面向電子信息類創新人才培養的一流本科課程建設探索與實踐

黃治同 紀越峰 尹長川

摘 要：為落實從創新人才培養的角度深刻認識國家一流本科課程建設的要求，本文提出一套“四位一體”電子信息類一流本科課程建設綜合解決方案，包含教學內容、教學設計、教學方法、教學環境建設四個有機組成部分。該方案在電子信息類多門核心課程中進行了試點實施，取得一系列建設成果，對探索新時代國家一流本科課程建設具有重要借鑒意義。

關鍵詞：電子信息;創新人才培養;一流本科課程建設;四位一體

當前，新一輪科技革命與產業變革蓄勢待發，新技術、新業態、新經濟蓬勃興起，對高等學校創新人才教育提出了新要求。為培養適應，乃至引領未來社會發展需求的創新人才，既要做好人才培養模式宏觀改革層面上的頂層設計，又要重視課程建設這一微觀操作層面上的重要抓手。2019年10月，教育部發布《關于一流本科課程建設的實施意見》，提出要建設適應新時代要求的一流本科課程，形成中國特色、世界水平的一流本科課程體系，構建更高水平人才培養體系。

一流本科課程建設是一項系統工程，其內涵所包含的提升高階性、突出創新性、增加挑戰度[1]等建設原則應該更多地落實到學生對于所學知識的系統性、對于創新的主動性、對于學習的自覺性以及對于復雜現實問題的敏感度上。因此，如何從創新人才培養的角度深入認識一流本科課程建設的深刻內涵和重要意義[2]，并最終落實到課堂教學的具體實踐中，是一個值得研究的重要課題。筆者長期從事電子信息類創新人才培養工作，在上述課程建設理念指導下逐步探索出一套面向電子信息類創新人才培養的一流本科課程建設綜合解決方案，并在電子信息類多門核心特色專業課教學中進行了試點實踐，取得了一系列建設成果。

一、“四位一體”電子信息類一流本科課程建設綜合解決方案的內涵

當前，社會面臨的新一輪科技革命與產業變革集中體現在電子信息領域，尤其以人工智能、大數據、工業物聯網等技術的出現和廣泛應用為典型代表[3]，因此，如何依托一流本科課程建設改革培養適合未來信息社會發展的電子信息類專業創新人才，具有重要的研究意義和應用價值。筆者結合多年來從事該領域人才培養、專業建設和課程改革的具體經驗，探索出一套面向電子信息類創新人才培養的課程改革綜合解決方案。方案包含的教學內容建設、教學設計建設、教學方法建設、教學環境建設四個有機組成部分，共同構成“四位一體”電子信息類一流本科課程建設綜合解決方案。

1.教學內容上，打造課程改革高階引領的“三駕馬車”

內容決定形式。電子信息類一流本科課程建設的基礎體現在教學內容改革上。為了全面落實新時代研究型大學的一流本科課程建設目標，在電子信息類一流本科課程建設綜合方案教學內容維度上，應該按照“立德樹人、與時俱進”原則對課程內容進行有效梳理和更新，有效提升課程內容的思想性、新穎性、應用性。

為落實立德樹人根本任務和一流本科課程高階性、創新性、挑戰度的基本原則，筆者梳理選擇出理工類研究型大學課程內容改革的三大重要抓手，即“思教融合”“科教融合”和“產教融合”，共同打造一流本科課程內容改革高階引領的“三駕馬車”。第一，高校立身之本在于立德樹人。因此，新時代一流本科課程建設教學內容改革的首要任務就是遵循“思教融合”，即思政教育和教學內容深度融合。電子信息類專業課程課堂思政與專門的思政課程不同，應著眼于強調國家在電子信息領域和相關行業的發展水平以及在國際上所處的地位，介紹本領域的國家重大戰略、科研計劃、國家工程等內容。第二，“科教融合”是研究型大學的重要特色。教學內容更新要注重將科研學術的最新成果有機融入課程內容，使學生了解最新的科技創新成果，同時要用學術前沿問題引領和激發學生的學習動力與創新活力，使其保持良好的專業敏感度。第三，“產教融合”是國家大力倡導的“新工科”建設的關鍵環節，對于理工科專業，尤其是電子信息類這種與當前社會發展緊密相關的專業創新人才培養具有重要的指導意義。在課程內容中有意識地融入當前行業最新的工程實踐案例和產業應用案例，有助于學生明白所學知識的實際應用價值，提高學以致用的能力。

