孔曉鵬　姚直象　幸高翔　王驚亦

［摘 要］為培育研究生批判性思維，可將通識教育與專業(yè)教育有效融合，這是軍校研究生理技融合培養(yǎng)目標實現的有效途徑之一。針對研究生批判性思維嚴重缺乏的問題，海軍工程大學水聲工程專業(yè)的聲納陣列信號處理課程采用軸翻轉教學模式，以“能力—知識—應用—思維”為導向，以聲納裝備技戰(zhàn)術需求和現實不符為牽引，以高分辨、強穩(wěn)健空時先進處理技術為主線，通過興趣激發(fā)、使命學習等環(huán)節(jié)，進行漸進式教學內容規(guī)劃、思維訓練和面批考核，實現思維構建知識體系、智慧批判工程問題。教學效果的調查問卷結果表明：軸翻轉教學模式充分激發(fā)了研究生的學習興趣和主動性，86%的研究生對聲納使用暴露出的問題進行了有效批判。

［關鍵詞］軸翻轉教學模式；批判性思維；使命學習

［中圖分類號］ G643 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）04-0037-04

隨著大數據技術在各領域中的廣泛應用，使用數據分析提供知識表達成為常態(tài)，這為傳統的高等教育帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。一方面，傳統學科之間深度融合、交叉匯聚，多領域知識需求增加；另一方面，知識獲取方式更加廣泛，學生自行獲取的知識具有碎片化等特點。斯坦福大學認為，在信息化社會中，學生對知識的掌握程度不再被認為最重要，重要的是對知識的運用能力。為此，該大學在未來規(guī)劃中以學生對信息的解釋、探尋、綜合能力為培養(yǎng)目標，創(chuàng)造性地提出了軸翻轉（Axis Flip）教學模式，以實現知識與能力的翻轉[1-2]。

教育的價值不是多記知識，而是訓練大腦的思維[3]。軸翻轉教學模式的實現關鍵在于批判性思維的塑造，這也是中國高等教育，特別是研究生教育中常常被忽視的教學目標。耶魯大學校長曾指出，中國高校教育在跨學科的廣度和批判性思維的培養(yǎng)方面與世界著名學校存在較大差距[4-5]。為此，清華大學在2009年提出了價值塑造、能力培養(yǎng)、知識獲取“三位一體”的教育理念，把批判性思維作為最高教學目標來進行課程改革實踐。

大學科背景下，知識傳遞并不是唯一的教學目標，從知識到思維，是現代高等教育發(fā)展的趨勢之一[6]。部隊需要的是高層次應用型人才，這類人才需要掌握思考問題的方式和解決問題的方法，能基于技術進行觀察、分析、判斷、決策，深入理解技術和戰(zhàn)術的關系，掌握技術前沿特別是主要作戰(zhàn)對手的武器裝備的使用和運用情況，并對本業(yè)務進行有效建設、管理，從職業(yè)領域角度對部隊建設與武器裝備發(fā)展提出問題和需求[7]。批判性思維是實現這一培養(yǎng)目標的有效路徑。為培育研究生的批判性思維，海軍工程大學水聲工程專業(yè)的聲納陣列信號處理課程采用軸翻轉教學模式，以“能力—知識—應用—思維”為導向，以“在學中做、在做中學”為方法，瞄準拖線陣實裝研發(fā)和改進的現實需求，以“名師大講堂”為手段激發(fā)學生學習興趣，以“文獻復現和裝備問題批判”為使命牽引任務學習。最后，課程組通過問卷調查對批判性思維的培育效果進行了評價。

一、軸翻轉教學模式

軸翻轉是指將“先知識后能力”的教學培養(yǎng)過程翻轉為“先能力后知識”，能力是知識獲取的基礎。軸翻轉教學模式的實質是課程教學中重難點的劃分方式由傳統教學的按知識劃分改變?yōu)榘磳W生基礎能力劃分，并據此重新建構課程教學方法。

從教學對象上看，一方面，選修聲納陣列信號處理課程的研究生所學的本科專業(yè)分布較廣、跨度較大，涵蓋電子信息工程、航海技術、自動化、軟件工程、網絡工程等學科，學生專業(yè)背景欠缺、專業(yè)知識零碎，這為課程教學帶來了極大挑戰(zhàn)；另一方面，研究生通過了本科學習和碩士入學考試，具有較強的數學、英語功底和基礎編程能力，正適合“在學中做、在做中學”的教學方法，為“先能力后知識”的軸翻轉教學提供了有利條件。

二、批判性思維形成路徑

清華大學的實踐證明，為培育研究生批判性思維，可將通識教育與專業(yè)教育進行有效融合，這是實現學生理技融合的有效途徑之一。

（一）目標導向

聲納陣列信號處理課程在教學目標上，以“能力—知識—應用—思維”為導向進行批判性思維的培育（如圖1所示）。在能力上，重點培養(yǎng)研究生文獻檢索能力、仿真編程能力、文獻復現能力和碎片化知識整合能力；在知識上，要求學生圍繞波束形成原理、自適應波束形成和高分辨空間譜估計等重點內容，建立系統的、漸進的、結構化的知識體系；在應用上，以拖線陣聲納工程應用中暴露出來的實際問題為牽引，通過陣列結構和優(yōu)化算法設計，鍛煉研究生的實踐能力；在思維上，以實際裝備技術的改進為任務牽引，對新技術、新方法的工程應用進行有效批判，培育研究生批判性思維，為聲納陣列性能評估、改進和使用提供智力支持。

