高等学校工科本科专业课程应用性教学探讨

郑雪莲+任园园

摘 要 工科本科专业课程上承基础理论的学习和积累，下启更深层次的实际生产制造问题的探索、研究和创新，在工科学生的本科教育中占有非常重要的地位。本文分析了工科本科的专业课程教学在教学目标、教学内容、教学方法和考评机制四方面存在的问题，以提高学生的逻辑分析能力和学以致用能力为目的和方向，提出了工科本科专业课程教学改革的目标和理念，围绕该理念从多个方面提出了具体改革措施。

关键词 工科本科教育 专业课程 高等学校 应用性教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.10.051

Abstract Undergraduate engineering curriculum inherits the basic theory of learning and the accumulation. Explore deeper actual manufacturing problems， research and innovation， occupies a very important position in the undergraduate education of engineering students. This paper analyzes the undergraduate course teaching in four aspects： teaching objectives， teaching content， teaching methods and evaluation mechanism in order to improve the students logic analysis ability and apply their knowledge ability for the purpose and direction proposed goals and values of the undergraduate engineering curriculum teaching reform， around the idea from several aspects put forward specific reform measures.

Keywords engineering undergraduate education； professional courses； college； application teaching

0 引言

高等学校工科教育是以解决产业需求为目标的应用型教育，其以物理学、数学、化学等基础科学为前提和基础、结合生产实践所积累的技术经验，以解决实际生产应用问题、探索新技术、促进和提高生产力为根本方向。工科本科教育是培养专业人才和向更深层次的研究领域输送研究人员的重要途径。通过本科生教育，工科学生应达到从生产实际中提取关键问题、分析问题产生原因、提出可行解决方法的要求。然而，目前高等学校的工科本科生普遍存在如下问题：

（1）学生缺乏逻辑分析能力。经过本科阶段的学习，学生应具备独立思考、判断和学习的能力，能够从普遍现象中总结出核心问题、提出解决该问题的手段和方法、预测该方法的可行性以及可能得到的结果和结论。然而在当前阶段，绝大多数工科本科生严重缺乏独立思考和逻辑分析能力，面对实际问题存在不知所措、无从下手的现象，缺乏看法和态度，不能从事物认知的一般规律上去思考本质问题。①②

（2）学生缺乏解决实际问题的能力。工科的最大特点是利用理论知识去解决实际问题，而这一目标的实现要求学生能够准确的把握问题的实质，提炼问题所属学科和领域。当前现状却是，学生对基础理论的掌握处于纸上谈兵的层面，只能机械的求解理论问题，而不能灵活运用相关理论去解决实际问题。③

上述现象一方面导致本科毕业后就业的学生无法适应和满足工作要求，另一方面也使得继续接收高层次教育的研究生无法顺利进入科研工作的开展。因此，对工科本科教学的改革势在必行。

1 本科专业课程的功能与作用

与文理科本科教育不同，工科本科教育可分为两个阶段：

（1）基础性理论的学习阶段。这一段阶段的学习通常安排在大一、大二时期，要求学生进行基础性必修课，如高等数学、物理学、化学、相关力学、材料学等。通过这一阶段的学习，学生需掌握解决生产实际问题所需的多种理论。④

（2）应用技术问题的学习阶段。这一阶段的学习通常安排在大三、大四时期，在学生已掌握本专业所需要的各种基础理论后，展开具体的专业知识学习。笔者所在的汽车运用工程专业，本科学生需要学习汽车构造、汽车理论、汽车电子和电器、汽车制造及维修等多个专业课程。专业课程与生产实际紧密相连，一门课程中即涉及多种理论和方法的应用。

工科本科专业课程上承基础性理论的学习和积累，下启更深层次的实际生产制造问题的探索、研究和创新，在工科学生的本科学习中占有非常重要的地位。正是通过本科阶段专业课程的学习，工科学生一方面将理论与实际应用联系起来；另一方面也为工科学生掌握学以致用奠定基础。

2 本科专业课程教学现状与存在的问题

2.1 教学目标

教学目标是教学活动实施的目的、方向和预期目标，是全部教学活动的出发点和最终归宿。教学目标决定着教学内容、策略方法、教学模型以及评价标准等。明确的教学目标不仅指引着教学活动的方向，更对教学活动的最终结果起着决定性影响。

