白少元，許丹丹，張亞楠，張 琴，劉輝利，丁彥禮

(1.桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004;2.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

隨著習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神的深入貫徹落實，教育部于2019 年發(fā)布了《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》，利用2020—2022 年三年時間，建成萬門國家級和萬門省級一流本科課程，全面振興本科教育。高等教育目標進一步向“以重大現(xiàn)實問題為主攻方向”的戰(zhàn)略調(diào)整，這給工程人才的培養(yǎng)規(guī)格提出了更高要求。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定著人才培養(yǎng)質(zhì)量，如何在課堂上，讓學(xué)生能夠靈活地、綜合地、創(chuàng)造性地運用所學(xué)的專業(yè)知識解決復(fù)雜工程問題，是高等教育目標調(diào)整對一線教師的教學(xué)能力提出的新挑戰(zhàn)[1]。

根據(jù)布魯姆認知模型，在課前預(yù)習(xí)和課堂教學(xué)活動中，最常開展的是圍繞基礎(chǔ)認知層次的記憶、理解、應(yīng)用這三類低階思維培養(yǎng)，而如何利用所學(xué)專業(yè)知識進行分析、評價及創(chuàng)造，屬于高階思維培養(yǎng)范疇，是發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，也是培養(yǎng)人才具備解決復(fù)雜工程問題能力的根本。但由于高階思維成長的不易察覺性、難衡量性以及難記錄性，在教學(xué)評價中難以體現(xiàn)。因此，探索可操作的高階課程教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，對于創(chuàng)建一流課程具有重要意義。

一、高階思維培養(yǎng)

高階思維能力(Higher Order Thinking Skills)一直是國內(nèi)外人才培養(yǎng)的最高目標，也是教育領(lǐng)域研究的熱點。美國、英國等國家課程框架文件中，都明確提出了要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、問題求解能力、決策力和批判性思維能力[2]。

高階思維是創(chuàng)造性活動的基礎(chǔ)，是定義的重釋，知識結(jié)構(gòu)的重組，是思維和想象的統(tǒng)一，是分析思維和直覺思維的統(tǒng)一，是邏輯性和非邏輯性的統(tǒng)一[3]。在形式上是發(fā)散性思維(Divergent Thinking)的“放”和收斂性思維(Convergent Thinking)的“收”的統(tǒng)一。發(fā)散思維是一種求異思維，是大腦在進行思維活動時，根據(jù)主體記憶的存儲，呈現(xiàn)出一種視野寬廣的多維發(fā)散狀。它的認知方式是個體思維沿著多個方向擴展，將問題發(fā)散到各個相關(guān)方面，以精確修正的形式加工出多種可能的答案而不是唯一正確的答案，因而容易產(chǎn)生有創(chuàng)見的新穎觀念。具體體現(xiàn)為大腦針對一個問題呈現(xiàn)出的多種解決途徑，如“一題多解”“一事多辦”“一物多用”等。心理學(xué)家認為發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維最主要的特點，是衡量主體創(chuàng)造力的主要標志之一。

在教學(xué)過程中，發(fā)散性思維培養(yǎng)要注重其流暢性、變通性以及獨特性。流暢性體現(xiàn)的是發(fā)散思維的速度與數(shù)量，體現(xiàn)了思維主體能否在盡可能短的時間內(nèi)產(chǎn)生盡可能多的觀念;變通性則需要克服主體主觀意識上為自己設(shè)置的思維定式，按新方向來思考問題;獨特性是發(fā)散思維的最高目標，是思維主體能否給出異于常人的新奇反應(yīng)的能力。

發(fā)散性思維在數(shù)量上為思維主體提供了盡可能多的解題方案，而收斂性思維則是在獲得的已知信息中產(chǎn)生邏輯結(jié)論，在多種解決途徑中有方向性、條理性的尋求正確答案的思維方式。因此，收斂性思維是將廣闊的思路匯聚成一個焦點，與發(fā)散性思維相對，它是一種降維求同的思維方式。在教學(xué)活動中，收斂性思維關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生思維環(huán)環(huán)相扣的連續(xù)性，將發(fā)散性思維產(chǎn)生的尚不成熟或不切實際的解決方案通過歸納、演繹和類比分析等手段進行有效篩選。在此過程中，學(xué)生會圍繞一個問題反復(fù)思考，甚至停頓下來，將原有思維不斷進行濃縮聚攏，讓思維在縱向上到達一定深度及穿透力，遵循惟實原則，得到切實可行的方案，順利解決問題。

