课程名称

[51003TC066] 脑与认知科学

脑与认知科学课程是智能科学与技术的专业核心课程，根据学校数智化赋能“三全育人”总体工作目标，将OBE、TOPCARES教育理念引入课堂教学，在教学中正确处理“教与学”、“学与用”的关系。脑与认知科学教学团队深刻把握总书记的期待和要求，将“立德树人”工作贯穿到脑与认知科学课程理论与实验实践教学全过程，为课程育人落地落实提供载体。

课程对象是智能科学与技术专业的大二学生，通过学习脑结构与功能以及人类基本认知能力的概念和系统知识，进一步培养学生对智能信息处理的分析、设计和实践能力。在开展思政教学过程中，针对存在的思政教学目标未嵌入教学活动、思政元素与知识点融合不紧密、教学设计未实现全员覆盖以及思政考核评价方式不明确等问题。课程团队依托脑与认知科学省级一流课程进行改革探索，分析脑与认知科学课程现有学情、课情、教情，明确思政目标，挖掘课程所蕴含的思政元素，融入课程大纲，并落实到具体知识点，结合典型案例，采用线上线下混合式的教学模式，开展多元化的教学活动，旨在实现全员、全过程、全方位的人才培养。

（一）教学目标

根据学校数智化赋能“三全育人”总体工作目标，将OBE、TOPCARES教育理念引入课堂教学，采用启发式教学，选取典型的案例、实验、微课，结合翻转课堂，帮助学生更好地学习这门课程。

通过让学生掌握脑结构与功能以及人类基本认知能力的概念和系统知识，进一步培养学生对智能信息处理的分析、设计和实践能力，同时注重思政目标的引入，脑科学与认知科学通过探讨生命的本质与价值，引导学生崇尚科学精神，弘扬民族精神，激发学生报国奉献的使命与担当，进而达到思政元素与专业教育协同增效的教学效果。旨在让学生在专业教学中实现知识获取、能力培养和价值塑造的终极教学目标，培养“知大脑、懂认知、会分析、爱创新”新时代应用型人才。

（二）教学组织

《脑与认知科学》课程是一门对人脑结构、认知机理以及人工大脑进行研究的学科，理论部分涵盖左脑与右脑、男脑与女脑、脑的工作原理、脑的开发、意识、睡眠、脑损伤、元宇宙、神经经济学、大脑的保养、人工大脑、人脑的神经元模型、人脑的学习模型、人脑的思维模型、人脑的情感模型、脑机接口技术、虚拟大脑、感觉、知觉、注意、记忆、知识的表征、认知模型、听觉、视觉信息处理、计算机视觉、自然语言理解、语音识别、语音合成、机器学习、仿人机器人、无人驾驶汽车、认知计算机等内容。

为了将理论部分的脑科学与认知科学连接起来，课程设计建设脑电信号检测实验、基于脑机接口的智能家居仿真控制实验，使学生理解脑机接口技术的原理，能够正确佩戴脑电传感器头带，掌握脑电信号采集和输出数据解析的方法，正确分析、设计智能信息系统，增强学生工程伦理教育、科学精神、规矩意识，培养学生不畏艰难的精神、团队协作能力以及沟通与表达的能力。课程重构“理论+实践”课程内容体系如图1所示。

图1 重构“理论+实践”课程内容体系示例图

（三）教学内容

挖掘课程内容中的思政元素如表1所示。螺丝钉精神、团队合作意识、工程伦理教育、民族自豪感以及不畏艰难的精神等，将思政元素与课程知识点紧密结合，以碎片化的形式嵌入课程具体知识点，通过结合典型案例，满足学生成长的发展需求和期待。课程思政案例库建设情况如图2所示。

图1 思政元素融入课程内容与课程知识点结合情况

图2 《脑与认知科学》课程思政案例库示例图

（四）教学方法与手段

在整体课程教学过程中融入讲授教学法、问题教学法、小组讨论教学法、案例探究教学法、项目教学法、翻转课堂等教学方法，在课程内容基础上进行设计和延伸教学活动如下：  

翻转课堂

课程引入翻转课堂如图3所示，搭建“众筹式”学习，学生在课前可通过“竞标”的方式。从课程内容中选取一两个知识点在课上讲解，也可在实验中选择方向不同，在课上分享不同的实验结果和心得。在翻转课堂中教师和学生的角色发生了变化，教师从知识的讲授者变成了学习的促进者，而学生担任“小老师”成为了学习过程的中心，激发了学生的学习兴趣，小组合作讨论的方式培养了学生的团队协作能力，同时，提升了学生主动学习能力，分析问题、解决问题的能力以及创新思维。

