閆盛楠 顧廣華 荊楠

摘 ?要：為踐行新時代高等教育“以學生發(fā)展為中心，培養(yǎng)學生高階能力”的教學理念，基于信號與系統課程進行教學研究與實踐，探索一種科學思維方法與專業(yè)課教學深度融合的教學模式。運用科學有效的思維方法指導教與學的過程，通過營造思維刻意訓練的學習氛圍、普及科學思維的方法理論、在學科背景中應用實踐、提供精細化的教師指導，并在教學實踐中持續(xù)改進，促使學生建立學科思維，發(fā)展科學思維。實踐表明，該教學模式切合學生實際情況，能夠促進學生科學地、普遍地發(fā)展，并且有利于營造自我成長型的學習文化。

關鍵詞：高階思維；學生發(fā)展；科學思維方法；學科思維；信號與系統

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2023）33-0125-04

Abstract： In order to practice the teaching concept of "taking student development as the center and cultivating students' high-level ability" in higher education in the new era， we have explored a teaching mode of deep integration of scientific thinking method and professional course teaching based on the course "Signals and Systems". Using scientific and effective thinking methods to guide the process of teaching and learning， students are encouraged to establish discipline thinking and develop scientific thinking by creating a learning atmosphere for deliberate training of thinking， popularizing the method and theory of scientific thinking， applying practice in the discipline background， providing refined teacher guidance， and continuously improving in teaching practice. Practice shows that this teaching mode is suitable for students' actual situation， can promote students' scientific and universal development， and is conducive to creating a self-growing learning culture.

Keywords： high level thinking; student development; scientific thinking method; discipline thinking; Signals and Systems

2018年，教育部對新時代的高等教育，提出了“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的金課標準。其中所謂“高階性”，就是知識能力素質的有機融合，是要培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維[1]。思維是認知的根本，是發(fā)現、分析、解決問題的核心要素[2]，而研究表明，當代大學生思維水平差異性大，普遍處于較低層次的思維階段[3]。顯然，高等教育出現了一個重要矛盾：新時代賦予的高階目標與教育對象思維能力的低階水平之間的矛盾，因而教學的主要任務就應該是，面向普遍思維層次的學生，提供強有效的指導，幫助學生實現從低階水平到高階能力的過渡。

然而，在教學實踐中，明確了高階目標，豐富了教學活動，卻經常忽略多數學生的實際思維水平，沒有給予學生科學系統的方法指導。僅靠學生在實踐中摸索，對學生思維與能力提升的效果并不明顯[4]?！耙詫W生發(fā)展為中心”在一定程度上，變成了“以少數優(yōu)秀學生發(fā)展為中心”，多數學生表現出不得法、不適應，甚至非常排斥的情況。

學生的發(fā)展應該是普遍地發(fā)展、科學地發(fā)展，需要有科學的思維方法來指導教與學的過程[5]。這樣才能做到教師指導有“章”可循，學生發(fā)展有“法”可依。因而，本研究致力于探索一種科學思維方法與專業(yè)課教學深度融合的教學模式，基于本科課程信號與系統進行教學改革與實踐，將科學思維方法與專業(yè)內容深度融合，運用科學有效的思維方法指導教與學的過程，利用方法提高課程認知水平，培養(yǎng)學科思維能力；同時，在認知實踐中完成對學生的思維訓練，發(fā)展科學思維能力，實現課程的高階目標。

一 ?教學分析與教學理念

（一） ?課程分析

信號與系統是一門電子信息類專業(yè)必修的學科基礎課程，其涵蓋的基本分析方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學習提供理論基礎，同時在實際的信息系統中也具有廣泛的應用[6]。課程理論性非常強，包含大量的數學推導與電路分析，內容看似繁雜，實則蘊含著非常統一的學科思維邏輯——變換域思維方法。依托該課程使學生掌握這種學科思維方法，才能保證學生在后續(xù)專業(yè)課中融會貫通，理解學科。