二、五省吾思

國內(nèi)外針對發(fā)散性與收斂性思維訓(xùn)練法主要包括5 why 法與5 So 法，一個向上追問，一個向下追問，來增加思維鏈條的長度，也稱為“五問教學(xué)法”。這種方法通常是針對某個問題的深度探索，具有單向性的特點。但在教學(xué)活動中，難以將思維的發(fā)散度及縱深度靈活切換，讓學(xué)生有意識地鍛煉自己的高階思維。

“五省吾思”是參照儒家修身之法“吾日三省吾身”模式提出的一種高階思維培養(yǎng)方法?！叭∥嵘怼笔窃跒槿颂幨赖膭討B(tài)過程中不向外求，反求諸己，與思維培養(yǎng)的內(nèi)求，完善自身知識結(jié)構(gòu)的指向性一致。五省吾思是針對新知識點設(shè)定五個問題，通過新知識喚起已有相關(guān)的舊知識，并將二者銜接起來，利用自省記錄的方式，完成理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造五個過程，從而將新知識點變成自身知識系統(tǒng)中一個存貯單元，在需要時靈活調(diào)用，幫助學(xué)生解決復(fù)雜工程問題[4]。五省的范圍靈活，可以是針對某次課、某個章節(jié)、某個知識單元，也可以是某門課、某個領(lǐng)域進行思考，問題設(shè)置如下。

“一省”，在本次課/本單位/本門課中最讓我觸動的知識點是什么？

第一個問題，主要是幫助學(xué)生鎖定一個新知識點。而在眾多知識點中，能引發(fā)學(xué)生思考的，通常是與本身已有知識體系沖突較大的知識點，也是發(fā)散性思考過程中，改變固有思維定式所必須的。只有多發(fā)現(xiàn)更多的矛盾點，才能表達出盡可能多的思維觀念，給問題的解決途徑提供多種可能。

“二省”，對于這個知識點，我之前是怎么理解的？

這個問題的提出，幫助學(xué)生喚起已有知識體系，幫助學(xué)生鎖定矛盾點，完成知識點的理解過程，同時建立思維的連接性。

“三省”，學(xué)習(xí)這個知識點之后，我的認知有哪些變化？

通過對這個問題的思考，完成對新知識的分析過程，同時化解新知識與已有知識體系的矛盾點。

“四省”，我現(xiàn)在覺得，對于這個知識點應(yīng)該如何考慮才對？

對這個問題的回答，屬于知識點的評價，通過對相關(guān)知識的比較分析，幫助學(xué)生完善知識體系，將新知識點變?yōu)樗季S體系中的一個存儲單元。

“五省”，未來這個知識點可以怎么應(yīng)用？

通過假設(shè)，嘗試創(chuàng)造，服務(wù)于創(chuàng)造性思維所需要的“靈感”“頓悟”。創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生帶有突然性，常常被稱為靈感，而靈感屬于“頓悟”。而“靈感”并非憑空而來，一般需要經(jīng)歷準備期、醞釀期、豁朗期和驗證期四個階段，因此在接觸新知識點時，思維主體提出假設(shè)，為將來成為“靈感”提供可能。

五省吾思就是通過五個簡單問題搭建起來的聯(lián)動性思維，按照“發(fā)散→聚合→再發(fā)散→再聚合”的方式，讓思考主體在問題思考的過程中激發(fā)情感，啟發(fā)智慧，提出獨特性的方法，遵循“感性認識→理性認識→實踐”的認知過程，培養(yǎng)學(xué)生的高階創(chuàng)造能力。

