摘要:通過分析研究性教學(xué)在國內(nèi)外發(fā)展的近況,結(jié)合目前高校理科類現(xiàn)行教學(xué)模式的情況,提出了一種以問題為向?qū)У难芯啃徒虒W(xué)模式。通過改變現(xiàn)行課堂教學(xué)模式,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié),輔以新的“能力”考核方式,從而達(dá)到教學(xué)改革的目標(biāo):培養(yǎng)有責(zé)任感和團(tuán)隊(duì)合作精神的高級(jí)應(yīng)用型創(chuàng)新人才。
關(guān)鍵詞:教學(xué)改革;創(chuàng)新教學(xué);研究性教學(xué);創(chuàng)新型人才培養(yǎng)
作者簡介:張麗(1979-),女,土家族,湖南長沙人,長沙理工大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院,副教授;周偉軍(1977-),男,湖南隆回人,長沙理工大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院,副教授。(湖南#8194;長沙#8194;410004)
基金項(xiàng)目:本文系湖南省教育廳普通高校教學(xué)改革研究立項(xiàng)基金項(xiàng)目“‘?dāng)?shù)值數(shù)學(xué)’系列課程研究性教學(xué)的探索與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號(hào):湘教通[2012]401號(hào)No.140)的研究成果。
中圖分類號(hào):G647#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào):1007-0079(2014)14-0063-02
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,社會(huì)對(duì)人才素質(zhì)提出了更高的要求,對(duì)高級(jí)創(chuàng)新人才的需求也不斷增加。為了迎接新世紀(jì)的挑戰(zhàn),各高等院校都在積極探討高級(jí)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式的種種弊端說明高級(jí)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)必須以教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新為前提,為此研究性教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生,成為高等教育順應(yīng)社會(huì)對(duì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才需求的必然選擇。
一、研究性教學(xué)模式的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
研究性教學(xué)是教師以培養(yǎng)學(xué)生的研究意識(shí)、研究能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo),從學(xué)科領(lǐng)域、課程內(nèi)容或現(xiàn)實(shí)生活中選擇和確定專題進(jìn)行研究,通過教學(xué)過程的研究性(教學(xué)與研究的有機(jī)結(jié)合)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)(學(xué)習(xí)與研究的有機(jī)結(jié)合)的教學(xué)。
20世紀(jì)80年代以來,伴隨著時(shí)代特征的轉(zhuǎn)變、教育改革呼聲的高漲和教育理論的發(fā)展,研究性教學(xué)得到了更好的發(fā)展與完善。美國、德國等發(fā)達(dá)國家紛紛出臺(tái)各種舉措加快教育改革的步伐,并都把教學(xué)方法改革作為重要的切入口,倡導(dǎo)研究性教學(xué)。①以研究性教學(xué)在高校教育中的發(fā)展為例,在美國研究型大學(xué)的本科教學(xué)體系中,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)和科研的融合,主要做法:一是提供更多的科研和實(shí)踐機(jī)會(huì),二是增設(shè)討論課,三是開設(shè)跨學(xué)科課程,四是創(chuàng)設(shè)了科研學(xué)分制,五是提供信息化課程教學(xué)。在德國,注重學(xué)生自學(xué)與正式講課相結(jié)合,學(xué)生小組的項(xiàng)目定向?qū)W習(xí)法(project-oriented learning)取得了較好的成果。在丹麥,項(xiàng)目教學(xué)(project work)是教育部規(guī)定的大學(xué)和職業(yè)學(xué)院的重要教學(xué)方法。在瑞典,新的教學(xué)方法如問題學(xué)習(xí)法(problem-based learning)被來自不同專業(yè)背景的學(xué)生用來解決較為復(fù)雜的問題。在挪威,大班授課與小班討論和輔導(dǎo)相結(jié)合,問題學(xué)習(xí)法被用于社會(huì)科學(xué)、醫(yī)學(xué)等許多“交互式”課程的教學(xué),以鼓勵(lì)學(xué)生在解決問題的過程中獲得自己的經(jīng)驗(yàn)。