工科院校数理基础课程改革构想

杨志耘+华冬英

[摘 要]数理基础课程是工科院校本科生必修的公共基础课，是各专业课程体系的重要组成部分，在专业培养方案中所占学时学分比重大。数理基础课程的设置、内容及课堂效率直接影响学生后续专业课的学习，关系到学校的教学质量和人才培养质量。项目组分析工科院校数理基础课程的现状，提出数理基础课程改革构想和途径。

[关键词]数理基础课程；现状；改革途径

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0114-03

工科院校数理基础课，是指高校面向本科生开设的数学类、物理类的公共基础课程，主要包括“高等数学”、“线性代数”、“概率论与数理统计”、“大学物理”及“大学物理实验”、“复变函数与积分变换”等课程，是工科院校各专业学生的必修课程，是本科教学最基础的课程，也是学生后续专业课学习的基础和工具。因此，数理基础课程在本科教学过程中非常重要。“宽口径、厚基础”是国内外大学教育比较成功的模式，要真正做到“宽口径、厚基础”， 必须从本科数理基础课程的教学质量抓起。

一、高校数理基础课程的现状

（一）数理基础课程在工科院校的专业培养方案中所占学时学分比重大

数理基础课程是工科院校各专业课程体系的重要组成部分，几乎所有的工科专业都要求毕业生具备扎实的数理基础知识。通过数理基础课程基本知识和基本技能的学习，培养学生运用数理思维和数理方法分析问题和解决问题的能力。在工科院校的课程设置中，数理基础课程占总学时20%左右，即工科院校的学生在四年大学本科学习的课程中，有20%是数理基础课程。数理基础课程一般在大学一、二年级开设。

（二）数理基础课程的教师工作量大，压力大，教师队伍不稳定

数理基础课的教师承担着全校公共数理基础课程的教学任务，学时多，上课班级多，学生人数多，基本上是大班授课，教学工作量大。以北京信息科技大学为例，承担数理基础课程的教师的平均工作量达371学时/年。对数理基础课程教学进行组织与管理，有的学校以设置高等数学课程组、大学物理课程组等为主，担任数理基础课程的老师相对稳定，开设相同的课程，可以统一教材和课件，组织集体备课，便于开展教研活动，共同研究教学方法，提高教学质量；有的学校依托专业组织教学和管理，比如把数理基础课程的教学放在理学院，理学院除了承担公共数理基础课程的教学任务外，还要承担学院专业课的教学任务，教师精力分散。公共数理基础课程由于涉及专业多，学生多，教学进程由全校统一安排，不能随意调整，加之数理基础课程学时多，内容多，作业量大，教师压力大，承担公共数理基础课程的教学任务后，教师没有更多的时间和精力开展科学研究，撰写论文，而教师的聘任和晋升的硬条件是科研项目和科研论文的级别与数量，因此，教师为了切身利益和事业前景，具有数理基础课程教学资格的教师更愿意选择承担专业课程而不愿意承担公共数理基础课程的教学，这造成教师的分流，教师队伍不稳定。

（三）数理基础课程的课程体系和知识体系改革滞后

目前工科院校的数理基础课程的课程体系一般按照学校教学主管部门的“关于本科专业培养方案的原则、意见”等教学管理文件的要求进行设置。数理基础课程属于全校性公共基础课程，其课程大纲、学时、学分及开课学期等都由学校统筹安排。虽然不同学校数理基础课程的学时、学分及开课学期不一样，但基本上都是“大一同”的教学模式和“一刀切”的教学形式，即统一教学大纲、统一教材、统一学时数、统一教学进度和统一考试，课堂教学采用大班教学，没有结合各专业的不同培养目标和学生个性差异的实际需求来构建数理基础课程体系。此外，数理基础课程的知识体系改革滞后。目前工科院校数理基础课程基本上是20世纪以前的知识体系。数理基础课程的内容过于抽象、系统和严密，重视理论分析和推导演算的训练，缺乏针对性、实用性；内容相对陈旧，没有体现现代数理学科的发展，对于不同专业来说，数理基础课程涉及的实际领域少，知识范围过于狭窄，与后续课程严重脱节，无法满足工科各专业后续课程的需求；现代科学技术和人才培养对数理思维、数理知识和数理方法等的要求发生了很大的变化，目前数理基础课程的知识体系无法满足当今社会人才培养的需要，无法满足学生考研和进一步提升的需求。例如本科“线性代数”课程中不要求掌握的“相似矩阵及二次型”等内容是各理工科专业考研大纲中所要求的，考研学生不得不再花费时间重新学习。

