如何在本科教學(xué)實(shí)踐中提升學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)自然科學(xué)的興趣

[摘 要]基礎(chǔ)科學(xué)教育，特別是理工科目的基礎(chǔ)教育，是本科階段學(xué)生教學(xué)實(shí)踐工作的重中之重。從國(guó)家對(duì)未來(lái)人才的政策和學(xué)生個(gè)人的職業(yè)規(guī)劃兩方面的長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)探究的投入。針對(duì)目前高校學(xué)生中普遍存在的此類(lèi)科目的厭學(xué)和難學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，分析了基礎(chǔ)科學(xué)教育中問(wèn)題形成的原因，提出了相應(yīng)的初步解決方案。

[關(guān)鍵詞]本科教育;教學(xué)實(shí)踐;基礎(chǔ)研究

[基金項(xiàng)目]2020-2024年度國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“小通道流動(dòng)沸騰中微液膜蒸發(fā)機(jī)理研究”（51976127）;上海高校特聘教授（東方學(xué)者）崗位計(jì)劃資助

[作者簡(jiǎn)介]趙玉剛（1983—），男，河南焦作人，博士，上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院特聘副教授，主要從事液滴動(dòng)力學(xué)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）28-0320-02[收稿日期] 2019-11-15

一、引言

本科教育作為連接校園與社會(huì)工作崗位的橋梁，是學(xué)生在完成初級(jí)和中級(jí)教育后，進(jìn)一步提升整體知識(shí)素養(yǎng)和專(zhuān)業(yè)技能的重要階段。在不考慮具體專(zhuān)業(yè)的情況下，四年的本科教育主要囊括基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)（如大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)和傳熱學(xué)等）、人文社科素質(zhì)培養(yǎng)類(lèi)（如心理學(xué)、思想政治和第二外語(yǔ)等）、專(zhuān)業(yè)知識(shí)類(lèi)（如空氣調(diào)節(jié)工程、發(fā)動(dòng)機(jī)原理和鍋爐設(shè)計(jì)等），以及一系列的興趣培養(yǎng)類(lèi)（如珠寶玉石賞析和插花茶藝等）。其中，基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)是本科教育階段的重中之重，此類(lèi)科目對(duì)于鍛煉學(xué)生的邏輯思維、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力來(lái)說(shuō)具有不可忽視的積極意義。

然而，無(wú)論是自身作為高校教師的親身經(jīng)歷，還是近期我們對(duì)多個(gè)理工類(lèi)大專(zhuān)院校的調(diào)查，都了解或暴露出了以下問(wèn)題：學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目普遍重視程度不夠、學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)期成績(jī)不好等。這些問(wèn)題的長(zhǎng)期存在，不僅限制了學(xué)生個(gè)人的職業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展，而且由于本科畢業(yè)生是科研的基礎(chǔ)力量，因此也制約了我國(guó)的科技進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展。

二、現(xiàn)狀和原因分析

這里我們主要討論目前本科教育基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目中存在的三個(gè)問(wèn)題。

第一，對(duì)基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目的忽視是目前各大高校的普遍現(xiàn)象。一方面，學(xué)生群體普遍認(rèn)為該類(lèi)科目的知識(shí)儲(chǔ)備過(guò)于基礎(chǔ)，和具體的應(yīng)用技術(shù)差異較大，無(wú)法對(duì)以后工作崗位上的實(shí)踐給予明確的指導(dǎo)，由此在觀(guān)念上沒(méi)有給予此類(lèi)科目以足夠的重視。另一方面，從教學(xué)規(guī)劃的層面也可以看到，存在部分教師為了盲目追求論文發(fā)表、專(zhuān)利發(fā)明和就業(yè)率等數(shù)字化指標(biāo)，而忽視了基礎(chǔ)自然科學(xué)科目這類(lèi)長(zhǎng)期和潛在的收益。

