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“2W3H”教学法:引导研究生分层次创新学习——记《无线系统的微波与射频设计》课程的教学改革探索

作者:王晓刚 研究生院 苟灵 发布时间:2019-11-20 来源:澳门赌搏网站大全

如何找准研究生专业课程的教学定位?如何在增强研究生专业知识积累的基础上更多地拓宽他们的知识面和学术视野?如何激发研究生对科研的好奇心,并为其后续的科研探索提供习惯、方法与经验参考?如何面向未来培养具有创新引领性潜质的科研领军人才?……这一系列难题,是研究生教学中的“天问”,吸引很多教师孜孜不倦地探索创新。

  澳门赌搏网站大全林先其教授课程组在讲授《无线系统的微波与射频设计》课程的过程中,通过多年的不懈探索和实践,给出了自己的答案,那就是:“2W3H”教学法。“2W3H”是“What is it? Why need it? How about it? How to realize it? How to improve it?”5个提问的英文首字母简称。它将各知识点分解为“了解总体”、“学会复制”和“尝试创新”三个学习层次,找到了引导研究生分层次创新学习的新路径。这门课程也入选了校研究生精品建设课程。

课程组(共三位老师,从左至右分别是:).jpg

图1:课程组老师合影(左起:张永鸿教授,林先其教授,赵明华副教授)

破解“尴尬”:找准专业课程的目标定位

  林先其教授认为,要上好《无线系统的微波与射频设计》课程,首先要找准这门课程的目标定位。这是因为,专业课程学习在研究生的学业生涯中往往处于一种比较“尴尬”的位置,这种“尴尬”首先来源于研究生们基础知识的参差不齐:跨专业学生基础薄弱,难以跟上进度;而本专业学生因为先修课程较全,又会轻视课堂学习。其次,这种“尴尬”来源于研究生学习目标的参差不齐:大部分研究生们会在导师的安排下提前进入特定的科研项目攻关,一旦专业课程内容与其科研方向不一致或者差异化较大,就会对所选专业课程产生“得过且过”的态度。

  《无线系统的微波与射频设计》是《电磁场与电磁波》、《微波技术与天线》、《微波固态电路》等本科先修课程之后,为研究生开设的专业核心课程或选修课程。作为一门专业性强、先修专业课程要求较多的课程,同样遭遇到了“一半以上选课学生基础薄弱,先修专业课程不足”、“课程内容与选课学生的科研方向所需知识重叠率参差不齐”、“部分非学位课程学生以拿到学分为上,学习过程中得过且过”等问题。而这些问题的出现,也使得研究生们对《无线系统的微波与射频设计》这门专业课程的学习目标与学习定位“混乱多变”。

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图2:以综合能力提升为目的的研究生教学改革

  针对《无线系统的微波与射频设计》课程所面临的定位问题,林先其教授带领课程组的老师们结合本课程的内容与特色,通过文献调研、学生座谈、课程实践等途径,最终确定了该课程的主要目标,即:以拓展研究生的知识面和学术视野为主,以增强研究生专业知识积累为辅;以激发研究生对科研的兴趣与信心为主,以培养研究生们的良好学习科研习惯与方法为辅;以提升研究生的综合能力为主,以树立研究生的科研报国情怀为辅;最终面向未来培养出具有创新引领性潜质的科研领军人才。

  这种课程定位体现在对学生的能力培养方面,林先其教授用一句话通俗地概括为:“把智商被动增长型”教学模式变为“综合能力”主动增长性教学模式。

创新方法:分层教学努力实现“因材施教”

  准确定位之后,就需要“对症下药”开好“方子”了,这个“方子”,就是教学方法的创新。林先其教授指出,现今的研究生们大多经历了“3年幼儿园+6年小学+3年初中+3年高中+4年本科”合计19年的“集中式课堂学习”,对于课堂学习多多少少呈现出一种“疲倦与厌倦”,当所选的专业课程不再直接影响其“学位提升”或者是“职业发展”时,研究生们更偏向于一种“逃避式被动学习”。如何将“拓展知识面和学术视野,提升科研兴趣以及综合能力,培养具有创新引领性潜质的新科研人才”这一教学目标落实到位,这就需要有针对性的发展新式教学方法。

  实际上,“探究式教学”、“问题/项目引导教学”、“翻转式教学”、“角色代入教学”、“创新实践教学”等多种新式教学方法已经在大学教育中被逐步推广。他认为,这些“药”都是现成的,问题在于,如何开一个“良方”,将这些新式教学方法与研究生专业课程的目标定位相匹配,并发展出一套更有针对性的研究生专业课程教学方法是值得不断研究、探索与实践的课题。