三、五省吾思在課堂上的組織實施

環(huán)境工程專業(yè)課程體系主要由陳述類課程、非陳述類課程及實踐類課程組成，五省吾思實施方式有所差異。

(一)陳述類專業(yè)課程

環(huán)境工程概論、環(huán)境工程微生物學(xué)等陳述性課程，是個人根據(jù)一定的線索能夠陳述，用于說明事物“是什么”“怎么樣”“為什么”的專業(yè)課程。在此類課程的教學(xué)過程中，通過設(shè)計由淺入深、循序漸進的階梯化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源，采用團隊學(xué)習(xí)式教學(xué)法，將學(xué)生進行分組，依托教學(xué)內(nèi)容的延展對每組進行命題，團隊分工進行資料查閱、內(nèi)容歸類、梳理匯總、形成報告、結(jié)合五省吾思進行小組匯報，達到寬口徑知識面的拓展方法，滿足學(xué)生差異化、個性化的學(xué)習(xí)需求，在專業(yè)領(lǐng)域為學(xué)生提供自由探索的學(xué)習(xí)途徑。

以環(huán)境工程導(dǎo)論課程為例，該課程作為環(huán)境工程專業(yè)新生入門級專業(yè)課程，涵蓋的內(nèi)容廣泛，包括保護環(huán)境工程技術(shù)學(xué)、環(huán)境工程規(guī)劃管理和環(huán)境工程監(jiān)測評價等方面，根據(jù)環(huán)境領(lǐng)域?qū)嶋H問題，知識點更新速度快，如何在有限的課時內(nèi)，傳遞給學(xué)生更多的知識點、教會學(xué)生自主學(xué)習(xí)、學(xué)會自己思考至關(guān)重要。教學(xué)過程采用團隊式教學(xué)法，將學(xué)生進行分組，每個小組結(jié)合新興環(huán)境問題進行命題，內(nèi)容包括我國農(nóng)村污水處理、海洋污染、微塑料、抗生素、PPCPs 等新興污染物、土壤重金屬污染、生態(tài)城市建設(shè)、高標準農(nóng)田建設(shè)與面源污染等等。學(xué)生在查閱資料，撰寫調(diào)研報告時，根據(jù)五省吾思進行反思。

“一省”：我們小組選擇的主題是什么？

“二省”：對于這個主題，我之前是怎么理解的？

“三省”：調(diào)查之后，對這個主題的認知有哪些變化？

“四省”：前后對比，我現(xiàn)在覺得，這個主題應(yīng)該怎么考慮才對？

“五省”：未來在這個主題方向上可能會怎么做？

五省吾思方法的加入，能夠充分挖掘小組作業(yè)完成前后自己的專業(yè)知識收獲及思維成長過程，通過這個鍛煉過程，讓學(xué)生在掌握對未知問題的探索、分析、研究方法的同時，對環(huán)境問題進行深入思考，并激發(fā)其熱愛環(huán)境事業(yè)的職業(yè)擔當。

(二)非陳述類專業(yè)課程

水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理處置工程和環(huán)境工程CAD 等非陳述類課程，屬于程序性知識范疇，是“做什么”“怎么做”，傳授從已知狀態(tài)向目標狀態(tài)轉(zhuǎn)化的知識。在此類課程中，引入“以案例為基礎(chǔ)”的高縱深知識單元教授方法，以新興污染問題、先進的治理技術(shù)、新型設(shè)備開發(fā)為授課案例，提高課程的高階性、創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)度。在這一過程中，教師成為案例講述者、設(shè)計者和激勵者，引導(dǎo)學(xué)生利用五省吾思思考方式，充分運用基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和技術(shù)標準規(guī)范，提出解決方案的能力，并在此過程中，教會學(xué)生對待工程問題的惟實、取舍的工程哲學(xué)精神。

以環(huán)境工程CAD 課程為例，該課程是環(huán)境工程專業(yè)一門實踐性很強的專業(yè)課程，學(xué)生在開課前已經(jīng)學(xué)過環(huán)境工程導(dǎo)論、大氣污染控制和固體廢物處理處置等專業(yè)課程，了解污染處理的基本工藝流程，也已經(jīng)參加完認識實習(xí)，現(xiàn)場參觀了污水處理廠、垃圾填埋場及各類工廠里的廢氣、污水、固廢等污染物的處理處置。但在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生雖然懂原理、會計算、能臨摹，但長期以來，獨立設(shè)計出圖能力一直不佳。

