基于軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式的研究生批判性思維培育路徑初探

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(shí)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(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效途徑之一。針對(duì)研究生批判性思維嚴(yán)重缺乏的問(wèn)題，海軍工程大學(xué)水聲工程專業(yè)的聲納陣列信號(hào)處理課程采用軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，以“能力—知識(shí)—應(yīng)用—思維”為導(dǎo)向，以聲納裝備技戰(zhàn)術(shù)需求和現(xiàn)實(shí)不符為牽引，以高分辨、強(qiáng)穩(wěn)健空時(shí)先進(jìn)處理技術(shù)為主線，通過(guò)興趣激發(fā)、使命學(xué)習(xí)等環(huán)節(jié)，進(jìn)行漸進(jìn)式教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、思維訓(xùn)練和面批考核，實(shí)現(xiàn)思維構(gòu)建知識(shí)體系、智慧批判工程問(wèn)題。教學(xué)效果的調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果表明：軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式充分激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，86%的研究生對(duì)聲納使用暴露出的問(wèn)題進(jìn)行了有效批判。

［關(guān)鍵詞］軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式；批判性思維；使命學(xué)習(xí)

［中圖分類號(hào)］ G643 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）04-0037-04

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使用數(shù)據(jù)分析提供知識(shí)表達(dá)成為常態(tài)，這為傳統(tǒng)的高等教育帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一方面，傳統(tǒng)學(xué)科之間深度融合、交叉匯聚，多領(lǐng)域知識(shí)需求增加；另一方面，知識(shí)獲取方式更加廣泛，學(xué)生自行獲取的知識(shí)具有碎片化等特點(diǎn)。斯坦福大學(xué)認(rèn)為，在信息化社會(huì)中，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度不再被認(rèn)為最重要，重要的是對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力。為此，該大學(xué)在未來(lái)規(guī)劃中以學(xué)生對(duì)信息的解釋、探尋、綜合能力為培養(yǎng)目標(biāo)，創(chuàng)造性地提出了軸翻轉(zhuǎn)（Axis Flip）教學(xué)模式，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的翻轉(zhuǎn)[1-2]。

教育的價(jià)值不是多記知識(shí)，而是訓(xùn)練大腦的思維[3]。軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于批判性思維的塑造，這也是中國(guó)高等教育，特別是研究生教育中常常被忽視的教學(xué)目標(biāo)。耶魯大學(xué)校長(zhǎng)曾指出，中國(guó)高校教育在跨學(xué)科的廣度和批判性思維的培養(yǎng)方面與世界著名學(xué)校存在較大差距[4-5]。為此，清華大學(xué)在2009年提出了價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)獲取“三位一體”的教育理念，把批判性思維作為最高教學(xué)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行課程改革實(shí)踐。

大學(xué)科背景下，知識(shí)傳遞并不是唯一的教學(xué)目標(biāo)，從知識(shí)到思維，是現(xiàn)代高等教育發(fā)展的趨勢(shì)之一[6]。部隊(duì)需要的是高層次應(yīng)用型人才，這類人才需要掌握思考問(wèn)題的方式和解決問(wèn)題的方法，能基于技術(shù)進(jìn)行觀察、分析、判斷、決策，深入理解技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)的關(guān)系，掌握技術(shù)前沿特別是主要作戰(zhàn)對(duì)手的武器裝備的使用和運(yùn)用情況，并對(duì)本業(yè)務(wù)進(jìn)行有效建設(shè)、管理，從職業(yè)領(lǐng)域角度對(duì)部隊(duì)建設(shè)與武器裝備發(fā)展提出問(wèn)題和需求[7]。批判性思維是實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)的有效路徑。為培育研究生的批判性思維，海軍工程大學(xué)水聲工程專業(yè)的聲納陣列信號(hào)處理課程采用軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，以“能力—知識(shí)—應(yīng)用—思維”為導(dǎo)向，以“在學(xué)中做、在做中學(xué)”為方法，瞄準(zhǔn)拖線陣實(shí)裝研發(fā)和改進(jìn)的現(xiàn)實(shí)需求，以“名師大講堂”為手段激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以“文獻(xiàn)復(fù)現(xiàn)和裝備問(wèn)題批判”為使命牽引任務(wù)學(xué)習(xí)。最后，課程組通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查對(duì)批判性思維的培育效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

