基于貫穿式實(shí)踐的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)

孫志勇　吳偉　牛朝陽　周青松

［摘 要］ 高階思維尤其是創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，是現(xiàn)代素質(zhì)教育的核心部分，是貫徹以學(xué)生發(fā)展為中心教育理念的基本要求，是“雙一流”高校教學(xué)改革的一個(gè)重要方面，是知識、能力和素養(yǎng)“三位一體”培養(yǎng)目標(biāo)的重要體現(xiàn)。在分析創(chuàng)造性思維內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，以“天線與電波傳播”課程中的貫穿式實(shí)踐項(xiàng)目對數(shù)周期天線設(shè)計(jì)為例，結(jié)合課程特點(diǎn)，介紹了貫穿式實(shí)踐項(xiàng)目的具體實(shí)施方法，并探討了實(shí)踐項(xiàng)目對創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的支撐作用和實(shí)現(xiàn)方法。

［關(guān)鍵詞］ 高階思維；創(chuàng)造性思維；貫穿式實(shí)踐；天線與電波傳播

［基金項(xiàng)目］ 2020年度國防科技大學(xué)校級培育項(xiàng)目“融體系，強(qiáng)實(shí)踐，貼實(shí)戰(zhàn)：電子對抗專業(yè)強(qiáng)軍新工科人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新”；2021年度國防科技大學(xué)重點(diǎn)教學(xué)改革課題“模式創(chuàng)新，實(shí)踐牽引——《天線與電波傳播》課程高階能力培養(yǎng)研究與實(shí)踐”（U2021210）

［作者簡介］ 孫志勇（1974—），男，湖北黃岡人，博士，國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院副教授，主要從事天線與電波傳播研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2024）04-0005-04［收稿日期］ 2022-10-28

引言

自1999年我國推出深化教育改革和素質(zhì)教育以來，以“雙一流”院校為代表的全國高校啟動了對傳統(tǒng)教育的新一輪改革，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生的能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育，注重知識、能力和素質(zhì)“三位一體”的人才培養(yǎng)模式。這輪改革尤其強(qiáng)調(diào)對能力的培養(yǎng)，而其中尤為關(guān)鍵的是對學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

本文以“天線與電波傳播”課程的實(shí)踐教學(xué)為例，介紹了對學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的方法。首先，介紹了高階思維的內(nèi)涵；接著，結(jié)合課程的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)案例，介紹了貫穿式實(shí)踐的具體實(shí)施方法，以及對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的支撐過程；最后，做出了總結(jié)。

一、高階思維的內(nèi)涵

高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或較高層次的認(rèn)知能力［1］，是從淺層的信息獲取和分析轉(zhuǎn)向深層的理解與應(yīng)用，使學(xué)生能夠由被動的知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸饬x的思維鍛煉，激發(fā)深度學(xué)習(xí)。

對高階思維的研究思路主要有兩種：一是1956年由美國著名教育家和心理學(xué)家本杰明·布盧姆基于認(rèn)知領(lǐng)域提出的布盧姆教育目標(biāo)分類法［2］，人們通常將其六種思維中的后三種稱為高階思維；二是21世紀(jì)初由美國資深教育咨詢顧問與培訓(xùn)師R.布魯斯·威廉姆斯提出的三個(gè)層次、五個(gè)維度的更精細(xì)高階思維［3］，具有很好的指導(dǎo)性和操作性。

（一）布盧姆目標(biāo)分類法定義的高階思維

布盧姆根據(jù)從低到高的認(rèn)知程度，將思維認(rèn)知分為知識（knowledge）、理解（comprehension）、應(yīng)用（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）、評價(jià)（evaluation）等六個(gè)層次。2001年，安德森等人在此基礎(chǔ)上，修改為記憶（remember）、理解（understand）、應(yīng)用（apply）、分析（analyze）、綜合與評價(jià)（evaluation）、創(chuàng)造（create）等六個(gè)層次［4］。