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图3:随堂讨论中师生一起探讨问题

  针对《无线系统的微波与射频设计》课程的目标与定位,林先其教授课程组创新性地提出了基于“2W3H”学习方法的分层次“教”与“学”,将课程中的各知识点划分为“百度百科级”、“硕博论文级”以及“最新文献级”,以方便不同基础的学生进行不同阶段、不同层级、不同目标的学习。在教学过程中,他还引入了“第二课堂训练”以及“研究生特别培养计划”,通过“认知=>复制=>创新”的实际项目实践,探索培养具有创新引领性潜质的科研领军人才。“2W3H”的三个学习层次分别是:

  第一层次:“了解总体”,要求研究生们能回答“What is it? Why need it? How about it?”三个问题,这三个问题大部分都可以通过百度百科搜索获得相应答案,为此将其定义为“百度百科级”。

  第二层次:“学会复制”,要求研究生们结合特定项目实践回答“How to realize it?”这个问题,具体实现方法可以通过参考硕博论文来获得专业答案,为此将其定位为“硕博论文级”。

  第三层次:“尝试创新”,要求研究生们深入分析与总结后回答“How to improve it?”这个问题,在回答此问题前必须站在最新研究成果基础上,为此会要求研究生们可以通过查找最新国内外专利以及学术期刊论文来进行思考,为此将其定位为“最新文献级”。

  基于“2W3H”分层次教学方法,他还开展了“因材施教”的个性化教学。学生根据自身发展规划以及学习目的,可以自行选择不同知识点的不同阶段开展不同层次的学习。对于“课程内容与科研方向所需知识重叠率低”的学生,以“了解与理解”为主,主要拓展知识面和学术视野,培养共性的学习科研习惯与方法;对于“课程内容与科研方向所需知识重叠率高”的学生,则以“分析与总结”为主,激发科研兴趣与信心,并通过专业知识探究式学习实现科研入门;针对中间态的学生,则鼓励他们“按需学习”,根据“课程内容与科研方向所需知识重叠率”获得不同程度的“知识面和学术视野拓展”、“科研兴趣以及综合能力提升”。

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图4:“2W3H”分层次的教学方法

第二课堂:学生成为课堂的真正“主角”

  作为一门研究生专业课程,《无线系统的微波与射频设计》课程通过发射机、天线、传播、接收机整个无线信道传输后的误码特性来展开,从系统角度介绍无线系统对射频、微波电路的要求,再从电路及无线信道特性分析其对无线系统的性能影响;相关知识点多、学习难度大,且需要通过具体案例实践才能更好的把握各知识点的核心理论与设计方法。40学时的课堂时间显然是不足以让学生掌握无线系统中微波射频电路的基本原理、主要性能指标、应用领域、设计方法与准则。

  为此,在课程学习过程中,林先其教授课程组特别引入了“第二课堂训练”,三人一组,课后通力合作,就相关知识点的设计实践训练进行汇报讨论交流,以提升学生们的主动学习能力与探究欲望;在此基础上,老师则可以把课堂教学的更多精力合力集中分配到各章节的重点与难点讲解上。

  “第二课堂训练”从3位组员的“相互认识”以及“角色自由选择”开始,通过第一次的无线系统发展历史调研、分析与总结,第二次的无源器件/天线了解、复制与创新,第三次的有源器件了解、复制与创新,第四次的收发子系统分析、架构与归纳,在增强研究生专业知识积累的基础上,更多地拓宽了研究生们的知识面和学术视野(如图3)。

  此外,四次的“发现问题=>分析问题=>解决问题=>PPT答辩总结”训练,也有效地引导学生们剖析自己的长处与短处,找到自己在今后科研工作中的定位与信心,激发不同阶段不同角度不同层次的科研好奇心,为其后续的科研选题以及自身成长道路选择提供经验参考与习惯方法训练。

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      (a)分组分角色设计             (b)分次任务安排及要求

图5:第二课堂训练设置

课程思政:潜移默化践行立德树人

  在改进教学方法的同时,林先其教授课程组还十分注重对学生的思想引领。林先其分析指出,高校研究生是一个相对特殊的群体,他们的思想基本成熟但有摇摆性,容易受到社会思潮的影响;他们的人生观、价值观和世界观基本确立,但是仍具有可塑性;他们掌握有基本的专业知识但缺乏专长,对未来的发展存在迷茫;他们的经济尚未独立,同时面临多重压力。

