黄美根，周 鑫，何 华，王彦锋，龚 碧，王 涛
（1.国防科技大学系统工程学院，湖南 长沙 410073；
2.国防科技大学教学考评中心，湖南 长沙 410073）
随着我国核心素养教学改革的蓬勃发展，培养学生对复杂问题的综合解决能力已成为本轮教学改革的重要着力点[1-4]。实践教学作为能力培育的重要方式，受到日益广泛的关注与重视。实践教学通常指基于一定的实践教学环境，以课程理论知识为牵引，开展以学员为中心的自主问题发现、探索和解决的创新性能力培养教学活动[5]。但是，纵观本科课堂，目前大学生开展课程实践教学普遍存在学生主动性、探索性、创造性不足的现象，实践教学效果仍有较大提升空间[6]。究其原因，除学生受中学阶段应试教育的持续影响外，另一重要方面则来自教师群体：一是课程理论教学内容如何有机融入实践教学？二是复杂问题解决能力如何从实践教学中产生？因此，课程实践教学需要教师进行体系化设计与创新。
在高等教育发达国家，加强STEM（科学Science、技术Technology、工程Engineering和数学Mathematics）教育是提升教育教学质量的一条有效途径，也是培养大学生核心素养和复杂问题解决能力的有效路径[7-9]。其中，“科学”重在问题分析、“技术”提供方法手段、“工程”支撑应用实践、“数学”奠定求解理论基础。尽管STEM为复杂问题解决能力培养提供了较好的理论框架，但在实际操作过程中，对一门具体课程而言，如何为核心素养培育提供支撑，需要有落地的抓手。
核心概念逐渐成为这样一个抓手，围绕课程核心概念设计课程实践教学，能够有效提升学生的设计推理和探索创新能力，该观点得到了密歇根州立大学（MSU）等系列研究成果的支持[10]。核心概念通常是指对某一学科发展具有重要意义且能够将学科内知识成体系联结的少量关键概念[11]。本质上，核心概念之所以能够提升课程实践教学的成效，主要利益于核心概念有利于课程知识的整合，能够促进学生建立连贯有效的知识结构和系统的知识体系，有助于学生思维的纵深发展和知识运用能力的培养与迁移实践应用。
由核心概念的关键性可知，课程教学内容中必然还存在大量“非核心概念”。因此，如何通过持续的课程教学，使学生坚实地掌握核心概念的相关知识及其衍生的核心能力，成为摆在教师面前的现实难题。建构主义作为一种较新的教学理论[12]，与“以学生为中心”的教学理念相一致，认为学习是由学习者在自身知识体系框架基础上，通过自主探索建构出来的，不直接源自教师的传授。但笔者也认为，“以学生为中心”的教学理念需要与“以教师为主导”相配合，只有充分发挥教师的主导作用，才能更好地促进学生的学习成效。因此，以核心概念建构为目标，通过引导学生渐近构建相关“非核心概念”，是建构主义理论的现实运用。类似地，学习进阶理论也是这样遵循这样一种渐进的教学路线，通常呈现为围绕核心概念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列[13]。
核心素养（Key Competencies）起源于1997年经济合作与发展组织（OECD）发起的“素养的界定与遴选：理论和概念基础”（DeSeCo）项目。本质上，核心素养是应对21世纪巨大社会变革在教育领域深远影响的产物。通常认为，核心素养可分为跨学科核心素养和学科核心素养，前者指超越于学科知识的综合性能力与态度等，后者则更多聚焦于某一学科内的核心知识与关键能力。
从核心素养出发，我们将学科、课程的概念从宏观至微观，可划分为共通概念、大概念、核心概念、一般概念和具体概念，且依次具有包含与衍生关系，给出核心素养指向的概念体系如图1所示。其中，前两者通常对应跨学科核心素养，而后三者则可认为位于学科核心素养培育范畴。
图1 核心素养指向的概念体系
共通概念是指跨学科间的基础联系[14]，通常能够在多个学科中找到观念上对应的相通概念，类似于哲学之于自然科学。例如，“管理”可以认为是共通概念，其在生物体、计算机系统和社会系统中均具有相通概念。大概念是共通概念的细化，其也是跨学科的，但不同的是，大概念是多个学科在实践上具有统一性的产物[15]。“系统优化”是“管理”的下位概念，在计算机学科、系统科学学科中延伸有明确的实践方法和工具，如内存管理策略、预测控制模型等。
在学科核心素养层面，核心概念是大概念在学科内的具体承载，课程核心概念是学科核心概念的进一步细化。因此，核心概念既是学科知识体系的枢纽，也是课程知识体系的重心。例如，“系统评价”即是“系统优化”在系统工程类课程下的核心概念，科学的“系统评价”是开展“系统优化”的重要前提与基础。相对于课程核心概念，课程中的“非核心概念”可称为一般概念，对一般概念的细化称为具体概念。“系统评价”核心概念可衍生出“战技指标”等一般概念，还可进一步细化为“性能指标”等具体概念。