二、改革构想与途径

数理基础课程是工科院校培养人才的基石，工科院校应重视数理基础课程的改革，采取各种措施确保数理基础课程的教学效果和教学质量。

（一）加强数理基础课程教学

美国国家工程院奥古斯丁曾指出：“21世纪工程教育第一关键要素是强调基础，要加强数学、物理、化学和热力学方面的基础教育，这样的工程师才具有创新的能力。”[1]可见数理基础课程对人才培养的重要作用。教育部非常重视高校数理基础课程的教学，下设“数学基础课程教学指导分委员会”和“物理基础课程教学指导分委员会”，分别对高校数理基础课程的教学提出了基本要求，这是高校制订数理基础课程教学计划和教学大纲的基本依据。对工科院校来说，数理基础课程是工科院校课程设置的重要组成部分，是学生能力培养大纲中强调的核心学科知识，其学分在学生所获总学分中占20%左右，学生对数理基础课程基础知识掌握情况直接影响其后续专业课程的教学，其教学质量直接影响到后续专业课程的教学质量，关系到研究生的考取率，更关系到学生综合素质的发展和学校人才培养的质量。因此，高校必须加强数理基础课程的教学，采取各种措施确保数理基础课程的教学效果和教学质量。

（二）加强数理基础课程教师队伍建设

针对工科院校数理基础课程教师队伍存在工作量大、压力大、教师队伍不稳定等主要问题，学校应加强数理基础课程教师队伍建设。首先，引进人才，充实公共数理基础课程的教师队伍，加大高学历、高水平、高职称公共数理课程教师的引进力度，安排教授、副教授给本科生讲授数理基础课程，同时积极引进高学历的年轻教师进行培养，减少数理基础课程教师的教学任务，减轻他们的压力。其次，学校在职称晋升、岗位聘用和评优等方面，应对承担公共数理基础课程教学的教师有所倾斜。比如，在职称晋升和岗位考核、评优评奖中设置本科数理基础课程教师的名额；讲授数理基础课程的工作量超过一定数量的教师可以适当减免科研考核工作量；提高数理基础课程的学时计算系数等，鼓励数理基础课程的教师积极向上，使他们有岗位的归属感和成就感，稳定教师队伍。此外，数理基础课程教师队伍整体水平不高，教学水平也有待进一步提高。学校应该采取综合措施，提高数理基础课程教师的整体素质。一方面，要积极开展教学研究活动，针对数理基础课程教学中出现的问题进行研究，定期交流，总结经验，举办教学研讨会，开展教学公开课和示范课等。另一方面，鼓励数理基础课程教师自我学习，更新专业知识，提升数理基础课程教师的工程专业背景，在工科院校将数理基础课程为专业服务落到实处。

（三）数理基础课程的设置应该符合不同专业的需要，兼顾学生的不同需求

经调研发现，目前工科院校的数理基础课程设置几乎常年不变，而专业随着社会对人才的需求而不断变化和发展，数理基础课程与专业需求脱节，数理基础课程没有结合各专业的培养目标和学生个性差异的实际需求进行设置。[2]比如大学物理课程，在工科院校的学时学分和教学大纲、教学内容是一样的，但各专业所需的大学物理知识是不同的，比如机械设计制造专业和计算机科学与技术专业，前者更需要的是力学、电学内容，后者需要的更多是电磁学知识。此外，数理基础课程中，还有很多不同专业的后续课程需要的知识，因为统一的教学大纲不能兼顾而不讲或者降低了要求。数理基础课程的设置在一定程度上脱离了专业和学生实际，忽视了工科院校各专业的人才培养的基本要求。所以，数理基础课程改革首先要解决的问题就是数理基础课程的设置问题。数理基础课程的设置应该符合不同专业的需要，兼顾学生的不同需求。首先，将数理基础课程作为一个体系进行研究，对其课程大纲、学时、学分、开设学期及在专业培养方案中所占比例进行研究，为科学合理地设置数理基础课程提供依据。其次，依据工科院校各专业的人才培养目标和基本要求，对数理基础课程和专业的关系进行研究，按照各专业要求设置数理基础课程，使数理基础课程为专业教育服务落在实处，改变按照学科大类设置数理基础课程的方式，与专业培养目标紧密结合起来，不同专业应设置与之相适应的数理基础课程。第三，数理基础课程的设置要兼顾学校实际和学生实际情况。例如，在工科院校按照专业来设置大学物理课程，即按不同专业，兼顾学生的需求，设置与之相适应的大学物理课程：大学物理A、大学物理B、大学物理C、物理学史、普通物理学和物理在工程技术中的应用等。

