工科院校數理基礎課程改革構想

楊志耘+華冬英

[摘 要]數理基礎課程是工科院校本科生必修的公共基礎課，是各專業課程體系的重要組成部分，在專業培養方案中所占學時學分比重大。數理基礎課程的設置、內容及課堂效率直接影響學生后續專業課的學習，關系到學校的教學質量和人才培養質量。項目組分析工科院校數理基礎課程的現狀，提出數理基礎課程改革構想和途徑。

[關鍵詞]數理基礎課程；現狀；改革途徑

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）12-0114-03

工科院校數理基礎課，是指高校面向本科生開設的數學類、物理類的公共基礎課程，主要包括“高等數學”、“線性代數”、“概率論與數理統計”、“大學物理”及“大學物理實驗”、“復變函數與積分變換”等課程，是工科院校各專業學生的必修課程，是本科教學最基礎的課程，也是學生后續專業課學習的基礎和工具。因此，數理基礎課程在本科教學過程中非常重要。“寬口徑、厚基礎”是國內外大學教育比較成功的模式，要真正做到“寬口徑、厚基礎”， 必須從本科數理基礎課程的教學質量抓起。

一、高校數理基礎課程的現狀

（一）數理基礎課程在工科院校的專業培養方案中所占學時學分比重大

數理基礎課程是工科院校各專業課程體系的重要組成部分，幾乎所有的工科專業都要求畢業生具備扎實的數理基礎知識。通過數理基礎課程基本知識和基本技能的學習，培養學生運用數理思維和數理方法分析問題和解決問題的能力。在工科院校的課程設置中，數理基礎課程占總學時20%左右，即工科院校的學生在四年大學本科學習的課程中，有20%是數理基礎課程。數理基礎課程一般在大學一、二年級開設。

（二）數理基礎課程的教師工作量大，壓力大，教師隊伍不穩定

數理基礎課的教師承擔著全校公共數理基礎課程的教學任務，學時多，上課班級多，學生人數多，基本上是大班授課，教學工作量大。以北京信息科技大學為例，承擔數理基礎課程的教師的平均工作量達371學時/年。對數理基礎課程教學進行組織與管理，有的學校以設置高等數學課程組、大學物理課程組等為主，擔任數理基礎課程的老師相對穩定，開設相同的課程，可以統一教材和課件，組織集體備課，便于開展教研活動，共同研究教學方法，提高教學質量；有的學校依托專業組織教學和管理，比如把數理基礎課程的教學放在理學院，理學院除了承擔公共數理基礎課程的教學任務外，還要承擔學院專業課的教學任務，教師精力分散。公共數理基礎課程由于涉及專業多，學生多，教學進程由全校統一安排，不能隨意調整，加之數理基礎課程學時多，內容多，作業量大，教師壓力大，承擔公共數理基礎課程的教學任務后，教師沒有更多的時間和精力開展科學研究，撰寫論文，而教師的聘任和晉升的硬條件是科研項目和科研論文的級別與數量，因此，教師為了切身利益和事業前景，具有數理基礎課程教學資格的教師更愿意選擇承擔專業課程而不愿意承擔公共數理基礎課程的教學，這造成教師的分流，教師隊伍不穩定。

（三）數理基礎課程的課程體系和知識體系改革滯后

目前工科院校的數理基礎課程的課程體系一般按照學校教學主管部門的“關于本科專業培養方案的原則、意見”等教學管理文件的要求進行設置。數理基礎課程屬于全校性公共基礎課程，其課程大綱、學時、學分及開課學期等都由學校統籌安排。雖然不同學校數理基礎課程的學時、學分及開課學期不一樣，但基本上都是“大一同”的教學模式和“一刀切”的教學形式，即統一教學大綱、統一教材、統一學時數、統一教學進度和統一考試，課堂教學采用大班教學，沒有結合各專業的不同培養目標和學生個性差異的實際需求來構建數理基礎課程體系。此外，數理基礎課程的知識體系改革滯后。目前工科院校數理基礎課程基本上是20世紀以前的知識體系。數理基礎課程的內容過于抽象、系統和嚴密，重視理論分析和推導演算的訓練，缺乏針對性、實用性；內容相對陳舊，沒有體現現代數理學科的發展，對于不同專業來說，數理基礎課程涉及的實際領域少，知識范圍過于狹窄，與后續課程嚴重脫節，無法滿足工科各專業后續課程的需求；現代科學技術和人才培養對數理思維、數理知識和數理方法等的要求發生了很大的變化，目前數理基礎課程的知識體系無法滿足當今社會人才培養的需要，無法滿足學生考研和進一步提升的需求。例如本科“線性代數”課程中不要求掌握的“相似矩陣及二次型”等內容是各理工科專業考研大綱中所要求的，考研學生不得不再花費時間重新學習。