布盧姆教育目標(biāo)分類法影響深遠(yuǎn)，被廣泛應(yīng)用在教學(xué)研究過程當(dāng)中，它把對知識的認(rèn)知過程分成了不同的等級。提倡素質(zhì)教育后，后面三個(gè)思維層次逐漸被重視，并被理解為屬于高階思維的能力。

總體上，布盧姆對高階思維層次的劃分相對粗略，對提出的能力沒有明確統(tǒng)一的區(qū)分度。

（二）威廉姆斯定義的高階思維

威廉姆斯提出的高階思維定義了三個(gè)層次、五個(gè)維度，較好地解決了不同層次高階思維的區(qū)分度問題。

三個(gè)層次分別為理解信息、概括洞察和發(fā)現(xiàn)應(yīng)用。從高階思維的層次上看，理解信息是高階思維的初級層次；概括洞察是高階思維的中間層次；發(fā)現(xiàn)應(yīng)用是高階思維的頂部層次。

五個(gè)維度包括建立相關(guān)性、發(fā)展豐富性、提高關(guān)聯(lián)性、鍛煉嚴(yán)謹(jǐn)/專注性以及強(qiáng)化遷移/遞歸性。

高階思維的三個(gè)層級從認(rèn)知、評估到應(yīng)用逐步加大思維深度，而五個(gè)維度則從聯(lián)系場景、同質(zhì)關(guān)聯(lián)、異質(zhì)關(guān)聯(lián)、促發(fā)新質(zhì)到知識遷移，逐步提升思維的深度和廣度。

（三）創(chuàng)造性思維

除了布盧姆和威廉姆斯提出的兩種高階思維分類方法以外，目前常用的還有問題解決思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維等列舉式分類。

創(chuàng)造性思維是指人們運(yùn)用新穎的方式解決問題，并產(chǎn)生獨(dú)特的、有社會價(jià)值的產(chǎn)品的思維過程，也指思維上的創(chuàng)新，創(chuàng)造一個(gè)新的思想、觀點(diǎn)、知識等，通常被認(rèn)為是人類思維的最高形式和核心。

英國心理學(xué)家華萊士提出創(chuàng)造性思維包含四個(gè)階段：準(zhǔn)備階段，即發(fā)現(xiàn)問題，收集有用信息，嘗試進(jìn)行解決等；醞釀階段，即暫時(shí)放下研究的問題，考慮別的事情；啟發(fā)階段，突然出現(xiàn)頓悟或靈感，想出解決問題的新方法；驗(yàn)證階段，對解決問題的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

二、貫穿式實(shí)踐對創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的支撐

（一）貫穿式實(shí)踐的設(shè)計(jì)

“天線與電波傳播”是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程［5］，其主要特點(diǎn)是理論抽象、知識點(diǎn)多，與工程應(yīng)用聯(lián)系緊密，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)普遍感到較困難。項(xiàng)目式實(shí)踐的優(yōu)點(diǎn)是能夠讓學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動下，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，在創(chuàng)設(shè)的任務(wù)背景下，通過實(shí)踐逐步鞏固和掌握相關(guān)知識，同時(shí)，能夠提升學(xué)生動手解決實(shí)際工程問題的能力，培養(yǎng)高階思維。

本文根據(jù)“天線與電波傳播”課程內(nèi)容和特點(diǎn)，以一個(gè)涵蓋“指標(biāo)—設(shè)計(jì)—仿真—加工—測試—優(yōu)化”等環(huán)節(jié)的貫穿式項(xiàng)目實(shí)踐為例，介紹項(xiàng)目實(shí)踐對高階思維的支撐作用。

整個(gè)設(shè)計(jì)過程可以分成兩個(gè)主要模塊，即軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，對數(shù)周期天線貫穿式實(shí)踐設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。軟件設(shè)計(jì)模塊主要解決實(shí)際問題的理論解算與設(shè)計(jì)，將理論知識運(yùn)用到解決具體場景問題當(dāng)中；硬件設(shè)計(jì)模塊主要解決實(shí)際問題的工程設(shè)計(jì)，將動手能力應(yīng)用到解決工程實(shí)際問題當(dāng)中。

