分階段思維培養的電類專業教學方式探索與實踐

摘 要：學科核心素養如何落地生根是當前教育課程改革的核心命題。其培養過程中的重要途徑就是培養學生不同階段的低階與高階思維品質和關鍵能力。該文結合專業基礎課（模電、數電）和專業課（神經網絡與深度學習、數字信號處理）的具體課程實踐案例，首先介紹以專業基礎課為依托，以理論聯系實際為導向，尊重學生主體地位，培養學生低階思維能力的教學方式探索；然后介紹以專業課為載體，以社會發展需求為立足點，發揮“雙導師制”作用，培養學生高階思維能力的教學方式探索；并將思政教育融入其中，實現從低階到高階的分階段思維培養過程。同時，以“大學生創新創業競賽”作為橋梁，檢驗學生從解決工程問題的低階能力到解決產業技術問題、科學問題的高階能力的提升成效。

關鍵詞：分階段思維培養；案例教學；學科核心素養；思政；電類專業

中圖分類號：G427 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）28-0117-05

Abstract： How to take root of subject core accomplishment is the core proposition of current educational curriculum reform. The important way in its cultivation process is to cultivate students' low-order and high-order thinking qualities and key abilities in different stages. Based on practical cases of professional basic courses （Analog Electronic Technology & Digital Electronic Technology） and professional courses （Neural Network and Deep Learning & Digital Signal Processing）， this paper first introduces the exploration of teaching methods that rely on professional basic courses， combine theory with practice， respect students' subjectivity， and cultivate students' low-order thinking abilities. Then， it introduces the exploration of teaching methods that take professional courses as the carrier， social development needs as the foothold， and play the role of double tutorial system to cultivate student' high-order thinking abilities. In addition， ideological and political education is integrated into it to realize the phased thinking cultivation process from low to high order. At the same time， the "College Students' Innovation and Entrepreneurship Competition" was used as a bridge to test the improvement effect of students from the low level ability of solving engineering problems to the high level ability of solving industrial technical problems and scientific problems.

Keywords： staged thinking cultivation; case teaching; subject core literacy; ideology and politics; electrical major

教育部印發《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》中，指出“讓核心素養落地”是本次課程標準修訂的工作重點[1-2]。對于高校電類學科核心素養的培養過程就是正確處理低階思維與高階思維的關系，促進學生的思維從“低階”向“高階”飛躍，提升從解決工程問題的低階能力到解決產業技術問題、科學問題的高階能力[3-4]。低階思維是開啟高階思維之門的基礎，沒有低階思維，高階思維萬萬是不可能發生的。以布魯姆的教育目標分類作為參考，學習知識的認知過程可分成：記憶、理解、應用、分析、評價和創造六個方面[5-7]，其中把指向記憶、理解和應用的思維稱為低階思維，把指向較高層次心智活動或認知能力的分析、評價和創造思維稱為高階思維。高階思維能力與低階思維的區別主要在于，面對復雜問題情境，無現成的知識、技能及策略可以直接運用，需學習者基于知識經驗，借助科學的思維方法，創造性地提出解決問題的方案，并在研究與實踐過程中進行試驗、反思、調整和完善，最終解決問題。2016年9月，《中國學生發展核心素養》總體框架中提出了高端人才應具備的六大素養并細化為18個基本要點，包括理性思維、批判質疑、勇于探究、勤于反思和問題解決等[8-9]。由此可見，國家所需的高端技術人才正是具備高階思維認知能力的新型人才[10-11]，為此探索出如何培養從低階到高階思維人才的教學方式顯得尤為重要。

2020年5月，《高等學校課程思政建設指導綱要》中，提出結合不同課程特點、思維方法和價值理念，深入挖掘課程思政元素，有機融入課程教學，為提升學生核心素養提供了新路徑[12-13]。為此本文以“思政+”思維構建育人新格局，在推動專業課程與課程思政深度融合時，尊重事物發展規律，在專業基礎課程和專業課程的不同階段，培養學生的低階和高階思維，為學科核心素養培養的落地提供一條探索與實踐的新路徑。

一 將課程思政融入分階段思維培養的教學方式探索

（一） 以專業基礎課為依托，以理論聯系實際為導向，尊重學生主體地位，培養學生低階思維能力的教學方式探索

專業基礎課是學生在校進行專業課學習的基礎，也是今后人生發展和未來創新的基礎。如何落實思政育人的方法和路徑，是教學實踐中面臨的主要問題之一。近年來，我們不斷嘗試尊重學生主體地位，在教學的不同知識點中融入課程思政。

結合專業基礎課（國家一流課程模擬電子技術、數字電子技術實驗和遼寧省一流課程數字電子技術、模擬電子技術實驗）教學團隊中融入不同的課程思政元素的經典案例，加強學生對知識點的記憶、理解、應用的低階思維培養。

