贝叶斯网教学中的TBL模式探索
文章编号：1672-5913（2017）05-0125-04
中图分类号：G642
0 引 言
贝叶斯网（Bayesian networks）的研究起源于人工智能领域，是一种将概率统计应用于复杂领域、进行不确定推理和数据分析的工具[1]。贝叶斯网是以概率论和信息论为基础，理论性和实践性较强，内容比较抽象。传统的授课方法是以“教师讲，学生听”为主，学生接受知识主要依靠课堂上教师的灌输，对理论知识的理解不深刻，不能很好地利用理论知识去解决实际问题。这种教学模式培养的学生缺乏主动学习的精神，团队协作能力差，不能满足社会对人才的需求。
贝叶斯网在铁路信息技术方面有着重大应用，因此开展对贝叶斯网课程教学的研究有重要意义。
贝叶斯网教学过程中采用基于团队学习 （Team-Based Learning，TBL）的模式。教师在这种教学模式中起到引导作用，学生是整个教学的中心，以团队的形式学习基本的理论知识；每一部分的课程结束后，教师会根据课程特点精选与铁路技术相关的案例进行讲解，然后根据案例设计任务，要求学生协作完成。教学过程中采取先简单后复杂、层层递进的模式，从最初的基本原理到最后的实际应用，针对学生的不同阶段设计不同程度的教学任务，使学生在充分掌握贝叶斯网基础理论同时能够学以致用，从而培养分析问题和解决问题的能力。
1 TBL教学法
TBL是以团队为基础的学习，是美国Oklahoma 大学教授Larry Michaelsen于20世纪70年代所提出的一种引导式教学方法[2]，能够有效地培养学生主动学习和团队协作的精神，提高学生的实践能力。
1.1 TBL教学法的一般过程
首先将学生分成若干个学习团队，团队成员之间要相互学习、相互合作，为了完成团队任务而贡献自己的力量。教师根据课程特点将教学内容和关键知识点以提纲的形式提供给学生，要求学生在课外以个人或者团队的形式对提纲上的内容进行预习。为了提高预习的效率，教师要提供预习所需要的参考文献、音频、视频、网站等信息。教师在课堂上主要对个人和团队的预习成果进行评测，根据评测的结果对预习情况进行整体的评估和反馈，学生以团队的形式对测试中出现的疑难点进行讨论并及时申诉，教师对申诉结果进行引导和评判[3]。为了提高学生的实践能力，加深对理论知识的理解，激发学习兴趣，降低学习难度，在进行应用性练习时教师可根据授课内容精选与铁路信息技术相关的案例在课堂上进行重点讲解和剖析，同时设计与所讲案例相关的任务交给学生，学生以团队的形式自主完成。教师在课堂上通过测试考核学生对案例的掌握程度和任务的完成情况。
1.2 TBL教学法的特点
（1）强调学习的主动性。教师根据课程内容给学生布置任务，学生要想完成任务，就必须主动查阅资料，遇到困难时能积极求助，遇到不确定的问题时团队之间能够积极讨论。通过这些方法和策略，学生不仅完成任务，还增强了自己主动学习的能力。
（2）强调团队合作。课程任务根据每个人的能力和素质进行合理的分工，彼此之间信息与资源共享，相互合作共同完成任务。团队与团队之间存在竞争关系，有利于提高学生的竞争意识。为了提高本团队的综合成绩，每个人都必须主动为团队贡献自己的力量，从而提高整个团队的竞争力。
（3）强调实践能力。每一部分课程结束后，教师都会根据学生所掌握的知识精讲案例并安排相应的实践任务，学生在理解掌握教师所讲的案例后能够以团队协作的形式完成实践任务，不仅强化了学生的理论知识，提高其实践操作能力，而且能让学生充分体验到理论知识在实际项目中的应用。
2 TBL教学法对教师的要求
在TBL教学法中，学生处于主体地位，教师处于引导地位，所有的教学活动都围绕着学生进行。教师在教学活动中应该充分了解课程特点，掌握学生的基本情况，对学生的问题进行及时反馈，从而使学生能够充分掌握该?T课程，提高教学质量。