圖紙是整體設(shè)計思想的直觀體現(xiàn)，需要在圖紙上體現(xiàn)的工程細節(jié)，如污水處理廠構(gòu)筑物的進、出水管的管徑是否有差異，安裝位置是在地上還是在地下等，涉及到排水工程、流體力學(xué)、環(huán)境工程原理與設(shè)備等多門專業(yè)課中學(xué)到的知識。因此，學(xué)生獨立設(shè)計能力差的原因歸結(jié)起來，就在于各門專業(yè)課中的知識在學(xué)生腦海中是孤立的，彼此間缺少銜接性，難以在解決實際工程問題時靈活調(diào)用。

環(huán)境工程CAD 內(nèi)容主要包括污染控制工程平面布局圖、管線圖、高程(流程)圖、單體構(gòu)筑物圖、場地圖的繪制方法與要點。為提高課程的“兩性一度”，課程目標不局限于教會學(xué)生使用繪圖軟件，臨摹出圖，更重要的是，要以圖形為載體，幫學(xué)生串聯(lián)起其他專業(yè)課上學(xué)到的知識，如平面圖布局中各構(gòu)筑物的位置擺放要點，直線布局原則，氣、液、固管線的交叉與走向，高程圖管線連接的力學(xué)設(shè)計、壓力/水頭損失，單體圖的工藝原理與運行過程，以及設(shè)計構(gòu)圖中蘊含的工程倫理學(xué)及職業(yè)素養(yǎng)等等。

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中思維的變化過程采用五省吾思進行記錄及評價，讓學(xué)生對每個問題進行思考，同時分享其他同學(xué)的想法。利用圖紙給學(xué)生搭建發(fā)散性-收斂性思維鍛煉平臺，讓學(xué)生基于圖紙，重新審視專業(yè)知識。環(huán)境工程CAD 的五省吾思報告(下稱“五省”報告)安排在每一幅圖紙作業(yè)完成后及課程結(jié)束后進行。以課程結(jié)束后的題目為例，“五省”內(nèi)容如下。

題目：我們的課程主要講解并練習(xí)了污染控制工程平面圖、管線圖、高程圖、單體圖、場地圖的畫法要點和注意事項等，請在下面幾個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，選擇一個自己印象深刻的單元，進行學(xué)習(xí)總結(jié)。可選學(xué)習(xí)單元：(1)平面圖及管線圖;(2)高程圖;(3)單體圖;(4)場地圖;(5)圖形設(shè)計考試。

“一省”：我選的學(xué)習(xí)單元是哪個，這個環(huán)節(jié)中用到哪些以前哪門課上學(xué)過的哪些知識點？

“二省”：對于這些專業(yè)知識點，我之前是怎么理解的？

“三省”：CAD 課程學(xué)過之后，對這些知識點的認知有哪些變化？

“四省”：我現(xiàn)在覺得，這些知識點應(yīng)該怎么考慮才對？

“五省”：以后這些知識點可能會怎么用？

報告收上來之后，根據(jù)學(xué)生選擇的知識單元進行分組，將“五省”報告在組內(nèi)與組間進行互讀分享，教師總結(jié)并點評學(xué)生反思內(nèi)容。

(三)實踐類課程

針對畢業(yè)設(shè)計、實習(xí)及各種技能競賽等實踐類環(huán)節(jié)，主要采用“問題導(dǎo)向式”教學(xué)方法，讓學(xué)生居于主體地位，鼓勵學(xué)生采用五省吾思方法探索實踐，教師引導(dǎo)學(xué)生將解決問題的過程進行總結(jié)與反思，拓展問題的深度和廣度，鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。同時幫助學(xué)生樹立嚴謹工作作風(fēng)和實事求是的科學(xué)精神，并從中體會到作為一名卓越工程師應(yīng)當具備的工程倫理、職業(yè)道德和社會主義核心價值觀。

