基于轴翻转教学模式的研究生批判性思维培育路径初探

孔晓鹏　姚直象　幸高翔　王惊亦

［摘 要］为培育研究生批判性思维，可将通识教育与专业教育有效融合，这是军校研究生理技融合培养目标实现的有效途径之一。针对研究生批判性思维严重缺乏的问题，海军工程大学水声工程专业的声纳阵列信号处理课程采用轴翻转教学模式，以“能力—知识—应用—思维”为导向，以声纳装备技战术需求和现实不符为牵引，以高分辨、强稳健空时先进处理技术为主线，通过兴趣激发、使命学习等环节，进行渐进式教学内容规划、思维训练和面批考核，实现思维构建知识体系、智慧批判工程问题。教学效果的调查问卷结果表明：轴翻转教学模式充分激发了研究生的学习兴趣和主动性，86%的研究生对声纳使用暴露出的问题进行了有效批判。

［关键词］轴翻转教学模式；
批判性思维；
使命学习

［中图分类号］ G643 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）04-0037-04

随着大数据技术在各领域中的广泛应用，使用数据分析提供知识表达成为常态，这为传统的高等教育带来了严峻挑战。一方面，传统学科之间深度融合、交叉汇聚，多领域知识需求增加；
另一方面，知识获取方式更加广泛，学生自行获取的知识具有碎片化等特点。斯坦福大学认为，在信息化社会中，学生对知识的掌握程度不再被认为最重要，重要的是对知识的运用能力。为此，该大学在未来规划中以学生对信息的解释、探寻、综合能力为培养目标，创造性地提出了轴翻转（Axis Flip）教学模式，以实现知识与能力的翻转[1-2]。

教育的价值不是多记知识，而是训练大脑的思维[3]。轴翻转教学模式的实现关键在于批判性思维的塑造，这也是中国高等教育，特别是研究生教育中常常被忽视的教学目标。耶鲁大学校长曾指出，中国高校教育在跨学科的广度和批判性思维的培养方面与世界著名学校存在较大差距[4-5]。为此，清华大学在2009年提出了价值塑造、能力培养、知识获取“三位一体”的教育理念，把批判性思维作为最高教学目标来进行课程改革实践。

大学科背景下，知识传递并不是唯一的教学目标，从知识到思维，是现代高等教育发展的趋势之一[6]。部队需要的是高层次应用型人才，这类人才需要掌握思考问题的方式和解决问题的方法，能基于技术进行观察、分析、判断、决策，深入理解技术和战术的关系，掌握技术前沿特别是主要作战对手的武器装备的使用和运用情况，并对本业务进行有效建设、管理，从职业领域角度对部队建设与武器装备发展提出问题和需求[7]。批判性思维是实现这一培养目标的有效路径。为培育研究生的批判性思维，海军工程大学水声工程专业的声纳阵列信号处理课程采用轴翻转教学模式，以“能力—知识—应用—思维”为导向，以“在学中做、在做中学”为方法，瞄准拖线阵实装研发和改进的现实需求，以“名师大讲堂”为手段激发学生学习兴趣，以“文献复现和装备问题批判”为使命牵引任务学习。最后，课程组通过问卷调查对批判性思维的培育效果进行了评价。

一、轴翻转教学模式

轴翻转是指将“先知识后能力”的教学培养过程翻转为“先能力后知识”，能力是知识获取的基础。轴翻转教学模式的实质是课程教学中重难点的划分方式由传统教学的按知识划分改变为按学生基础能力划分，并据此重新建构课程教学方法。

从教学对象上看，一方面，选修声纳阵列信号处理课程的研究生所学的本科专业分布较广、跨度较大，涵盖电子信息工程、航海技术、自动化、软件工程、网络工程等学科，学生专业背景欠缺、专业知识零碎，这为课程教学带来了极大挑战；
另一方面，研究生通过了本科学习和硕士入学考试，具有较强的数学、英语功底和基础编程能力，正适合“在学中做、在做中学”的教学方法，为“先能力后知识”的轴翻转教学提供了有利条件。

二、批判性思维形成路径

清华大学的实践证明，为培育研究生批判性思维，可将通识教育与专业教育进行有效融合，这是实现学生理技融合的有效途径之一。

（一）目标导向

声纳阵列信号处理课程在教学目标上，以“能力—知识—应用—思维”为导向进行批判性思维的培育（如图1所示）。在能力上，重点培养研究生文献检索能力、仿真编程能力、文献复现能力和碎片化知识整合能力；
在知识上，要求学生围绕波束形成原理、自适应波束形成和高分辨空间谱估计等重点内容，建立系统的、渐进的、结构化的知识体系；
在应用上，以拖线阵声纳工程应用中暴露出来的实际问题为牵引，通过阵列结构和优化算法设计，锻炼研究生的实践能力；
在思维上，以实际装备技术的改进为任务牵引，对新技术、新方法的工程应用进行有效批判，培育研究生批判性思维，为声纳阵列性能评估、改进和使用提供智力支持。

