本科教學中 “科學美” 感知能力培養的思路
——以電子信息工程專業為例

2021-01-08 07:20:12閆改珍徐朝勝張平娟

黑河學院學報 2020年12期

閆改珍徐朝勝張平娟王岳

(安徽科技學院，安徽鳳陽 233100)

2018年，教育部在全國高等學校本科教育工作會議上指出，要 “推進‘四個回歸’，加快建設高水平本科教育、全面提高人才培養能力，造就堪當民族復興大任的時代新人”[1]，倡議廣大本科教育從業者要 “以本為本”，心懷教育強國夢，熱愛教學、傾心教學、研究教學，引導學生求真學問、練真本領。落實 “四個回歸” 應首先促進學生積極、主動地 “回歸課堂”，建立師生對話空間；否則，再先進的教育手段、再生動的教育方法、再完善的教育機制都很難落地生根。

誠然，教師熱愛教學、傾心教學、研究教學，開展有魅力的課堂，加強過程考核與成績考核是促進學生 “回歸課堂” 的強大助力。但學生 “回歸課堂” 更深層次的應該是源于發自內心的對專業的認同；是源于對專業知識所改變的世界的驚嘆；是源于對專業領域風云人物的尊崇；是源于對專業知識解決實際問題思維的欣賞。只有學生有能力感知到專業知識的魅力，真真正正地對專業知識中美的東西產生共鳴，才能在無監督的狀態下主動投入到專業學習中，才能通過有限的課堂教學帶動積極有效的課后學習，才可能從本科教育中獲得終生學習的動力與技能。

21世紀以來，電子技術與信息技術得到了迅猛發展，逐漸滲透到國民經濟的各行各業。未來，以高性能計算為代表的電子技術與以人工智能為代表的信息技術將成為行業之間，甚至國家之間的角力場。培養求真學問、練真本領、以專業為業、以專業為畢生追求的電子信息專業技術人才無疑是實現教育強國夢的強大助力。遺憾的是現有培養計劃中的美學教育多為藝術美學教育，鮮有科學美教育，而電子信息專業中的美學思想即便在已有文獻中也很少研究。綜上，本文將以電子信息工程專業為例，對本科教學中 “科學美” 感知能力的培養思路進行探究，以促進學生積極主動地 “回歸課堂”。

一、“科學美” 的內涵及其重要性

(一)“科學美” 的內涵

從 “美” 字的字源看，羊大為美，美與感性存在，與滿足人的感性需要和享受有直接關系。而蘇格拉底把是否能讓人產生可持續、可重復的快感作為判斷美的準則[2]。與傳統的印象美、質地美、感官美不同，科學的美在于各部分的和諧秩序，并且純粹的理智能夠把握它，是一種潛藏在感性美之后的理性美。

因而，科學美也常被稱為 “理智美”“邏輯美”“內在美”，以 “和諧”“簡單”“新奇” 為重要標志。正如楊振寧對科學的闡釋：“虹霓是一種外觀極為美麗的自然現象，人人可以看到。從物理學的觀點看來，卻有三個層次的結構。實驗工作者作了測量以后發現，虹是42°的弧，紅在外，紫在內；而霓是50°的弧，紅在內，紫在外。這兩個弧度可以從陽光在水珠中的折射與反射推算出來，再進一步的研究更深入了解，折射與反射現象本身可以從一個包羅萬象的麥克斯韋方程推算出來，這就顯示了極深層的理論構架的美。”[3]

科學研究中，美的問題是一個難于解決的復雜問題，而美的解答則是對復雜問題的簡易回答[4]，如牛頓萬有引力定律可以用五個字母囊括電子運動、星系旋轉、火箭騰空、隕星墜落、潮汐漲消、季節更替等宇宙中的無數種運動。而在電子信息工程專業中，這種對復雜問題的簡單解答比比皆是：差分電路 “進化出” 一條 “長長的尾巴” 就將無處不在的噪聲信號拒之門外，卻可以對有用信號的放大能力毫無損傷；“百變大咖” 集成運放 “披上” 不同的外衣就可以“扮演” 放大器、濾波器、比較器、信號運算器、振蕩器等諸多角色；傅里葉變換令信號周期趨于無窮，將頻域分析從周期信號擴展到無限多樣的非周期信號中；快速傅里葉變換則利用奇偶虛實特性，通過二分法可以將千點以上的離散傅里葉變換的計算量降低99%。筆者將特定專業中體現的 “科學美” 稱為 “專業美”，并對二者不加區分。

(二)“科學美” 感知能力培養的必要性

“科學美” 是理性的，但對美的感知卻是感性的，是人的主觀感受。受生活環境、社交環境、自身知識體系及人生觀、價值觀的影響，不同群體對 “科學美” 的感知能力存在差異，同一群體在不同學習階段對 “科學美” 的感知能力也存在差異。這一差異性使得師生在專業美學上難以產生共鳴，從而影響知識的傳授與教學活動的順利開展。

1.專業美學感知能力的缺失導致教學課堂師生溝通不暢

教學課堂是師生進行溝通的重要場所，但常常由于學生對 “專業美” 感知能力的缺失，而出現 “學習通道無法調諧” 的尷尬局面。當教師在講臺上激情四射地推導完一個定律，并為其精妙感嘆時，學生坐在下面卻莫名其妙、一臉茫然，因為體會不到美感漸漸失去了學習興趣。

