如何在本科教学实践中提升学生对基础自然科学的兴趣

[摘 要]基础科学教育，特别是理工科目的基础教育，是本科阶段学生教学实践工作的重中之重。从国家对未来人才的政策和学生个人的职业规划两方面的长期发展来看，必须进一步加强对基础探究的投入。针对目前高校学生中普遍存在的此类科目的厌学和难学问题进行研究，分析了基础科学教育中问题形成的原因，提出了相应的初步解决方案。

[关键词]本科教育;教学实践;基础研究

[基金项目]2020-2024年度国家自然科学基金面上项目“小通道流动沸腾中微液膜蒸发机理研究”（51976127）;上海高校特聘教授（东方学者）岗位计划资助

[作者简介]赵玉刚（1983—），男，河南焦作人，博士，上海理工大学能源与动力工程学院特聘副教授，主要从事液滴动力学研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）28-0320-02[收稿日期] 2019-11-15

一、引言

本科教育作为连接校园与社会工作岗位的桥梁，是学生在完成初级和中级教育后，进一步提升整体知识素养和专业技能的重要阶段。在不考慮具体专业的情况下，四年的本科教育主要囊括基础自然科学类（如大学物理、高等数学和传热学等）、人文社科素质培养类（如心理学、思想政治和第二外语等）、专业知识类（如空气调节工程、发动机原理和锅炉设计等），以及一系列的兴趣培养类（如珠宝玉石赏析和插花茶艺等）。其中，基础自然科学类是本科教育阶段的重中之重，此类科目对于锻炼学生的逻辑思维、提高学生的创新能力来说具有不可忽视的积极意义。

然而，无论是自身作为高校教师的亲身经历，还是近期我们对多个理工类大专院校的调查，都了解或暴露出了以下问题：学生对基础自然科学类科目普遍重视程度不够、学习积极性不高、学期成绩不好等。这些问题的长期存在，不仅限制了学生个人的职业长期发展，而且由于本科毕业生是科研的基础力量，因此也制约了我国的科技进步和创新发展。

二、现状和原因分析

这里我们主要讨论目前本科教育基础自然科学类科目中存在的三个问题。

第一，对基础自然科学类科目的忽视是目前各大高校的普遍现象。一方面，学生群体普遍认为该类科目的知识储备过于基础，和具体的应用技术差异较大，无法对以后工作岗位上的实践给予明确的指导，由此在观念上没有给予此类科目以足够的重视。另一方面，从教学规划的层面也可以看到，存在部分教师为了盲目追求论文发表、专利发明和就业率等数字化指标，而忽视了基础自然科学科目这类长期和潜在的收益。

第二，部分学生对基础自然科学类科目有强烈的厌学情绪，学习积极性不高。基础自然科学科目大多需要较好的数学功底，以该类学科中的流体力学和传热学为例，如何提炼和求解偏微分方程是这两门科目的重要组成部分。而相当比例的学生对于数学学习缺乏兴趣，特别是在经历过严酷高考，进入大学这个相对宽松和多选择的环境以后，部分学生更容易对继续深入学习该类学科抱有抵触心理。

第三，基础自然科学类科目往往有着较高的学习难度。基础自然科学类科目的学习难度较高，相当多时候，学生分明已经投入了大量的时间和精力，却依然无法取得满意的成绩，更谈不上对知识框架的掌握。特别是目前各大高校都推行GPA统计制度，学生的日常学术表现直接关系到其后期的个人就业和继续深造（研究生阶段），因此为了规避风险，选择较易科目在学生中形成风气。