一、軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式

軸翻轉(zhuǎn)是指將“先知識(shí)后能力”的教學(xué)培養(yǎng)過(guò)程翻轉(zhuǎn)為“先能力后知識(shí)”，能力是知識(shí)獲取的基礎(chǔ)。軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式的實(shí)質(zhì)是課程教學(xué)中重難點(diǎn)的劃分方式由傳統(tǒng)教學(xué)的按知識(shí)劃分改變?yōu)榘磳W(xué)生基礎(chǔ)能力劃分，并據(jù)此重新建構(gòu)課程教學(xué)方法。

從教學(xué)對(duì)象上看，一方面，選修聲納陣列信號(hào)處理課程的研究生所學(xué)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(shù)、自動(dòng)化、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等學(xué)科，學(xué)生專業(yè)背景欠缺、專業(yè)知識(shí)零碎，這為課程教學(xué)帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)；另一方面，研究生通過(guò)了本科學(xué)習(xí)和碩士入學(xué)考試，具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)、英語(yǔ)功底和基礎(chǔ)編程能力，正適合“在學(xué)中做、在做中學(xué)”的教學(xué)方法，為“先能力后知識(shí)”的軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)提供了有利條件。

二、批判性思維形成路徑

清華大學(xué)的實(shí)踐證明，為培育研究生批判性思維，可將通識(shí)教育與專業(yè)教育進(jìn)行有效融合，這是實(shí)現(xiàn)學(xué)生理技融合的有效途徑之一。

（一）目標(biāo)導(dǎo)向

聲納陣列信號(hào)處理課程在教學(xué)目標(biāo)上，以“能力—知識(shí)—應(yīng)用—思維”為導(dǎo)向進(jìn)行批判性思維的培育（如圖1所示）。在能力上，重點(diǎn)培養(yǎng)研究生文獻(xiàn)檢索能力、仿真編程能力、文獻(xiàn)復(fù)現(xiàn)能力和碎片化知識(shí)整合能力；在知識(shí)上，要求學(xué)生圍繞波束形成原理、自適應(yīng)波束形成和高分辨空間譜估計(jì)等重點(diǎn)內(nèi)容，建立系統(tǒng)的、漸進(jìn)的、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系；在應(yīng)用上，以拖線陣聲納工程應(yīng)用中暴露出來(lái)的實(shí)際問(wèn)題為牽引，通過(guò)陣列結(jié)構(gòu)和優(yōu)化算法設(shè)計(jì)，鍛煉研究生的實(shí)踐能力；在思維上，以實(shí)際裝備技術(shù)的改進(jìn)為任務(wù)牽引，對(duì)新技術(shù)、新方法的工程應(yīng)用進(jìn)行有效批判，培育研究生批判性思維，為聲納陣列性能評(píng)估、改進(jìn)和使用提供智力支持。

（二） 興趣激發(fā)

實(shí)施軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式的關(guān)鍵在于充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程組在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，設(shè)置了“名師大講堂”授課專題，通過(guò)整合線上優(yōu)秀國(guó)際會(huì)議資源、線下邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)著名高校教師進(jìn)行專題輔導(dǎo)授課等，對(duì)陣列處理領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)和聲納裝備的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了深入探究，不僅塑造了研究生的專業(yè)知識(shí)背景、開(kāi)拓了其專業(yè)方向視野、培養(yǎng)了其學(xué)術(shù)涵養(yǎng)，而且激發(fā)和提高了其學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了其對(duì)水聲崗位的責(zé)任感和使命感。

（三） 使命學(xué)習(xí)