（二） 兴趣激发

实施轴翻转教学模式的关键在于充分激发学生的学习兴趣。课程组在教学实施过程中，设置了“名师大讲堂”授课专题，通过整合线上优秀国际会议资源、线下邀请国内著名高校教师进行专题辅导授课等，对阵列处理领域国内外研究热点和声纳装备的技术应用现状进行了深入探究，不仅塑造了研究生的专业知识背景、开拓了其专业方向视野、培养了其学术涵养，而且激发和提高了其学习兴趣，增强了其对水声岗位的責任感和使命感。

（三） 使命学习

为培养研究生对中英文文献涉及的理论、技术的批判能力，声纳阵列信号处理课程采用“在学中做、在做中学”等翻转教学模式[8]，通过“交叉知识你来找”“思维导图你来画”“经典文献你来讲”和“装备问题你来辩”四个环节的教学设计进行使命学习。一是在“交叉知识你来找”教学设计上，重视交叉学科的思想精髓，强调交叉学科基础数学理论的掌握，积极推动学科交叉与跨界资源整合，将声纳阵列信号处理所需的凸函数优化、加权平均、矩阵计算等数学理论拓展到人工智能、深度学习等领域，充分激发学生的好奇心和想象力。二是在“思维导图你来画”教学设计上，课前布置收集教学内容相关的知识点和关键词等任务，课后布置思维导图作业，前后关联课程知识，按层次分析内容体系，锻炼学生碎片化知识的获取、整合能力，帮助学生迅速建立课程所需的专业知识体系。三是在“经典文献你来讲”教学设计上，围绕“拖曳线列阵高分辨波束形成技术”等主题，采用线上演示、互相交流等方式，以高引文献为任务牵引，通过制作内容词云、技术编程实现、理论与实验结果比对等环节，培养学生的文献检索整合、技术复现能力，为装备问题批判分析打好基础。课程围绕“拖曳线列阵阵型估计与波束形成”主题，分别对“宽带波束形成技术”“多子带峰值检测”“信号协方差矩阵分析”等8个相关技术的英文文献进行了研授，形成了具有全员参与、分工协作、集体答辩等特点的翻转课堂新形式。通过参与式学习，研究生的学习主动性提升了，文献阅读能力、主题把握能力和编程复现能力也得到了锻炼和提高。四是在“装备问题你来辩”教学设计上，引导学生通过“学习经典—提出疑问—收集资料—推理论证—其他解释”等步骤，对拖线阵声纳实际遇到的“左右舷”模糊、拖船干扰等工程应用问题进行现实批判，自主分析问题产生的原因及其物理本质，并给出可行的解决方案。这样既可避免原理与作战使用的脱节、能力与实战需求的脱轨，也可在学生批判性思维的培育过程中实现声纳阵列专业理论与工程技术的深度融合。

三、教学评价

为了对批判性思维培育的教学效果进行有效评价，声纳阵列信号处理课程采用问卷调查的方式，有针对性地设计调查问题，使用“问卷星”网络平台，邀请学生进行无记名作答。问卷发出51份，收回50份，1份未按时提交。

（一）研究生学习状态

【问题1】一次直播授课中，你能集中精力听讲的时间为多久？（单选题，如表1所示）

调查结果显示，84%的研究生在直播授课中能保持超过30分钟以上的课堂注意力，这与军校本科生的调查结果差别不大[9]，表明课堂的教学设计能够有效保持研究生的课堂注意力。

【问题2】请你对这门课程的学习状态进行自我评价。（单选题，如表2所示）

调查结果显示，80%的研究生对自身学习状态的评价为“基础一般，学习用功”，说明这门课程有效激发了研究生的学习兴趣，学习主动性得到提高。

【问题3】你在课前会看老师提前给的课件或预习电子书吗？（单选题，如表3所示）

调查结果表明，布置作业可以倒逼研究生进行回顾性学习，在课堂教学中设置后测问题可以有效督促研究生预习电子书和课程内容。

（二）轴翻转教学效果

【问题4】你觉得“名师大讲堂”里面的内容对你有没有帮助？（单选题，如表4所示）

调查结果显示，多数研究生认为课程设置的“名师大讲堂”环节有用，可以有效地将课程学习内容与具体的工程应用相联系，但是仍有24%的研究生认为这种作用说不清，表明这部分研究生课程知识体系尚未完全建立，还没有找到知识与工程应用的联系。