2.專業美學感知能力的缺失導致極端的 “拿來主義” 盛行

由于缺乏科學探究的精神，體會不到復雜理論分析與計算的美感，一旦遇到就望而卻步。設計電路時用現成的電路結構，編寫代碼時，用現成的程序框架，遇到問題時不自己主動分析探究，一切寄希望于老師，即使手里放著一本書也沒有耐心去了解、查閱。實訓環節僅以實現最終結果為目的，而不在乎這一過程中到底學到了什么東西。在電子信息技術高度發展的今天，知識產權常以硬件或軟件的形式進行打包，“拿來主義” 基于打包好的軟、硬件架構進行應用開發，也許不影響個人的短期發展，但會使其學習能力受到永久性的損傷。

3.專業美學思想無法達到共鳴影響對教師的客觀評價

“甲之蜜糖乙之砒霜”，由于專業美學思想無法達到共鳴，教師講授的理論分析方法常被學生評價為枯燥無味、沒有特色；教師嘗試激發學生主觀能動性的教學方法，因沒有提供直接的參考方案，常被評價為不負責任；教師對沒有理論分析支持的產品設計給出較低的評價，常被理解為教師的偏見。這些負面的評價最終會對正面的教學方法產生影響。

二、“科學美” 感知能力的培養思路

盲目迎合學生的興趣、愛好及美學標準開展教學環節，可能最終使得教育結果有違專業教育的價值體系與創新體系。而通過對學生 “科學美” 感知能力的培養，可以激發師生間產生專業美學共鳴，使得教師開展的符合電子信息工程專業知識體系、價值體系及創新體系的 “魅力課堂” 真正成為學生心中的 “魅力課堂”，從而促進學生積極主動地回歸課堂，最終為實現強國夢培養以電子信息工程為志向的專業人才。以電子信息工程專業為例，提出了工科專業大學本科受教育群體 “科學美” 感知能力培養工作的基本思路，如圖1所示。

圖1 科學美感知能力培養工作的基本思路

按照科學美的內涵，電子信息工程的美學思想與每一門專業課程中所覆蓋的知識點密切相關，在每一門課中依賴于其所研究的方向有具體的體現。但那些令人驚嘆的充滿 “科學美” 的我們正在教授和學習的知識點卻有共同特征：它們用解析的模型抽象或描述同一類事物特征，并反過來用統一的解析模型解決具有某些共同特征的諸多問題；它們的出現解決了曾經令人困惑的難題，并深刻地改變了人類的生產或生活方式；它們的誕生與科學研究者對科學的摯愛密不可分，閃耀著自信堅韌、專注執著等科學精神。

基于科學美的內涵分析，以專業的知識體系、價值體系與創新體系為指導制定嚴謹的問卷調查內容，了解師生之間在專業美學方面的認識差異，才有可能科學地確定電子信息工程專業美學思想培養的內容，并在本科高等教育的各個環節對學生產生潛移默化的影響。在多數本科高校中，一線專業授課教師同時也長期從事科學研究，通常具有較高科研素養與科學美的鑒賞能力。而本科生，特別是剛剛步入大學校園的一年級學生，剛剛經歷過備考壓力與密集的題海訓練，他們依據教師總結的知識點學習，在教師給出的必考題型里輾轉，步入大學校園，很難適應自由的學習氛圍。大一新生中有的尚對未來充滿期待；有的學習熱情早已被緊張的高考備戰消磨殆盡；有的基于自己的愛好與學習專長選擇專業；有的則只是為了 “大學” 二字而備考，對自己所學的專業知之甚少。在專業教育開展初期，通過問卷調查了解師生在學習目標、學習態度及學習方法方面的更多差異，無疑有助于開展專業美學教育，增強師生專業美學共鳴。

基于師生專業美學認知方面的差異，可能的專業美學思想培養途徑包括：通過對電子信息發展歷史、現狀、未來概覽進行專業導學，介紹主要專業課程與我們所生活的世界的聯系，增強學生對專業的認可度；通過科學人物及其科研軼事的介紹讓學生了解所學的主要專業知識的誕生歷程，激發學生對專業學習的熱情，產生科研崇拜，培養科學精神；通過具體的專業知識傳授讓學生感知現有知識抽象問題、解決問題的邏輯及方法的美感，在學習中慢慢得到成長。

美學思想下的專業課程建設是專業美學思想培養的重要陣地，要求每位專業課教師以專業問題為導向，積極開展既符合“科學美” 精神內核，又易于學生接受的 “魅力課堂”。讓學生在 “電路分析”“模擬電子電路”“數字電子電路”“信號與系統”“數字信號處理”“通信原理” 等專業基礎課的學習中感受并培養 “理性美感”；通過 “C語言程序設計”“單片機原理與設計”“微機原理與設計嵌入式系統設計”“硬件描述語言”“EDA技術” 等課程的學習感受并培養 “工程美感”；通過 “MATLAB”“Multisim”“Protues”“Modelsim” 等工具的學習與使用培養 “實驗美感”。

三、結語