本科教学中 “科学美” 感知能力培养的思路——以电子信息工程专业为例

闫改珍 徐朝胜 张平娟 王 岳

(安徽科技学院，安徽 凤阳 233100)

2018年，教育部在全国高等学校本科教育工作会议上指出，要 “推进‘四个回归’，加快建设高水平本科教育、全面提高人才培养能力，造就堪当民族复兴大任的时代新人”[1]，倡议广大本科教育从业者要 “以本为本”，心怀教育强国梦，热爱教学、倾心教学、研究教学，引导学生求真学问、练真本领。落实 “四个回归” 应首先促进学生积极、主动地 “回归课堂”，建立师生对话空间；否则，再先进的教育手段、再生动的教育方法、再完善的教育机制都很难落地生根。

诚然，教师热爱教学、倾心教学、研究教学，开展有魅力的课堂，加强过程考核与成绩考核是促进学生 “回归课堂” 的强大助力。但学生 “回归课堂” 更深层次的应该是源于发自内心的对专业的认同；是源于对专业知识所改变的世界的惊叹；是源于对专业领域风云人物的尊崇；是源于对专业知识解决实际问题思维的欣赏。只有学生有能力感知到专业知识的魅力，真真正正地对专业知识中美的东西产生共鸣，才能在无监督的状态下主动投入到专业学习中，才能通过有限的课堂教学带动积极有效的课后学习，才可能从本科教育中获得终生学习的动力与技能。

21世纪以来，电子技术与信息技术得到了迅猛发展，逐渐渗透到国民经济的各行各业。未来，以高性能计算为代表的电子技术与以人工智能为代表的信息技术将成为行业之间，甚至国家之间的角力场。培养求真学问、练真本领、以专业为业、以专业为毕生追求的电子信息专业技术人才无疑是实现教育强国梦的强大助力。遗憾的是现有培养计划中的美学教育多为艺术美学教育，鲜有科学美教育，而电子信息专业中的美学思想即便在已有文献中也很少研究。综上，本文将以电子信息工程专业为例，对本科教学中 “科学美” 感知能力的培养思路进行探究，以促进学生积极主动地 “回归课堂”。

一、“科学美” 的内涵及其重要性

(一)“科学美” 的内涵

从 “美” 字的字源看，羊大为美，美与感性存在，与满足人的感性需要和享受有直接关系。而苏格拉底把是否能让人产生可持续、可重复的快感作为判断美的准则[2]。与传统的印象美、质地美、感官美不同，科学的美在于各部分的和谐秩序，并且纯粹的理智能够把握它，是一种潜藏在感性美之后的理性美。

因而，科学美也常被称为 “理智美”“逻辑美”“内在美”，以 “和谐”“简单”“新奇” 为重要标志。正如杨振宁对科学的阐释：“虹霓是一种外观极为美丽的自然现象，人人可以看到。从物理学的观点看来，却有三个层次的结构。实验工作者作了测量以后发现，虹是42°的弧，红在外，紫在内；而霓是50°的弧，红在内，紫在外。这两个弧度可以从阳光在水珠中的折射与反射推算出来，再进一步的研究更深入了解，折射与反射现象本身可以从一个包罗万象的麦克斯韦方程推算出来，这就显示了极深层的理论构架的美。”[3]

科学研究中，美的问题是一个难于解决的复杂问题，而美的解答则是对复杂问题的简易回答[4]，如牛顿万有引力定律可以用五个字母囊括电子运动、星系旋转、火箭腾空、陨星坠落、潮汐涨消、季节更替等宇宙中的无数种运动。而在电子信息工程专业中，这种对复杂问题的简单解答比比皆是：差分电路 “进化出” 一条 “长长的尾巴” 就将无处不在的噪声信号拒之门外，却可以对有用信号的放大能力毫无损伤；“百变大咖” 集成运放 “披上” 不同的外衣就可以“扮演” 放大器、滤波器、比较器、信号运算器、振荡器等诸多角色；傅里叶变换令信号周期趋于无穷，将频域分析从周期信号扩展到无限多样的非周期信号中；快速傅里叶变换则利用奇偶虚实特性，通过二分法可以将千点以上的离散傅里叶变换的计算量降低99%。笔者将特定专业中体现的 “科学美” 称为 “专业美”，并对二者不加区分。

(二)“科学美” 感知能力培养的必要性

“科学美” 是理性的，但对美的感知却是感性的，是人的主观感受。受生活环境、社交环境、自身知识体系及人生观、价值观的影响，不同群体对 “科学美” 的感知能力存在差异，同一群体在不同学习阶段对 “科学美” 的感知能力也存在差异。这一差异性使得师生在专业美学上难以产生共鸣，从而影响知识的传授与教学活动的顺利开展。

1.专业美学感知能力的缺失导致教学课堂师生沟通不畅

教学课堂是师生进行沟通的重要场所，但常常由于学生对 “专业美” 感知能力的缺失，而出现 “学习通道无法调谐” 的尴尬局面。当教师在讲台上激情四射地推导完一个定律，并为其精妙感叹时，学生坐在下面却莫名其妙、一脸茫然，因为体会不到美感渐渐失去了学习兴趣。