2.教學設計上，夯實創新能力體系構建的“四梁八柱”

與實際生產生活中層出不窮的新技術、新知識相比，課堂教學內容在更新體量和速度上仍然會有一定差距，并且還會受到課堂學時等因素的限制。因此，在電子信息類一流本科課程建設總體方案的教學設計維度上，應該秉持“授之以魚不如授之以漁”的原則，強調培養和訓練學生掌握創新思維和創新方法，從技術發展脈絡和現狀中發現未來發展的趨勢和規律。

創新思維與創新方法是一門內涵豐富的系統科學，筆者根據多年的教學和科研經驗梳理選擇出電子信息類創新人才應該具備的最為基本的四種宏觀創新思維和八種微觀創新方法，并在此基礎上構建起創新能力體系的“四梁八柱”。“四梁”指的是起宏觀指導性作用的四種創新思維，即批判思維、辯證思維、系統思維和歷史思維。其中，批判思維主要指學生必須掌握從大量的原始數據、資料中去偽存真地分析提取出正確結論的思維方法，關注創新的內生動力。辯證思維主要指學生必須從對立統一、量變質變等辯證范疇去看待事物發展內在規律的思維方法，關注創新的邏輯驅動。系統思維主要指學生必須融會貫通地掌握所學習知識在其科學知識體系中所處的位置，關注創新的空間維度。歷史思維主要指學生必須追本溯源，掌握所學習的概念、定理、定律在科學技術發展史上是如何被發現的來龍去脈，關注創新的時間維度。“八柱”指的是起微觀操作性作用的八種（四對）創新方法，即歸納方法和演繹方法、分析方法和綜合方法、類比方法和聯想方法、發散方法和收斂方法。歸納和演繹分別關注問題的從特殊到一般與從一般到特殊。分析與綜合分別關注問題的化整為零和化零為整。類比與聯想分別關注問題對象之間屬性異同點之間的概括與生發。發散與收斂分別關注問題頭腦風暴實施過程的展開和總結。

3.教學方法上，推進自主學習能力培養的“四輪驅動”

以知識理解和記憶為目標的傳統課堂大多采用以教師為中心的講授式教學方法，而為了著力培養學生的創新思維能力，必然要求在教學方法上強調學生的課堂主體地位。因此，在電子信息類一流本科課程建設總體方案的教學方法維度上，應該落實“以學生為中心”的原則[4]，關注學生自主學習能力的培養。

在詳細比較和分析當前眾多“以學生為中心”的新型教學方法優缺點基礎上，筆者梳理選擇出對電子信息類創新人才自主學習能力培養卓有成效的三種教學方法，即探究式教學法、啟發式教學法、研討式教學法，并結合經典的講授式教學法，共同形成提升學生自主學習能力的“四輪驅動”。筆者將四種教學方法的優勢有機融合形成一套“起承轉合”四步特色教學法，其內涵是將課程內容根據章節進行劃分，把每個完整知識點設計成一個單獨的教學單元，實施四步教學。第一步，“起”，即引入階段。根據本知識點在整個課程知識圖譜中的位置，參考科技發展史設計一個探究課題，實施探究式教學法，模擬當年科學家思考的對象，組織學生進行理論探究，在硬件條件支持情況下也可以有選擇地進行實驗探究。第二步，“承”，即闡釋階段。根據學生探究結果進行有效梳理，并進行詳細分析，在分析過程中設置一系列啟發問題，實施啟發式教學法，引導學生根據之前學習的專業基礎課知識和工具，推導出結論。第三步，“轉”，即拓展階段。將推導得出的結論放到各個應用場景中，設置若干個研討話題，實施研討式教學法，組織學生討論所得結論或方案的正確性、適用范圍和優缺點。第四步，“合”，即總結階段。根據之前討論的各種結果進行總結，回歸講授主題，實施講授式教學法，進行難點闡釋、重點歸納，完成一個教學單元的學習。

4.教學環境上，實現全天候線上線下教學的“兩翼齊飛”

