微时代下如何培养学生良好思维方式

2014-08-15李利，陈刚

电气电子教学学报 2014年6期

李利，陈刚

(北华航天工业学院电子工程系，河北廊坊065000)

0 引言

2012年开始出现大规模开放在线课程MOOC，它是一种以短视频和交互式练习为基本教学单元的知识点、知识体组织模式和学习模式。MOOC 模式打破了时间与空间的限制，世界各地的学生可以共享优质教育资源，享受名校教师的课程传授［1］。MOOC 对教育的影响，国际上有不同的声音，是技术神话还是教育革命，在线课程能不能取代传统课堂，现在还不能预测。无论MOOC 的发展前景如何，高校教师必须作好准备迎接信息化教育的挑战，转变观念。信息化教学带来的教学模式改变，教师必须具备在网络环境中开展有效教学与协同知识创新的能力［2］。

不论是传统的板书讲授、多媒体教学，还是视频公开课、MOOC，评价一门课程好坏的标准应该是相同的，即是否传达了课程本质性的内容，是否使学习者的感知力、观察力得以提高，是否引领学习者思考，思路得到拓展，思维能力得到训练和提高。在微信息时代，微课和知识的碎片化对于训练学生思维能力是不利的，整体思维容易被片段思维取代，如何避免思维被片段化是需要认真考虑的。本文以电子信息类课程为例，探讨渗透思维方式教学及开放性实验、综合实践的若干思路。

1 渗透思维方式的教学思路

1.1 互联网学习方式

高校的部分课程，特别是专业课程，学时少，内容多，因此不可能也没有必要面面俱到。学生只有通过思考加工理解信息，才能得出自己的结论，思考的第一步是对信息的捕捉和整理的能力。

高校学生的网络内外学习活动可以相互结合，课程需要的内容资源早存在互联网中，如教育部精品课程资源，视频公开课，内容相关的网站，网上社区，学术期刊，甚至MOOC 课程等，学生可以根据自己情况自由选择。教师要做的就是推荐、并指导学生如何获取网上的优质教育资源。

1.2 主动思考式教学

哈佛大学网络公开课“公正”是这方面最好的典范，它突破了我们常见的教学模式，让我们感受到教学不仅仅是知识的传递，更重要的是让学生通过独立思考、批判思维的验证后得出正确的结论［3］。虽然“公正”课是有关道德哲学类的课程，但对理工类的课程教学也有很好的借鉴意义。例如“信号与系统”课程，首先要问信号是什么?系统是什么?为什么有这一门课程?讲采样定理之前要问为什么要采样?如何采样?采样信号真的可以代表原来的连续时间信号吗?在实际中，满足采样频率大于等于信号最高频率2 倍，就真的不失真吗?你对此敢不敢质疑呢?凭直觉思维这里好像有问题，如果这里面有怀疑问题，问题出在哪里?我们应该鼓励学生大胆质疑，但要小心求证，直至把问题分析清楚。

1.3 感知力、细致观察能力的培养

我们应当注重培养学生的感知力，对问题的敏感性，尤其是注意关键性的细节。教学过程中注意培养学生对问题的敏感性，例如“数字信号处理”课程中，离散傅里叶变换的定义:对于长度为M 的有限长序列，定义其N 点离散傅里叶变换，且N≥M，为什么要求N≥M?要注意到这个细节，并去探究背后的深层原因。

1.4 抓住课程本质性的东西

每门课程基本上有一个贯穿于课程始终的中心，即课程本质性的内容。例如“电路分析”课程，基本的依据是基尔霍夫定律和元件的伏安关系，抓住这个电路分析的基本依据，从直流到交流电路分析，从静态到动态分析，从时域到频域分析，问题会迎刃而解。“信号与系统”课程中，傅立叶变换是分析信号与系统最基本的分析工具，各种信号时域、频域变换关系及系统的时域、频域描述方法是必须掌握的基本知识。有些课程本质性的东西不是那么明显，但是一定会有个中心的东西。如何抓住本质性的东西，对教师提出了较高要求，需要对课程有深入的理解和感悟。

