脑与认知科学“课程思政”教学案例

——第3章 脑科学知识的应用

案例：基于脑机接口的智能家居仿真控制实验

一、基本信息表

二、教学目标与学情分析

（一）学情分析

党的十八大以来，习近平总书记多次视察高等学校，指出“坚持立德树人，努力培养社会主义建设者和接班人”的根本任务。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。

《脑与认知科学》是智能科学与技术重要的专业核心课程，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。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。

在新工科背景下，在《脑与认知科学》课程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。

本案例所选取的内容为第三章（脑科学知识的应用）的实验，该部分的内容是在前期学习了脑机接口技术原理等理论部分知识后，规划了“基于脑机接口的智能家居仿真控制实验”。通过联想法、引申法和升华法，融入思政元素的教学案例，通过开展面向创新能力和实践能力培养的课程学习，构建教学质量的持续改进模式，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。

（二）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，在教学中正确处理“教与学”、“学与用”的关系。采用启发式教学，选取典型的案例、实验、微课，结合翻转课堂，帮助学生更好的学习这门课程。

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，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。

图1 从布鲁姆认知层次理论制定课程教学目标

图2 《脑与认知科学》课程章节对应的部分思政元素

以下为基于脑机接口的智能家居仿真控制实验教学案例的知识、能力与思政教学目标。

1、知识与能力目标

表1 本案例知识与能力目标

2、思政教学目标

表2 本案例思政教学目标

三、教学内容设计

（一）教学重点与难点

1.教学重点

（1）使学生正确理解脑机接口技术的分类；

（2）使学生更加深入地理解脑机接口技术的原理，掌握构成的重要环节。

2.教学难点

（1）使学生理解脑机接口技术实现智能家居的仿真控制原理；

（2）线上线下协同完成智能家居仿真控制实验。

（二）课程思政元素

挖掘课程内容中的思政元素。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。

表3 思政元素融入课程内容与课程知识点结合情况

教学内容设计

课程内容总体设计：

《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竞赛、团队协作能力以及沟通与表达的能力。

图3 重构“理论+实践”课程内容体系

本案例教学内容设计：本节课的授课内容是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。

而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”，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4所示。

图4本案例教学内容设计思路

四、教学方法与手段

（一）教学方法

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。具体方法与手段开展情况举例如下：

（1）采用基于线上、线下混合式教学法。线上基于智慧教学平台在线课程资源网站，组织学生自主线上学习，利用希沃品课等软件开展促学和助学，调查学生线上学习成效，线上开展师生、生生多元互动的信息化教学，解决线上学习疑点，增补学科前沿。

（2）采用翻转课堂教学。在课程授课中融入“小主持人”的形式，开展趣味性教学，提升学生参与度和学习兴趣，实现对学生知识、能力和素质的全面培养和评价。

（3）以赛促教。教师在课上会分享与课程内容相关的赛事，引导学生提前准备，同时也可以激发学生学习兴趣，利用学科竞赛明确的任务，激发学生的创造力，并且将赛事鼓励学生在赛事结束后发表专利、软件著作等，实现知识成果转化。

（二）教学手段的运用

采用“应用牵引的问题教学法”。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。

五、教学过程

课程总体教学过程思路：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5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5 基于“三全育人”理念的课程思政教学实现路径

基于脑机接口的智能家居仿真控制实验案例教学过程

六、教学评价

课程教学评价方式：课程进一步优化了考核评价方式，采用更加多样更加多元的考核形式，与我们应用型人才培养的目标一一对应。

课程考核的设置采用形成性考核与终结性考核相结合的方式，形成性考核与终结性考核的权重比为4：6。过程考核成绩主要包括出勤、课堂表现、作业、线上随堂测验、实验完成情况及完成质量，终结性考核成绩为题库测试（30分）、项目报告（30分）、专题汇报（40分），对学生进行全方位的考核。加分为竞赛、项目创新加分。

课程总成绩（100分）=形成性考核成绩（40分×100%）+终结性考核成绩（100分×60%）+加分

通过平时作业和终结性考核中的题库测试，进行了对学生专业基础知识能力的考察，达到了对脑科学与认知科学的基础知识的理解；通过课程项目报告，对学生全方位思维能力和书面的交流能力的考察，应用跨学科的方法，对人脑结构与认知之间的关系进行全方位理解；通过课堂表现考核，对学生学习态度与习惯能力的考察。通过平时作业和终结性考核中的专题汇报及答辩，对学生定义功能，概念和结构能力以及大脑结构、认知计算过程的分析的考察。形成从知识、能力、素质三个维度的全方位多元化考核评价方式如图6所示，2023-2024-1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

课程思政考核评价方式：课程从在形成性、终结性考核中考核课堂融入的课程思政内容。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考核点，考题做到不突兀、不孤立。

本实验案例教学评价方式：

实验成绩构成：实验成绩（满分 10 分）=实验过程（6 分）+实验报告（4 分）

表4 实验评分标准及说明

本案例思政考核评价方式：

【课程思政考核】：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

七、思政教学反思

（一）思政教学的意义与价值

《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。

思政教学本质是一种教育，通过显性和隐性教育相结合，形成协同效应，在润物无声的过程中增强思想政治教育，锤炼学生品格，明白做人做事的基本道理、社会主义核心价值观，坚定实现民族复兴的伟大梦想，担负起实现民族复兴的使命与责任。

（二）思政教学的成效和特色

《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。

另外，我们专业每年都会举办智能系统创新设计大赛，将思政内容融入到这样的素质教育项目中。在大赛间隙主持人通过思政问答的形式，使课程与思政同向同行，形成协同效应如图8所示。

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9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 课程思政内容融入素质教育项目中

图9 对课程融入思政内容情况进行问卷调查

（三）思政教学的改进措施

（1）加强教师队伍建设：加强教师敬业精神的培养，课程思政的效果取决于教师的育人意识和育人能力，教师必须自觉梳理牢固的育人于是，时时处处体现育人的职责。

（2）完善顶层设计，深度挖掘课程内容中的思政元素。为了实现思政协同育人，课程应将课程思政作为一项专门工作来系统规划和布局，发挥课堂应发挥育人主渠道作用，挖掘课程内容中的思政元素，针对很多“浮于表面”的思政元素融入方式，应选取合适的专业课程思政内容的选择和融入路径，思政融入方式要与“00”后学生的特点、习惯相吻合，自然渗透、有效迁移，将思政元素与课程具体知识点紧密结合，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。

（3）创新课程思政教学设计，深化全过程育人，优化教学方法与手段，推动育人覆盖全员，探索多元化教学活动、评价方法，强化全方位育人，实现知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一。

八、教学资源拓展

课程整体资源建设情况如表5所示。

表5 课程教学资源建设情况

图10 《脑与认知科学》课程思政案例库示例图

融入课程思政案例情况简要介绍如表6所示。

表6 融入课程思政案例情况