数理化基础课程面向学生学习的教学设计

张大克 王玉杰 安力群

（天津科技大学，天津300457）

党的十八大报告提出了“全面实施素质教育，深化教育领域综合改革，着力提高教育质量，培养学生创新精神”的重大决策部署，为高等学校教学改革指了方向、明确了要求。教育是民族振兴的基石，是国家发展的根本。要使我国由“人才大国”变为“人才强国”、由“中国制造”变为“中国创造”，高等教育承担着不可推卸的责任，它要向社会源源不断地输送具有创新意识和创新能力的高素质专业人才。而在我国的高等教育中，工程类专业的学生一入学，就面临着数理化基础课程的学习，它是学生未来专业学习和专业发展的基础。如何进行数理化基础课程的教学改革，提高教学质量，为学生未来的专业学习和专业发展奠定坚实的基础，提高学生的综合素质，培养学生的创新意识和创新能力，是各高校都在探索的一个重要问题。

一、普通高校数理化基础课程教学存在的主要问题和成因分析

关于数理化基础课程的教学改革，从理论到实践，国内外专家做了大量研究工作，提出了一系列教学改革方法，如讨论式、研究式、问题驱动式、问题导向式、探究式等教学方法和教学模式。各高校近几年也都对上述教学改革方法进行了不同程度的探讨和实践，但普通高校数理化基础课程的教学现状并不理想。学生的厌学现象比较普遍，自主学习意识淡薄，解决实际问题的能力不尽如人意，考试不及格率居高不下。对非数学专业、物理专业和化学专业的学生开展数理化基础课程教学的目的是使学生掌握未来专业学习和专业发展必备的数理化基本理论与方法和实验技能，培养学生的思维能力、创新意识和创新能力。使学生能够运用所学习的数理化基本理论与方法和实验技能创新性地解决工程技术领域中的专业问题。而从目前普通高校数理化基础课程的教学现状来看，并没有实现这一教学目的。

1.教学内容重理论，轻应用，难以实现对学生应用能力的培养

目前，各高校的数理化基础课程教学内容基本上还是在沿用前苏联的课程知识体系，有一些改变，但是变化不大，基本上仍是经典的理论知识与方法传授，过度重视课程知识体系的完备性，演绎推导和计算方法训练占用了大量学时。一些不适合科技发展需要的内容仍然在教学内容中，而科技发展需要的内容还没有及时进入，教学内容相对科技发展滞后。缺乏知识产生的背景和过程教学，不利于对学生科学思维的启迪和创新意识、创新能力的培养。数量不多的一些应用性问题，基本上都是教材作者杜撰的，背景简单，与工程实际差异很大，难以实现对学生应用能力的培养，导致理论与应用脱节。数理化基础课程教学内容方面存在的问题可从各高校课程考试试题中直观地反映出来，考核的内容几十年没有发生本质变化，基本上都是经典理论知识的测试和计算能力、计算技巧的考核。知识产生于需要，需要产生动力，动力产生兴趣，数理化基础课程的教学内容并没有遵循这一知识构建规律，理论与应用的脱节、教学内容的枯燥乏味导致学生学习动力缺失，无法产生学习兴趣，更无法实现使学生能够运用所学习的数理化基本理论与方法和实验技能创新性地解决工程技术中专业问题的教学目的。产生上述问题的主要原因有以下几点。

第一，在过度重视课程知识体系完备性和课时紧张的情况下，铺垫性知识、理论上的演绎推导和没必要的计算方法训练几乎占用了所有学时，教师没有时间开展知识产生的背景和过程教学，更没有时间开展应用案例教学。

第二，数理化基础课程教师大都毕业于各大学的数学、物理、化学专业，他们的知识结构和能力非常适应前苏联课程知识体系下的数理化基础课程教学，开展知识产生的背景、过程教学和应用案例教学对于他们来说需要一个再学习的过程。而从人的惰性和习惯角度来讲，把对学生应用能力的培养融入到教学中去，广泛、深入地开展教学改革，对于每一名数理化基础课程教师来说都需要大量的时间和精力的投入。而在目前各高校教师岗位聘任制考核方法下，这种投入很难得到数理化基础课程教师的认可。

