学［1］。与在线开放教学模式相比，网络直播课程保留了线下课程的师生交互实时性和灵活性，课程设计更为灵活，有利于教师对学生的指导作用，并可以及时获取学生学习效果的反馈，实时调整课程整体进度和安排。现有的网络平台数不胜数，以钉钉、腾讯会议、Skype、Zoom为代表的直播工具与平台各具特色、各有优势，有力支撑了近几年的在线教学任务，也为MOOC、SPOC等基于在线开放课程的教学模式起到了相互促进作用，为研究生创新能力培养开辟了一种新的途径。

（二）翻转式在线教学模式

翻转课堂教学模式起源于21世纪90年代［6］，改变了“教”和“学”的模式，它将传统的“教师课堂讲授知识，学生课后复习实践”的以教师为主的教学模式转变为“学生课前在线知识传递，教师课内引导知识内化”的以学生为主的教学模式。而翻转式在线教学是结合了翻转课堂和在线教学两种教学模式，在传统在线教学模式下，从时间和空间上完全颠覆了传统的“教—学”模式。学生在课前通过微视频、MOOC等资源线上自主学习课程内容，完成“学”的任务。在线课堂中，教师主要解答学生问题、澄清相关概念、启发在线讨论以及引导学生开展在线交流等，同时通过线上应用练习或检测来进一步强调、巩固、加深或延伸相关知识，引导学生完成对知识的理解、内化和升华。该教学模式是对专业知识深入理解、系统整理和实践运用的过程，是培养创新型高素质人才的有效途径［7］。

四、基于翻转式在线教学的研究生创新能力培养模式

为激发研究生的创新意识和创新思维，增强研究生的合作精神及工程实践能力，基于翻转式在线教学的研究生创新能力培养模式如图1所示。

（一）整合线上资源，构建多元化教学课程

1.网络教学平台配置。遥感课程理论性强、实践应用需求多，在线实时交互的信息种类多，包括文本、信息、图像、视频等，网络教学平台应具备真实、高效、实时互动等特点。利用雨课堂等在线教学平台，实现班级管理、课堂考勤、在线作业提交与批改、课件分享、在线测试与自动判分、课程任务公告等多种功能，贯穿课前、课中以及课后全教学环节。研究生课程对课堂互动要求高，通过腾讯会议等在线会议软件平台，共享屏幕能将PPT课件、语音等信息实时同步传递给学生，在进行翻转式在线教学时，学生也可以通过共享屏幕实现在线实践操作，确保了教师与学生之间的有效互动。此外，将微信等实时通信工具作为辅助平台，使在线教学更高效、反馈更及时、评价更精准全面。

2.教学资源重组。目前我校遥感系列研究生课程体系都是基于线下教室授课模式建立的，现有的课程教学资源难以适应网络授课“空间分离”带来的特殊性，不能有效结合学生的知识背景，突出知识点和实践应用的内在关联性，实现在线学习的逐步深入和拓展。为了提升在线教学的吸引力，激发学生学习的积极性，需要从“课程—人员—环境”三个维度整合教学资源。（1）优质网络教学资源重组。以本专业方向的国内外优质教材、多媒体及本校现有专业课程体系为基础，结合现有的案例库，改编和整合课程资源，整合直观的配图、动画、视频，拍摄微视频，制作课程网站和资源素材，设计与知识点连贯一致的实验内容。（2）高素质授课教师团队建设。科学遴选团队负责人，并从学历、年龄、实践教学经验及教研能力等方面入手，选取一批知识素质技能互补、学科交叉、分工协作、指导实践经验丰富的教师加入教学团队。（3）配套遥感处理环境和数据。在线课程实践需要为学生配备完善的遥感处理及编程环境。一方面，包括提供成熟的遥感地学软件和一些常用的编程软件，方便学生自主实现遥感数据的处理。另一方面，集中和归类遥感图像数据，实现针对线课程实践过程中遥感数据的统一有效使用。

（二）坚持问题导向，项目牵引创新能力培养

创新思维的培养首先是需要有提出问题的能力，为了强化学生“发现问题—分析问题—解决问题”的创新思维模式，采用先进的PBL（problem-based learning，基于问题的学习）教学模式［8］。通过引导学生解决复杂的、实际的问题，使学生构建宽厚而灵活的知识基础，发展有效的问题解决能力，发展自主学习和终身学习的能力［8］。问题的提出不能脱离实际应用，在研究生的教学中，应在项目牵引下，构建真实的应用背景，让学生可以在研究中学习知识，在学习中体会研究的乐趣。例如，在翻转式在线课程中，结合目标分类识别相关知识，让学生利用船舶自动识别系统AIS数据提取基本特征，实现各类典型舰船目标的分类、标注和数据关联。

（三）加强实践实训，案例引导科研赋能教学

创新能力的培养已经成为研究生教育的核心，而这与实验教学是密不可分的，在教学过程中大力加强实践实训，培养学生面对实际具体问题，合理运用所学知识解决问题的动手能力。传统单一的教师操作演示、学生复现实践的实验教学模式，仅仅只是对教师行为的一种模仿，没有代入自主的思考、创新的探索。案例教学方法是通过把实际教育过程中真实的情景加以典型化处理形成案例，引导学生独立研究和相互讨论，提高分析问题和解决问题的一种方式，是提高学生实践能力培养的一种重要途径［6］。通过引入应用案例——遥感图像融合辅助提取海岸线信息，支撑现代信息化战争下两栖登陆作战。科研成果进入课堂，引导学生思考、激发学习兴趣，鼓励学生敢于创新，培养学生的创新思维。