（二） ?學情分析

針對即將開課的大二學生的思維狀況，通過問卷、座談、查閱資料等形式調查分析，總結如下。

一是未接觸過思維通識課，不了解科學思維方法或者缺乏應用實踐。

二是絕大多數學生沒有主動進行思維訓練的意識。

三是思維水平普遍偏低，體現在線性思維、慣性思維、元認知能力弱等方面。

四是多數學生沒有良好的思維習慣（多思、深思、巧思、反思等）。

五是剛接觸專業(yè)課，完全不了解學科思維方法。

（三） ?教學目標

基于課程分析與學情分析，確立了課程的教學目標。其中，知識目標包括在把握學科思維邏輯的基礎上理解學科基礎理論知識，在了解信息系統框架的前提下明確理論的學科應用背景，了解學科前沿并把握技術迭代的創(chuàng)新智慧。技能目標包括掌握分析、解決工程問題基本的科學思維方法，鍛煉團隊溝通協作能力、書面口頭表達能力等。情感目標是培養(yǎng)學生對專業(yè)學習的興趣，促使學生養(yǎng)成良好的思維習慣。價值觀目標是促進學生家國情懷、科學精神、工匠精神的培養(yǎng)，引導學生樹立正確的學習觀。

（四） ?教學理念

為了真正踐行“以學生普遍地、科學地發(fā)展為中心”的教學理念，在課程教學過程中，針對思維水平各異的學生，以高階思維培養(yǎng)為導向，進行有意識、有計劃、有指導、有學科應用背景的思維訓練。將科學思維方法與課程教學深度融合，以科學思維孕育學科思維，幫助學生拿起思維的武器，在課程的認知與探索過程中不斷成長。核心教學理念如下。

一是意識培養(yǎng)。教學全過程以思維訓練為主線串聯，深入思維層面挖掘，營造思維刻意訓練的學習文化與氛圍，培養(yǎng)學生關注思維成長的意識。

二是方法普及。適當融入科學思維方法通識內容及教師科研心得方法，幫助學生掌握“思維方法論”。

三是實踐應用。在學科應用背景下，為學生提供大量實踐機會，綜合運用多種思維方法。

四是有效指導。通過精細化的過程設計，使教師指導更高效，且能兼顧思維水平各異的多數學生。

五是持續(xù)改進。教師通過思維認知科學的積極探究和教學實踐的不斷反思，以學生產出為導向，改進和完善具體的教學設計。

二 ?教學設計與實施

（一） ?教學內容

1 ?思政內容融入：以學習觀引導為特色

圍繞“立德樹人”的根本任務，將思政內容融入專業(yè)教學中，在實現思政宏觀目標的同時，增加思政落腳點：引導學生明確學習目的，樹立正確學習理念，端正學習態(tài)度，掌握學習方法。典型的思政案例見表1。其中，學習理念與學習方法的部分，重點強調了科學思維的重要性，傳達了在學習中刻意訓練思維的思想，培養(yǎng)學生關注思維成長的意識。

2 ?通識內容補充：普及科學思維方法

通過學情調查分析發(fā)現，本校并未開設思維方法類的通識課，大多數學生缺乏相應的認知，因此，在教學內容中適當增加了常用思維方法的介紹，包括邏輯思維方法、創(chuàng)新思維方法、科研基本方法。其中，常用邏輯思維方法如演繹法、歸納法、比較法和類比法等，貫穿整個課堂教學過程，教師稍加點撥，引導學生應用。創(chuàng)新思維方法主要依靠學生自學，教師負責推送資源。在中國大學慕課和超星爾雅平臺上創(chuàng)新思維方面的通識課眾多，只選擇本課程教學常用的思維方法和策略，比如水平思考法、結構化思維方法、組合思考法、思維導圖、頭腦風暴和六頂思考帽法等，相應的網絡資源短小精悍、有趣易懂，學生很樂意學習。另外，在課程項目實施過程中，加強對學生科研基本方法的指導，比如，如何查閱文獻、如何進行方案設計、如何對結果客觀分析，等等。