傳統課堂教學的一個突出缺點在于時空受限，無法滿足學生課后學習的多樣化教學環境需求。信息技術的普遍應用為這一問題的解決提供了有效保障。隨著慕課、翻轉課堂等多種新興教學模式的興起和廣泛應用，在線教育理念得到了深入實踐并取得廣泛共識，彌補了傳統課堂教學的重要缺失。因此，在電子信息類一流本科課程建設總體方案的教學環境維度上，應該貫徹“互聯網+教育”的原則，充分利用現代信息化工具賦能各種在線教育手段，實現不受時空限制的全天候教學環境。

“互聯網+教育”模式的興起對傳統課堂和教師備課都產生了重要影響，而2020年突如其來的新冠肺炎疫情也使得“上網課”在全社會迅速普及，使得人們對于在線教育的優缺點有了更加深入的理解和認識[5]。筆者在深入分析總結傳統課堂和新興課堂兩方面優缺點的基礎上，提出構建一種線上平臺和線下課堂相互融合的教學環境，讓二者優勢互補，相輔相成，共同實現不受時空限制的全天候線上線下教學“兩翼齊飛”。在線上平臺方面，種類繁多的教學工具可供教師選擇，有的關注課堂課件動畫展示，有的關注作業布置與批改，有的關注教師板書輔助講解，教師可以靈活選擇從而最大限度地發揮信息賦能優勢，使學習不再受到時間和空間的限制。但是這些在線教育工具目前普遍都存在與學生互動效果不佳、無法實時獲得學生反饋等問題，還需要不斷改進和完善。在線下課堂方面，在線平臺的普及應用使我們重新反思課堂教學的屬性和功能，翻轉課堂的開展有效詮釋了“以學生為中心”的教學理念，打破了過去以教師講授為主的傳統課堂教學模式，為在線教育時代的課堂教學提供了新型范例。

二、“四位一體”建設方案在電子信息核心課程中的典型應用與成效

筆者及所在的教學團隊長期從事電子信息類專業基礎課與專業課教學，目前承擔了北京郵電大學信息與通信工程學院通信工程專業多門核心課程的教學任務。在國家級、省部級、校級教改項目的支持下，筆者在所承擔的通信工程專業“現代通信技術”“光通信系統”等課程的教學中進行了上述“四位一體”一流本科課程建設綜合解決方案試點，取得了一系列建設成效。

1.“三駕馬車”教學內容在電子信息類專業核心課程中的典型應用

利用“三駕馬車”課程改革引領方法進行教學內容建設時，需要深入分析課程內容知識點本身的特色，設計與現有課程內容和知識點框架最為合適的建設方案，將思政教育、科研成果、產業應用深入融合并滲透到教學過程中。以“現代通信技術”課程為例，該課程前向承接通信原理課程中的通信系統原理性知識，后向開啟光通信、移動通信、衛星通信等各類通信類專業課程的學習。因此，在通信工程專業的知識體系中，該課程占據一個關鍵核心位置，具有重要的承上啟下作用，同時也是完成“三駕馬車”教學內容改革的一個絕佳試點范本。表1列出了北京郵電大學信息與通信工程學院“現代通信技術”教學團隊在該課程中依據“思教融合”“科教融合”和“產教融合”對課程內容進行改革的典型案例。

2.“四梁八柱”教學設計在電子信息類專業核心課程中的典型應用

利用“四梁八柱”創新思維體系構建方法進行教學設計時，需要注意不是把課程變成了專門的創新方法課，而是要將創新思維的挖掘和訓練有機融入課程內容中，在講授課程知識點的過程中自然生發出對于創新規律和創新方法的探索與展示。在宏觀創新思維“四梁”方面，以“現代通信技術”課程為例，我們通過強調全程全網的概念來培養學生在通信系統和通信網絡中運用系統思維的能力。現代通信系統和通信網絡所包含的技術種類繁多，傳統的以每一種典型通信網絡為教學單元來進行講述的方法容易使學生陷入“只見樹木，不見森林”的局部思維，從而缺少對于通信網絡的整體性認知，而我們的課程將一次通信從源端發起到終端接收的完整過程定義為全程全網，詳細闡述其中涉及的通信網絡業務與終端、交換與路由、傳送與接入三大垂直邏輯層次中的每個環節，從而使學生更加深刻地對通信網絡及其關鍵技術有一個清晰完整的認識。在微觀創新方法“八柱”方面，以“光通信系統”課程為例，傳統理工科教學對分析、演繹、類比方法比較重視，而對與之相對應的綜合、歸納、聯想等方法的運用強調得不多。在“光通信系統”課程教學中，我們有意識地加大這些方法的應用訓練，包括利用歸納方法探索光纖幾何光學理論中的斜光線傳播規律;利用綜合方法將光纖損耗曲線與色散曲線結合，引出色散位移的作用和實現方法;利用聯想方法從日常大氣、水下光學有趣物理現象聯想大氣光通信、水下光通信的傳輸特性等。

