基于贯穿式实践的创造性思维培养

孙志勇　吴伟　牛朝阳　周青松

［摘 要］ 高阶思维尤其是创造性思维的培养，是现代素质教育的核心部分，是贯彻以学生发展为中心教育理念的基本要求，是“双一流”高校教学改革的一个重要方面，是知识、能力和素养“三位一体”培养目标的重要体现。在分析创造性思维内涵的基础上，以“天线与电波传播”课程中的贯穿式实践项目对数周期天线设计为例，结合课程特点，介绍了贯穿式实践项目的具体实施方法，并探讨了实践项目对创造性思维培养的支撑作用和实现方法。

［关键词］ 高阶思维；创造性思维；贯穿式实践；天线与电波传播

［基金项目］ 2020年度国防科技大学校级培育项目“融体系，强实践，贴实战：电子对抗专业强军新工科人才培养模式改革创新”；2021年度国防科技大学重点教学改革课题“模式创新，实践牵引——《天线与电波传播》课程高阶能力培养研究与实践”（U2021210）

［作者简介］ 孙志勇（1974—），男，湖北黄冈人，博士，国防科技大学电子对抗学院副教授，主要从事天线与电波传播研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2024）04-0005-04［收稿日期］ 2022-10-28

引言

自1999年我国推出深化教育改革和素质教育以来，以“双一流”院校为代表的全国高校启动了对传统教育的新一轮改革，强调对学生的能力培养和素质教育，注重知识、能力和素质“三位一体”的人才培养模式。这轮改革尤其强调对能力的培养，而其中尤为关键的是对学生创造性思维的培养。

本文以“天线与电波传播”课程的实践教学为例，介绍了对学生创新思维培养的方法。首先，介绍了高阶思维的内涵；接着，结合课程的一个实践教学案例，介绍了贯穿式实践的具体实施方法，以及对学生创新思维能力的支撑过程；最后，做出了总结。

一、高阶思维的内涵

高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力［1］，是从浅层的信息获取和分析转向深层的理解与应用，使学生能够由被动的知识学习转变为有意义的思维锻炼，激发深度学习。

对高阶思维的研究思路主要有两种：一是1956年由美国著名教育家和心理学家本杰明·布卢姆基于认知领域提出的布卢姆教育目标分类法［2］，人们通常将其六种思维中的后三种称为高阶思维；二是21世纪初由美国资深教育咨询顾问与培训师R.布鲁斯·威廉姆斯提出的三个层次、五个维度的更精细高阶思维［3］，具有很好的指导性和操作性。

（一）布卢姆目标分类法定义的高阶思维

布卢姆根据从低到高的认知程度，将思维认知分为知识（knowledge）、理解（comprehension）、应用（application）、分析（analysis）、综合（synthesis）、评价（evaluation）等六个层次。2001年，安德森等人在此基础上，修改为记忆（remember）、理解（understand）、应用（apply）、分析（analyze）、综合与评价（evaluation）、创造（create）等六个层次［4］。

布卢姆教育目标分类法影响深远，被广泛应用在教学研究过程当中，它把对知识的认知过程分成了不同的等级。提倡素质教育后，后面三个思维层次逐渐被重视，并被理解为属于高阶思维的能力。

总体上，布卢姆对高阶思维层次的划分相对粗略，对提出的能力没有明确统一的区分度。

（二）威廉姆斯定义的高阶思维

威廉姆斯提出的高阶思维定义了三个层次、五个维度，较好地解决了不同层次高阶思维的区分度问题。

三个层次分别为理解信息、概括洞察和发现应用。从高阶思维的层次上看，理解信息是高阶思维的初级层次；概括洞察是高阶思维的中间层次；发现应用是高阶思维的顶部层次。

五个维度包括建立相关性、发展丰富性、提高关联性、锻炼严谨/专注性以及强化迁移/递归性。

高阶思维的三个层级从认知、评估到应用逐步加大思维深度，而五个维度则从联系场景、同质关联、异质关联、促发新质到知识迁移，逐步提升思维的深度和广度。

（三）創造性思维

除了布卢姆和威廉姆斯提出的两种高阶思维分类方法以外，目前常用的还有问题解决思维、批判性思维和创造性思维等列举式分类。

创造性思维是指人们运用新颖的方式解决问题，并产生独特的、有社会价值的产品的思维过程，也指思维上的创新，创造一个新的思想、观点、知识等，通常被认为是人类思维的最高形式和核心。

英国心理学家华莱士提出创造性思维包含四个阶段：准备阶段，即发现问题，收集有用信息，尝试进行解决等；酝酿阶段，即暂时放下研究的问题，考虑别的事情；启发阶段，突然出现顿悟或灵感，想出解决问题的新方法；验证阶段，对解决问题的方法进行验证。

二、贯穿式实践对创造性思维培养的支撑

（一）贯穿式实践的设计

“天线与电波传播”是电子信息类专业的重要专业基础课程［5］，其主要特点是理论抽象、知识点多，与工程应用联系紧密，因此学生在学习时普遍感到较困难。项目式实践的优点是能够让学生在任务的驱动下，进行团队分工协作，在创设的任务背景下，通过实践逐步巩固和掌握相关知识，同时，能够提升学生动手解决实际工程问题的能力，培养高阶思维。