第三，在把对学生应用能力的培养融入到教学中去的过程中，适用于课堂教学且可共享、可加工利用的教学素材严重缺乏，各出版社出版的教材千篇一律，大同小异，可用于课堂教学的应用案例少得可怜。

2.教学方法基本上还属于“满堂灌”，学生缺乏主动思考，自主学习意识淡薄

以启发式教学、充分实现师生互动、推动学生自主学习为目的的教学方法和教学模式是近几年普通高校数理化基础课程教学改革的共同主题。但是走进各普通高校的数理化基础课程课堂，你会发现启发式教学基本上是教师自问自答，师生互动基本上还停留在教师的简单提问与学生的随口应答的层面水平上，学生的学习高度依赖教师，推动学生自主学习举步维艰。目前，普通高校数理化基础课程的课堂教学基本上还属于“满堂灌”和教师“一言堂”的“填鸭式”教学方法，这种教学方法缺乏对学生主动思考的引导，难以激发学生的学习兴趣，导致学生的厌学现象严重。学生学习高度依赖教师，自主学习意识淡薄，考试不及格率居高不下。好一点的学生脑子里充满了公式、定理和定律，能按固定的思路解几道难题；差一点的学生早已放弃，破罐子破摔，甚至连最基本的方法都掌握不了。产生上述问题的主要原因主要有以下几点。

第一，高等教育大众化使得相当一部分学习能力很差，思维能力还停留在直观思维水平上的学生进入了高校，并且基本上都进入了普通高校。而目前普通高校数理化基础课程的教学内容和教学基本要求并没有遵循因材施教的教学规律，教学内容理论性强，学生学习困难，自主学习难以推动。

第二，学时少、内容多，学生的思维能力和自学能力又很差，这就使得教师在课堂上不得不把教学内容面面俱到地讲解一遍，导致教师没有多少时间开展启发式教学，实现师生互动。后果是恶性循环，学生的学习高度依赖教师，使教师的课堂教学无法摆脱“满堂灌”和教师“一言堂”的“填鸭式”教学状态。

第三，学生学习情境创设的不到位是导致学生厌学的主要原因。所谓学生学习情境的创设是指为学生构建一个知识产生和应用的真实或虚拟环境，让枯燥乏味的知识鲜活起来，激发学生的情感、兴趣和求知欲，让学生在这样的环境中主动建构知识。而目前数理化基础课程课堂教学的师生互动基本上是通过教师的简单提问来实现的，形不成情境脉络，距离学习情境创设相差甚远。情境认知理论认为：学习是学习者在一定的情境脉络中主动建构知识的过程。知识和能力的发展，就像语言的发展，发生于真实情境下不断进行的利用知识活动中，脱离学习情境的学习是枯燥的，获得的知识是僵化的，运用知识解决实际问题的思维图式难以形成。

3.没有实现多媒体课件与板书的有机结合，电子讲稿充斥课堂

目前，普通高校数理化基础课程的课堂教学基本上都在使用多媒体课件，部分教师则完全通过板书开展课堂教学，所谓网上课程资源建设基本上还限于课程简介、教学大纲、自我检测、参考书目等内容。教师使用的多媒体课件多数属于电子讲稿，讲授变为复述，教学缺乏启发性，难以激发学生的学习兴趣。仅有一小部分教学工作认真负责的教师在研究和实践多媒体课件与板书的有机结合，多媒体技术主要被用于进行演示实验或复杂化学结构图、复杂几何图形的演示，演绎推导部分则应以板书为主。

