分阶段思维培养的电类专业教学方式探索与实践

摘  要：学科核心素养如何落地生根是当前教育课程改革的核心命题。其培养过程中的重要途径就是培养学生不同阶段的低阶与高阶思维品质和关键能力。该文结合专业基础课（模电、数电）和专业课（神经网络与深度学习、数字信号处理）的具体课程实践案例，首先介绍以专业基础课为依托，以理论联系实际为导向，尊重学生主体地位，培养学生低阶思维能力的教学方式探索；然后介绍以专业课为载体，以社会发展需求为立足点，发挥“双导师制”作用，培养学生高阶思维能力的教学方式探索；并将思政教育融入其中，实现从低阶到高阶的分阶段思维培养过程。同时，以“大学生创新创业竞赛”作为桥梁，检验学生从解决工程问题的低阶能力到解决产业技术问题、科学问题的高阶能力的提升成效。

关键词：分阶段思维培养；案例教学；学科核心素养；思政；电类专业

中图分类号：G427      文献标志码：A          文章编号：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

教育部印发《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》中，指出“让核心素养落地”是本次课程标准修订的工作重点[1-2]。对于高校电类学科核心素养的培养过程就是正确处理低阶思维与高阶思维的关系，促进学生的思维从“低阶”向“高阶”飞跃，提升从解决工程问题的低阶能力到解决产业技术问题、科学问题的高阶能力[3-4]。低阶思维是开启高阶思维之门的基础，没有低阶思维，高阶思维万万是不可能发生的。以布鲁姆的教育目标分类作为参考，学习知识的认知过程可分成：记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个方面[5-7]，其中把指向记忆、理解和应用的思维称为低阶思维，把指向较高层次心智活动或认知能力的分析、评价和创造思维称为高阶思维。高阶思维能力与低阶思维的区别主要在于，面对复杂问题情境，无现成的知识、技能及策略可以直接运用，需学习者基于知识经验，借助科学的思维方法，创造性地提出解决问题的方案，并在研究与实践过程中进行试验、反思、调整和完善，最终解决问题。2016年9月，《中国学生发展核心素养》总体框架中提出了高端人才应具备的六大素养并细化为18个基本要点，包括理性思维、批判质疑、勇于探究、勤于反思和问题解决等[8-9]。由此可见，国家所需的高端技术人才正是具备高阶思维认知能力的新型人才[10-11]，为此探索出如何培养从低阶到高阶思维人才的教学方式显得尤为重要。

2020年5月，《高等学校课程思政建设指导纲要》中，提出结合不同课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，为提升学生核心素养提供了新路径[12-13]。为此本文以“思政+”思维构建育人新格局，在推动专业课程与课程思政深度融合时，尊重事物发展规律，在专业基础课程和专业课程的不同阶段，培养学生的低阶和高阶思维，为学科核心素养培养的落地提供一条探索与实践的新路径。

一  将课程思政融入分阶段思维培养的教学方式探索

（一）  以专业基础课为依托，以理论联系实际为导向，尊重学生主体地位，培养学生低阶思维能力的教学方式探索

专业基础课是学生在校进行专业课学习的基础，也是今后人生发展和未来创新的基础。如何落实思政育人的方法和路径，是教学实践中面临的主要问题之一。近年来，我们不断尝试尊重学生主体地位，在教学的不同知识点中融入课程思政。

结合专业基础课（国家一流课程模拟电子技术、数字电子技术实验和辽宁省一流课程数字电子技术、模拟电子技术实验）教学团队中融入不同的课程思政元素的经典案例，加强学生对知识点的记忆、理解、应用的低阶思维培养。

（二）  以专业课为载体，以社会发展需求为立足点，发挥“双导师制”作用，培养学生高阶思维能力的教学方式探索

专业课程教学中在落实思政育人的方法和路径时，始终以社会发展需求为立足点，更加侧重培养学生实践能力，它是提升学生提出问题、分析问题、解决问题的能力及决策能力与批判性思维能力的重要渠道。此阶段注重问题或者难题的开放性、创新性、挑战性，培养学生对问题求解、分析、决策习惯，提升学生的批判性和创新创造性能力的高阶思维。

