黃美根，周 鑫，何 華，王彥鋒，龔 碧，王 濤

（1.國防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院，湖南 長沙 410073；2.國防科技大學(xué)教學(xué)考評中心，湖南 長沙 410073）

0 引言

隨著我國核心素養(yǎng)教學(xué)改革的蓬勃發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜問題的綜合解決能力已成為本輪教學(xué)改革的重要著力點[1-4]。實踐教學(xué)作為能力培育的重要方式，受到日益廣泛的關(guān)注與重視。實踐教學(xué)通常指基于一定的實踐教學(xué)環(huán)境，以課程理論知識為牽引，開展以學(xué)員為中心的自主問題發(fā)現(xiàn)、探索和解決的創(chuàng)新性能力培養(yǎng)教學(xué)活動[5]。但是，縱觀本科課堂，目前大學(xué)生開展課程實踐教學(xué)普遍存在學(xué)生主動性、探索性、創(chuàng)造性不足的現(xiàn)象，實踐教學(xué)效果仍有較大提升空間[6]。究其原因，除學(xué)生受中學(xué)階段應(yīng)試教育的持續(xù)影響外，另一重要方面則來自教師群體：一是課程理論教學(xué)內(nèi)容如何有機(jī)融入實踐教學(xué)？二是復(fù)雜問題解決能力如何從實踐教學(xué)中產(chǎn)生？因此，課程實踐教學(xué)需要教師進(jìn)行體系化設(shè)計與創(chuàng)新。

在高等教育發(fā)達(dá)國家，加強(qiáng)STEM（科學(xué)Science、技術(shù)Technology、工程Engineering和數(shù)學(xué)Mathematics）教育是提升教育教學(xué)質(zhì)量的一條有效途徑，也是培養(yǎng)大學(xué)生核心素養(yǎng)和復(fù)雜問題解決能力的有效路徑[7-9]。其中，“科學(xué)”重在問題分析、“技術(shù)”提供方法手段、“工程”支撐應(yīng)用實踐、“數(shù)學(xué)”奠定求解理論基礎(chǔ)。盡管STEM為復(fù)雜問題解決能力培養(yǎng)提供了較好的理論框架，但在實際操作過程中，對一門具體課程而言，如何為核心素養(yǎng)培育提供支撐，需要有落地的抓手。

核心概念逐漸成為這樣一個抓手，圍繞課程核心概念設(shè)計課程實踐教學(xué)，能夠有效提升學(xué)生的設(shè)計推理和探索創(chuàng)新能力，該觀點得到了密歇根州立大學(xué)（MSU）等系列研究成果的支持[10]。核心概念通常是指對某一學(xué)科發(fā)展具有重要意義且能夠?qū)W(xué)科內(nèi)知識成體系聯(lián)結(jié)的少量關(guān)鍵概念[11]。本質(zhì)上，核心概念之所以能夠提升課程實踐教學(xué)的成效，主要利益于核心概念有利于課程知識的整合，能夠促進(jìn)學(xué)生建立連貫有效的知識結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的知識體系，有助于學(xué)生思維的縱深發(fā)展和知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)與遷移實踐應(yīng)用。

由核心概念的關(guān)鍵性可知，課程教學(xué)內(nèi)容中必然還存在大量“非核心概念”。因此，如何通過持續(xù)的課程教學(xué)，使學(xué)生堅實地掌握核心概念的相關(guān)知識及其衍生的核心能力，成為擺在教師面前的現(xiàn)實難題。建構(gòu)主義作為一種較新的教學(xué)理論[12]，與“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念相一致，認(rèn)為學(xué)習(xí)是由學(xué)習(xí)者在自身知識體系框架基礎(chǔ)上，通過自主探索建構(gòu)出來的，不直接源自教師的傳授。但筆者也認(rèn)為，“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念需要與“以教師為主導(dǎo)”相配合，只有充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，才能更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。因此，以核心概念建構(gòu)為目標(biāo)，通過引導(dǎo)學(xué)生漸近構(gòu)建相關(guān)“非核心概念”，是建構(gòu)主義理論的現(xiàn)實運(yùn)用。類似地，學(xué)習(xí)進(jìn)階理論也是這樣遵循這樣一種漸進(jìn)的教學(xué)路線，通常呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列[13]。

1 核心素養(yǎng)指向的概念體系分析

核心素養(yǎng)（Key Competencies）起源于1997年經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）發(fā)起的“素養(yǎng)的界定與遴選：理論和概念基礎(chǔ)”（DeSeCo）項目。本質(zhì)上，核心素養(yǎng)是應(yīng)對21世紀(jì)巨大社會變革在教育領(lǐng)域深遠(yuǎn)影響的產(chǎn)物。通常認(rèn)為，核心素養(yǎng)可分為跨學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)科核心素養(yǎng)，前者指超越于學(xué)科知識的綜合性能力與態(tài)度等，后者則更多聚焦于某一學(xué)科內(nèi)的核心知識與關(guān)鍵能力。