為培養(yǎng)研究生對(duì)中英文文獻(xiàn)涉及的理論、技術(shù)的批判能力，聲納陣列信號(hào)處理課程采用“在學(xué)中做、在做中學(xué)”等翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式[8]，通過(guò)“交叉知識(shí)你來(lái)找”“思維導(dǎo)圖你來(lái)畫(huà)”“經(jīng)典文獻(xiàn)你來(lái)講”和“裝備問(wèn)題你來(lái)辯”四個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行使命學(xué)習(xí)。一是在“交叉知識(shí)你來(lái)找”教學(xué)設(shè)計(jì)上，重視交叉學(xué)科的思想精髓，強(qiáng)調(diào)交叉學(xué)科基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論的掌握，積極推動(dòng)學(xué)科交叉與跨界資源整合，將聲納陣列信號(hào)處理所需的凸函數(shù)優(yōu)化、加權(quán)平均、矩陣計(jì)算等數(shù)學(xué)理論拓展到人工智能、深度學(xué)習(xí)等領(lǐng)域，充分激發(fā)學(xué)生的好奇心和想象力。二是在“思維導(dǎo)圖你來(lái)畫(huà)”教學(xué)設(shè)計(jì)上，課前布置收集教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和關(guān)鍵詞等任務(wù)，課后布置思維導(dǎo)圖作業(yè)，前后關(guān)聯(lián)課程知識(shí)，按層次分析內(nèi)容體系，鍛煉學(xué)生碎片化知識(shí)的獲取、整合能力，幫助學(xué)生迅速建立課程所需的專業(yè)知識(shí)體系。三是在“經(jīng)典文獻(xiàn)你來(lái)講”教學(xué)設(shè)計(jì)上，圍繞“拖曳線列陣高分辨波束形成技術(shù)”等主題，采用線上演示、互相交流等方式，以高引文獻(xiàn)為任務(wù)牽引，通過(guò)制作內(nèi)容詞云、技術(shù)編程實(shí)現(xiàn)、理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的文獻(xiàn)檢索整合、技術(shù)復(fù)現(xiàn)能力，為裝備問(wèn)題批判分析打好基礎(chǔ)。課程圍繞“拖曳線列陣陣型估計(jì)與波束形成”主題，分別對(duì)“寬帶波束形成技術(shù)”“多子帶峰值檢測(cè)”“信號(hào)協(xié)方差矩陣分析”等8個(gè)相關(guān)技術(shù)的英文文獻(xiàn)進(jìn)行了研授，形成了具有全員參與、分工協(xié)作、集體答辯等特點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)課堂新形式。通過(guò)參與式學(xué)習(xí)，研究生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性提升了，文獻(xiàn)閱讀能力、主題把握能力和編程復(fù)現(xiàn)能力也得到了鍛煉和提高。四是在“裝備問(wèn)題你來(lái)辯”教學(xué)設(shè)計(jì)上，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“學(xué)習(xí)經(jīng)典—提出疑問(wèn)—收集資料—推理論證—其他解釋”等步驟，對(duì)拖線陣聲納實(shí)際遇到的“左右舷”模糊、拖船干擾等工程應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)實(shí)批判，自主分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因及其物理本質(zhì)，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(shí)戰(zhàn)需求的脫軌，也可在學(xué)生批判性思維的培育過(guò)程中實(shí)現(xiàn)聲納陣列專業(yè)理論與工程技術(shù)的深度融合。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)

為了對(duì)批判性思維培育的教學(xué)效果進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，聲納陣列信號(hào)處理課程采用問(wèn)卷調(diào)查的方式，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)題，使用“問(wèn)卷星”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，邀請(qǐng)學(xué)生進(jìn)行無(wú)記名作答。問(wèn)卷發(fā)出51份，收回50份，1份未按時(shí)提交。

（一）研究生學(xué)習(xí)狀態(tài)

【問(wèn)題1】一次直播授課中，你能集中精力聽(tīng)講的時(shí)間為多久？（單選題，如表1所示）

調(diào)查結(jié)果顯示，84%的研究生在直播授課中能保持超過(guò)30分鐘以上的課堂注意力，這與軍校本科生的調(diào)查結(jié)果差別不大[9]，表明課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)能夠有效保持研究生的課堂注意力。

【問(wèn)題2】請(qǐng)你對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。（單選題，如表2所示）

調(diào)查結(jié)果顯示，80%的研究生對(duì)自身學(xué)習(xí)狀態(tài)的評(píng)價(jià)為“基礎(chǔ)一般，學(xué)習(xí)用功”，說(shuō)明這門課程有效激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到提高。

【問(wèn)題3】你在課前會(huì)看老師提前給的課件或預(yù)習(xí)電子書(shū)嗎？（單選題，如表3所示）

調(diào)查結(jié)果表明，布置作業(yè)可以倒逼研究生進(jìn)行回顧性學(xué)習(xí)，在課堂教學(xué)中設(shè)置后測(cè)問(wèn)題可以有效督促研究生預(yù)習(xí)電子書(shū)和課程內(nèi)容。

（二）軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)效果

【問(wèn)題4】你覺(jué)得“名師大講堂”里面的內(nèi)容對(duì)你有沒(méi)有幫助？（單選題，如表4所示）

調(diào)查結(jié)果顯示，多數(shù)研究生認(rèn)為課程設(shè)置的“名師大講堂”環(huán)節(jié)有用，可以有效地將課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與具體的工程應(yīng)用相聯(lián)系，但是仍有24%的研究生認(rèn)為這種作用說(shuō)不清，表明這部分研究生課程知識(shí)體系尚未完全建立，還沒(méi)有找到知識(shí)與工程應(yīng)用的聯(lián)系。

