基于“卓越計劃”的數(shù)理基礎課程教學方法改革的研究與實踐

姚橙，楊廣武，楊麗萍

摘要：數(shù)理基礎課程是卓越人才培養(yǎng)的重點課程，“卓越計劃”對數(shù)理基礎課程教學提出了更高要求。本文介紹了在數(shù)理基礎課程的教學方法方面所作的努力，“案例式”、“問題驅(qū)動式”、“專題討論式”和“實例驅(qū)動式”教學方法的應用；案例庫的建立；網(wǎng)絡的充分利用及大學物理實驗課效率的提高等。

關鍵詞：數(shù)理基礎課程；“卓越計劃”；教學方法；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）37-0162-03

2010年6月，我國教育部啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，計劃用10年時間，培養(yǎng)一百萬以上高質(zhì)量各專業(yè)工程技術人才，為建設創(chuàng)新型國家、全面實現(xiàn)現(xiàn)代化奠定人力資源優(yōu)勢。2011年9月，我校啟動了“建筑類”、“土建類”和“計算機類”三個專業(yè)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。數(shù)理基礎課程（包括高等數(shù)學、大學物理和大學物理實驗）是卓越人才培養(yǎng)的重點課程，“卓越計劃”對數(shù)理基礎課程教學提出了更高要求。以往的數(shù)理基礎課程的知識體系、教學方法和考核方式已不能適應“卓越計劃”人才培養(yǎng)目標，主要表現(xiàn)在：①針對不同專業(yè)，課程內(nèi)容變化不大，知識體系單一，不能體現(xiàn)各專業(yè)的不同需求；②教學方法簡單，課堂教學枯燥；③教學計劃及大綱要求過死，不能針對各專業(yè)的不同需求進行相應教學；④考核方法和手段過于死板，不利于促進學生的平時積累；⑤教學中缺乏應用能力的訓練。因此，我們必須根據(jù)“卓越計劃”的要求，對數(shù)理基礎課的知識體系、教學思路、課程目標、講授內(nèi)容、教學方法、實驗教學、考核方式等進行優(yōu)化設計，提高數(shù)理基礎課程的教學質(zhì)量，著重培養(yǎng)學生的實際應用能力。本文介紹了我們在數(shù)理基礎課程的教學方法方面所作的努力，希望能在廣大同行中推廣。

一、根據(jù)教學內(nèi)容制定各部分教學方法

我校2012級卓越班共有3個專業(yè)——“建筑類”、“土建類”和“計算機類”，我們深入到各個專業(yè)所在的院系，召開專業(yè)任課教師座談會，聽取他們的意見，然后給每位教師發(fā)問卷，詳細了解他們對數(shù)理基礎課程各部分內(nèi)容的需求。根據(jù)調(diào)查結果，我們針對不同專業(yè)制定不同的數(shù)學、物理教學大綱。新的教學大綱在教學內(nèi)容上有的放矢，有所側重。根據(jù)教學大綱，我們多次組織教師研討，詳細制定針對各部分內(nèi)容的教學方法，把“案例式”、“問題驅(qū)動式”、“專題討論式”和“實例驅(qū)動式”教學方法安排到教學計劃中。另外我們還到兄弟院校調(diào)查研究，充分借鑒其他院校的“卓越計劃”教學經(jīng)驗，例如我們到天津工業(yè)大學理學院進行調(diào)查研究，和部分領導及教師進行座談，了解他們在教學過程中的問題、經(jīng)驗、教訓，加以利用和改進。

二、把各種教學方法運用到數(shù)理基礎課程教學中

1.提高大學物理課的科學性和趣味性。物理學中，定義、概念、定理、定律和數(shù)學推導比較多，我們在教學中運用了“案例式”、“問題驅(qū)動式”、“專題討論式”、“實例驅(qū)動式”的教學方法，分散了難點，避免了生硬枯燥的照本宣科，改善了教學效果，增加了課堂教學的趣味性。在引入新概念、新定律時，注意使用“案例式”、“問題驅(qū)動式”、“實例驅(qū)動式”方法，在講解難點或做階段復習時，適當使用“專題討論式”。例如在引入剛體轉動定律時，應用“問題驅(qū)動式”，提出問題：剛體定軸轉動時，能否像質(zhì)點一樣，只考慮力的大小方向，不考慮力的作用點？教師引導學生思考，回答，由此得出剛體轉動要考慮力矩的作用，進而導出轉動定律。由于剛體部分的教學內(nèi)容學生在中學沒有接觸過，是重點內(nèi)容，所以在講授該部分內(nèi)容時，用“專題討論式”，讓學生自由發(fā)言，總結出剛體和質(zhì)點在基本概念、基本定理、基本定律及解題方法等各方面的異同點，這樣學生印象深刻。電和磁兩部分內(nèi)容具有對稱性，也讓學生用同樣方法進行總結，得到很好的效果。物理學是實驗科學，課堂演示實驗非常重要。為增加演示實驗項目，我們把一部分項目做在教學課件中，隨堂演播，另一部分讓學生去演示實驗室觀看，增加了教學的直觀性和趣味性。

