如何在本科教學實踐中提升學生對基礎自然科學的興趣

[摘 要]基礎科學教育，特別是理工科目的基礎教育，是本科階段學生教學實踐工作的重中之重。從國家對未來人才的政策和學生個人的職業規劃兩方面的長期發展來看，必須進一步加強對基礎探究的投入。針對目前高校學生中普遍存在的此類科目的厭學和難學問題進行研究，分析了基礎科學教育中問題形成的原因，提出了相應的初步解決方案。

[關鍵詞]本科教育;教學實踐;基礎研究

[基金項目]2020-2024年度國家自然科學基金面上項目“小通道流動沸騰中微液膜蒸發機理研究”（51976127）;上海高校特聘教授（東方學者）崗位計劃資助

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

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 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工作崗位的橋梁，是學生在完成初級和中級教育后，進一步提升整體知識素養和專業技能的重要階段。在不考慮具體專業的情況下，四年的本科教育主要囊括基礎自然科學類（如大學物理、高等數學和傳熱學等）、人文社科素質培養類（如心理學、思想政治和第二外語等）、專業知識類（如空氣調節工程、發動機原理和鍋爐設計等），以及一系列的興趣培養類（如珠寶玉石賞析和插花茶藝等）。其中，基礎自然科學類是本科教育階段的重中之重，此類科目對于鍛煉學生的邏輯思維、提高學生的創新能力來說具有不可忽視的積極意義。

然而，無論是自身作為高校教師的親身經歷，還是近期我們對多個理工類大專院校的調查，都了解或暴露出了以下問題：學生對基礎自然科學類科目普遍重視程度不夠、學習積極性不高、學期成績不好等。這些問題的長期存在，不僅限制了學生個人的職業長期發展，而且由于本科畢業生是科研的基礎力量，因此也制約了我國的科技進步和創新發展。

二、現狀和原因分析

這里我們主要討論目前本科教育基礎自然科學類科目中存在的三個問題。

第一，對基礎自然科學類科目的忽視是目前各大高校的普遍現象。一方面，學生群體普遍認為該類科目的知識儲備過于基礎，和具體的應用技術差異較大，無法對以后工作崗位上的實踐給予明確的指導，由此在觀念上沒有給予此類科目以足夠的重視。另一方面，從教學規劃的層面也可以看到，存在部分教師為了盲目追求論文發表、專利發明和就業率等數字化指標，而忽視了基礎自然科學科目這類長期和潛在的收益。

第二，部分學生對基礎自然科學類科目有強烈的厭學情緒，學習積極性不高。基礎自然科學科目大多需要較好的數學功底，以該類學科中的流體力學和傳熱學為例，如何提煉和求解偏微分方程是這兩門科目的重要組成部分。而相當比例的學生對于數學學習缺乏興趣，特別是在經歷過嚴酷高考，進入大學這個相對寬松和多選擇的環境以后，部分學生更容易對繼續深入學習該類學科抱有抵觸心理。

第三，基礎自然科學類科目往往有著較高的學習難度。基礎自然科學類科目的學習難度較高，相當多時候，學生分明已經投入了大量的時間和精力，卻依然無法取得滿意的成績，更談不上對知識框架的掌握。特別是目前各大高校都推行GPA統計制度，學生的日常學術表現直接關系到其后期的個人就業和繼續深造（研究生階段），因此為了規避風險，選擇較易科目在學生中形成風氣。