目前，工科专业课程教学目标的落脚点多是“通过本课程的学习，掌握本课程的理论和知识，使学生具备从事相关研究、解决实际问题的基本能力和知识”。教学目标的设定过于笼统，课程与课程之间的教学目标基本相似，学生通过查阅课程教学目标根本无法了解和总结课程开设的背景、目的和意义，更是无法了解通过该课程的学习能够用以解决哪些实际问题等。这就使得教学目标的设计缺乏实际指导作用，一方面教师无法用教学目标来规范教学方法、内容，也无法用教学目标来指引教学方向；另一方面学生也无法从教学目标中获得课程开设的背景、应用领域等。⑤⑥

2.2 教学内容

教学内容是授课过程中教师向学生所传递的、学生与教师互动过程中的、课程需要学生所掌握的信息。教学内容的设定应以完成本课程的教学目标为原则，同时兼顾学生在接收和领悟知识过程中教师对学生的学习方法引导、逻辑能力培养等。

长期以来，高校教师将教学内容与教材等同起来，通过选择“合适教材”来安排教学内容，教学内容存在“教材决定制”的现象。然而，某一本或者几本教材只是编著对该领域问题的看法和态度，其是按照自己认识和学习该领域知识的理解和领会来编写教材的，编写的著作很大程度上是编者自身对该领域相关问题的筛选和把握。不仅如此，教材的内容是零散的、主线不清晰的。讲授教师因其丰富的学识完全可以把握教材的内在组织原则，并且完全清楚教材内容的核心和关键；而本科生正处于思维能力的锻炼和培养阶段，不具备自主总结和把握教材讲述核心的能力，不能做到知其然知其所以然。因此，将教学内容等同与教材内容，使得学生失去了辨证思维的锻炼机会。

此外，还存在教学内容与专业要求不能良好匹配的现象。工科方向研究因与生产实际联系紧密的特性，具有很强的学科交叉特性。比如，汽车、机械专业不仅要求学生掌握物理学、机械原理、机械设计与制造等，对微积分、信号处理、编程语言、流体力学等理论也有较高的要求。在现行教学体制下，工科本科生的基础理论教学由基础学部统一设置教学内容、统一安排教学活动。这容易导致课程设置和教学内容无法准确契合专业需求，使得学生所需与日后所需无法准确匹配。以作者所在专业为例，相当数量的专业课程需要学生求解非线性微分或者偏微分方程（组）。对于此要求，一则学生在进行高等数学学习时，非线性微分或偏微分方程（组）的求解是课程的了解内容，学生掌握程度不够；二则学生并未了解或学习过工程实践中经常用到的应用性软件；三则是学生并未接触过相关的控制理论。这些因素使得专业课程中需要学生掌握的机械运动特性分析并不能得到很好的执行。如果专业课程的授课教师不对该内容进行详细的讲解、引导、说明，学生就很不容易理解专业课教师的讲授内容。

2.3 教学方法

在教材决定教学内容的前提下，教师一般根据教材安排、采取“概念—定理—例题—课后习题”的方式进行讲解。这种教学方法虽然将学科所涉及的重点问题都对学生进行了介绍和总结，然而收获的效果却是非常不好的。原因在于教材的编写思路和学生对问题的认知思路是截然相反的。

对于问题的认知过程，一般是经历“发现问题—分析问题—解决问题”的过程中，也就是人们首先会对为什么研究或学习该问题产生疑惑，进而去了解研究该问题的现实意义和应用范围；在了解了该问题的解决会对现实生产生活所起到的作用之后调动了主动学习的积极性，自主挖掘和探究解决该问题的可能方法和途径，并对各种方法的可行性、预期结果等进行自我评估；最后，根据价值判断和评估结果选择适合自己的解决方法进行研究。在研究过程中所遇到的有关概念、理论、方法等都是与实际解决过程一一对应的，研究人员十分清楚细节内容的掌握和理解对问题解决所起到的作用，因而对概念、理论等细节的学习不仅深入而且透彻，对于理论知识在实际问题解决上的应用有明确的认识和把握。换句话说，人们的认知过程实际上是“提出问题—解决问题—提出问题”的过程，并在不断发问和答疑的过程中加深对问题的理解，形成独特的看法和态度，总结形成逻辑思辨的能力。