（四）优化数理基础课程的知识体系

目前数理基础课程的知识体系落后于社会发展，已经不能满足人才培养的需要。优化数理基础课程的知识体系，是数理基础课程改革的重点。首先，对工科院校的数理基础课程知识体系进行研究，依照人才培养目标建立厚基础、重个性、多模块、多层次的数理基础课程知识体系。[2]数理基础课程知识体系可分为三大模块：基础知识模块、提升扩展模块和应用实践模块。[2]基础知识模块是数理基础课程教学大纲对本科生的基本要求，是学生必须掌握的数理基本知识，是提供学生学习和工作所需要的数理思想和数理方法；提升扩展模块主要服务于那些对数理基础要求较高的专业，如软件工程、通信工程专业，也服务于要求进一步学习的学生，如出国留学深造、考研的学生，以提高学生的数理思维能力和理解能力、计算能力和应用能力等；应用实践模块是针对专业特殊需要或学生个性化学习的需要，旨在提高学生实际动手能力，为大学生创业和个人发展储备知识。工科院校数理基础课程知识体系应结合不同专业的特点，处理好共性与个性、基础与应用、先修和后续的关系。其次，认真研究高校数理基础课程与高中数理课程知识体系的衔接，避免内容重复，浪费教师和学生精力与时间，影响学生学习数理基础课程的兴趣。再次，修订工科院校数理基础课程教学大纲，对数理基础课程的内容重新整合，删除一些不需要的、过时的内容，增加有重要价值的、急需的内容，改变目前数理基础课程与后续专业课程脱节的状况，以发挥数理基础课程为后续课程铺路的作用。最后，在数理基础课程知识体系中加强理论与实践的联系，充实和强化相应的实践教学体系，增加实践环节，在教学中增加数理知识的应用背景，课程可由理论和实践两部分组成，理论课主要由教师讲授定义、概念、定理等基本理论和基础知识，实践课以学生动手实践为主，引入数学建模思想，增加数学软件介绍。完善的数理课程知识体系，能够帮助学生尽快完成从初级到高级数理思维方式的转变，为工科院校人才培养奠定基础。

（五）对数理基础课程的教学方法进行探索研究，促进学生有效学习，是提高数理基础课程教学效果的关键

数理基础课程属于高校的公共基础课程，数理基础课程中的定义、概念、定理、定律多，推导繁琐，枯燥乏味，学生学习兴趣不高，因此探索数理基础课程的教学方法非常重要。可以采用“问题驱动式”、“探究式”、“专题讨论式”等教学方法。“问题驱动式”教学方法，指在数理课程的教学过程中，对于定义、概念的讲解，选择能吸引学生的问题，巧妙地设疑、布疑、激疑、质疑，在教学的过程中释疑、解疑，传授给学生数理知识、规律、方法等，不直接照本宣科讲授，而是创设启发性和挑战性的问题，给学生提供思考、参与的机会，让学生通过观察、分析、尝试和探索去解决问题，从而达到学习目标。[3]例如大学物理课程中讲解偏振光时，可以设计“光线入射到玻璃上一定会有反射光吗”的问题，让学生带着疑惑和求知欲去学习。[4]“探究式”教学方法，就是根据学生知识背景，在已有的知识基础上引导学生去探索求知。“专题讨论式”教学方法，要求教师提供知识背景和讨论题目、讨论教学指导材料，学生可以自由组队分工查阅资料，分组讨论研究，并提交研究结果，以达到学习目的。例如高等数学导数应用中的“最值应用”内容，教师先提出学习讨论的要求，然后让学生课后深入社会生活中，调查最值问题，运用课本知识，对采集的问题数学化，建立数学模型，尝试解决问题。[3]此外，数理课程教学中还有很多的教学方法。数理基础课程教学应在传统教学方法的基础上，尝试新的教学方法，提高数理基础课程的课堂效率。

数理基础课程教学在高校教学工作中意义重大，但目前工科院校的数理基础课程的教学现状令人担忧。应加强数理基础课程师资队伍建设，优化其课程设置和知识体系，引导数理基础课为专业服务，促进数理课程的改革和建设，使数理基础课程对于人才培养的作用真正落到实处。

[ 参 考 文 献 ]

[1] [美]维斯特，著.蓝劲松，译.一流大学 卓越校长[M].北京：北京大学出版社，2008.

[2] 杨丽萍，袁彦东.“卓越计划”下数理知识体系改革的研究与实践[J].天津城市建设学院学报，2013（4）：303-306.

[3] 杨丽萍，袁彦东.“卓越计划”下数理基础课程教学改革的研究与实践[J].天津城建大学学报，2014（2）：132-136.

[4] 于肇贤，其木苏荣，杨志耘.大学物理课程教学方法探索[J].高等教育研究，2015（1）：54-56.

[责任编辑：钟 岚]