图3 实施翻转课堂示例图

以赛促学

面对应用型人才的培养，只有让理论知识走出课本才有“用武之地”。在课前，教师会通过线上发布近期学科竞赛的赛事消息，学生查看相关的赛事要求；在课间或者课上，教师会结合课程内容讲解赛事，组织学生报名参赛；在课后，教师组织学生积极备赛。在课程的基础上，学生动手实践探究，做出了数码管显示脑电波数值、脑电波疲劳检测系统、脑电波控制智能小车、基于脑电波监测的婴儿睡眠环境检测系统以及智能脑电喷泉等，增强了学生的科学精神、规矩意识以及追求卓越的工匠精神，另外，每年赛事迭代更新，也培养了学生面对问题的挑战意识和创新意识。同时，实现了成果转换，真正的做到了智以致用。

图4 学生将课程内容在实践中进一步延伸示例图

素质教育项目

智能科学与技术专业每年都会举办智能系统创新设计大赛这样的素质教育项目如图5所示，学生们以小组为单位，将课余时间做的机器人在大赛中进行展示，在大赛间隙会融入专业课程相关的思政问答题目，实现全方位协同育人，使课程与思政同向同行，通过润物细无声的形式将正确的价值追求和理想信念有效的传导给学生。

图5 课程思政内容融入素质教育项目中示例图

题目示例如下所示：

（1）、2020年浙大二院张建民团队完成全球首例辅助方式的电极植入手术，72岁的张先生因此成为目前全球范围内成功利用该技术实现肢体运动功能重建的最高龄志愿者，生理学和医学的进步，离不开那些配合临床试验的病人，要保持对生命的尊重与敬畏。此处用到的脑机接口技术属于（）。

A 侵入式脑机接口技术  B 半侵入式脑机接口技术  C 非侵入式脑机接口技术

（2）、（）比地球人口还多几十倍，像一颗小小螺丝钉，负责大脑的主要工作，是神经系统的结构和功能的基本单位？

A  神经胶质细胞       B神经元                 C 灰质

（3）、只有左脑和右脑在（）的连接下才能信息互通，就像个人和团队的关系，应该培养团队意识，协作精神。

A  颞平面             B 前连合                 C 胼胝体

（一）课程评价

新一轮改革中，课程进一步优化了考核评价机制，采用更加多样更加多元的考核形式如图6所示，与我们应用型人才培养的目标一一对应。2023-2024-1和和2024-2025-1两学期学生综合性成绩分布对比如图7所示。

图6 多元化考核评价方式

图7 学生综合性成绩分布对比

另外，注重从在形成性、终结性考核中考核课堂融入的课程思政点内容。融入形式如下：

1）实验报告中设立课程思政考核点，学生针对性做调查并在报告中论述对课程思政内容(隐性)的理解；

2）终结性考核中设立课程思政考题，在不破坏课程考核整体风格、不引起学生反感的前提下，适当融入课程思政考的核点，考题做到不突兀、不孤立。

【课程思政考核举例】：工程伦理教育

方法1：5级项目“脑电波检测实验”

项目报告中单独加论述部分，举例说明随着技术的进步，缺乏伦理素养会对实际生产生活的影响，400字以上。(扣分制，不交扣分)

方法2：题库测试题目

工程伦理教育的意义有哪些？（）

A. 提升工程师伦理素养，加强工程从业者的社会责任

B. 推动可持续发展，促进人与自然的协同进化

C. 协调利益关系，确保社会稳定和谐

D. 破坏人类的生活质量

（二）改革成效

《脑与认知科学》的课程思政建设通过结合当前社会发展，深入挖掘课程中隐含的思政元素，通过精心设计的课程思政教学案例，将优秀的传统文化、家国情怀、科学精神、职业素养教育等核心内容如盐化水般与课程内容相融合，把思政目标“下沉”到课程思政一体化教学模块中，满足学生成长发展需求和期待。

在期末问卷星调查中94.4%的同学认为课程思政内容对自己影响程度较大，98.41%的同学对思政内容比较感兴趣如图8所示。以“润物无声”的形式将正确的价值追求和理想信念有效的传导给学生，切实的实践“三全育人”。