产生上述问题的主要原因是教师不肯付出太多的时间和精力去开展多媒体课件设计和开展网上课程资源建设。

二、开展面向学生学习的教学设计，提高数理化基础课程教学质量

要想解决目前普通高校数理化基础课程教学存在的主要问题，就必须更新理念，开展面向激发学生主动学习的教学设计，对教学内容、教学方法和教学手段进行全面改革。

1.教学内容的改革

根据目前普通高校数理化基础课程教学内容上存在的主要问题和成因分析，需要从以下几个方面进行改革。

首先，要以应用为导向、以需求为目的，遵循因材施教的教学规律，对数理化基础课程的教学内容进行改革。在保证知识体系和知识逻辑完整性的前提下，删减已不符合科技发展需要的教学内容，删减不必要的理论推导与演绎，以及计算方法和计算技巧训练。增补科技发展需要的新内容，把知识产生的背景、过程教学和应用案例教学纳入教学内容，注重对学生思维的启迪，提高学生的创新意识，突出对学生应用能力和创新能力的培养。

教学基本要求要符合学生的实际学习能力，教学内容的量相对课程教学学时要比较宽松，以便教师在课堂上引导学生思考，实现师生互动。

其次，为了开展知识产生的背景、过程教学和应用案例教学，要组织骨干教师建设用于知识产生的背景、过程教学的案例素材库和用于应用案例教学的应用案例素材库。素材库中的素材要适用于课堂教学和课下学生自主学习，教师可通过对素材库中素材的加工得到适合自己教学风格和特点的教学案例，以解决可共享教学素材严重缺乏的问题。

2.教学方法的改革

在教学内容和教学基本要求改革的基础上，教学方法改革的重点是学生学习情境的创设。

组织教师开展调查研究，认真学习与学习情境创设有关的理论和实践文章，理解学习情境创设的内涵和方法。在思想统一，并理解学习情境创设内涵和方法的基础上，组织教师开展用于引发学习情境的问题设计，建设教师可共享的问题素材库。这些问题既可来源于学生的生活或所学专业，也可来源于学科本身或演示实验。在物理和化学基础课程教学中，通过演示实验引发学习情境是一种效果非常好的学习情境创设方法，更容易为学生构建一个知识产生和知识应用的真实或虚拟环境，激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考。

课上教师要运用专门设计的问题或演示实验来引发学习情境，并利用所设计问题或演示实验衍生的问题链，把教学内容各部分有机地结合在一起，通过环环相扣的问题形成情境脉络组织教学，激发学生的学习兴趣，促进学生主动思考，实现师生情感共鸣。让学生在师生的共同实践、共同反思过程中构建知识。课下教师要把专门设计的、有真实背景的实际问题交给学生自己去解决，引发学生课下学习的学习情境，推动学生自主学习。最终形成“课上与课下并重，理论与实践结合，基于学习情境创设，面向学生自主学习”的新教学模式。

用于引发学习情境的问题素材库建设可并入用于知识产生的背景、过程教学案例素材库和用于应用案例教学的应用案例素材库的建设中，三者在教学中的作用基本是一致的，某些素材既可以用于知识产生的背景和过程教学，也可以用于应用案例教学，同时也可用于引发学习情境。

3.教学手段的改革

随着信息技术的飞跃发展，学生获取知识和接受知识的方法和途径已经发生了巨大变化，数理化基础课程教学手段的改革一定要适应学生获取知识和接受知识方法和途径的改变。课堂教学应以板书和多媒体的有机结合使用为主，提升学生的课堂效率和对知识的吸收程度。课下要为学生自主学习提供丰富的网上课程资源和电子版学习资料，以利于学生对知识的理解、拓展和巩固。

4.教学管理的改革

应建立健全教学质量监控机制和评价机制，把课程建设、教学改革实践和教学质量作为重要内容纳入教师的岗位聘任考核，激励和引导教师在教学上投入更多的时间和精力，深入开展课程建设和教学改革实践，不断提高教学质量。

三、结束语

面向学生学习的教学设计就是以学生的能力培养、素质提高和未来专业学习、专业发展的需要为目标进行教学内容设计，以能激发学生的学习兴趣、推动学生自主学习为目标开展教学方法改革，以学生最适应的获取知识和接受知识的方法和途径开展教学手段改革，以学生满意、家长满意、社会满意为目标开展教学质量评价。教会学生学习是教学的根本目的，立德树人是高校的责任，提高学生的创新意识、培养学生的创新能力是民族振兴的需要。作为一名教师必须清楚自己的责任，深入开展面向学生学习的教学设计，为国家和社会培养高素质人才。

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