第二，部分學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目有強(qiáng)烈的厭學(xué)情緒，學(xué)習(xí)積極性不高。基礎(chǔ)自然科學(xué)科目大多需要較好的數(shù)學(xué)功底，以該類(lèi)學(xué)科中的流體力學(xué)和傳熱學(xué)為例，如何提煉和求解偏微分方程是這兩門(mén)科目的重要組成部分。而相當(dāng)比例的學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)缺乏興趣，特別是在經(jīng)歷過(guò)嚴(yán)酷高考，進(jìn)入大學(xué)這個(gè)相對(duì)寬松和多選擇的環(huán)境以后，部分學(xué)生更容易對(duì)繼續(xù)深入學(xué)習(xí)該類(lèi)學(xué)科抱有抵觸心理。

第三，基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目往往有著較高的學(xué)習(xí)難度。基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目的學(xué)習(xí)難度較高，相當(dāng)多時(shí)候，學(xué)生分明已經(jīng)投入了大量的時(shí)間和精力，卻依然無(wú)法取得滿(mǎn)意的成績(jī)，更談不上對(duì)知識(shí)框架的掌握。特別是目前各大高校都推行GPA統(tǒng)計(jì)制度，學(xué)生的日常學(xué)術(shù)表現(xiàn)直接關(guān)系到其后期的個(gè)人就業(yè)和繼續(xù)深造（研究生階段），因此為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，選擇較易科目在學(xué)生中形成風(fēng)氣。

三、初步解決方案

依據(jù)上節(jié)所闡述的基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目教育的問(wèn)題現(xiàn)狀和原因，我們提出了以下幾點(diǎn)初步解決方案。

第一，提高思想認(rèn)識(shí)，明確基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目在本科教育階段中所發(fā)揮的核心作用，這是為建設(shè)現(xiàn)代化中國(guó)培養(yǎng)高素質(zhì)人才提出的要求。近現(xiàn)代自然科學(xué)起源于西方文明，經(jīng)過(guò)十七至十九世紀(jì)的文藝復(fù)興和幾次工業(yè)革命，歐美國(guó)家在自然科學(xué)領(lǐng)域具有較大的先天優(yōu)勢(shì)。雖然，建國(guó)以后在黨中央幾代領(lǐng)導(dǎo)人和全國(guó)人民的共同努力下，我們已經(jīng)縮小了自身與歐美國(guó)家技術(shù)科學(xué)的差距，然而，我們國(guó)家底子薄弱和先天不足的現(xiàn)狀，并不能在短期內(nèi)得到解決。從2019年的中美貿(mào)易戰(zhàn)中即可以看出我國(guó)在很多關(guān)鍵科學(xué)項(xiàng)目上的缺失和落后，如高精度激光刻蝕技術(shù)、特種金屬加工和航空發(fā)動(dòng)機(jī)等“卡脖子問(wèn)題”。李克強(qiáng)總理在2019年召開(kāi)的國(guó)家杰出青年科學(xué)基金工作會(huì)上就一針見(jiàn)血地指出“卡脖子問(wèn)題根子在基礎(chǔ)研究薄弱”。因此，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目重要性的認(rèn)知，是黨和國(guó)家對(duì)新一代高校教師在本科教育工作中的長(zhǎng)期要求。

第二，改變認(rèn)識(shí)，重新梳理基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)科目的教學(xué)內(nèi)容。基礎(chǔ)不等于簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)自然科學(xué)相較于其他專(zhuān)業(yè)有其獨(dú)有的特點(diǎn)。基礎(chǔ)自然科學(xué)經(jīng)歷二百年以上的歸納總結(jié)、去冗優(yōu)化，知識(shí)結(jié)構(gòu)更加體系化，表達(dá)模式也更加凝練。駕馭這類(lèi)課程往往需要花費(fèi)大量的備課時(shí)間，同時(shí)也對(duì)任課教師本人的思維模式和業(yè)務(wù)能力提出了挑戰(zhàn)。部分教師在此過(guò)程中避重就輕，以大量范式習(xí)題來(lái)代替課程解析，造成了教學(xué)內(nèi)容的片面撕裂。因此，需要改變傳統(tǒng)教學(xué)中的課程內(nèi)容，重點(diǎn)關(guān)注推導(dǎo)過(guò)程和概念理解，同時(shí)可以多介紹研究的背景環(huán)境和人物故事[1]，增加課程的趣味性。