從核心素養(yǎng)出發(fā)，我們將學(xué)科、課程的概念從宏觀至微觀，可劃分為共通概念、大概念、核心概念、一般概念和具體概念，且依次具有包含與衍生關(guān)系，給出核心素養(yǎng)指向的概念體系如圖1所示。其中，前兩者通常對應(yīng)跨學(xué)科核心素養(yǎng)，而后三者則可認(rèn)為位于學(xué)科核心素養(yǎng)培育范疇。

圖1 核心素養(yǎng)指向的概念體系

共通概念是指跨學(xué)科間的基礎(chǔ)聯(lián)系[14]，通常能夠在多個學(xué)科中找到觀念上對應(yīng)的相通概念，類似于哲學(xué)之于自然科學(xué)。例如，“管理”可以認(rèn)為是共通概念，其在生物體、計算機(jī)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)中均具有相通概念。大概念是共通概念的細(xì)化，其也是跨學(xué)科的，但不同的是，大概念是多個學(xué)科在實踐上具有統(tǒng)一性的產(chǎn)物[15]?！跋到y(tǒng)優(yōu)化”是“管理”的下位概念，在計算機(jī)學(xué)科、系統(tǒng)科學(xué)學(xué)科中延伸有明確的實踐方法和工具，如內(nèi)存管理策略、預(yù)測控制模型等。

在學(xué)科核心素養(yǎng)層面，核心概念是大概念在學(xué)科內(nèi)的具體承載，課程核心概念是學(xué)科核心概念的進(jìn)一步細(xì)化。因此，核心概念既是學(xué)科知識體系的樞紐，也是課程知識體系的重心。例如，“系統(tǒng)評價”即是“系統(tǒng)優(yōu)化”在系統(tǒng)工程類課程下的核心概念，科學(xué)的“系統(tǒng)評價”是開展“系統(tǒng)優(yōu)化”的重要前提與基礎(chǔ)。相對于課程核心概念，課程中的“非核心概念”可稱為一般概念，對一般概念的細(xì)化稱為具體概念?！跋到y(tǒng)評價”核心概念可衍生出“戰(zhàn)技指標(biāo)”等一般概念，還可進(jìn)一步細(xì)化為“性能指標(biāo)”等具體概念。

綜上可以發(fā)現(xiàn)，觀念層面的共通概念更多源自對實踐的認(rèn)知，而具體概念相對核心素養(yǎng)而言又過于專業(yè)。故而我們認(rèn)為“大概念—核心概念—一般概念”形成的概念體系“內(nèi)核”是課程教學(xué)內(nèi)容的核心，也應(yīng)是教學(xué)設(shè)計的重心。其中，核心概念作為承上啟下的主體，是整體概念體系的樞紐聯(lián)結(jié)，其對上承接跨學(xué)科的大概念，對下延伸至課程中的一般概念，更應(yīng)作為教學(xué)設(shè)計的重中之重。

2 課程核心概念提取

核心概念的地位作用，可以總結(jié)為“主導(dǎo)課程理論教學(xué)的基礎(chǔ)、牽引課程實踐教學(xué)的龍頭”。因此，提取課程核心概念就顯得至關(guān)重要。但是，核心概念因課程而異，既要“接地氣”的考慮課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及所選用教材，還要“上檔次”地站在核心素養(yǎng)、復(fù)雜問題綜合解決能力等更高層面進(jìn)行思考把握。此處，以筆者講授的“裝備系統(tǒng)工程”課程為例，給出“系統(tǒng)評價”核心概念的相關(guān)核心概念和細(xì)化設(shè)計如圖2（P160）所示。

圖2 課程核心概念細(xì)化——以“系統(tǒng)評價”為例

“裝備系統(tǒng)工程”課程圍繞裝備系統(tǒng)和系統(tǒng)工程的交叉展開，旨在使學(xué)生理解和掌握有關(guān)裝備系統(tǒng)論證、研制和驗證的有關(guān)知識與能力。與系統(tǒng)評價密切相關(guān)的核心概念包括系統(tǒng)功能、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)試驗，系統(tǒng)功能和系統(tǒng)設(shè)計是開展系統(tǒng)評價的依據(jù)，而系統(tǒng)評價是裝備能夠開展系統(tǒng)試驗的必備前提。進(jìn)一步，圍繞如何開展裝備系統(tǒng)的系統(tǒng)評價工作，學(xué)生需要掌握戰(zhàn)技指標(biāo)、關(guān)聯(lián)分析、權(quán)重配置、風(fēng)險分析、方案綜合等系列一般概念。相應(yīng)地，一般概念又可細(xì)化為操作層面的具體方法與工具，如權(quán)重配置可進(jìn)一步分為主觀賦權(quán)、客觀賦權(quán)和主客觀相結(jié)合的綜合賦權(quán)等具體概念。