貫穿式對數(shù)周期天線（簡稱對周天線）實(shí)踐項(xiàng)目的具體實(shí)施環(huán)節(jié)如圖2所示。

整個(gè)過程需要學(xué)生發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，將理論知識與實(shí)際問題進(jìn)行結(jié)合，并且根據(jù)應(yīng)用背景和其他指標(biāo)約束，最后不斷完善和迭代“設(shè)計(jì)—仿真—加工—測試—優(yōu)化”這五個(gè)過程，在解決問題過程中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)和鍛煉。

（二）貫穿式實(shí)踐對威廉姆斯定義的高階思維的支撐

在對數(shù)周期天線從理論到實(shí)踐的設(shè)計(jì)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新實(shí)踐，并上升為高階思維。通過比較分析天線比例因子、間隔因子以及饋線等因素對天線性能的影響程度，讓學(xué)生學(xué)會演繹與對比分析；通過對天線實(shí)物的測量分析，讓學(xué)生準(zhǔn)確找到設(shè)計(jì)的缺陷和改進(jìn)方法，學(xué)會評估和鑒定的能力；通過總結(jié)與匯報(bào)作品，讓學(xué)生對項(xiàng)目設(shè)計(jì)做出系統(tǒng)評價(jià)，學(xué)會綜合和預(yù)測能力。

對應(yīng)威廉姆斯定義的高階思維技能矩陣，貫穿式實(shí)踐可以起到較好的映射作用。

在理解信息層次上，學(xué)生可以由“對周天線的工作原理”理解具體設(shè)計(jì)對象的豐富內(nèi)涵，由“不同場景下的對周天線設(shè)計(jì)對性能的影響”關(guān)聯(lián)背景需求，由“為什么選定的設(shè)計(jì)方案能夠保障性能要求”保證設(shè)計(jì)結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性，由“將對周天線設(shè)計(jì)理念和評估方法遷移到現(xiàn)代天線或通用天線的設(shè)計(jì)”拓寬設(shè)計(jì)的天線應(yīng)用范疇。

在概括洞察層次上，學(xué)生可以由“對周天線性能的視圖”洞察設(shè)計(jì)對象的性能分析深度，由“與等角螺旋天線比較，找到本質(zhì)聯(lián)系”對比不同非頻變天線的性能，由“分析對周天線性能受到約束的根本原因”剖析影響性能的因素，由“類比復(fù)雜場景下設(shè)備的工程設(shè)計(jì)問題，體會解決問題的過程”拓寬設(shè)計(jì)的背景條件。

在發(fā)現(xiàn)應(yīng)用層次上，學(xué)生可以由“設(shè)計(jì)最優(yōu)對周天線的復(fù)雜性”提升設(shè)計(jì)的性能，由“推廣到不同的應(yīng)用場景，找到普適性”總結(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)用的普適關(guān)聯(lián)，由“準(zhǔn)確預(yù)測加工好的天線的實(shí)測性能”預(yù)測和挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)在應(yīng)用上的嚴(yán)謹(jǐn)性，由“總結(jié)歸納高階實(shí)踐項(xiàng)目的思維流程，并應(yīng)用到其他項(xiàng)目中”歸納拓展項(xiàng)目實(shí)踐的高階思維。

在完成對數(shù)周期天線這一典型的非頻變天線設(shè)計(jì)后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析非頻變天線在結(jié)構(gòu)上的本質(zhì)要求，并結(jié)合應(yīng)用場景，探討非頻變天線的可能變形。學(xué)生可以拓展研究非頻變天線參數(shù)設(shè)計(jì)的通用性與差異性、主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和形狀對帶寬性能影響的對比、性能最大化的方法以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的總結(jié)等理論問題，同時(shí)，研究天線性能綜合優(yōu)化的方法、非頻變天線工程應(yīng)用設(shè)計(jì)以及高階實(shí)踐項(xiàng)目的思維流程等應(yīng)用問題，學(xué)會理論與實(shí)踐相結(jié)合、發(fā)散思維、關(guān)聯(lián)思維和知識遷移的能力。