（二） 興趣激發(fā)

實施軸翻轉教學模式的關鍵在于充分激發(fā)學生的學習興趣。課程組在教學實施過程中，設置了“名師大講堂”授課專題，通過整合線上優(yōu)秀國際會議資源、線下邀請國內著名高校教師進行專題輔導授課等，對陣列處理領域國內外研究熱點和聲納裝備的技術應用現狀進行了深入探究，不僅塑造了研究生的專業(yè)知識背景、開拓了其專業(yè)方向視野、培養(yǎng)了其學術涵養(yǎng)，而且激發(fā)和提高了其學習興趣，增強了其對水聲崗位的責任感和使命感。

（三） 使命學習

為培養(yǎng)研究生對中英文文獻涉及的理論、技術的批判能力，聲納陣列信號處理課程采用“在學中做、在做中學”等翻轉教學模式[8]，通過“交叉知識你來找”“思維導圖你來畫”“經典文獻你來講”和“裝備問題你來辯”四個環(huán)節(jié)的教學設計進行使命學習。一是在“交叉知識你來找”教學設計上，重視交叉學科的思想精髓，強調交叉學科基礎數學理論的掌握，積極推動學科交叉與跨界資源整合，將聲納陣列信號處理所需的凸函數優(yōu)化、加權平均、矩陣計算等數學理論拓展到人工智能、深度學習等領域，充分激發(fā)學生的好奇心和想象力。二是在“思維導圖你來畫”教學設計上，課前布置收集教學內容相關的知識點和關鍵詞等任務，課后布置思維導圖作業(yè)，前后關聯課程知識，按層次分析內容體系，鍛煉學生碎片化知識的獲取、整合能力，幫助學生迅速建立課程所需的專業(yè)知識體系。三是在“經典文獻你來講”教學設計上，圍繞“拖曳線列陣高分辨波束形成技術”等主題，采用線上演示、互相交流等方式，以高引文獻為任務牽引，通過制作內容詞云、技術編程實現、理論與實驗結果比對等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的文獻檢索整合、技術復現能力，為裝備問題批判分析打好基礎。課程圍繞“拖曳線列陣陣型估計與波束形成”主題，分別對“寬帶波束形成技術”“多子帶峰值檢測”“信號協方差矩陣分析”等8個相關技術的英文文獻進行了研授，形成了具有全員參與、分工協作、集體答辯等特點的翻轉課堂新形式。通過參與式學習，研究生的學習主動性提升了，文獻閱讀能力、主題把握能力和編程復現能力也得到了鍛煉和提高。四是在“裝備問題你來辯”教學設計上，引導學生通過“學習經典—提出疑問—收集資料—推理論證—其他解釋”等步驟，對拖線陣聲納實際遇到的“左右舷”模糊、拖船干擾等工程應用問題進行現實批判，自主分析問題產生的原因及其物理本質，并給出可行的解決方案。這樣既可避免原理與作戰(zhàn)使用的脫節(jié)、能力與實戰(zhàn)需求的脫軌，也可在學生批判性思維的培育過程中實現聲納陣列專業(yè)理論與工程技術的深度融合。

三、教學評價

為了對批判性思維培育的教學效果進行有效評價，聲納陣列信號處理課程采用問卷調查的方式，有針對性地設計調查問題，使用“問卷星”網絡平臺，邀請學生進行無記名作答。問卷發(fā)出51份，收回50份，1份未按時提交。

（一）研究生學習狀態(tài)

【問題1】一次直播授課中，你能集中精力聽講的時間為多久？（單選題，如表1所示）

調查結果顯示，84%的研究生在直播授課中能保持超過30分鐘以上的課堂注意力，這與軍校本科生的調查結果差別不大[9]，表明課堂的教學設計能夠有效保持研究生的課堂注意力。

【問題2】請你對這門課程的學習狀態(tài)進行自我評價。（單選題，如表2所示）

調查結果顯示，80%的研究生對自身學習狀態(tài)的評價為“基礎一般，學習用功”，說明這門課程有效激發(fā)了研究生的學習興趣，學習主動性得到提高。

【問題3】你在課前會看老師提前給的課件或預習電子書嗎？（單選題，如表3所示）

調查結果表明，布置作業(yè)可以倒逼研究生進行回顧性學習，在課堂教學中設置后測問題可以有效督促研究生預習電子書和課程內容。

（二）軸翻轉教學效果

【問題4】你覺得“名師大講堂”里面的內容對你有沒有幫助？（單選題，如表4所示）

調查結果顯示，多數研究生認為課程設置的“名師大講堂”環(huán)節(jié)有用，可以有效地將課程學習內容與具體的工程應用相聯系，但是仍有24%的研究生認為這種作用說不清，表明這部分研究生課程知識體系尚未完全建立，還沒有找到知識與工程應用的聯系。

