基于貫穿式實踐的創造性思維培養

孫志勇　吳偉　牛朝陽　周青松

［摘 要］ 高階思維尤其是創造性思維的培養，是現代素質教育的核心部分，是貫徹以學生發展為中心教育理念的基本要求，是“雙一流”高校教學改革的一個重要方面，是知識、能力和素養“三位一體”培養目標的重要體現。在分析創造性思維內涵的基礎上，以“天線與電波傳播”課程中的貫穿式實踐項目對數周期天線設計為例，結合課程特點，介紹了貫穿式實踐項目的具體實施方法，并探討了實踐項目對創造性思維培養的支撐作用和實現方法。

［關鍵詞］ 高階思維；創造性思維；貫穿式實踐；天線與電波傳播

［基金項目］ 2020年度國防科技大學校級培育項目“融體系，強實踐，貼實戰：電子對抗專業強軍新工科人才培養模式改革創新”；2021年度國防科技大學重點教學改革課題“模式創新，實踐牽引——《天線與電波傳播》課程高階能力培養研究與實踐”（U2021210）

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

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ 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教育以來，以“雙一流”院校為代表的全國高校啟動了對傳統教育的新一輪改革，強調對學生的能力培養和素質教育，注重知識、能力和素質“三位一體”的人才培養模式。這輪改革尤其強調對能力的培養，而其中尤為關鍵的是對學生創造性思維的培養。

本文以“天線與電波傳播”課程的實踐教學為例，介紹了對學生創新思維培養的方法。首先，介紹了高階思維的內涵；接著，結合課程的一個實踐教學案例，介紹了貫穿式實踐的具體實施方法，以及對學生創新思維能力的支撐過程；最后，做出了總結。

一、高階思維的內涵

高階思維是發生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力［1］，是從淺層的信息獲取和分析轉向深層的理解與應用，使學生能夠由被動的知識學習轉變為有意義的思維鍛煉，激發深度學習。

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家本杰明·布盧姆基于認知領域提出的布盧姆教育目標分類法［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世紀初由美國資深教育咨詢顧問與培訓師R.布魯斯·威廉姆斯提出的三個層次、五個維度的更精細高階思維［3］，具有很好的指導性和操作性。

（一）布盧姆目標分類法定義的高階思維

布盧姆根據從低到高的認知程度，將思維認知分為知識（knowledge）、理解（comprehension）、應用（application）、分析（analysis）、綜合（synthesis）、評價（evaluation）等六個層次。2001年，安德森等人在此基礎上，修改為記憶（remember）、理解（understand）、應用（apply）、分析（analyze）、綜合與評價（evaluation）、創造（create）等六個層次［4］。

布盧姆教育目標分類法影響深遠，被廣泛應用在教學研究過程當中，它把對知識的認知過程分成了不同的等級。提倡素質教育后，后面三個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一的區分度。

（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層次、五個維度，較好地解決了不同層次高階思維的區分度問題。

三個層次分別為理解信息、概括洞察和發現應用。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；發現應用是高階思維的頂部層次。

五個維度包括建立相關性、發展豐富性、提高關聯性、鍛煉嚴謹/專注性以及強化遷移/遞歸性。

高階思維的三個層級從認知、評估到應用逐步加大思維深度，而五個維度則從聯系場景、同質關聯、異質關聯、促發新質到知識遷移，逐步提升思維的深度和廣度。

（三）創造性思維

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、批判性思維和創造性思維等列舉式分類。

創造性思維是指人們運用新穎的方式解決問題，并產生獨特的、有社會價值的產品的思維過程，也指思維上的創新，創造一個新的思想、觀點、知識等，通常被認為是人類思維的最高形式和核心。

英國心理學家華萊士提出創造性思維包含四個階段：準備階段，即發現問題，收集有用信息，嘗試進行解決等；醞釀階段，即暫時放下研究的問題，考慮別的事情；啟發階段，突然出現頓悟或靈感，想出解決問題的新方法；驗證階段，對解決問題的方法進行驗證。

二、貫穿式實踐對創造性思維培養的支撐

（一）貫穿式實踐的設計

“天線與電波傳播”是電子信息類專業的重要專業基礎課程［5］，其主要特點是理論抽象、知識點多，與工程應用聯系緊密，因此學生在學習時普遍感到較困難。項目式實踐的優點是能夠讓學生在任務的驅動下，進行團隊分工協作，在創設的任務背景下，通過實踐逐步鞏固和掌握相關知識，同時，能夠提升學生動手解決實際工程問題的能力，培養高階思維。