2.1 合理安排预习任务和实践任务
教师在备课时要仔细地查阅资料，充分了解贝叶斯网领域一些前沿的技术。一方面由于贝叶斯网知识面宽，一些知识理解难度大，因此教师应针对性地提供给学生预习材料和预习提纲，避免预习任务难度太大超过学生的能力，使得学生产生畏难情绪，降低主动学习的兴趣；另一方面贝叶斯网的应用领域十分广泛，为了培养具有高素质的铁路信息化人才，案例和实践任务的选择应以贝叶斯网在铁路信息技术方面的应用为主，难度要适中，要贴合实际，重点培养学生运用理论知识分析和解决实际问题的能力。
2.2 合理分配团队成员
在TBL教学模式实施过程中，学生学习主要是以团队的形式进行的，合理地分配团队成员十分重要。在教学班级中按照性格、成绩、年龄、性别进行分组，尽量排除不利于团队稳定的因素，如同学之间关系不和谐的尽量不要分到一组，同一个宿舍的不要分在一个小组，避免形成小团体，影响团队成员之间的交流和学习。分组一旦完成则不会改变，从而培养成员之间的合作精神。在教学过程中要保持团队成员之间良好的学习氛围，每一个团队成员为了完成任务必须做到相互信任、相互帮助、资源共享，共同完成教师安排的学习任务。
2.3 教学反馈要及时
教师通过个人测试和团队测试来检验学生对知识的掌握程度，对于在测试中出现的共性问题，教师通常不直接告诉学生正确的答案，而是引导他们寻找解决问题的途径，比如提出一些相关性的问题，要求他们再次阅读和思考，提供一些相似问题的解决方法。对于团队中的不同意见，教师要及时听取并组织讨论。教师要对课堂上出现的问题及早总结，对一些不易理解的知识点进行详细讲解。教师还要根据学生经常出现的一些问题再次设计类似的题目，要求学生独立完成，从而强化对知识点的理解。 3 TBL教学模式在贝叶斯网教学中的具体设计
3.1 教学准备
（1）贝叶斯网是计算机专业的一个前沿学科，也是一个综合性的交叉学科，教学目的是使学生初步了解贝叶斯网的基本原理，学习和掌握基本技术，以便拓宽知识面，为进一步学习和应用奠定基础。贝叶斯网的教学分为4个部分：贝叶斯网基础、贝叶斯网学习、贝叶斯网推理和贝叶斯网应用[4]。教师按照课程教学的基本内容和基本要求为学生安排预习提纲，并设计具体的个人测试题目、团队测试题目以及相应的评分标准。
（2）根据授课内容精选案例，同时设计实践性任务。案例的设计要以学生对知识的掌握为基础，在进行贝叶斯网基础学习时，案例的设计要简单易懂，可以选择基于贝叶斯网的铁路应急决策方法为案例进行讲解，通过该案例的讲解让学生对概率论的基础知识、贝叶斯网的概念、贝叶斯网的构造有比较清楚的了解；在贝叶斯网推理课程教学时，以基于贝叶斯网的铁路工程项目风险评估为案例进行讲解，通过该案例的学习让学生掌握利用联合分布的分解来简化推理；在贝叶斯网教学中，以列车自动门故障诊断模型为案例进行讲解，让学生掌握贝叶斯网的参数学习和结构学习；最后在贝叶斯网应用部分，以基于贝叶斯网的铁路工程项目质量控制为案例，综合各章节所学到的知识进行讲解。
（3）合理分组，教师根据上学期的综合考评成绩以及班干部对学生的性格、爱好的反馈信息创建团队，团队成员一旦确定则不变动。团队选出一名成员作为负责人，团队成员必须信任和支持负责人，团队负责人在安排团队学习的任务和时间前必须和队员之间开会讨论。
（4）在开始课堂教学之间的一周，由教师将下节课的授课内容以提纲的形式发给每位学生，同时提供参考资料，要求学生自学和团队成员之间讨论学习。告知每名学生要进行个人测试和团队测试，测试结果将作为贝叶斯网课程成绩的一部分。
3.2 教学流程