【問(wèn)題5】你認(rèn)為這門課做得比較好的方面是什么？（單選題，如表5所示）

調(diào)查結(jié)果顯示，超過(guò)一半的研究生對(duì)課件的認(rèn)可度較高，課程教學(xué)效果得到了全部研究生的認(rèn)可。但學(xué)生對(duì)課程的授課內(nèi)容普遍感覺(jué)較累，課程對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高、理論公式較多，導(dǎo)致理論授課和研究生自習(xí)方面存在客觀困難，課程理論教學(xué)未達(dá)到較好的教學(xué)效果，仍需優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

【問(wèn)題6】你認(rèn)為課程設(shè)置的“交叉知識(shí)你來(lái)找”“思維導(dǎo)圖你來(lái)畫(huà)”“經(jīng)典文獻(xiàn)你來(lái)講”和“裝備問(wèn)題你來(lái)辯”等教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)你的課題研究有沒(méi)有幫助？（單選題，如表6所示）

調(diào)查結(jié)果顯示，80%的研究生認(rèn)為軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)課題研究有較大幫助，可見(jiàn)軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)較大程度地培養(yǎng)了研究生的技術(shù)復(fù)現(xiàn)和文獻(xiàn)批判能力，塑造了專業(yè)課程知識(shí)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(wèn)題7】你對(duì)完成“裝備問(wèn)題你來(lái)辯”教學(xué)任務(wù)的評(píng)價(jià)是什么？（單選題，如表7所示）

調(diào)查結(jié)果顯示，86%的研究生認(rèn)為“裝備問(wèn)題你來(lái)辯”教學(xué)任務(wù)完成度較高且取得了較大收獲，這與問(wèn)題2的調(diào)查結(jié)果一致，說(shuō)明課程教學(xué)對(duì)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(rèn)為沒(méi)有收獲。通過(guò)后續(xù)回訪發(fā)現(xiàn)，部分研究生因其體系化知識(shí)結(jié)構(gòu)的欠缺，難以發(fā)現(xiàn)聲納裝備實(shí)際使用的工程問(wèn)題，因此教師需要在以后的課程教學(xué)中重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)思維導(dǎo)圖的運(yùn)用。

課程的主要內(nèi)容是通過(guò)對(duì)波束形成方式施加約束，在不同的優(yōu)化準(zhǔn)則下形成最優(yōu)的加權(quán)系數(shù)，本質(zhì)是 “加權(quán)優(yōu)化”思想的具體應(yīng)用。這一主題思想可涉及多個(gè)學(xué)科，如機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)處理等。通過(guò)思維導(dǎo)圖訓(xùn)練，結(jié)合文獻(xiàn)研授環(huán)節(jié)，研究生可不斷形成“優(yōu)化加權(quán)”思想，并將該思想與其他專業(yè)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行類比。此外，通過(guò)文獻(xiàn)研授的環(huán)節(jié)，可讓研究生充分認(rèn)識(shí)到技術(shù)課程也可以很 “UIC”——有用（Useful）、有趣（Interesting）和有關(guān)系（Corrective）。

四、總結(jié)

為培養(yǎng)部隊(duì)所需的高層次應(yīng)用型人才，聲納陣列信號(hào)處理課程采用軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，以“能力—知識(shí)—應(yīng)用—思維”為目標(biāo)導(dǎo)向，通過(guò)興趣激發(fā)、使命學(xué)習(xí)等教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)研究生的批判性思維培育進(jìn)行了課程實(shí)踐，用技術(shù)復(fù)現(xiàn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，用思維來(lái)構(gòu)建學(xué)生的知識(shí)體系，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生用智慧來(lái)批判工程應(yīng)用問(wèn)題。最后課程采用無(wú)記名問(wèn)卷調(diào)查的方式，對(duì)學(xué)生批判性思維培育的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：大多數(shù)研究生認(rèn)為軸翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式對(duì)課題研究幫助較大，研究生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到了有效提高，課程教學(xué)對(duì)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(huì)的發(fā)展，高校教師角色發(fā)生了根本變化，從知識(shí)的擁有者和守護(hù)者逐漸向知識(shí)的引導(dǎo)者、主導(dǎo)者和規(guī)劃者轉(zhuǎn)變。教育的本質(zhì)是人點(diǎn)亮人，在于通過(guò)對(duì)話、交流乃至實(shí)踐，引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，掌握批判性思維方法，最終走向個(gè)性化的自我完善之路。本文研究?jī)?nèi)容是對(duì)高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人才批判性思維培育路徑的積極探索。

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［責(zé)任編輯：鐘 嵐］