综上可以发现，观念层面的共通概念更多源自对实践的认知，而具体概念相对核心素养而言又过于专业。故而我们认为“大概念—核心概念—一般概念”形成的概念体系“内核”是课程教学内容的核心，也应是教学设计的重心。其中，核心概念作为承上启下的主体，是整体概念体系的枢纽联结，其对上承接跨学科的大概念，对下延伸至课程中的一般概念，更应作为教学设计的重中之重。
核心概念的地位作用，可以总结为“主导课程理论教学的基础、牵引课程实践教学的龙头”。因此，提取课程核心概念就显得至关重要。但是，核心概念因课程而异，既要“接地气”的考虑课程教学目标、教学内容及所选用教材，还要“上档次”地站在核心素养、复杂问题综合解决能力等更高层面进行思考把握。此处，以笔者讲授的“装备系统工程”课程为例，给出“系统评价”核心概念的相关核心概念和细化设计如图2（P160）所示。
图2 课程核心概念细化——以“系统评价”为例
“装备系统工程”课程围绕装备系统和系统工程的交叉展开，旨在使学生理解和掌握有关装备系统论证、研制和验证的有关知识与能力。与系统评价密切相关的核心概念包括系统功能、系统设计和系统试验，系统功能和系统设计是开展系统评价的依据，而系统评价是装备能够开展系统试验的必备前提。进一步，围绕如何开展装备系统的系统评价工作，学生需要掌握战技指标、关联分析、权重配置、风险分析、方案综合等系列一般概念。相应地，一般概念又可细化为操作层面的具体方法与工具，如权重配置可进一步分为主观赋权、客观赋权和主客观相结合的综合赋权等具体概念。
为对提取的课程核心概念进行验证，运用人工智能手段，对课程教材《装备系统工程概论》开展词云分析，给出教材词云分析结果如图3所示。
图3 课程教材词云分析图
由分析结果可知，在课程教材中出现次数最多的词语包括“试验、目标、功能、系统、需求、设计、分析、评价（含评估）”等，与所提取核心概念“系统功能、系统设计、系统评价、系统试验”具有较高的一致性。同时，相应地一般概念如“战技指标、方案综合”等也在词云图中有所体现。此外，“系统需求、系统目标”在本课程中被纳入系统功能分析的范畴，即系统功能是系统需求和系统目标派生的产物，因而没有作为核心概念。
面向复杂问题综合解决能力培养目标，通过将能力培养需求融入实践教学问题，创新提出“案例自主演化”和“概渐次建构”双轮驱动的实践教学模式，具体如图4所示（P162）。
图4 核心概念实践教学模式设计
“案例自主演化”以实践问题案例为起点，基于学生兴趣驱动的自主选择，案例逐渐演化为多个分支，进而促使学生在不同分支上探索创新，并最终形成实践问题的综合解决方案。因此，该步骤既遵循“以学生为中心”的教学理念，同时又突出学生的自主选择、演化探索和实践创新。“概念渐次建构”聚焦实践教学的核心概念，通过将核心概念派生的一般概念和具体概念融入实践问题各个环节，通过问题求解的不断深化，渐次掌握不同一般概念和具体概念，进而建构出完整的核心概念。
仍然以“系统评价”核心概念牵引的实践教学为例，给定某型装备设计需求，学生基于装备通用数据库资源，结合个人或团队兴趣自主选择评价维度——战技指标，即在整个班级中形成多个战技指标组合。通常，这些指标组合往往不完全相同。随后，面向选定的战技指标组合，学生自主开展备选方案的设计与研究。形成多个备选设计方案后，开展指标关联分析、指标权重配置及风险分析等方法实践，并基于实践及其评价结果，综合形成最终的设计方案。因此，自主选择战技指标与研提备选设计方案是“案例自主演化”的关键步骤，而步骤3-6则为“概念渐次建构”的主体步骤。此外，该教学模式还具有特殊的“副作用”，即能够在一定程度上防止学生的抄袭现象，因为战技指标组合的微小差异会导致设计方案的千差万别。例如，给定手枪装备设计需求，选择有效射击距离指标的学生最终给出了狙击枪的设计方案，而选择复杂环境适应性指标的学生则设计出了水下特种手枪。
综上，核心概念是课程实践教学的有用工具，既能够为教师开展实践教学提供有益的内容与模式设计参考，也能够有效提升学生参与实践教学的主动意识、探索精神和创新能力。最为重要的是，基于核心概念的课程实践教学是对复杂问题综合解决能力培养的一次尝试，以期为核心素养教学改革提供有效借鉴。
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