结合专业课（数字信号处理和神经网络与深度学习）教学团队中发挥双导师制的具体教学案例，逐步培养学生从专业基础课中解决工程技术问题的思维过渡到专业课中关注“社会需求”的产业技术和“卡脖子”的科学问题的高阶思维能力。

二  将课程思政融入低阶思维培养的教学方式实践

在高校，一般从大二开始，学生学习专业基础课，它是专业课之前的入门级课程，以学习相关专业的基础知识为主，牢固掌握基础内容才能为后续专业课的学习及拓展自学研究打下坚实基础，培养学生的低阶思维；并与“实际工程”相结合，解决简单的工程问题，向高阶思维过渡。以电类专业必修的专业基础课——电子技术（模拟电子技术、数字电子技术）课程为例，融入不同元素的课程思政，加强学生对知识点的记忆、理解、应用的低阶思维培养。举例见表1。

三  将课程思政融入高阶思维能力培养的教学方式实践

逐步培养学生从专业基础课中解决工程技术问题的思维过渡到专业课中关注“社会需求”的产业技术和“卡脖子”的科学问题的高阶思维。

（一）  培养学生解决产业技术问题的高阶思维能力

以社会人才需求为导向，培养学生解决产业技术难题，发挥双导师制的引领示范作用，构建了“三层次”的神经网络与深度学习课程实验教学体系：层次1“基本理论知识应用能力层次”，将大量实际应用案例引进课程教学内容，同时将大量的产业实践经验及应用成功经验分享给学生，提高学生的感性认识，并通过Python进一步加强学生对各类神经网络学习训练算法的理解，真正掌握各种类型神经网络的原理及实现过程；层次2“通过实践解决实际工程问题的应用能力提升层次”，通过实验实际操作使学生能够深入理解并熟练运用所学知识，解决来源于工程实践的实际问题，提高学生分析解决问题的能力；层次3“解决实际产业技术问题的创新能力层次”，通过实践基地建设、校企研究院间合作、校与校教师交流等方式，构建的多方协同的育人机制，深入工厂实习（沈阳华盾大数据研究院、沈阳美行科技有限公司等），提高学生解决实际产业技术问题的创新能力。以该课程中的实验为例，见表2。

（二）  培养学生探索科学问题的高阶思维能力

从我国面临的“卡脖子”问题所涉及的专业知识教学中挖掘思维培养元素。以理解和把握课程要求的知识技能为牵引，培养问题分析、探究、演绎、推导能力等高阶思维。以数字信号处理课程为例，结合信息学院成功研制的“高精度管道漏磁内检测系统”打破国际技术垄断，平抑了垄断价格的科技成果，设计“离散傅里叶变换（DFT）”的教学内容见表3。

四  教学模式效果检验

以“大学生创新创业竞赛”作为桥梁，检验分阶段思维培养对学生解决问题能力提升的成效。从创新创业大赛赛道的选择，到选题内容的精准性、可行性；从如何聚焦问题，到针对问题设计合理的技术方案；从项目实施的意义，到如何结合专业理论知识，熟练使用电子仪器，将想法一步步变为现实，培养学生将理论知识转化为实际工程产品、解决复杂问题的能力，以及工程思维、系统思维、团队合作和创新精神等。受益者为开设电子技术专业基础课的信息学院、电气学院、理学院和人工智能学院的学生。从图1本校2022年大创竞赛获奖统计情况来看，经过低阶到高阶思维培养的上述学院的学生获奖率名列前茅。

五  结束语

本文结合专业基础课（模拟电子技术、数字电子技术）和专业课（神经网络与深度学习、数字信号处理）为例的实际教学案例，对分阶段思维培养的教学模式创新与实践的探索进行研究。融合了“思政+”的教育理念，实现了从低阶到高阶的分阶段思维培养过程，以及从解决工程问题的低阶能力到解决产业技术问题、科学问题的高阶能力的育人目标，将学科核心素养落地生根。同时，以“大学生创新创业竞赛”作为桥梁，检验了分阶段思维培养教学改革新模式的成效，结果显示：学生理论知识得到了更深刻的理解，对仪器操作更加熟练，解决问题的能力显著增强。鉴于此，在今后教学中还要继续大胆探索，将分阶段思维培养模式推广到更多学科中，培养具有学科核心素养与关键能力的研究与应用型专业人才。