2.专业美学感知能力的缺失导致极端的 “拿来主义” 盛行

由于缺乏科学探究的精神，体会不到复杂理论分析与计算的美感，一旦遇到就望而却步。设计电路时用现成的电路结构，编写代码时，用现成的程序框架，遇到问题时不自己主动分析探究，一切寄希望于老师，即使手里放着一本书也没有耐心去了解、查阅。实训环节仅以实现最终结果为目的，而不在乎这一过程中到底学到了什么东西。在电子信息技术高度发展的今天，知识产权常以硬件或软件的形式进行打包，“拿来主义” 基于打包好的软、硬件架构进行应用开发，也许不影响个人的短期发展，但会使其学习能力受到永久性的损伤。

3.专业美学思想无法达到共鸣影响对教师的客观评价

“甲之蜜糖乙之砒霜”，由于专业美学思想无法达到共鸣，教师讲授的理论分析方法常被学生评价为枯燥无味、没有特色；教师尝试激发学生主观能动性的教学方法，因没有提供直接的参考方案，常被评价为不负责任；教师对没有理论分析支持的产品设计给出较低的评价，常被理解为教师的偏见。这些负面的评价最终会对正面的教学方法产生影响。

二、“科学美” 感知能力的培养思路

盲目迎合学生的兴趣、爱好及美学标准开展教学环节，可能最终使得教育结果有违专业教育的价值体系与创新体系。而通过对学生 “科学美” 感知能力的培养，可以激发师生间产生专业美学共鸣，使得教师开展的符合电子信息工程专业知识体系、价值体系及创新体系的 “魅力课堂” 真正成为学生心中的 “魅力课堂”，从而促进学生积极主动地回归课堂，最终为实现强国梦培养以电子信息工程为志向的专业人才。以电子信息工程专业为例，提出了工科专业大学本科受教育群体 “科学美” 感知能力培养工作的基本思路，如图1所示。

图1 科学美感知能力培养工作的基本思路

按照科学美的内涵，电子信息工程的美学思想与每一门专业课程中所覆盖的知识点密切相关，在每一门课中依赖于其所研究的方向有具体的体现。但那些令人惊叹的充满 “科学美” 的我们正在教授和学习的知识点却有共同特征：它们用解析的模型抽象或描述同一类事物特征，并反过来用统一的解析模型解决具有某些共同特征的诸多问题；它们的出现解决了曾经令人困惑的难题，并深刻地改变了人类的生产或生活方式；它们的诞生与科学研究者对科学的挚爱密不可分，闪耀着自信坚韧、专注执着等科学精神。

基于科学美的内涵分析，以专业的知识体系、价值体系与创新体系为指导制定严谨的问卷调查内容，了解师生之间在专业美学方面的认识差异，才有可能科学地确定电子信息工程专业美学思想培养的内容，并在本科高等教育的各个环节对学生产生潜移默化的影响。在多数本科高校中，一线专业授课教师同时也长期从事科学研究，通常具有较高科研素养与科学美的鉴赏能力。而本科生，特别是刚刚步入大学校园的一年级学生，刚刚经历过备考压力与密集的题海训练，他们依据教师总结的知识点学习，在教师给出的必考题型里辗转，步入大学校园，很难适应自由的学习氛围。大一新生中有的尚对未来充满期待；有的学习热情早已被紧张的高考备战消磨殆尽；有的基于自己的爱好与学习专长选择专业；有的则只是为了 “大学” 二字而备考，对自己所学的专业知之甚少。在专业教育开展初期，通过问卷调查了解师生在学习目标、学习态度及学习方法方面的更多差异，无疑有助于开展专业美学教育，增强师生专业美学共鸣。

基于师生专业美学认知方面的差异，可能的专业美学思想培养途径包括：通过对电子信息发展历史、现状、未来概览进行专业导学，介绍主要专业课程与我们所生活的世界的联系，增强学生对专业的认可度；通过科学人物及其科研轶事的介绍让学生了解所学的主要专业知识的诞生历程，激发学生对专业学习的热情，产生科研崇拜，培养科学精神；通过具体的专业知识传授让学生感知现有知识抽象问题、解决问题的逻辑及方法的美感，在学习中慢慢得到成长。

美学思想下的专业课程建设是专业美学思想培养的重要阵地，要求每位专业课教师以专业问题为导向，积极开展既符合“科学美” 精神内核，又易于学生接受的 “魅力课堂”。让学生在 “电路分析”“模拟电子电路”“数字电子电路”“信号与系统”“数字信号处理”“通信原理” 等专业基础课的学习中感受并培养 “理性美感”；通过 “C语言程序设计”“单片机原理与设计”“微机原理与设计嵌入式系统设计”“硬件描述语言”“EDA技术” 等课程的学习感受并培养 “工程美感”；通过 “MATLAB”“Multisim”“Protues”“Modelsim” 等工具的学习与使用培养 “实验美感”。

三、结语

响应教育部关于高等学校本科教育 “四个回归” 的号召，以促进师生产生专业美学共鸣，引导学生积极、主动地“回归课堂” 为目标，以电子信息工程专业为例，对科学美的内涵及科学美感知能力的培养思路进行探索。未来，课题组将结合艺术美、科学美、工程美的定位及电子信息工程专业的知识体系、价值体系、创新体系制定完整的调查问卷，对相关教育从业者、受教育对象，以及人才使用者对电子信息工程专业美学思想的认同差异进行调研；探索并实施符合价值体系与创新体系的美学思想在师生间产生共鸣的方法与途径；对专业课程进行美学思想建设，在不影响原有知识体系传授的前提下，渗透相应的专业美学思想，培养以专业为事业的电子信息专业人才。