三、初步解決方案

依據上節所闡述的基礎自然科學類科目教育的問題現狀和原因，我們提出了以下幾點初步解決方案。

第一，提高思想認識，明確基礎自然科學類科目在本科教育階段中所發揮的核心作用，這是為建設現代化中國培養高素質人才提出的要求。近現代自然科學起源于西方文明，經過十七至十九世紀的文藝復興和幾次工業革命，歐美國家在自然科學領域具有較大的先天優勢。雖然，建國以后在黨中央幾代領導人和全國人民的共同努力下，我們已經縮小了自身與歐美國家技術科學的差距，然而，我們國家底子薄弱和先天不足的現狀，并不能在短期內得到解決。從2019年的中美貿易戰中即可以看出我國在很多關鍵科學項目上的缺失和落后，如高精度激光刻蝕技術、特種金屬加工和航空發動機等“卡脖子問題”。李克強總理在2019年召開的國家杰出青年科學基金工作會上就一針見血地指出“卡脖子問題根子在基礎研究薄弱”。因此，加強對基礎自然科學類科目重要性的認知，是黨和國家對新一代高校教師在本科教育工作中的長期要求。

第二，改變認識，重新梳理基礎自然科學類科目的教學內容。基礎不等于簡單，基礎自然科學相較于其他專業有其獨有的特點。基礎自然科學經歷二百年以上的歸納總結、去冗優化，知識結構更加體系化，表達模式也更加凝練。駕馭這類課程往往需要花費大量的備課時間，同時也對任課教師本人的思維模式和業務能力提出了挑戰。部分教師在此過程中避重就輕，以大量范式習題來代替課程解析，造成了教學內容的片面撕裂。因此，需要改變傳統教學中的課程內容，重點關注推導過程和概念理解，同時可以多介紹研究的背景環境和人物故事[1]，增加課程的趣味性。

第三，重新明確教學目標。傳統的基礎自然科學教育目標大多在于學生的考試成績，最終以能否完成幾類考題作為衡量學生學習效果的標準，而學生的日常表現，以及其能否積極參與課堂討論等則沒有被納入考評系統。這就造成一個現狀，即學生選擇這門課程僅僅是為了完成考試和獲得學分，而并沒有從相應的學習過程中受益。因此，教師必須重新明確這類課程的教學目標。諾貝爾物理學獎獲得者理查德·費曼說過：“教學的目標是使90%的學生可以理解這門課，同時盡可能啟發5%的學生對這門課感興趣，從而希望從事相關的研究工作。”目前的教學考核體系需要改革，即降低筆試在匯總考評中的占分比，提高課程參與度和日常表現的占分比。這樣一方面有利于提高課堂的活躍性和學生的積極性，另一方面也有利于提高教學成效。

第四，改進教學模式。基礎自然科學類教學給學生的印象就是教學模式單一、學生參與度低，這也是學生抵觸和學不好此類課程的原因。因此，需要改變教學模式，明確學生的主體地位，多讓學生參與到課堂教學中，活躍課堂氣氛。如近些年提出的Problem-based learning模式[2]，通過結合具體實踐案例，讓學生深刻體會到基礎研究不等于脫離應用實踐，明白理論內容會給他們帶去切身體會得到的好處。這一點是相對容易實現的，因為教師團隊經歷了常年的專業訓練，接觸了科研和應用的前沿，可以靈活選擇實踐案例。其他的多元化措施，如產學研結合，帶領學生到工廠去直接接觸應用技術，再如開展學術報告[3]，通過重要科學發現和優秀科研人物，喚起學生對基礎研究的向往。

四、結論

本科階段的基礎自然科學類學科的教育工作會直接影響學生的邏輯思維能力和長期職業規劃。在我們的特殊國情下，重視這類學科的發展還關系到國家現代化的進一步進行，重新認識和發展基礎學科可以從根子上縮小我們同發達國家之間的差距。文章分析了目前存在忽視基礎學科教學的現狀和原因，并針對這一問題結合作者自身教育教學經驗，提出了初步的解決方案。

參考文獻

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

[2]王默力，張冰爽，尹書會，等.PBL教學模式在我國醫學本科生中教學效果的Meta分析[J].現代生物醫學進展，2015，（25）：4982- 4985.

[3]王虎.基于社交網絡的影視創作課程協作平臺研究[J].中國電化教育，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