二、改革構想與途徑

數理基礎課程是工科院校培養人才的基石，工科院校應重視數理基礎課程的改革，采取各種措施確保數理基礎課程的教學效果和教學質量。

（一）加強數理基礎課程教學

美國國家工程院奧古斯丁曾指出：“21世紀工程教育第一關鍵要素是強調基礎，要加強數學、物理、化學和熱力學方面的基礎教育，這樣的工程師才具有創新的能力。”[1]可見數理基礎課程對人才培養的重要作用。教育部非常重視高校數理基礎課程的教學，下設“數學基礎課程教學指導分委員會”和“物理基礎課程教學指導分委員會”，分別對高校數理基礎課程的教學提出了基本要求，這是高校制訂數理基礎課程教學計劃和教學大綱的基本依據。對工科院校來說，數理基礎課程是工科院校課程設置的重要組成部分，是學生能力培養大綱中強調的核心學科知識，其學分在學生所獲總學分中占20%左右，學生對數理基礎課程基礎知識掌握情況直接影響其后續專業課程的教學，其教學質量直接影響到后續專業課程的教學質量，關系到研究生的考取率，更關系到學生綜合素質的發展和學校人才培養的質量。因此，高校必須加強數理基礎課程的教學，采取各種措施確保數理基礎課程的教學效果和教學質量。

（二）加強數理基礎課程教師隊伍建設

針對工科院校數理基礎課程教師隊伍存在工作量大、壓力大、教師隊伍不穩定等主要問題，學校應加強數理基礎課程教師隊伍建設。首先，引進人才，充實公共數理基礎課程的教師隊伍，加大高學歷、高水平、高職稱公共數理課程教師的引進力度，安排教授、副教授給本科生講授數理基礎課程，同時積極引進高學歷的年輕教師進行培養，減少數理基礎課程教師的教學任務，減輕他們的壓力。其次，學校在職稱晉升、崗位聘用和評優等方面，應對承擔公共數理基礎課程教學的教師有所傾斜。比如，在職稱晉升和崗位考核、評優評獎中設置本科數理基礎課程教師的名額；講授數理基礎課程的工作量超過一定數量的教師可以適當減免科研考核工作量；提高數理基礎課程的學時計算系數等，鼓勵數理基礎課程的教師積極向上，使他們有崗位的歸屬感和成就感，穩定教師隊伍。此外，數理基礎課程教師隊伍整體水平不高，教學水平也有待進一步提高。學校應該采取綜合措施，提高數理基礎課程教師的整體素質。一方面，要積極開展教學研究活動，針對數理基礎課程教學中出現的問題進行研究，定期交流，總結經驗，舉辦教學研討會，開展教學公開課和示范課等。另一方面，鼓勵數理基礎課程教師自我學習，更新專業知識，提升數理基礎課程教師的工程專業背景，在工科院校將數理基礎課程為專業服務落到實處。

（三）數理基礎課程的設置應該符合不同專業的需要，兼顧學生的不同需求

經調研發現，目前工科院校的數理基礎課程設置幾乎常年不變，而專業隨著社會對人才的需求而不斷變化和發展，數理基礎課程與專業需求脫節，數理基礎課程沒有結合各專業的培養目標和學生個性差異的實際需求進行設置。[2]比如大學物理課程，在工科院校的學時學分和教學大綱、教學內容是一樣的，但各專業所需的大學物理知識是不同的，比如機械設計制造專業和計算機科學與技術專業，前者更需要的是力學、電學內容，后者需要的更多是電磁學知識。此外，數理基礎課程中，還有很多不同專業的后續課程需要的知識，因為統一的教學大綱不能兼顧而不講或者降低了要求。數理基礎課程的設置在一定程度上脫離了專業和學生實際，忽視了工科院校各專業的人才培養的基本要求。所以，數理基礎課程改革首先要解決的問題就是數理基礎課程的設置問題。數理基礎課程的設置應該符合不同專業的需要，兼顧學生的不同需求。首先，將數理基礎課程作為一個體系進行研究，對其課程大綱、學時、學分、開設學期及在專業培養方案中所占比例進行研究，為科學合理地設置數理基礎課程提供依據。其次，依據工科院校各專業的人才培養目標和基本要求，對數理基礎課程和專業的關系進行研究，按照各專業要求設置數理基礎課程，使數理基礎課程為專業教育服務落在實處，改變按照學科大類設置數理基礎課程的方式，與專業培養目標緊密結合起來，不同專業應設置與之相適應的數理基礎課程。第三，數理基礎課程的設置要兼顧學校實際和學生實際情況。例如，在工科院校按照專業來設置大學物理課程，即按不同專業，兼顧學生的需求，設置與之相適應的大學物理課程：大學物理A、大學物理B、大學物理C、物理學史、普通物理學和物理在工程技術中的應用等。