然而教材在编写过程中，介绍内容的顺序却与人们认知问题的顺序截然相反。教材内容的安排一般遵循“基础理论介绍-分阶段研究方法介绍—阶段性案例说明—总结”的顺序，是先将大量的基础性知识不加区分的告诉读者，并在随后的问题研究中假设读者已经掌握了全部的基础性知识而忽略对问题的分析过程。学生们在教材中最不容易获得的就是“为什么要学习该种理论或者方法”的原因，因为对教材致力于要解决的问题和如何解决该类问题的宏观思路只是存在于编者的头脑中，而对这个宏观的、具有指导功能的逻辑思路构建编者并没有在教材中予以详细的指出或者说明。在这种情况下，教师如果按照教材内容的编排来进行课堂教学，就忽略了对学生思维方式的引导和逻辑能力的构建；授课过程中无法调动学生自主学习、主动发问和思考的积极性，一定程度上抑制了学生学习的兴趣。由于学生并不完全了解学习该课程的目的和意义，也不能宏观把握解决问题的整体框架和思路，所学知识无法有效结合，而是零散的拼凑在一起。这样就使得许多学生听课似懂非懂，收获甚微。

2.4 考评机制

本科课程的考核模式一般是通过平时成绩、期中成绩和期末成绩的加权计算学生该门课程的总成绩，并通过总成绩的得分决定学生是否获得该门课程的学分。其中，平时成绩一般是指学生的出勤成绩、作业成绩等，所占比重为10%～20%；期中成绩一般是指教学过程中的一次随堂测验成绩，所占比重一般为10%；期末成绩所中比重最大，达70%～80%，多指学生的考试成绩。试卷题目多以概念题、简答题、论述题、简单题等为主，多数题目学生通过强行记忆的方式即可解答，缺乏对学生领悟能力的考察和真实学习效果的测试。在这样的考评机制下，学生在课程学习阶段不重视甚至不理会逻辑思辨能力的培养和锻炼，也不重视与教师的互动，平时的课业学习松松垮款，反而将大量的时间用在期末考试前期的课本背诵上，违背了课程学习的初衷。不仅如此，通过该种考评机制难以筛选出真正适合科学研究的人员。目前越来越多的本科生选择借助保研继续接受高等教育，而保研资格是根据本科生加权平均成绩的排名来确定。本科生传统考核机制所筛选出的相当数量的保研学生是没有能力从事科研工作的，这不仅剥夺了那些有潜力进行科研工作的学生的发展机会，也给无法适应研究工作的学生带来了深深的挫败感。

3 专业课程应用性教学改革的目标和方案

3.1 改革目标及理念

专业课程应用性教学改革的目标是培养善于思考、善于提问、善于解决的具有独立自主学习能力的工科本科生，为工科毕业生走向工作岗位和进行更加深入的项目研究奠定良好的专业基础。该目标可概括为两点：（1）培养学生提炼问题—分析问题—提出解决方案的逻辑思维能力，做到知其然知其所以然；（2）引导学生将基础理论学习与应用技术问题的解决有机联系起来，做到学以致用。

为了实现上述两点目标，应从明确和细化课程教学目标、课程教授中结合实际案例进行讲授、重视学生逻辑思维能力的培养、改革考评机制等多个方面展开工作，以更好的配合高级应用型人才培养的要求。

3.2 教学改革的具体措施

3.2.1 明确和细化课程教学目标

明确的课程教学目标不仅有利于学生迅速了解和把握本课程所关注的实际问题、课程开设的背景和目的、课程学习中所涉及的理论方法等，从而提高学生学习本门课程的兴趣、促进学生自主学习；还能帮助授课教师把握课程的教授内容、授课进度、实际案例的准备等。

课程教学目标的细化应从课程开设的背景和意义、课程所关注的实际问题、课程学习的内容及涉及理论方法等、以及通过本课程的学习学生所能够达到的水平等角度展开。在“背景及意义”方面，应简明扼要的说明课程是在什么样的社会大背景下所开设的，为什么需要开设该门课程，哪些实际生产领域涉及该课程的内容，以及目前国内外对该领域的研究和掌握程度如何。通过背景和意义的介绍，让学生对该门课程建立起宏观的印象和初步的把握，帮助学生了解“为何而学、学为了什么”，引导学生自主进行相关资料的查阅；在“课程所关注的实际问题”方面，教师应在自身学习和生活经验积累的基础上，列举有代表作用的实际生产问题与学生进行交流和互动，进一步帮助学生理解本课程的核心内容。“课程学习的内容及涉及的理论方法等”是教学目标中的重点，教师首先应根据学生认识、了解、剖析问题的自然规律对教学内容进行编排和呈现，帮助学生由浅入深、由现象到本质的理解课程内容；其次对每一部分的学习内容，都应给予概括性的说明，并列举出相关的理论和方法。最重要的是，内容与内容之间的联系、承上启下关系等应详细介绍和说明，帮助学生从逻辑上理解课程内容的设置。