【问题5】你认为这门课做得比较好的方面是什么？（单选题，如表5所示）

调查结果显示，超过一半的研究生对课件的认可度较高，课程教学效果得到了全部研究生的认可。但学生对课程的授课内容普遍感觉较累，课程对数学基础要求较高、理论公式较多，导致理论授课和研究生自习方面存在客观困难，课程理论教学未达到较好的教学效果，仍需优化教学设计。

【问题6】你认为课程设置的“交叉知识你来找”“思维导图你来画”“经典文献你来讲”和“装备问题你来辩”等教学环节对你的课题研究有没有帮助？（单选题，如表6所示）

调查结果显示，80%的研究生认为轴翻转教学设计对课题研究有较大帮助，可见轴翻转教学较大程度地培养了研究生的技术复现和文献批判能力，塑造了专业课程知识体系，为课题研究提供了较大帮助。

（三）批判性思维形成程度

【问题7】你对完成“装备问题你来辩”教学任务的评价是什么？（单选题，如表7所示）

调查结果显示，86%的研究生认为“装备问题你来辩”教学任务完成度较高且取得了较大收获，这与问题2的调查结果一致，说明课程教学对大部分研究生批判性思维的培育是有效的。但是仍有7名研究生认为没有收获。通过后续回访发现，部分研究生因其体系化知识结构的欠缺，难以发现声纳装备实际使用的工程问题，因此教师需要在以后的课程教学中重点引导学生加强对思维导图的运用。

课程的主要内容是通过对波束形成方式施加約束，在不同的优化准则下形成最优的加权系数，本质是 “加权优化”思想的具体应用。这一主题思想可涉及多个学科，如机器学习、信号处理等。通过思维导图训练，结合文献研授环节，研究生可不断形成“优化加权”思想，并将该思想与其他专业学科知识进行类比。此外，通过文献研授的环节，可让研究生充分认识到技术课程也可以很 “UIC”——有用（Useful）、有趣（Interesting）和有关系（Corrective）。

四、总结

为培养部队所需的高层次应用型人才，声纳阵列信号处理课程采用轴翻转教学模式，以“能力—知识—应用—思维”为目标导向，通过兴趣激发、使命学习等教学设计，对研究生的批判性思维培育进行了课程实践，用技术复现来培养学生的应用能力，用思维来构建学生的知识体系，进而引导学生用智慧来批判工程应用问题。最后课程采用无记名问卷调查的方式，对学生批判性思维培育的效果进行了评价，结果表明：大多数研究生认为轴翻转教学模式对课题研究帮助较大，研究生的学习兴趣和学习主动性得到了有效提高，课程教学对大部分研究生的批判性思维培育是有效的。

随着信息化社会的发展，高校教师角色发生了根本变化，从知识的拥有者和守护者逐渐向知识的引导者、主导者和规划者转变。教育的本质是人点亮人，在于通过对话、交流乃至实践，引导和激励学生进行自主学习，掌握批判性思维方法，最终走向个性化的自我完善之路。本文研究内容是对高素质专业技术人才批判性思维培育路径的积极探索。

［ 参 考 文 献 ]

[1] Stanford University. Axis flip[EB/OL].[2022-08-25].http：//www.stanford2025.com/axis-flip/.

[2] 李薇，黑新宏，王磊，等.面向转专业学生的“MOOC+轴翻转”教学模式[J].计算机教育，2020（4）：124-127.

[3] 钱颖一.批判性思维与创造性思维教育：理念与实践[J].清华大学教育研究，2018，39（4）：1-16.

[4] 冯艳.论批判性思维与创新的关系[J].燕山大学学报（哲学社会科学版），2012，13（4）：22-25.

[5] 邵文泽.浅谈批判性思维培养与主动性知识建构在当代高等教育中的核心地位[J].大学教育，2013（14）：41-42.

[6] 卢晓中.高等教育质量发展的五大趋势[J].大学教育科学，2019（5）：6-9.

[7] 王振国，邵福球，李彦武，等.2015年全军学位与研究生教育研讨会立项课题优秀成果汇编：上册[G].长沙：国防科技大学出版社，2016：31-50.

[8] 陈丽芳，王云，刘盈.实施翻转课堂：提升研究生创新与科研能力[J].华北理工大学学报（社会科学版），2016，16（6）：86-89.

[9] 孔晓鹏，刘贤忠，吴明辉，等.军校专业课研究生注意力变化调查研究[J].高等教育研究学报，2017，40（3）：23-26.

［责任编辑：钟 岚］

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