為對提取的課程核心概念進(jìn)行驗證，運(yùn)用人工智能手段，對課程教材《裝備系統(tǒng)工程概論》開展詞云分析，給出教材詞云分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 課程教材詞云分析圖

由分析結(jié)果可知，在課程教材中出現(xiàn)次數(shù)最多的詞語包括“試驗、目標(biāo)、功能、系統(tǒng)、需求、設(shè)計、分析、評價（含評估）”等，與所提取核心概念“系統(tǒng)功能、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)評價、系統(tǒng)試驗”具有較高的一致性。同時，相應(yīng)地一般概念如“戰(zhàn)技指標(biāo)、方案綜合”等也在詞云圖中有所體現(xiàn)。此外，“系統(tǒng)需求、系統(tǒng)目標(biāo)”在本課程中被納入系統(tǒng)功能分析的范疇，即系統(tǒng)功能是系統(tǒng)需求和系統(tǒng)目標(biāo)派生的產(chǎn)物，因而沒有作為核心概念。

3 核心概念實踐教學(xué)模式設(shè)計

面向復(fù)雜問題綜合解決能力培養(yǎng)目標(biāo)，通過將能力培養(yǎng)需求融入實踐教學(xué)問題，創(chuàng)新提出“案例自主演化”和“概漸次建構(gòu)”雙輪驅(qū)動的實踐教學(xué)模式，具體如圖4所示（P162）。

圖4 核心概念實踐教學(xué)模式設(shè)計

“案例自主演化”以實踐問題案例為起點，基于學(xué)生興趣驅(qū)動的自主選擇，案例逐漸演化為多個分支，進(jìn)而促使學(xué)生在不同分支上探索創(chuàng)新，并最終形成實踐問題的綜合解決方案。因此，該步驟既遵循“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，同時又突出學(xué)生的自主選擇、演化探索和實踐創(chuàng)新?！案拍顫u次建構(gòu)”聚焦實踐教學(xué)的核心概念，通過將核心概念派生的一般概念和具體概念融入實踐問題各個環(huán)節(jié)，通過問題求解的不斷深化，漸次掌握不同一般概念和具體概念，進(jìn)而建構(gòu)出完整的核心概念。

仍然以“系統(tǒng)評價”核心概念牽引的實踐教學(xué)為例，給定某型裝備設(shè)計需求，學(xué)生基于裝備通用數(shù)據(jù)庫資源，結(jié)合個人或團(tuán)隊興趣自主選擇評價維度——戰(zhàn)技指標(biāo)，即在整個班級中形成多個戰(zhàn)技指標(biāo)組合。通常，這些指標(biāo)組合往往不完全相同。隨后，面向選定的戰(zhàn)技指標(biāo)組合，學(xué)生自主開展備選方案的設(shè)計與研究。形成多個備選設(shè)計方案后，開展指標(biāo)關(guān)聯(lián)分析、指標(biāo)權(quán)重配置及風(fēng)險分析等方法實踐，并基于實踐及其評價結(jié)果，綜合形成最終的設(shè)計方案。因此，自主選擇戰(zhàn)技指標(biāo)與研提備選設(shè)計方案是“案例自主演化”的關(guān)鍵步驟，而步驟3-6則為“概念漸次建構(gòu)”的主體步驟。此外，該教學(xué)模式還具有特殊的“副作用”，即能夠在一定程度上防止學(xué)生的抄襲現(xiàn)象，因為戰(zhàn)技指標(biāo)組合的微小差異會導(dǎo)致設(shè)計方案的千差萬別。例如，給定手槍裝備設(shè)計需求，選擇有效射擊距離指標(biāo)的學(xué)生最終給出了狙擊槍的設(shè)計方案，而選擇復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的學(xué)生則設(shè)計出了水下特種手槍。

綜上，核心概念是課程實踐教學(xué)的有用工具，既能夠為教師開展實踐教學(xué)提供有益的內(nèi)容與模式設(shè)計參考，也能夠有效提升學(xué)生參與實踐教學(xué)的主動意識、探索精神和創(chuàng)新能力。最為重要的是，基于核心概念的課程實踐教學(xué)是對復(fù)雜問題綜合解決能力培養(yǎng)的一次嘗試，以期為核心素養(yǎng)教學(xué)改革提供有效借鑒。