四、五省吾思與課程思政教育元素挖掘

專業(yè)課程內(nèi)容的思想政治教育資源主要有兩種呈現(xiàn)方式：一是挖掘課程本身蘊含的思想政治教育素材，融入教學(xué)過程的各環(huán)節(jié);二是將知識體系之外的思政素材通過一定的教學(xué)方式，融入到教學(xué)過程中，使二者有機結(jié)合。

在講授環(huán)境工程CAD 課程中污水處理廠消毒環(huán)節(jié)設(shè)計時，思想政治教育素材是結(jié)合新冠肺炎疫情期間環(huán)保工作者如何通過自己的努力，將污水中可能殘存的新冠病毒有效消殺，保護水環(huán)境安全，這一實際情況自然凝練而來的。在此過程中，利用五省吾思思維訓(xùn)練法，讓學(xué)生喚起水污染控制及微生物課程中對病毒生理特征及消毒知識單元的記憶，污水消毒有哪幾種工藝？次氯酸、紫外、臭氧消毒這些工藝有何優(yōu)缺點？結(jié)合病毒特征，哪種方法對新冠病毒的殺滅更有效？設(shè)計中的關(guān)鍵參數(shù)及控制指標是什么？讓學(xué)生形成“五省”報告，對于新冠病毒和消毒工藝，我之前是怎么理解的？現(xiàn)在我對這些知識點的認知有哪些變化？我現(xiàn)在覺得，這些知識點應(yīng)該怎么考慮才對？在設(shè)計畫圖中這些關(guān)鍵點應(yīng)該怎么把控？據(jù)此，幫助學(xué)生建立起強烈的責任感、使命感，讓學(xué)生具有以人為本，人民之上的時代精神。

五、實施效果

五省吾思在課程中實施后，學(xué)生針對具體問題呈現(xiàn)出的設(shè)計能力顯著提高，這在學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽參與的數(shù)量及質(zhì)量上、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計水平上均有所體現(xiàn)。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計作品在2019、2020 年連續(xù)兩年獲全國高校環(huán)境類專業(yè)本科優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計。

除了知識技能的掌握及提升之外，“五省”報告也體現(xiàn)出學(xué)生萌發(fā)出較好的工程倫理學(xué)、職業(yè)道德等人文思想，以及對待工程問題的惟實、取舍、擔當精神。如學(xué)生在針對污水處理工程平面布局的“五省”報告中寫到：“污水處理構(gòu)筑物設(shè)計不能做的過大，造成閑置浪費，也不能設(shè)計過小，難以達到預(yù)期效果，如果未來需要做決定，寧愿保守也不能冒進，務(wù)必保證出水的穩(wěn)定達標排放……”;“污水處理廠設(shè)施的布置，要考慮實際的氣味、噪聲、衛(wèi)生環(huán)境等，未來的污水廠要建成讓人感覺是去寫字樓上班一樣的污水廠，能安全、舒適的工作……”;“工程的設(shè)計需要考慮的因素很多、很零碎，工程中做出的每一個決定都是綜合性的，需要有所取舍、有所側(cè)重，為此，今后我會注重培養(yǎng)自己的綜合判斷能力，并且加強專業(yè)知識的細微點學(xué)習(xí)，越是要做好一個決定，自己的見識應(yīng)該越廣，才能考慮的越周全……”。

六、結(jié)束語

采用五省吾思法對思維進行訓(xùn)練后，開始會發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維能力顯著提升，但隨著課程的深入，學(xué)生會進入瓶頸期，五省吾思無法幫助學(xué)生解決問題，發(fā)散度及縱深度均很難再延展開來。出現(xiàn)這一現(xiàn)象，并非是思維本身的瓶頸期，不是思維能力無法延展，而是到了知識的瓶頸期。思維與知識之間的關(guān)系是交互影響的，一切思維都是建立在知識的基礎(chǔ)上，一般思維能力的局限往往是知識的匱乏引起的。此時，應(yīng)提醒學(xué)生加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和拓展，同時利用五省吾思將新知識不斷累加到原有知識體系中，讓思維與知識互相促進，才能成為社會主義新時代建設(shè)的卓越人才。