3.“四輪驅動”教學方法在電子信息類專業核心課程中的典型應用

利用“四輪驅動”四步特色教學法進行教學時，需要關注如何根據教學知識的內在邏輯關系來設計探究課題、啟發問題、研討話題。探究課題的設計原則是，盡可能體現本單元教學內容最初的研究出發點，最好不要出現核心概念和典型結論，以免限制學生的思路。啟發問題的設計原則是，在單元知識的各個內在關鍵過渡環節進行設計。研討話題的設計原則是，需加深學生對所學知識的總體把握，幫助其利用批判思維進行反思，并進行拓展學習后再展開討論。表2和表3分別列舉了“四輪驅動”四步特色教學法在“現代通信技術”和“光通信系統”課程中的典型應用案例。

4.“兩翼齊飛”教學環境在電子信息類專業核心課程中的典型應用

構建全天候線上線下“兩翼齊飛”的教學環境，一方面要充分利用信息賦能的各類線上教育工具的優勢，搭建功能齊全的綜合在線教學平臺;另一方面，要結合線上資源重構線下傳統課堂的教學設計，大力推行“以學生為中心”的翻轉課堂。“現代通信技術”課程教學團隊積極構建各類線上教學資源，在中國大學MOOC平臺發布了資源共享課和精品開放課程。在2020年疫情期間，“光通信系統”課程教學團隊結合線上教學資源，利用騰訊課堂進行在線授課、Zoom會議進行在線研討和答疑，通過愛課堂網站進行作業布置、提交和批改，順利高效地完成了教學任務。

上述“四位一體”電子信息類一流本科課程建設綜合解決方案在近年來的教學實踐中獲得學生廣泛好評。很多同學反映，這種新型教學模式不僅使他們充分體會到所學知識的新穎性、高階性、實用性，并且清晰地知道了自己所學如何服務于國家發展，還讓他們的大腦在教學全程中都處于積極思維的狀態，參與度高，收獲很大。筆者對這些實踐反饋進行提煉總結，近年來取得了一系列教學建設成果，主要包括：在教材建設方面，筆者主編的《現代通信技術》教材入選“十一五”和“十二五”國家級規劃教材;在課程建設方面，筆者主持的“光通信系統”課程入選北京郵電大學校級高新課程一流本科課程項目;在教學競賽方面，筆者基于“四梁八柱”創新體系構建法和“四輪驅動”四步特色教學法設計的教學案例獲得北京高校第九屆青年教師教學基本功比賽理工類二等獎和首屆全國高校電子信息類青年教師授課比賽特等獎。

綜上，本文提出的面向電子信息類創新人才培養的“四位一體”一流本科課程建設綜合解決方案，針對如何從創新人才培養的角度深入認識和全面落實一流本科課程建設這一問題，貫徹了高階引領、思維優先、自主學習、信息賦能等重要理念，實現了對教學內容、教學設計、教學方法、教學環境“四位一體”的全方位覆蓋，對探索新時代背景下國家一流本科課程建設具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]教育部. 教育部關于一流本科課程建設的實施意見[Z]. 2019年10月24日.

[2]張紅偉，蔣明霞，蘭利瓊.一流課程建設的要義：思想性與學術性 [J].? 中國大學教學，2020（12）：36-41.

[3]顧佩華. 新工科與新范式 [J].? 高等工程教育研究，2020（4）：1-19.

[4]盧曉云. 面向未來的教與學[J]. 中國大學教學，2019（12）： 49-53.

[5]于歆杰. 一流課程的兩個邊界[J]. 中國大學教學，2019（3）： 45-47.

[項目資助：北京市教委人才培養共建項目;北京市高等學校教育教學改革項目;北京郵電大學高新課程建設項目“光通信系統”;北京郵電大學教學改革項目2021KCSZ]

[責任編輯：陳立民]