图8 对课程融入思政内容情况进行问卷调查

近四年教师教学质量画像及学教评成绩均为A，通过毕业学生的反馈可以看出脑与认知科学课程理论与实践内容以及教学活动、教师的素养等对学生影响很深，课程结课后通过问卷星对课程教学模式、学习平台资源、实验教学环节、课程学习感受进行调查，可以看出，学生对于课程建设满意度较高。

图9 近四年教师教学质量为A

图10 24-25-1学期教评情况

图11 数据分析画像系统学评价词云图

（三）示范辐射情况

《脑与认知科学》主讲教师获FDW教学技能引导员国际认证，课程作为省级线上线下混合式一流课程，已上线“酷学辽宁”被沈阳城市学院跨校修读，同行反馈优异。课程教师线上开展多期跨校教研讨论，共同促进课程的持续改进升级。

图12 培训辐射情况

图13 育人效果方面

（一）课程特色

《脑与认知科学》是智能科学与技术专业必修核心课程，为后续的专业课的学习乃至毕业设计提供基础。使学生理解脑与认知科学的本质，掌握运用脑与认知的相关知识指导人工智能应用的能力，老师对学生学习成果的关注不仅仅是知识和技能方面，还有能力、素养、情感、态度、价值观这些方面。在思、学、用的循环中，达到培养理论、政治素养，锻炼实践技能，激发创新能力的目的，实现了在课程顶层设计上从注重知识到知识、能力、素养互融。

为了使课程思政更好的渗透与理解，课程团队教师从痛点问题出发，经过多轮教学研讨，提出基于“三全育人”理念的课程思政教学实现路径如图13所示。

（1）由点到面，全员参与扩大受益面。通过线上线下混合式教学方式开展“三堂联动”式的多维引导学生发展，使不同层次学生都参与课程并有所收获；

（2）课内与课外，思政教育显性与隐性教育相结合。在课程的教学过程中，不仅在课内将思政元素与课程具体知识点紧密结合，在课外也设计了翻转课堂、以赛促学、素质教育项目相结合等一系列教学活动；

（3）以“五新”为引领，优化思政内容融入形式。推动前沿科技与课堂教学深度融合，课程课前、课中和课后依托智慧教学平台及工具，合理应用“教法”与“学法”，及时更新与优化思政内容融入。

图14 基于“三全育人”理念的课程思政教学实现路径

（二）教学案例举例

基于脑机接口的智能家居仿真控制实验：教学内容要求学生理解脑机接口技术分类和脑电波传感器信号采集原理，掌握脑机接口技术的原理和脑机接口系统组成部分以及理解脑机接口技术实现智能家居的仿真控制原理，通过线上线下协同完成智能家居仿真控制实验。

传统讲授方法是先条件、再具体知识概念，重理论轻应用，不便于学生形成清晰的知识脉络，学生在学习中往往感到困难。为此，我们对内容进行了再加工，打破传统，以应用需求为牵引，围绕实际问题去探究脑机接口技术实现智能家居的仿真控制原理，强调脑机接口技术的应用，采用理论分析，案例牵引，实验验证三位一体的形式，强调重点、突破难点。同时，通过设疑-解惑-联系实际与学生形成思维互动，目的就是“学以致用”。

具体的实施分为四个环节：首先通过科幻影视剧中脑机接口形式启发学生思考—“脑机接口的分类有哪些？”，结合实际案例引出核心问题—“脑机接口的原理是什么？”；接着从反馈的角度入手，构建实验验证去探究“基于脑机接口如何对智能家居仿真控制”这三个主要问题，逐步构建脑机接口控制智能家居的整体概念；然后在此基础上对脑机接口技术的分类、脑机接口技术实现智能家居的仿真控制原理等进行凝练和总结；最后，进一步通过实验对脑机接口技术知识进行强化，实现应用需求-理论分析-知识回归的完整的闭环结构，深度挖掘课程中蕴含的思政元素，从而达到教学目的。

在优化课程教学内容设计同时，注重科技伦理的教育，帮助学生在潜移默化中树立团队合作意识，培养团队合作精神以及不畏艰难，迎接挑战的精神。本案例教学内容设计思路如图14所示。

图15 本案例教学内容设计思路