三、初步解决方案

依据上节所阐述的基础自然科学类科目教育的问题现状和原因，我们提出了以下几点初步解决方案。

第一，提高思想认识，明确基础自然科学类科目在本科教育阶段中所发挥的核心作用，这是为建设现代化中国培养高素质人才提出的要求。近现代自然科学起源于西方文明，经过十七至十九世纪的文艺复兴和几次工业革命，欧美国家在自然科学领域具有较大的先天优势。虽然，建国以后在党中央几代领导人和全国人民的共同努力下，我们已经缩小了自身与欧美国家技术科学的差距，然而，我们国家底子薄弱和先天不足的现状，并不能在短期内得到解决。从2019年的中美贸易战中即可以看出我国在很多关键科学项目上的缺失和落后，如高精度激光刻蚀技术、特种金属加工和航空发动机等“卡脖子问题”。李克强总理在2019年召开的国家杰出青年科学基金工作会上就一针见血地指出“卡脖子问题根子在基础研究薄弱”。因此，加强对基础自然科学类科目重要性的认知，是党和国家对新一代高校教师在本科教育工作中的长期要求。

第二，改变认识，重新梳理基础自然科学类科目的教学内容。基础不等于简单，基础自然科学相较于其他专业有其独有的特点。基础自然科学经历二百年以上的归纳总结、去冗优化，知识结构更加体系化，表达模式也更加凝练。驾驭这类课程往往需要花费大量的备课时间，同时也对任课教师本人的思维模式和业务能力提出了挑战。部分教师在此过程中避重就轻，以大量范式习题来代替课程解析，造成了教学内容的片面撕裂。因此，需要改变传统教学中的课程内容，重点关注推导过程和概念理解，同时可以多介绍研究的背景环境和人物故事[1]，增加课程的趣味性。

第三，重新明确教学目标。传统的基础自然科学教育目标大多在于学生的考试成绩，最终以能否完成几类考题作为衡量学生学习效果的标准，而学生的日常表现，以及其能否积极参与课堂讨论等则没有被纳入考评系统。这就造成一个现状，即学生选择这门课程仅仅是为了完成考试和获得学分，而并没有从相应的学习过程中受益。因此，教师必须重新明确这类课程的教学目标。诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼说过：“教学的目标是使90%的学生可以理解这门课，同时尽可能启发5%的学生对这门课感兴趣，从而希望从事相关的研究工作。”目前的教学考核体系需要改革，即降低笔试在汇总考评中的占分比，提高课程参与度和日常表现的占分比。这样一方面有利于提高课堂的活跃性和学生的积极性，另一方面也有利于提高教学成效。

第四，改进教学模式。基础自然科学类教学给学生的印象就是教学模式单一、学生参与度低，这也是学生抵触和学不好此类课程的原因。因此，需要改变教学模式，明确学生的主体地位，多让学生参与到课堂教学中，活跃课堂气氛。如近些年提出的Problem-based learning模式[2]，通过结合具体实践案例，让学生深刻体会到基础研究不等于脱离应用实践，明白理论内容会给他们带去切身体会得到的好处。这一点是相对容易实现的，因为教师团队经历了常年的专业训练，接触了科研和应用的前沿，可以灵活选择实践案例。其他的多元化措施，如产学研结合，带领学生到工厂去直接接触应用技术，再如开展学术报告[3]，通过重要科学发现和优秀科研人物，唤起学生对基础研究的向往。

四、结论

本科阶段的基础自然科学类学科的教育工作会直接影响学生的逻辑思维能力和长期职业规划。在我们的特殊国情下，重视这类学科的发展还关系到国家现代化的进一步进行，重新认识和发展基础学科可以从根子上缩小我们同发达国家之间的差距。文章分析了目前存在忽视基础学科教学的现状和原因，并针对这一问题结合作者自身教育教学经验，提出了初步的解决方案。

参考文献

[1]卢强.翻转课堂的冷思考：实证与反思[J].电化教育研究， 2013，34（08）：91-97.

[2]王默力，张冰爽，尹书会，等.PBL教学模式在我国医学本科生中教学效果的Meta分析[J].现代生物医学进展，2015，（25）：4982- 4985.

[3]王虎.基于社交網络的影视创作课程协作平台研究[J].中国电化教育，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