（二） 以專業課為載體，以社會發展需求為立足點，發揮“雙導師制”作用，培養學生高階思維能力的教學方式探索

專業課程教學中在落實思政育人的方法和路徑時，始終以社會發展需求為立足點，更加側重培養學生實踐能力，它是提升學生提出問題、分析問題、解決問題的能力及決策能力與批判性思維能力的重要渠道。此階段注重問題或者難題的開放性、創新性、挑戰性，培養學生對問題求解、分析、決策習慣，提升學生的批判性和創新創造性能力的高階思維。

結合專業課（數字信號處理和神經網絡與深度學習）教學團隊中發揮雙導師制的具體教學案例，逐步培養學生從專業基礎課中解決工程技術問題的思維過渡到專業課中關注“社會需求”的產業技術和“卡脖子”的科學問題的高階思維能力。

二 將課程思政融入低階思維培養的教學方式實踐

在高校，一般從大二開始，學生學習專業基礎課，它是專業課之前的入門級課程，以學習相關專業的基礎知識為主，牢固掌握基礎內容才能為后續專業課的學習及拓展自學研究打下堅實基礎，培養學生的低階思維；并與“實際工程”相結合，解決簡單的工程問題，向高階思維過渡。以電類專業必修的專業基礎課——電子技術（模擬電子技術、數字電子技術）課程為例，融入不同元素的課程思政，加強學生對知識點的記憶、理解、應用的低階思維培養。舉例見表1。

三 將課程思政融入高階思維能力培養的教學方式實踐

逐步培養學生從專業基礎課中解決工程技術問題的思維過渡到專業課中關注“社會需求”的產業技術和“卡脖子”的科學問題的高階思維。

（一） 培養學生解決產業技術問題的高階思維能力

以社會人才需求為導向，培養學生解決產業技術難題，發揮雙導師制的引領示范作用，構建了“三層次”的神經網絡與深度學習課程實驗教學體系：層次1“基本理論知識應用能力層次”，將大量實際應用案例引進課程教學內容，同時將大量的產業實踐經驗及應用成功經驗分享給學生，提高學生的感性認識，并通過Python進一步加強學生對各類神經網絡學習訓練算法的理解，真正掌握各種類型神經網絡的原理及實現過程；層次2“通過實踐解決實際工程問題的應用能力提升層次”，通過實驗實際操作使學生能夠深入理解并熟練運用所學知識，解決來源于工程實踐的實際問題，提高學生分析解決問題的能力；層次3“解決實際產業技術問題的創新能力層次”，通過實踐基地建設、校企研究院間合作、校與校教師交流等方式，構建的多方協同的育人機制，深入工廠實習（沈陽華盾大數據研究院、沈陽美行科技有限公司等），提高學生解決實際產業技術問題的創新能力。以該課程中的實驗為例，見表2。

（二） 培養學生探索科學問題的高階思維能力

從我國面臨的“卡脖子”問題所涉及的專業知識教學中挖掘思維培養元素。以理解和把握課程要求的知識技能為牽引，培養問題分析、探究、演繹、推導能力等高階思維。以數字信號處理課程為例，結合信息學院成功研制的“高精度管道漏磁內檢測系統”打破國際技術壟斷，平抑了壟斷價格的科技成果，設計“離散傅里葉變換（DFT）”的教學內容見表3。

四 教學模式效果檢驗

以“大學生創新創業競賽”作為橋梁，檢驗分階段思維培養對學生解決問題能力提升的成效。從創新創業大賽賽道的選擇，到選題內容的精準性、可行性；從如何聚焦問題，到針對問題設計合理的技術方案；從項目實施的意義，到如何結合專業理論知識，熟練使用電子儀器，將想法一步步變為現實，培養學生將理論知識轉化為實際工程產品、解決復雜問題的能力，以及工程思維、系統思維、團隊合作和創新精神等。受益者為開設電子技術專業基礎課的信息學院、電氣學院、理學院和人工智能學院的學生。從圖1本校2022年大創競賽獲獎統計情況來看，經過低階到高階思維培養的上述學院的學生獲獎率名列前茅。

五 結束語

本文結合專業基礎課（模擬電子技術、數字電子技術）和專業課（神經網絡與深度學習、數字信號處理）為例的實際教學案例，對分階段思維培養的教學模式創新與實踐的探索進行研究。融合了“思政+”的教育理念，實現了從低階到高階的分階段思維培養過程，以及從解決工程問題的低階能力到解決產業技術問題、科學問題的高階能力的育人目標，將學科核心素養落地生根。同時，以“大學生創新創業競賽”作為橋梁，檢驗了分階段思維培養教學改革新模式的成效，結果顯示：學生理論知識得到了更深刻的理解，對儀器操作更加熟練，解決問題的能力顯著增強。鑒于此，在今后教學中還要繼續大膽探索，將分階段思維培養模式推廣到更多學科中，培養具有學科核心素養與關鍵能力的研究與應用型專業人才。

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