本文根據“天線與電波傳播”課程內容和特點，以一個涵蓋“指標—設計—仿真—加工—測試—優化”等環節的貫穿式項目實踐為例，介紹項目實踐對高階思維的支撐作用。

整個設計過程可以分成兩個主要模塊，即軟件設計和硬件設計，對數周期天線貫穿式實踐設計框圖如圖1所示。軟件設計模塊主要解決實際問題的理論解算與設計，將理論知識運用到解決具體場景問題當中；硬件設計模塊主要解決實際問題的工程設計，將動手能力應用到解決工程實際問題當中。

貫穿式對數周期天線（簡稱對周天線）實踐項目的具體實施環節如圖2所示。

整個過程需要學生發揮團隊作用，將理論知識與實際問題進行結合，并且根據應用背景和其他指標約束，最后不斷完善和迭代“設計—仿真—加工—測試—優化”這五個過程，在解決問題過程中實現創造性思維的培養和鍛煉。

（二）貫穿式實踐對威廉姆斯定義的高階思維的支撐

在對數周期天線從理論到實踐的設計過程中，教師要引導學生發現問題、解決問題、創新實踐，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，讓學生學會演繹與對比分析；通過對天線實物的測量分析，讓學生準確找到設計的缺陷和改進方法，學會評估和鑒定的能力；通過總結與匯報作品，讓學生對項目設計做出系統評價，學會綜合和預測能力。

對應威廉姆斯定義的高階思維技能矩陣，貫穿式實踐可以起到較好的映射作用。

在理解信息層次上，學生可以由“對周天線的工作原理”理解具體設計對象的豐富內涵，由“不同場景下的對周天線設計對性能的影響”關聯背景需求，由“為什么選定的設計方案能夠保障性能要求”保證設計結果的嚴謹性，由“將對周天線設計理念和評估方法遷移到現代天線或通用天線的設計”拓寬設計的天線應用范疇。

在概括洞察層次上，學生可以由“對周天線性能的視圖”洞察設計對象的性能分析深度，由“與等角螺旋天線比較，找到本質聯系”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“類比復雜場景下設備的工程設計問題，體會解決問題的過程”拓寬設計的背景條件。

在發現應用層次上，學生可以由“設計最優對周天線的復雜性”提升設計的性能，由“推廣到不同的應用場景，找到普適性”總結設計應用的普適關聯，由“準確預測加工好的天線的實測性能”預測和挑戰設計在應用上的嚴謹性，由“總結歸納高階實踐項目的思維流程，并應用到其他項目中”歸納拓展項目實踐的高階思維。

在完成對數周期天線這一典型的非頻變天線設計后，教師引導學生分析非頻變天線在結構上的本質要求，并結合應用場景，探討非頻變天線的可能變形。學生可以拓展研究非頻變天線參數設計的通用性與差異性、主要結構參數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設計思想的總結等理論問題，同時，研究天線性能綜合優化的方法、非頻變天線工程應用設計以及高階實踐項目的思維流程等應用問題，學會理論與實踐相結合、發散思維、關聯思維和知識遷移的能力。

可見，貫穿式實踐系統通過理論設計、軟件仿真、硬件制作、硬件測試、改進優化到評估驗收等步驟，實現了給定應用場景下對數周期天線這一典型非頻變天線的設計與驗證過程，充分培養了學生應用知識解決復雜工程問題的能力，以及分析、評價、應用等高階思維。

（三）貫穿式實踐對創造性思維的支撐

貫穿式實踐對創造性思維的支撐過程如圖3所示，具體可分為四個階段。

1.準備階段。學生將實踐項目的任務分解成具體問題，包括非頻變天線設計理論、天線軟件硬件設計的工具和方法等，并做好團隊分工和嘗試解決問題，以此充分調動主觀能動性。

2.醞釀階段。學生根據收集的資料總結，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計相關的周邊問題。

3.啟發階段。學生依據非頻變天線實現的條件和理想形態，找到對數周期天線設計的關鍵因素及方法，在理解雙錐天線到對數周期天線的過渡演變的基礎上，找到天線參數設計的影響機理和設計靈感。

4.驗證階段。學生通過電磁軟件仿真和硬件測試來評估設計的性能效果，借助反饋的指標數據和曲線找到天線設計過程中未考慮到的問題、性能未達到最優的關鍵癥結，由此形成改進思路或需要進一步解決的問題。

結語

創造性思維的培養對于學生能力的提升至關重要。本文以“天線與電波傳播”課程的對數周期天線設計實踐項目為例，從過程設計到思維培養方法，闡述了借助實踐項目來提高學生創造性思維的途徑，并在實踐中取得了很好的效果。

參考文獻

［1］鐘志賢.促進學習者高階思維發展的教學設計假設［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.高階思維培養有門道［M］.劉靜，譯.北京：教育科學出版社，2021：5.

［4］盛群力.21世紀教育目標分類法［M］.杭州：浙江教育出版社，2008：25-28.

［5］宋錚.天線與電波傳播［M］.西安：西安電子科技大學出版社，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