3.2.2 结合项目研究或实际案例进行教学

与理科相比，工科更注重学以致用。工科专业课程较容易与实际生产实践相联系，教师在授课时应重视结合项目研究和实际案例进行教学。以作者所在专业为例，汽车操纵操纵稳定性是“汽车理论”课程中非常重要的一节，是汽车主动安全性的重要部分。多数教材中对该章节的安排是遵照“含义介绍—轮胎侧偏特性—车辆动力学建模—转向性能分析—影响因素分析”的步骤，学生借助教材难以对车辆操纵稳定性建立宏观、全面的认知体系。然而，教师在授课过程中一般借助车辆操纵稳定性的研究项目对该章内容进行讲授，讲授顺序一般为：（1）汽车操纵稳定性的内容；（2）汽车操纵稳定性的研究意义；（3）如何评价车辆操纵稳定性；（4）如何对其展开研究？研究过程中将会使用哪些理论？各种研究方法的应用领域介绍；（5）围绕汽车操纵稳定性的相关研究。以项目研究的思路对该部分内容进行讲授，既明确的向学生传授了知识，又激发了学生的学习积极性，同时还潜移默化的培养了学生的逻辑分析能力。

3.2.3 重视学生逻辑思维能力的培养

逻辑思维能力的掌握将帮助学生从宏观上更好的把握学习目的、学习方向、学习方法等，而不至于迷失在零散知识的学习中。运用逻辑思维能力，学生对应用性技术问题更能准确的分析问题的根本、探索问题的解决方案、评估不同方案所起到的效果等，有助于自主性、创新性思维的开发和锻炼。为培养学生的逻辑思维能力，教师首先应利用逻辑思维的方式进行教学，引导学生围绕教学内容展开思考，解答诸如“为何学习该部分内容”、“通过该内容的学习，可解决哪些现实问题”、“与该内容相关的学习还有哪些”等问题；在课程教学中教师应重视启发式、引导式、探讨式教学方式，尝试“抛出疑问、引导解决方案”的教学策略，注重思想的传递和表达，减弱公式推导过程等；在课堂上多鼓励学生发言、提问，在时间允许的范畴内重视倾听学生的想法，并从其语言描述中分析其存在的不足。

3.2.4改革考评机制

考评机制的改革是巩固教学内容、教学方法改革的重要环节。考核机制应由传统的考察学生学习态度转向可查学生对学习内容的综合掌握和应用能力。这就要求考核机制从授课过程中的考核内容上和最终试卷的出题方式上做出改变。一方面，平时学习效果的考察要从多方面进行设置，不仅监督学生的出勤，更要在了解学生对学习内容的掌握和领会程度上下功夫。平时作业的布置多涉及相关文献的阅读、总结，围绕某一问题的讨论，定命题研究大纲的制定，与课程内容相关的公式推导和求解等；另一方面，期末考试内容的制定更重视学生对课程内容的灵活运用，鼓励和增加综合性、解答方法多样性题目，减小概念、定义考察类题目。

4 结语

应用性和创新性人才是中国工业发展历程中目前急需、未来大量需求的中坚力量。工科本科教育作为培养不同专业领域高能力、高素质、高技能实践人员和创新人员的主要途径，其专业课程的教学质量不容忽视。当前工科本科学生的关键问题在于：基础理论无法与解决实际问题有机结合；面对生产实际问题，无法从宏观角度抽丝剥茧般的透过现象抓住本质，更无法实现条理清晰的逻辑分析。这两个关键问题严重限制了工科本科生在工作岗位的作业发挥和在研究领域的研究能力。如何培养学生宏观把握问题实质、针对关键问题按照逻辑分析的步骤提出合理解决方法的能力，是呈现在专业课程教师面前的重要现实课题。

注释

① 王姿燕.竞争就业中本科生逻辑思维能力培养的思考[J].湖北函授大学学报，2014.27（1）：33-34.

② 苏力.数量与质量——中国研究生教育的问题和回应[J].北京大学学报（哲学社会科学版），2010.47（1）：122-132.

③ 杨路.校企协同培养创新型人才的实践路径[J].黑龙江高教研究，2013.1：62-65.

④ 李玲，姚新颉.工科类专业高等数学课程的应用性教学探讨[J].浙江树人大学学报，2013.13（1）：58-60.

⑤ 姚利民，段文彧.高校教学方法改革探讨[J].中国大学教学，2013（8）：60-64.

⑥ 王刚.工科教育模式的改革和实践[J].高等工程教育研究，2011（1）：28-32.