（四）優化數理基礎課程的知識體系

目前數理基礎課程的知識體系落后于社會發展，已經不能滿足人才培養的需要。優化數理基礎課程的知識體系，是數理基礎課程改革的重點。首先，對工科院校的數理基礎課程知識體系進行研究，依照人才培養目標建立厚基礎、重個性、多模塊、多層次的數理基礎課程知識體系。[2]數理基礎課程知識體系可分為三大模塊：基礎知識模塊、提升擴展模塊和應用實踐模塊。[2]基礎知識模塊是數理基礎課程教學大綱對本科生的基本要求，是學生必須掌握的數理基本知識，是提供學生學習和工作所需要的數理思想和數理方法；提升擴展模塊主要服務于那些對數理基礎要求較高的專業，如軟件工程、通信工程專業，也服務于要求進一步學習的學生，如出國留學深造、考研的學生，以提高學生的數理思維能力和理解能力、計算能力和應用能力等；應用實踐模塊是針對專業特殊需要或學生個性化學習的需要，旨在提高學生實際動手能力，為大學生創業和個人發展儲備知識。工科院校數理基礎課程知識體系應結合不同專業的特點，處理好共性與個性、基礎與應用、先修和后續的關系。其次，認真研究高校數理基礎課程與高中數理課程知識體系的銜接，避免內容重復，浪費教師和學生精力與時間，影響學生學習數理基礎課程的興趣。再次，修訂工科院校數理基礎課程教學大綱，對數理基礎課程的內容重新整合，刪除一些不需要的、過時的內容，增加有重要價值的、急需的內容，改變目前數理基礎課程與后續專業課程脫節的狀況，以發揮數理基礎課程為后續課程鋪路的作用。最后，在數理基礎課程知識體系中加強理論與實踐的聯系，充實和強化相應的實踐教學體系，增加實踐環節，在教學中增加數理知識的應用背景，課程可由理論和實踐兩部分組成，理論課主要由教師講授定義、概念、定理等基本理論和基礎知識，實踐課以學生動手實踐為主，引入數學建模思想，增加數學軟件介紹。完善的數理課程知識體系，能夠幫助學生盡快完成從初級到高級數理思維方式的轉變，為工科院校人才培養奠定基礎。

（五）對數理基礎課程的教學方法進行探索研究，促進學生有效學習，是提高數理基礎課程教學效果的關鍵

數理基礎課程屬于高校的公共基礎課程，數理基礎課程中的定義、概念、定理、定律多，推導繁瑣，枯燥乏味，學生學習興趣不高，因此探索數理基礎課程的教學方法非常重要。可以采用“問題驅動式”、“探究式”、“專題討論式”等教學方法。“問題驅動式”教學方法，指在數理課程的教學過程中，對于定義、概念的講解，選擇能吸引學生的問題，巧妙地設疑、布疑、激疑、質疑，在教學的過程中釋疑、解疑，傳授給學生數理知識、規律、方法等，不直接照本宣科講授，而是創設啟發性和挑戰性的問題，給學生提供思考、參與的機會，讓學生通過觀察、分析、嘗試和探索去解決問題，從而達到學習目標。[3]例如大學物理課程中講解偏振光時，可以設計“光線入射到玻璃上一定會有反射光嗎”的問題，讓學生帶著疑惑和求知欲去學習。[4]“探究式”教學方法，就是根據學生知識背景，在已有的知識基礎上引導學生去探索求知。“專題討論式”教學方法，要求教師提供知識背景和討論題目、討論教學指導材料，學生可以自由組隊分工查閱資料，分組討論研究，并提交研究結果，以達到學習目的。例如高等數學導數應用中的“最值應用”內容，教師先提出學習討論的要求，然后讓學生課后深入社會生活中，調查最值問題，運用課本知識，對采集的問題數學化，建立數學模型，嘗試解決問題。[3]此外，數理課程教學中還有很多的教學方法。數理基礎課程教學應在傳統教學方法的基礎上，嘗試新的教學方法，提高數理基礎課程的課堂效率。

數理基礎課程教學在高校教學工作中意義重大，但目前工科院校的數理基礎課程的教學現狀令人擔憂。應加強數理基礎課程師資隊伍建設，優化其課程設置和知識體系，引導數理基礎課為專業服務，促進數理課程的改革和建設，使數理基礎課程對于人才培養的作用真正落到實處。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] [美]維斯特，著.藍勁松，譯.一流大學 卓越校長[M].北京：北京大學出版社，2008.

[2] 楊麗萍，袁彥東.“卓越計劃”下數理知識體系改革的研究與實踐[J].天津城市建設學院學報，2013（4）：303-306.

[3] 楊麗萍，袁彥東.“卓越計劃”下數理基礎課程教學改革的研究與實踐[J].天津城建大學學報，2014（2）：132-136.

[4] 于肇賢，其木蘇榮，楊志耘.大學物理課程教學方法探索[J].高等教育研究，2015（1）：54-56.

[責任編輯：鐘 嵐]