第三，重新明確教學(xué)目標(biāo)。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)自然科學(xué)教育目標(biāo)大多在于學(xué)生的考試成績(jī)，最終以能否完成幾類(lèi)考題作為衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)，而學(xué)生的日常表現(xiàn)，以及其能否積極參與課堂討論等則沒(méi)有被納入考評(píng)系統(tǒng)。這就造成一個(gè)現(xiàn)狀，即學(xué)生選擇這門(mén)課程僅僅是為了完成考試和獲得學(xué)分，而并沒(méi)有從相應(yīng)的學(xué)習(xí)過(guò)程中受益。因此，教師必須重新明確這類(lèi)課程的教學(xué)目標(biāo)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼說(shuō)過(guò)：“教學(xué)的目標(biāo)是使90%的學(xué)生可以理解這門(mén)課，同時(shí)盡可能啟發(fā)5%的學(xué)生對(duì)這門(mén)課感興趣，從而希望從事相關(guān)的研究工作。”目前的教學(xué)考核體系需要改革，即降低筆試在匯總考評(píng)中的占分比，提高課程參與度和日常表現(xiàn)的占分比。這樣一方面有利于提高課堂的活躍性和學(xué)生的積極性，另一方面也有利于提高教學(xué)成效。

第四，改進(jìn)教學(xué)模式。基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)教學(xué)給學(xué)生的印象就是教學(xué)模式單一、學(xué)生參與度低，這也是學(xué)生抵觸和學(xué)不好此類(lèi)課程的原因。因此，需要改變教學(xué)模式，明確學(xué)生的主體地位，多讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)中，活躍課堂氣氛。如近些年提出的Problem-based learning模式[2]，通過(guò)結(jié)合具體實(shí)踐案例，讓學(xué)生深刻體會(huì)到基礎(chǔ)研究不等于脫離應(yīng)用實(shí)踐，明白理論內(nèi)容會(huì)給他們帶去切身體會(huì)得到的好處。這一點(diǎn)是相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榻處焾F(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了常年的專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練，接觸了科研和應(yīng)用的前沿，可以靈活選擇實(shí)踐案例。其他的多元化措施，如產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，帶領(lǐng)學(xué)生到工廠(chǎng)去直接接觸應(yīng)用技術(shù)，再如開(kāi)展學(xué)術(shù)報(bào)告[3]，通過(guò)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)秀科研人物，喚起學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)研究的向往。

四、結(jié)論

本科階段的基礎(chǔ)自然科學(xué)類(lèi)學(xué)科的教育工作會(huì)直接影響學(xué)生的邏輯思維能力和長(zhǎng)期職業(yè)規(guī)劃。在我們的特殊國(guó)情下，重視這類(lèi)學(xué)科的發(fā)展還關(guān)系到國(guó)家現(xiàn)代化的進(jìn)一步進(jìn)行，重新認(rèn)識(shí)和發(fā)展基礎(chǔ)學(xué)科可以從根子上縮小我們同發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。文章分析了目前存在忽視基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)的現(xiàn)狀和原因，并針對(duì)這一問(wèn)題結(jié)合作者自身教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了初步的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]盧強(qiáng).翻轉(zhuǎn)課堂的冷思考：實(shí)證與反思[J].電化教育研究， 2013，34（08）：91-97.

[2]王默力，張冰爽，尹書(shū)會(huì)，等.PBL教學(xué)模式在我國(guó)醫(yī)學(xué)本科生中教學(xué)效果的Meta分析[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2015，（25）：4982- 4985.

[3]王虎.基于社交網(wǎng)絡(luò)的影視創(chuàng)作課程協(xié)作平臺(tái)研究[J].中國(guó)電化教育，2014，（10）：58-64.

How to Enhance Undergraduates' interest in Basic Natural Science in Teaching Practice

ZHAO Yu-gang

（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： Basic science education， especially the basic education of science and engineering subjects， is the top priority of undergraduate students' teaching practice. From both of the government policies on future human resources and young students' long-term career plan， it is necessary to further strengthen investment in basic research. In order to study the problems of weariness and difficulty in such subjects that are common among college students， the causes of problems in basic science education are analyzed， and corresponding preliminary solutions are proposed.

Key words： undergraduate education; teaching practice; basic research