【問題5】你認為這門課做得比較好的方面是什么？（單選題，如表5所示）

調查結果顯示，超過一半的研究生對課件的認可度較高，課程教學效果得到了全部研究生的認可。但學生對課程的授課內容普遍感覺較累，課程對數學基礎要求較高、理論公式較多，導致理論授課和研究生自習方面存在客觀困難，課程理論教學未達到較好的教學效果，仍需優(yōu)化教學設計。

【問題6】你認為課程設置的“交叉知識你來找”“思維導圖你來畫”“經典文獻你來講”和“裝備問題你來辯”等教學環(huán)節(jié)對你的課題研究有沒有幫助？（單選題，如表6所示）

調查結果顯示，80%的研究生認為軸翻轉教學設計對課題研究有較大幫助，可見軸翻轉教學較大程度地培養(yǎng)了研究生的技術復現和文獻批判能力，塑造了專業(yè)課程知識體系，為課題研究提供了較大幫助。

（三）批判性思維形成程度

【問題7】你對完成“裝備問題你來辯”教學任務的評價是什么？（單選題，如表7所示）

調查結果顯示，86%的研究生認為“裝備問題你來辯”教學任務完成度較高且取得了較大收獲，這與問題2的調查結果一致，說明課程教學對大部分研究生批判性思維的培育是有效的。但是仍有7名研究生認為沒有收獲。通過后續(xù)回訪發(fā)現，部分研究生因其體系化知識結構的欠缺，難以發(fā)現聲納裝備實際使用的工程問題，因此教師需要在以后的課程教學中重點引導學生加強對思維導圖的運用。

課程的主要內容是通過對波束形成方式施加約束，在不同的優(yōu)化準則下形成最優(yōu)的加權系數，本質是 “加權優(yōu)化”思想的具體應用。這一主題思想可涉及多個學科，如機器學習、信號處理等。通過思維導圖訓練，結合文獻研授環(huán)節(jié)，研究生可不斷形成“優(yōu)化加權”思想，并將該思想與其他專業(yè)學科知識進行類比。此外，通過文獻研授的環(huán)節(jié)，可讓研究生充分認識到技術課程也可以很 “UIC”——有用（Useful）、有趣（Interesting）和有關系（Corrective）。

四、總結

為培養(yǎng)部隊所需的高層次應用型人才，聲納陣列信號處理課程采用軸翻轉教學模式，以“能力—知識—應用—思維”為目標導向，通過興趣激發(fā)、使命學習等教學設計，對研究生的批判性思維培育進行了課程實踐，用技術復現來培養(yǎng)學生的應用能力，用思維來構建學生的知識體系，進而引導學生用智慧來批判工程應用問題。最后課程采用無記名問卷調查的方式，對學生批判性思維培育的效果進行了評價，結果表明：大多數研究生認為軸翻轉教學模式對課題研究幫助較大，研究生的學習興趣和學習主動性得到了有效提高，課程教學對大部分研究生的批判性思維培育是有效的。

隨著信息化社會的發(fā)展，高校教師角色發(fā)生了根本變化，從知識的擁有者和守護者逐漸向知識的引導者、主導者和規(guī)劃者轉變。教育的本質是人點亮人，在于通過對話、交流乃至實踐，引導和激勵學生進行自主學習，掌握批判性思維方法，最終走向個性化的自我完善之路。本文研究內容是對高素質專業(yè)技術人才批判性思維培育路徑的積極探索。

［ 參 考 文 獻 ]

[1] Stanford University. Axis flip[EB/OL].[2022-08-25].http：//www.stanford2025.com/axis-flip/.

[2] 李薇，黑新宏，王磊，等.面向轉專業(yè)學生的“MOOC+軸翻轉”教學模式[J].計算機教育，2020（4）：124-127.

[3] 錢穎一.批判性思維與創(chuàng)造性思維教育：理念與實踐[J].清華大學教育研究，2018，39（4）：1-16.

[4] 馮艷.論批判性思維與創(chuàng)新的關系[J].燕山大學學報（哲學社會科學版），2012，13（4）：22-25.

[5] 邵文澤.淺談批判性思維培養(yǎng)與主動性知識建構在當代高等教育中的核心地位[J].大學教育，2013（14）：41-42.

[6] 盧曉中.高等教育質量發(fā)展的五大趨勢[J].大學教育科學，2019（5）：6-9.

[7] 王振國，邵福球，李彥武，等.2015年全軍學位與研究生教育研討會立項課題優(yōu)秀成果匯編：上冊[G].長沙：國防科技大學出版社，2016：31-50.

[8] 陳麗芳，王云，劉盈.實施翻轉課堂：提升研究生創(chuàng)新與科研能力[J].華北理工大學學報（社會科學版），2016，16（6）：86-89.

[9] 孔曉鵬，劉賢忠，吳明輝，等.軍校專業(yè)課研究生注意力變化調查研究[J].高等教育研究學報，2017，40（3）：23-26.

［責任編輯：鐘 嵐］