微時代下如何培養(yǎng)學生良好思維方式

李 利，陳 剛

(北華航天工業(yè)學院 電子工程系，河北 廊坊065000)

0 引言

2012年開始出現(xiàn)大規(guī)模開放在線課程MOOC，它是一種以短視頻和交互式練習為基本教學單元的知識點、知識體組織模式和學習模式。MOOC 模式打破了時間與空間的限制，世界各地的學生可以共享優(yōu)質(zhì)教育資源，享受名校教師的課程傳授［1］。MOOC 對教育的影響，國際上有不同的聲音，是技術神話還是教育革命，在線課程能不能取代傳統(tǒng)課堂，現(xiàn)在還不能預測。無論MOOC 的發(fā)展前景如何，高校教師必須作好準備迎接信息化教育的挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)變觀念。信息化教學帶來的教學模式改變，教師必須具備在網(wǎng)絡環(huán)境中開展有效教學與協(xié)同知識創(chuàng)新的能力［2］。

不論是傳統(tǒng)的板書講授、多媒體教學，還是視頻公開課、MOOC，評價一門課程好壞的標準應該是相同的，即是否傳達了課程本質(zhì)性的內(nèi)容，是否使學習者的感知力、觀察力得以提高，是否引領學習者思考，思路得到拓展，思維能力得到訓練和提高。在微信息時代，微課和知識的碎片化對于訓練學生思維能力是不利的，整體思維容易被片段思維取代，如何避免思維被片段化是需要認真考慮的。本文以電子信息類課程為例，探討滲透思維方式教學及開放性實驗、綜合實踐的若干思路。

1 滲透思維方式的教學思路

1.1 互聯(lián)網(wǎng)學習方式

高校的部分課程，特別是專業(yè)課程，學時少，內(nèi)容多，因此不可能也沒有必要面面俱到。學生只有通過思考加工理解信息，才能得出自己的結論，思考的第一步是對信息的捕捉和整理的能力。

高校學生的網(wǎng)絡內(nèi)外學習活動可以相互結合，課程需要的內(nèi)容資源早存在互聯(lián)網(wǎng)中，如教育部精品課程資源，視頻公開課，內(nèi)容相關的網(wǎng)站，網(wǎng)上社區(qū)，學術期刊，甚至MOOC 課程等，學生可以根據(jù)自己情況自由選擇。教師要做的就是推薦、并指導學生如何獲取網(wǎng)上的優(yōu)質(zhì)教育資源。

1.2 主動思考式教學

哈佛大學網(wǎng)絡公開課“公正”是這方面最好的典范，它突破了我們常見的教學模式，讓我們感受到教學不僅僅是知識的傳遞，更重要的是讓學生通過獨立思考、批判思維的驗證后得出正確的結論［3］。雖然“公正”課是有關道德哲學類的課程，但對理工類的課程教學也有很好的借鑒意義。例如“信號與系統(tǒng)”課程，首先要問信號是什么?系統(tǒng)是什么?為什么有這一門課程?講采樣定理之前要問為什么要采樣?如何采樣?采樣信號真的可以代表原來的連續(xù)時間信號嗎?在實際中，滿足采樣頻率大于等于信號最高頻率2 倍，就真的不失真嗎?你對此敢不敢質(zhì)疑呢?憑直覺思維這里好像有問題，如果這里面有懷疑問題，問題出在哪里?我們應該鼓勵學生大膽質(zhì)疑，但要小心求證，直至把問題分析清楚。

1.3 感知力、細致觀察能力的培養(yǎng)

我們應當注重培養(yǎng)學生的感知力，對問題的敏感性，尤其是注意關鍵性的細節(jié)。教學過程中注意培養(yǎng)學生對問題的敏感性，例如“數(shù)字信號處理”課程中，離散傅里葉變換的定義:對于長度為M 的有限長序列，定義其N 點離散傅里葉變換，且N≥M，為什么要求N≥M?要注意到這個細節(jié)，并去探究背后的深層原因。

1.4 抓住課程本質(zhì)性的東西

每門課程基本上有一個貫穿于課程始終的中心，即課程本質(zhì)性的內(nèi)容。例如“電路分析”課程，基本的依據(jù)是基爾霍夫定律和元件的伏安關系，抓住這個電路分析的基本依據(jù)，從直流到交流電路分析，從靜態(tài)到動態(tài)分析，從時域到頻域分析，問題會迎刃而解。“信號與系統(tǒng)”課程中，傅立葉變換是分析信號與系統(tǒng)最基本的分析工具，各種信號時域、頻域變換關系及系統(tǒng)的時域、頻域描述方法是必須掌握的基本知識。有些課程本質(zhì)性的東西不是那么明顯，但是一定會有個中心的東西。如何抓住本質(zhì)性的東西，對教師提出了較高要求，需要對課程有深入的理解和感悟。

1.5 須應技術進步的變化

當今技術不斷發(fā)展變化，一些概念往往在有限的范圍內(nèi)才有意義。當舊的分析方法不能解決某一問題時，應轉(zhuǎn)換方法，重新構建新的分析原則，從而解決出現(xiàn)的問題。

“電路分析”課程中，從直流電路變化到交流電路，分析的對象情況變了，但其本質(zhì)性的分析方法，基本的規(guī)律是不變的。變化的是其表現(xiàn)形式，因為有變化，直流電路里的一些概念在交流電路中就不適用了，需要重新建立。例如，直流串聯(lián)電路中，總的電壓大小等于各部分電壓大小之和，在交流電路中就不適用了，其原因在于交流電路中不僅有大小關系，還有相位的關系，這樣就有了基爾霍夫定律和元件伏安關系的的相量形式。