3 ?教材內容重構：以學科思維培養(yǎng)為導向

信號與系統教材的內容設計存在以下弊端[7]：偏普適理論角度、忽視學科內在邏輯，重理論而輕應用，經典但陳舊，因而，在課程教學中，以學科思維培養(yǎng)為導向對課程內容進行了深入的加工與重構，力求多角度豐富教學內容的內涵與外延。

一是強化學科核心思維。變換域思維模式是課程承載的學科核心思維方法，學生難于接受的關鍵在于慣性思維——習慣了時域的具象化思維，變換域過于抽象。對此，教學從理論層面深入解讀，按照“數學本質、物理意義、學科價值”三個維度補全教學內容；從實踐層面深入引導，大量的相關練習，糾錯、反思、強制思考等各種方法，滲透進每一種教學活動，以幫助學生克服思維慣性，內化變換域的思維模式。

二是培養(yǎng)學科整體思維。課程雖然是學科基礎入門課程，但有必要幫學生搭建學科理論的總體框架和學科應用的基本結構，培養(yǎng)學科整體思維和系統思維，避免學生“只見樹木不見森林”，迷失在教材繁雜的理論原理中。具體做法：在理論層面，將先修后續(xù)課程相關內容有機融合，幫助學生了解重要內容的“前世今生”，理清其一脈相承的邏輯關系，構建完整的學科知識體系架構；在應用層面，以通信系統為背景，建立理論與應用的映射關系，使學生了解理論的應用價值，并從行業(yè)視角延伸，比如增加理論在4G、5G移動通信系統中應用的內容。

三是啟蒙學科創(chuàng)新思維。在課程內容中融合學科前沿，將學科研究新進展、應用實際新情況等納入教學內容。教材中涵蓋的很多經典理論，在目前的學科研究與應用中都有了創(chuàng)新性的發(fā)展。課程不僅介紹前沿技術的情況，更引導學生去關注從傳統技術到前沿技術的創(chuàng)新邏輯。帶領學生深入剖析技術迭代過程的理念思路，重現提出問題、分析問題、解決問題的思維路徑，從而達到學科創(chuàng)新思維啟蒙的目的。

（二） ?教學活動與方法

1 ?課堂教學

課堂教學采用教師“啟發(fā)式”教學與學生“參與式”學習相結合的方法，在教師講授的基礎上增加了大量的學生互動：提問、搶答、問卷和小組討論等，講授環(huán)節(jié)的教學手段以板書為主、以PPT為輔，討論互動環(huán)節(jié)則主要依靠“超星學習通”實現。無論講授環(huán)節(jié)還是互動環(huán)節(jié)，在關注內容層面的基礎上，更強調深入思維層面挖掘，加強師生在課堂中的思維交流。課堂中常用的思維訓練策略示例見表2。

2 ?學生分享任務

學生分享任務環(huán)節(jié)讓學生成為了知識加工與思維分享的主角，鼓勵學生在課堂學習之后，分享經過自己重新加工的知識，體現個人獨到的思想、方法和見解。該環(huán)節(jié)類似于一種分散式的頭腦風暴思維方法，先給學生充分的自由去獨立嘗試和探索，鍛煉發(fā)散思維和求異思維能力，然后成果共享，感受來自他人的不同角度的解讀，在思維碰撞中汲取營養(yǎng)。

分享題目由教師指定，學生組隊完成分享內容，形式不限，強調深度再加工和創(chuàng)意。完成后的作品，通過特定規(guī)程的小組互評實現成果共享，同時每個作品也會得到教師的評價與反饋意見。以上輪教學實踐為例，共進行了三次分享任務，分別選取了“卷積的物理意義”“關于頻域”“課程思維導圖”作為分享題目。學生的作品大多是視頻形式，PPT搭配講解，能看出學生都非常認真準備，腦洞大開，有很多新鮮的創(chuàng)意和亮點，能互相提供有價值的知識與思想。