2.對大學數(shù)學實施“立體化”的教學方法。①根據(jù)教學內(nèi)容，教師精心設計“專題討論式”題目，學生利用課余時間查閱資料，在小組內(nèi)討論研究，找到答案。在課堂上，各小組推選一名代表匯報研究結果，各小組之間、同學之間可以互相提問、質(zhì)疑、爭辯。教師則根據(jù)具體情況作必要的引導、點評或總結。這種學習方法不僅培養(yǎng)了學生的研究式學習習慣和語言表達能力，也為學生創(chuàng)造了團隊協(xié)作、展示自我的機會。②課題組充分挖掘了數(shù)學知識在各個專業(yè)及生活實踐方面的應用案例，建立了高等數(shù)學、概率統(tǒng)計、線性代數(shù)的案例庫。案例分為介紹型、引入型、學生應用型、提高探索型等，共一百多個。由于課堂教學時間有限，不可能把所有案例和問題都一一講解，我們就把案例和其他資源一樣放到教學網(wǎng)頁上，教師可以下載供教學使用，學生可以隨時查看，隨時學習，這樣把“案例式”、“問題驅(qū)動式”、“實例驅(qū)動式”教學方法，延伸到課下。不僅開拓了學生視野，而且使學生對數(shù)學課程有了更新的認識，應用案例也充分體現(xiàn)了“城建類”專業(yè)的特色。③由原來單向的“教”與“學”變成了多向的“教學互動”；注重啟發(fā)式教學，關注不同層次的需求，重視學生個性的發(fā)展；通過大量的教學案例及數(shù)理實驗，為學生的獨立思維提供更大的空間；利用多層次多向性的教學互動，啟發(fā)學生使用開放資源探討數(shù)學問題的創(chuàng)新意識，引導學生自主性學習，全方位強化應用數(shù)學知識與能力的訓練；以學生為主體，突出實踐能力的訓練，形成了立體化教學模式。

三、提高大學物理實驗課的教學效率

大學物理實驗是對學生進行科學實驗基本訓練的必修課，也是學生進入大學后第一門系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的基礎課。在教學方法上，我們采取以下措施，充分提高了物理實驗課的教學效率。

1.提高緒論課的教學效率為后續(xù)實驗打好基礎。以前的緒論課只有教師講，學生被動聽，不動腦，聽過即忘，后續(xù)實驗用到緒論講解的知識時，問題頻出。現(xiàn)在我們在緒論課上，誤差理論講完后直接引入后續(xù)實驗誤差處理的典型案例，然后配上相關的練習題，要求學生馬上練習，成績算入實驗課總成績。

2.教師嚴把“預習關”和“操作關”。教師實驗前不僅要檢查預習報告，而且要針對實驗的各環(huán)節(jié)進行提問，由學生進行詳細回答，這樣促使學生認真預習。

3.不同層次的實驗項目應用不同的教學方法，循序漸進，不斷提高?；A性實驗以打好基礎為主要目標。在基礎性實驗中，教師要注重培養(yǎng)學生良好的操作習慣和科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，引導學生學習物理學家的科學方法、巧妙的設計思想和高超的實驗技能；在綜合性實驗教學中，教師起指導和監(jiān)督作用；設計性實驗以培養(yǎng)學生的實驗設計能力和創(chuàng)新能力為目標。在設計性實驗中，教師要精心設計教學過程，實驗由學生獨立完成，教師起指導和監(jiān)督作用。

4.在物理實驗教學后期，開設創(chuàng)新實驗。創(chuàng)新實驗的目的是進一步提高學生的科學實驗能力和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新實驗研究題目分為三類，①教師根據(jù)實驗室現(xiàn)有的儀器設備和學生的能力，擬訂的研究題目；②教師根據(jù)自己的研究課題擬訂的研究題目；③學生針對自己的專業(yè)特點和個人愛好，參考實驗室可以提供的儀器設備，自擬的研究題目。參加創(chuàng)新實驗的人選由學生自愿報名與教師擇優(yōu)錄取相結合。創(chuàng)新實驗的過程是，確定研究課題和小組后，整個實驗全靠學生自己查資料，自行設計研究路線、方法，組裝實驗設備，并獨立完成整個實驗內(nèi)容。這樣，學生可以從頭到尾經(jīng)歷科學研究的整個過程，開闊了視野，增長了見識，學到了知識。

四、在數(shù)理基礎課程教學中融入數(shù)學建模思想

“卓越計劃”要求我們，不僅要教會學生數(shù)理知識，而且要教會學生用數(shù)理知識解決一些實際問題。數(shù)學建模是理論聯(lián)系實際的一個橋梁，因此，在教學實踐中，要把建模實驗滲透到整個數(shù)理基礎課程教學中，利用案例庫中一些有趣的問題，不定期地讓學生用數(shù)理知識和創(chuàng)造性思維方法去分析和解決。每學期搞上兩、三次建模實驗，學生可根據(jù)具體問題，幾人一組進行分析、歸納與探索，選擇適當?shù)臄?shù)理方法和工具，并進行結果檢驗，發(fā)現(xiàn)問題，尋找原因，提出改進方案，最終得到滿意的解決方案，并提交建模小論文。這樣既能激發(fā)學生應用數(shù)學與物理知識的興趣，又能達到提高學生創(chuàng)新能力的目的。

通過“卓越計劃”下數(shù)理基礎課程教學方法改革的研究與實踐，我們積累了一些經(jīng)驗，取得了一些成績。大學物理、大學物理實驗和線性代數(shù)先后被評為校級優(yōu)秀課；問卷調(diào)查顯示學生對數(shù)理基礎課程教學滿意度明顯提高，學習興趣明顯提高；學生參與物理創(chuàng)新實驗的積極性空前高漲，參加人數(shù)創(chuàng)新高；學校學生科研立項中，物理類項目由以前的空缺一躍達到今年的5項，實現(xiàn)歷史性突破；卓越班學生在全國大學生數(shù)學建模競賽中共8人次獲得國家級和市級大獎，創(chuàng)歷史新高。路漫漫，其修遠矣，我們將繼續(xù)努力，為提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)優(yōu)秀人才而奮斗。

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基金項目：天津市教委2012年重點教改項目（C04-0832）。

作者簡介：姚橙（1963-），女（回族），天津人，副教授，碩士學位，從事大學物理理論和實驗教學。