又如“信號與系統(tǒng)”課程，從連續(xù)時間信號到離散時間信號，雖然時域的某種變化相應頻域變化的物理意義是一樣的，但表現(xiàn)形式不同了，連續(xù)時間信號(或系統(tǒng))的有些概念在離散時間信號(或系統(tǒng))就不適用了，連續(xù)時間信號頻域模擬頻率越大代表信號頻率越高，離散時間信號頻域數(shù)字頻率越大并不代表信號頻率越高，原因在于時域的離散造成頻域的周期化。

當分析的對象發(fā)生變化的時候，哪些是不變的規(guī)律，又有哪些發(fā)生了變化，為什么要這樣變，教師要引領學生思考，變和不變的部分都要分析清楚。當情形變化的時候，提醒學生不要想當然。

1.6 多角度、多層次看問題的能力

教學過程中注意培養(yǎng)學生多角度、全方位、分層次看問題的能力。一方面進入某門課或某一部分研究內(nèi)容的環(huán)境來思考，鼓勵學生初學時要深入、細致。另一方面，要跳出局部內(nèi)容，從整體研究內(nèi)容或?qū)I(yè)知識體系的高度來看研究的內(nèi)容。現(xiàn)在的手機涉及了通信、計算機、控制和信號處理等多方面的專業(yè)知識，是多專業(yè)知識的融合。早已不是單單某一個專業(yè)知識的問題了。

電子類專業(yè)學生，從數(shù)字電子技術開始學習數(shù)字系統(tǒng)，后續(xù)相繼學習EDA 原理及應用、單片機原理及應用、DSP 原理及應用等課程，學完這些課程以后，從這一系列課程整體來研究各門課程，引導學生思考這些課程哪些相同、哪些不同、各自的特點和應用領域。

1.7 演講和辯論

“數(shù)字信號處理”主要包括兩部分內(nèi)容，一是離散傅里葉變換DFT(快速傅里葉變換FFT)及其應用，二是數(shù)字濾波器的設計。

圍繞傅里葉變換演變歷史及其應用，可以舉辦學生的演講課。演講結束后，設有問答環(huán)節(jié)，在問答環(huán)節(jié)可以針對傅里葉變換已有的應用領域，讓學生充分發(fā)揮想象力提出新的應用領域，培養(yǎng)其發(fā)散思維和開放思維。

在辯論課中，圍繞FIR 數(shù)字濾波器和IIR 數(shù)字濾波器的比較展開，兩種方法各自有自己的優(yōu)缺點。辯論前，選手不僅要研究自己的辯論內(nèi)容，也要猜測對方從哪些方面入手，鍛煉了學生正反兩方面看問題的能力。同時，小組的觀點和方案融入了小組其他成員的知識、建議或見解。小組辯論時，成員之間要相互協(xié)作，相互支撐。辯論最后的陳述可以鍛煉學生對各自觀點進行總結、歸納和提升的能力［4，5］。

2 開放性實驗和實踐

設計組織開放性實驗時，學生可以自主設計相關的應用實驗。例如“數(shù)字信號處理”課程中FFT的應用實驗，不限定具體分析信號，可以是音樂信號、圖像信號、心電信號、腦電波信號或通信信號等。學生自己根據(jù)具體信號確定采樣點個數(shù)和采樣頻率等參數(shù)。

我們通過相關課程實驗的整體優(yōu)化，讓多門課程實踐教學銜接滲透。例如將“數(shù)字信號處理”和“DSP 原理及應用”兩門課程整體優(yōu)化，實現(xiàn)原理、技術和應用的有機結合。同時打通前期VC 軟件開發(fā)工具、數(shù)字系統(tǒng)設計和FPGA 硬件開發(fā)工具的應用。在“數(shù)字信號處理”課程中完成綜合性或自主研究性項目的算法設計及Matlab 仿真，能力強的學生還可以進一步選擇:①算法的VC 仿真實現(xiàn)，將VC 程序算法移植到DSP 系統(tǒng)之中;②將Matlab 仿真成功的算法基于FPGA 實現(xiàn)。這樣，通過一個項目實現(xiàn)多門課程實踐教學的相互銜接滲透。

3 結語

面對大規(guī)模在線課程的蓬勃興起，教師都要改變傳統(tǒng)的灌輸知識課堂教學模式，注重學生思維能力、自我構建知識體系的能力的培養(yǎng);同時，加強實踐能力培養(yǎng)，實行開放性實驗和開放性綜合實踐。高校教師要以其較高的學術水平、前瞻性的視野及豐富的科研實踐經(jīng)驗為學生打開探索之門，引導他們思考、探究、發(fā)現(xiàn)和實現(xiàn)。

［1］ 孫茂松. 大規(guī)模在線教育之我見. 上海交通大學，“在線教育發(fā)展國際論壇”，2013年7月

［2］ 祝智庭，閆寒冰，魏非. 觀照MOOCs 的開放教育正能量［J］.上海，開放教育研究，2013，19(6):18-26

［3］ 傅吉艷，陳仕品.哈佛大學視頻公開課《公正》設計分析及其啟示［J］. 北京，中國教育信息化，2013(11):18-21

［4］ 杭文，李旭宏.基于復雜系統(tǒng)科學的理工科研究生思維方式培養(yǎng)探究［J］.武漢，理工高教研究，2007，26(4):35-37

［5］ 黃伯棠.強化理工科大學生思維訓練初論［J］.荊州，長江大學學報(社會科學版)2005，28(2):134-136