3 ?三級項目

課程設置一個三級項目，要求學生以小組為單位，探究一個相對復雜的學科應用問題。精細的過程設計，保證學生探索有序進行，教師指導有條不紊，組織討論有章可循，成績評價有據可依。另外，特別強調思維方法和策略的應用、反思、分享，把認知的實踐，努力轉化為思維和能力的提高。

項目實施過程分為四個階段：總體把握、方案設計、方案實施及結果分析，在每個階段，教師細化該階段的目標要求，學生以小組為單位，選擇群體思維策略和具體研究方法，并付諸實施。項目匯報答辯以小組為單位進行：鼓勵學生在匯報時分享設計思路和方法，分享發(fā)現問題解決問題的過程與心得；每組匯報完畢后，其余小組進行討論，展開質疑和評價；最后，教師統一進行項目總結，根據項目實施和匯報過程中的普遍性問題，融入教師個人的見解，凝練具有普適性的思維方法，助力學生能力的提升。

三 ?教學改革實踐成果

隨著教學改革的逐步開展并持續(xù)改進，學生的學習效果有了明顯改善。我們統計了2020—2022年試卷中考察關鍵學科思維考題的平均得分率，如圖1所示，在考察難度逐年加大的情況下，得分率反而逐年提高。

圖1 ?關鍵考察點平均得分率統計圖

后續(xù)專業(yè)課教師普遍認為，學生的學科理論基礎水平明顯提高，并且在討論項目等環(huán)節(jié)，學生的自主安排很有章法，給人得心應手的感覺；針對畢業(yè)設計情況的總結表明，更多學生在面對復雜工程問題的時候，能夠運用學科思維和科學思維方法，有效地分析與解決問題。

同時，教學改革也受到學生的普遍歡迎，課程評教結果連年優(yōu)秀。2022年春季學期，在麥可思（MyCOS）教學質量管理平臺發(fā)布的調查中，課程滿意度達到93.8%；85.6%的學生認為自己通過課程學習，思維能力得到了較大提升；多數學生在開放問題調查中，自發(fā)地肯定了思維訓練與課程融合的教學理念。

四 ?結束語

基于信號與系統課程教學改革，研究與實踐了一種科學思維方法與專業(yè)課教學深度融合的教學模式，其創(chuàng)新之處首先體現在觀念轉變上：思維培養(yǎng)在專業(yè)課教學中通常講究潛移默化，而這里主張將思維訓練顯性化；教師有意謀劃，學生刻意練習，充分調動元認知（思維監(jiān)控與調節(jié)）能力，進行有意識的思維提升。其次在實際操作層面，創(chuàng)新模式的核心是科學思維方法與專業(yè)教學的深度融合：關注專業(yè)內容背后的學科思維邏輯；以科學思維方法指導學科應用實踐；從學生思維水平出發(fā)制定教師指導辦法。

該模式抓住了認知的根本——思維，既能幫助學生拿起思維武器，提高專業(yè)課學習的認知水平，又能促進學生在實踐中發(fā)展思維和能力，實現課程的高階目標。并且，能夠改變學生的學習觀念，引導學習文化從應試功利型向自我成長型轉變。

參考文獻：

[1] 吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，2018（12）：4-9.

[2] 胡翰林，沈書生.生成認知促進高階思維的形成[J].電化教育研究，2021，42（6）：27-33.

[3] 周澤西.大學生創(chuàng)造性思維發(fā)展調查研究[J].高教學刊，2016（14）：259-260.

[4] 田陸萍.基于高階思維培育的信息技術學科教學策略[J].教育理論與實踐，2020，40（35）：57-59.

[5] 李高建.基于學生高階思維能力培養(yǎng)的教師素養(yǎng)研究[J].教育理論與實踐，2021，41（26）：40-43.

[6] 隋曉紅.基于OBE教育理念下的“信號與系統”課程教學改革[J].黑龍江教育，2021（3）：68-69.

[7] 盧昕，周云良，余磊.“信號與系統”課程學改革探索[J].電氣電子教學學報，2022，44（3）：51-54.