（1）个人测试。题型为理论知识的考核和实际应用的测试。一方面考查学生预习后对知识的掌握程度，另一方面考查教师在讲解完案例后，学生对案例的理解程度。理论知识的考核题型为单项选择题，考核内容为教师所提供的预习内容和关键知识点，题目的数量为10～15道，在课堂开始后的20分钟内完成，每个学生都必须参与，测评期间禁止交流，禁止查阅资料。教师课堂阅卷评分，根据测试结果进行反馈，对大部分学生容易犯错的问题进行记录，同时进行详细讲解。实际应用的测试根据案例的具体情况进行测试。
（2）团队测试。题型为单项选择题，共15～20题。主要考查学生对知识的综合理解能力，问题的设计要有一定的难度，允许学生查阅资料，团队成员之间可以进行沟通和交流。团队成员进行集体讨论后给出答案，以刮刮卡的形式获得即时的反馈，即所有的答案都被覆盖，正确的答案会有一个标志。如果刮涂后不是正确的答案，学生需要重新进行思考和讨论，直到获得正确的答案，刮开一次获得正确答案得满分，刮开的次数越多，分值越低。最后由团队负责人统计每道题的得分，并将结果进行汇总后提交给老师。对有争议的题目可进行申诉、讨论、教师反馈并裁决正确答案[5]。
（3）申诉。学生如果对教师所提供的答案有不同的想法和意见可以进行申诉。首先学生根据问题收集资料，然后针对问题中的疑难点在团队成员之间或者团队之间进行讨论，最后根据讨论的结果由团队负责人向教师进行汇报。为了鼓励学生对教学中的难点知识进行深入思考，申诉的过程和结果可以作为团队的一个加分项。教师会根据团队申诉的结果进行重点引导评价。
（4）反馈总结。为了验证经过课堂测试后学生对知识的掌握情况，教师会根据个人测试、团队测试以及申诉的结果对学生的情况进行综合分析，对测评中经常出错的问题进行重点讲解。
（5）实践性练习。针对贝叶斯网在铁路信息技术方面的应用比较复杂这一特点，为了降低学生的负担激发起其学习的主动性和浓厚兴趣， 教师将案例―任务驱动教学法引入在进行贝叶斯网的实践性教学中，首先由教师根据学生对知识的掌握情况，依据不同的教学内容和教学目标设计经典的案例，按照案例设计相应的任务由学生自主完成。在进行任务设计时要注意任务必须符合难度适中、贴合案例、真实性和目标性4个特点[6]。
我们以贝叶斯网学习这一部分为例进行说明。
案例：列车自动门故障诊断模型。
自动门系统作为列车的重要组成部分，对列车的安全性有着重要影响。在该案例中教师应简要讲解课题的研究背景和意义，分析列车门故障诊断技术的研究现状，使得学生能够对列车自动门故障诊断技术有初步的理解。重点讲解如何通过故障参数学习构建贝叶斯网络，从而构建基于知识管理的智能诊断系统；在教师讲解完这个案例后，在课堂上对学生进行个人测试，确保每个学生都能对所讲授的案例有深刻的理解。
任务练习：列控系统故障诊断模型。
教师在设计任务时一定要确保与所讲授的案例相贴合，难度适中。团队负责人根据每个成员的特点将任务进行分工，确保每个成员都要参与到任务中去，最终选择一名成员进行汇报，其他?F队可以根据汇报的内容进行提问，教师对各团队的汇报成果不直接评判对错，而是进行推理和引导，激发学生深入理解，从而按照要求完成实践任务。
4 结 语
贝叶斯网络教学分为理论教学和实际应用，由于贝叶斯网的理论知识比较抽象，学生在进行实际运用时必须充分理解基本的理论知识。采用TBL模式对贝叶斯网进行教学，教师在整个教学中起到引导作用，学生根据教师所提供的教学提纲和关键知识点进行预习，学生有充分的时间对知识进行理解，提高自主学习能力；在课堂上对预习成果进行测试，一方面可以考查学生对知识的理解和掌握能力，另一方面可以督促学生进行预习；学生以团队的形式进行学习，团队成员之间相互学习、相互帮助、资源共享，可以有效提高团队协作能力；通过实践性练习，学生不仅巩固了理论知识，还提高了实践操作能力。