本文根据“天线与电波传播”课程内容和特点，以一个涵盖“指标—设计—仿真—加工—测试—优化”等环节的贯穿式项目实践为例，介绍项目实践对高阶思维的支撑作用。

整个设计过程可以分成两个主要模块，即软件设计和硬件设计，对数周期天线贯穿式实践设计框图如图1所示。软件设计模块主要解决实际问题的理论解算与设计，将理论知识运用到解决具体场景问题当中；硬件设计模块主要解决实际问题的工程设计，将动手能力应用到解决工程实际问题当中。

貫穿式对数周期天线（简称对周天线）实践项目的具体实施环节如图2所示。

整个过程需要学生发挥团队作用，将理论知识与实际问题进行结合，并且根据应用背景和其他指标约束，最后不断完善和迭代“设计—仿真—加工—测试—优化”这五个过程，在解决问题过程中实现创造性思维的培养和锻炼。

（二）贯穿式实践对威廉姆斯定义的高阶思维的支撑

在对数周期天线从理论到实践的设计过程中，教师要引导学生发现问题、解决问题、创新实践，并上升为高阶思维。通过比较分析天线比例因子、间隔因子以及馈线等因素对天线性能的影响程度，让学生学会演绎与对比分析；通过对天线实物的测量分析，让学生准确找到设计的缺陷和改进方法，学会评估和鉴定的能力；通过总结与汇报作品，让学生对项目设计做出系统评价，学会综合和预测能力。

对应威廉姆斯定义的高阶思维技能矩阵，贯穿式实践可以起到较好的映射作用。

在理解信息层次上，学生可以由“对周天线的工作原理”理解具体设计对象的丰富内涵，由“不同场景下的对周天线设计对性能的影响”关联背景需求，由“为什么选定的设计方案能够保障性能要求”保证设计结果的严谨性，由“将对周天线设计理念和评估方法迁移到现代天线或通用天线的设计”拓宽设计的天线应用范畴。

在概括洞察层次上，学生可以由“对周天线性能的视图”洞察设计对象的性能分析深度，由“与等角螺旋天线比较，找到本质联系”对比不同非频变天线的性能，由“分析对周天线性能受到约束的根本原因”剖析影响性能的因素，由“类比复杂场景下设备的工程设计问题，体会解决问题的过程”拓宽设计的背景条件。

在发现应用层次上，学生可以由“设计最优对周天线的复杂性”提升设计的性能，由“推广到不同的应用场景，找到普适性”总结设计应用的普适关联，由“准确预测加工好的天线的实测性能”预测和挑战设计在应用上的严谨性，由“总结归纳高阶实践项目的思维流程，并应用到其他项目中”归纳拓展项目实践的高阶思维。

在完成对数周期天线这一典型的非频变天线设计后，教师引导学生分析非频变天线在结构上的本质要求，并结合应用场景，探讨非频变天线的可能变形。学生可以拓展研究非频变天线参数设计的通用性与差异性、主要结构参数和形状对带宽性能影响的对比、性能最大化的方法以及系统设计思想的总结等理论问题，同时，研究天线性能综合优化的方法、非频变天线工程应用设计以及高阶实践项目的思维流程等应用问题，学会理论与实践相结合、发散思维、关联思维和知识迁移的能力。

可见，贯穿式实践系统通过理论设计、软件仿真、硬件制作、硬件测试、改进优化到评估验收等步骤，实现了给定应用场景下对数周期天线这一典型非频变天线的设计与验证过程，充分培养了学生应用知识解决复杂工程问题的能力，以及分析、评价、应用等高阶思维。

（三）贯穿式实践对创造性思维的支撑

贯穿式实践对创造性思维的支撑过程如图3所示，具体可分为四个阶段。

1.准备阶段。学生将实践项目的任务分解成具体问题，包括非频变天线设计理论、天线软件硬件设计的工具和方法等，并做好团队分工和尝试解决问题，以此充分调动主观能动性。

2.酝酿阶段。学生根据收集的资料总结，梳理出影响非频变天线性能的主要因素、天线性能最大化的方法以及非频变天线带宽拓展的方法等问题，拓展思维，深入研究与非频变天线设计相关的周边问题。

3.启发阶段。学生依据非频变天线实现的条件和理想形态，找到对数周期天线设计的关键因素及方法，在理解双锥天线到对数周期天线的过渡演变的基础上，找到天线参数设计的影响机理和设计灵感。

4.验证阶段。学生通过电磁软件仿真和硬件测试来评估设计的性能效果，借助反馈的指标数据和曲线找到天线设计过程中未考虑到的问题、性能未达到最优的关键症结，由此形成改进思路或需要进一步解决的问题。

结语

创造性思维的培养对于学生能力的提升至关重要。本文以“天线与电波传播”课程的对数周期天线设计实践项目为例，从过程设计到思维培养方法，阐述了借助实践项目来提高学生创造性思维的途径，并在实践中取得了很好的效果。

参考文献

［1］钟志贤.促进学习者高阶思维发展的教学设计假设［J］.电化教育研究，2004（12）：21-28.

［2］麦克·格尔森.如何在课堂中使用布卢姆教育目标分类法［M］.汪然，译.北京：中国青年出版社，2021：16.

［3］R.布鲁斯·威廉姆斯.高阶思维培养有门道［M］.刘静，译.北京：教育科学出版社，2021：5.

［4］盛群力.21世纪教育目标分类法［M］.杭州：浙江教育出版社，2008：25-28.

［5］宋铮.天线与电波传播［M］.西安：西安电子科技大学出版社，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