  针对研究生的这些特点,他指出,对研究生的思想引领,显然不再适合采用正面的课堂政治教育方式,而应该采用潜移默化的方式,通过引导式的思考和科学式的思辨,帮助研究生形成正确的思想、观点和立场,形成正确的三观,保证培养出的研究生兼备良好的专业技能和优良的道德品质。反过来,优良道德品质也会成为他们奋发努力的强大动力,促进研究生自身的更长久的、健康的发展。

  在《无线系统的微波与射频设计》课程中,林先其教授课程组开展了“以提升研究生的综合能力为主,以树立研究生的科研报国情怀为辅”的研究生特别培养计划。一方面,林先其教授带领课程组的老师们以自身以及身边的优秀师生为榜样,从生活、教学和科研上向学生传递正能量,达到潜移默化影响学生的效果。

  另一方面,通过设立挑战性的“项目课题”,他还有意识地锤炼学生的意志和品格。通过项目标书撰写,训练学生发现问题、提炼问题的能力;通过具体器件或系统方案的设计,让学生将课程所需的知识进行深度拓展,使学生熟练掌握理论分析与仿真验证的方法,达到综合应用的能力,并培养其分析问题、解决问题的能力与信心。另外,自行组队、自行分工合作的方式,也提供给学生一次独立思考与团队合作能力综合锻炼的机会。最终,同步引导学生提升民族自豪感,进而树立科研报国的远大理想。

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图6:挫折教育提升学生抗压能力

角色互换:探索多方综合评价体系

  研究生专业课程以“拓展知识面和学术视野,提升科研兴趣以及综合能力,培养具有创新引领性潜质的科研领军人才”为目标,而这一目标的实现程度显然无法通过单一的期末考试或者单方面的任课老师评价来界定。特别是其中的综合能力,它包括了观察能力、实践能力、思维能力、整合能力和交流能力,是人在思维中把客观对象的各个部分结合成一个有机整体进行考察、认识的技能和本领。在对其进行评价时,必须引入客观与主观的双重界定。

  因此,在专业课程改革中,除了教学目标、教学内容、教学形式、教学方法改革之外,必须有相配套的教学效果评价方式改革。在《无线系统的微波与射频设计》的课程教学改革实践中,林先其教授创新性地提出了“教师评价+助教评价+学生分组评价+学生组内评价”的综合评价方式。

  其中,教师评价与助教评价主要针对学生的课堂表现,主要考察出勤率、早到率、课堂问答,以及最终的期末考试;学生分组评价主要针对四次“第二课堂训练”的PPT答辩汇报相互打分,并作为课程设计成绩的主要依据。而学生组内相互评价也会成为他们的综合能力评价重要指标之一。

  在“第二课堂训练”的PPT答辩汇报过程中,一个小组上台汇报时,其他组学生就化身为评审专家,对答辩组进行成果质疑、询问、交流与点评。在学生组内互评时,除了简单打分外,更要求学生们给出打分依据,确保互评成绩的有理有据与真实可靠。这种评价方式上的“角色互换”,化被动获取成绩为主动参评成绩,极大提升研究生们对自身不足认知的深度与广度。

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图7:小班与常规班的评价方式对比

  通过改革后的课程学习,学生普遍反映在理论分析、创新思考以及工程实践能力方面收获很大。更为关键的是,学生们学会了对行业发展定位、个人奋斗目标定位、学业奋斗定位以及专业学习定位的思考与思辨,为其尽快融入到后续的研究生科研提供了经验积累、知识储备以及方法参考。同时,也激发了研究生们对自身专业选择的信心与进一步科研的兴趣,并形成了一定的科研报国理想。正是由于这些实实在在的收获,2013年至今,林先其教授每年的研究生课程教学质量三方评价和特别培养计划实施效果评价均为“优秀”,并获“研究生教学优秀奖”。

  “课堂上,林老师的整体教学效果非常棒。课堂上大家的互动状态也非常好,在需要我们重点注意的地方,他常常用抽问的方式拉回我们的思绪,调动我们的积极性。无形中我们全神贯注地去思考,认真耐心的听取每位成员的建议,小心考究对与错,用团队合作的方式解决一个个问题。他鼓励我们多动嘴,多发表自己的意见,把所学的知识融会贯通起来。他也很有人文精神,能够尊重学生并体谅学生的感受。先整体再局部的教学方法,也很适合我们的接受能力,能产生很大的学习效率。尤其是第二课堂的教学效果出奇的好,每次的课设都让我们集思广益,发挥各自所长,尽力完成任务。希望林老师可以多多推荐一些优秀的资料和文献给我们,就像上次在QQ群分享的天线文章一样。”2019级硕士生张艳秋说,“感谢我的导师推荐我选这个小班教学的课,感谢林老师传授给我的学习方法,让我对未来的学习充满了兴趣和好奇心。


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