1.5 须应技术进步的变化

当今技术不断发展变化，一些概念往往在有限的范围内才有意义。当旧的分析方法不能解决某一问题时，应转换方法，重新构建新的分析原则，从而解决出现的问题。

“电路分析”课程中，从直流电路变化到交流电路，分析的对象情况变了，但其本质性的分析方法，基本的规律是不变的。变化的是其表现形式，因为有变化，直流电路里的一些概念在交流电路中就不适用了，需要重新建立。例如，直流串联电路中，总的电压大小等于各部分电压大小之和，在交流电路中就不适用了，其原因在于交流电路中不仅有大小关系，还有相位的关系，这样就有了基尔霍夫定律和元件伏安关系的的相量形式。

又如“信号与系统”课程，从连续时间信号到离散时间信号，虽然时域的某种变化相应频域变化的物理意义是一样的，但表现形式不同了，连续时间信号(或系统)的有些概念在离散时间信号(或系统)就不适用了，连续时间信号频域模拟频率越大代表信号频率越高，离散时间信号频域数字频率越大并不代表信号频率越高，原因在于时域的离散造成频域的周期化。

当分析的对象发生变化的时候，哪些是不变的规律，又有哪些发生了变化，为什么要这样变，教师要引领学生思考，变和不变的部分都要分析清楚。当情形变化的时候，提醒学生不要想当然。

1.6 多角度、多层次看问题的能力

教学过程中注意培养学生多角度、全方位、分层次看问题的能力。一方面进入某门课或某一部分研究内容的环境来思考，鼓励学生初学时要深入、细致。另一方面，要跳出局部内容，从整体研究内容或专业知识体系的高度来看研究的内容。现在的手机涉及了通信、计算机、控制和信号处理等多方面的专业知识，是多专业知识的融合。早已不是单单某一个专业知识的问题了。

电子类专业学生，从数字电子技术开始学习数字系统，后续相继学习EDA 原理及应用、单片机原理及应用、DSP 原理及应用等课程，学完这些课程以后，从这一系列课程整体来研究各门课程，引导学生思考这些课程哪些相同、哪些不同、各自的特点和应用领域。

1.7 演讲和辩论

“数字信号处理”主要包括两部分内容，一是离散傅里叶变换DFT(快速傅里叶变换FFT)及其应用，二是数字滤波器的设计。

围绕傅里叶变换演变历史及其应用，可以举办学生的演讲课。演讲结束后，设有问答环节，在问答环节可以针对傅里叶变换已有的应用领域，让学生充分发挥想象力提出新的应用领域，培养其发散思维和开放思维。

在辩论课中，围绕FIR 数字滤波器和IIR 数字滤波器的比较展开，两种方法各自有自己的优缺点。辩论前，选手不仅要研究自己的辩论内容，也要猜测对方从哪些方面入手，锻炼了学生正反两方面看问题的能力。同时，小组的观点和方案融入了小组其他成员的知识、建议或见解。小组辩论时，成员之间要相互协作，相互支撑。辩论最后的陈述可以锻炼学生对各自观点进行总结、归纳和提升的能力［4，5］。

2 开放性实验和实践

设计组织开放性实验时，学生可以自主设计相关的应用实验。例如“数字信号处理”课程中FFT的应用实验，不限定具体分析信号，可以是音乐信号、图像信号、心电信号、脑电波信号或通信信号等。学生自己根据具体信号确定采样点个数和采样频率等参数。

我们通过相关课程实验的整体优化，让多门课程实践教学衔接渗透。例如将“数字信号处理”和“DSP 原理及应用”两门课程整体优化，实现原理、技术和应用的有机结合。同时打通前期VC 软件开发工具、数字系统设计和FPGA 硬件开发工具的应用。在“数字信号处理”课程中完成综合性或自主研究性项目的算法设计及Matlab 仿真，能力强的学生还可以进一步选择:①算法的VC 仿真实现，将VC 程序算法移植到DSP 系统之中;②将Matlab 仿真成功的算法基于FPGA 实现。这样，通过一个项目实现多门课程实践教学的相互衔接渗透。