可見，貫穿式實(shí)踐系統(tǒng)通過理論設(shè)計(jì)、軟件仿真、硬件制作、硬件測試、改進(jìn)優(yōu)化到評估驗(yàn)收等步驟，實(shí)現(xiàn)了給定應(yīng)用場景下對數(shù)周期天線這一典型非頻變天線的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證過程，充分培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用知識解決復(fù)雜工程問題的能力，以及分析、評價(jià)、應(yīng)用等高階思維。

（三）貫穿式實(shí)踐對創(chuàng)造性思維的支撐

貫穿式實(shí)踐對創(chuàng)造性思維的支撐過程如圖3所示，具體可分為四個(gè)階段。

1.準(zhǔn)備階段。學(xué)生將實(shí)踐項(xiàng)目的任務(wù)分解成具體問題，包括非頻變天線設(shè)計(jì)理論、天線軟件硬件設(shè)計(jì)的工具和方法等，并做好團(tuán)隊(duì)分工和嘗試解決問題，以此充分調(diào)動主觀能動性。

2.醞釀階段。學(xué)生根據(jù)收集的資料總結(jié)，梳理出影響非頻變天線性能的主要因素、天線性能最大化的方法以及非頻變天線帶寬拓展的方法等問題，拓展思維，深入研究與非頻變天線設(shè)計(jì)相關(guān)的周邊問題。

3.啟發(fā)階段。學(xué)生依據(jù)非頻變天線實(shí)現(xiàn)的條件和理想形態(tài)，找到對數(shù)周期天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素及方法，在理解雙錐天線到對數(shù)周期天線的過渡演變的基礎(chǔ)上，找到天線參數(shù)設(shè)計(jì)的影響機(jī)理和設(shè)計(jì)靈感。

4.驗(yàn)證階段。學(xué)生通過電磁軟件仿真和硬件測試來評估設(shè)計(jì)的性能效果，借助反饋的指標(biāo)數(shù)據(jù)和曲線找到天線設(shè)計(jì)過程中未考慮到的問題、性能未達(dá)到最優(yōu)的關(guān)鍵癥結(jié)，由此形成改進(jìn)思路或需要進(jìn)一步解決的問題。

結(jié)語

創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)對于學(xué)生能力的提升至關(guān)重要。本文以“天線與電波傳播”課程的對數(shù)周期天線設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目為例，從過程設(shè)計(jì)到思維培養(yǎng)方法，闡述了借助實(shí)踐項(xiàng)目來提高學(xué)生創(chuàng)造性思維的途徑，并在實(shí)踐中取得了很好的效果。

參考文獻(xiàn)

［1］鐘志賢.促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)假設(shè)［J］.電化教育研究，2004（12）：21-28.

［2］麥克·格爾森.如何在課堂中使用布盧姆教育目標(biāo)分類法［M］.汪然，譯.北京：中國青年出版社，2021：16.

［3］R.布魯斯·威廉姆斯.高階思維培養(yǎng)有門道［M］.劉靜，譯.北京：教育科學(xué)出版社，2021：5.

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［5］宋錚.天線與電波傳播［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2016：132-141.

The Cultivation of Creative Thinking Based on Integrated Practice： Taking “Antenna and Radio Wave Propagation” as an Example

SUN Zhi-yong， WU Wei， NIU Zhao-yang， ZHOU Qing-song

（Institute of Electronic Countermeasure， National University of Defense Technology， Hefei， Anhui 230037， China）

Abstract： The cultivation of higher-order thinking， especially creative thinking， is the core part of modern quality education， is the basic requirement for implementing the educational concept centered on student development， and the cultivation of higher-order thinking is an important aspect of the teaching reform of double-first-class colleges and universities， and an important embodiment of the goal of cultivating the trinity of knowledge， ability and accomplishment. Based on the analysis of the connotation of creative thinking， this paper takes an integrated practical project in the course of “Antenna and Radio Wave Propagation”： logarithmic period antenna design as an example， combines the characteristics of the course， introduces the specific implementation methods of the integrated practical project， and discusses the supporting role and realization methods for the cultivation of creative thinking.

Key words： higher-order thinking; creative thinking; integrated practice; Antenna and Radio Wave Propagation