[1-3]在我國實(shí)施研究性教學(xué)方面,清華大學(xué)起步最早,從1995年開始實(shí)施主要面向本科生的“大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃”(SRT),在全校范圍內(nèi)營造有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的大環(huán)境或氣氛,強(qiáng)調(diào)將實(shí)踐與研究融入教學(xué)過程,獨(dú)立設(shè)置各類實(shí)踐環(huán)節(jié),鼓勵(lì)設(shè)置項(xiàng)目訓(xùn)練型、討論型課程,將大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃等課外科技實(shí)踐活動(dòng)列入培養(yǎng)方案。倡導(dǎo)探究式自主學(xué)習(xí)方式,開設(shè)“新生研討課”(Freshman Seminar),從而在課內(nèi)課外形成學(xué)習(xí)與研究并進(jìn)的氛圍。隨著浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)、北京大學(xué)的先后加入,進(jìn)入21世紀(jì)后,我國出現(xiàn)了以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)的創(chuàng)新教育理念。[4]一方面,在創(chuàng)新教育理念指導(dǎo)下的教學(xué)必然是研究性教學(xué),另一方面研究性教學(xué)也成為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新教育的重要途徑。而2001年與2005年我國教育部頒布的兩個(gè)文件使得研究性教學(xué)倍受重視。教育部(教高[2001]4號(hào)文件)《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》“提倡教授上講臺(tái)”,就是要把教授的科研體現(xiàn)在教學(xué)過程之中,使研究成果及時(shí)進(jìn)入教學(xué)內(nèi)容,使教學(xué)過程具有探究性?!疤岢珜?shí)驗(yàn)教學(xué)與科研課題相結(jié)合,創(chuàng)造條件使學(xué)生較早地參與科學(xué)研究和創(chuàng)新活動(dòng)”。教育部(教高[2005]1號(hào)文件)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中明確指出要“積極推進(jìn)研究性教學(xué),提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”。這是本科教育文件中首次明確使用了“研究性教學(xué)”一語,標(biāo)志著以研究性教學(xué)為突破口,推動(dòng)并優(yōu)化我國本科教育改革成為了國家要求。由此,在國家的要求和鼓勵(lì)下,圍繞大學(xué)研究性教學(xué)的理論研究和實(shí)踐探索紛紛展開。
在我國高校,盡管與研究性教學(xué)性質(zhì)相類似的教學(xué)改革早已進(jìn)行了多年,但真正冠以“研究性教學(xué)”(或“研究型教學(xué)”)之名的教學(xué)改革活動(dòng)才剛剛起步。隨著擴(kuò)招后生源質(zhì)量一定程度的下降,師資力量的緊缺,圖書資料、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等教學(xué)資源的匱乏,教學(xué)思想和教學(xué)方法的落后,大學(xué)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)和提高創(chuàng)新能力方面面臨更大的問題。
二、理科類現(xiàn)行教學(xué)方式之現(xiàn)狀分析與思考
傳統(tǒng)意義上,理科主要是指數(shù)學(xué)和自然科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科,即通常所說的“數(shù)、理、化、天、地、生”六大學(xué)科,這稱之為基礎(chǔ)理科?,F(xiàn)代高等教育有時(shí)也把由這些學(xué)科衍生出來的技術(shù)科學(xué)和邊緣交叉學(xué)科,如力學(xué)、信息與電子科學(xué)等學(xué)科歸為理科,也可稱為應(yīng)用理科。理科知識(shí)在人類知識(shí)體系中最具本源性和基礎(chǔ)性,是其他學(xué)科知識(shí)的源頭活水,能為其他學(xué)科提供豐富的思想源泉、科學(xué)方法和研究手段。因此理科學(xué)習(xí)具有很大的相似性,如漸進(jìn)特征、邏輯特征、技能特征和自學(xué)特征。但是中國國內(nèi)理科類課程的傳統(tǒng)教學(xué),多年來一直重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)輕能力。以數(shù)學(xué)教學(xué)為例,對(duì)現(xiàn)有狀況做簡單分析。
1.教學(xué)思路的轉(zhuǎn)變
既要重視知識(shí)的傳授,更要加強(qiáng)數(shù)學(xué)思維的訓(xùn)練。講授法至今仍是大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中最常用的教學(xué)方法。從單純的知識(shí)傳授轉(zhuǎn)變成融知識(shí)、能力、素質(zhì)于一體,引導(dǎo)學(xué)生參與發(fā)現(xiàn)研究的全過程,從而找到科學(xué)的思想方法。相對(duì)于具體的數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)而言,思維的訓(xùn)練無疑更加重要。有效的思維方法能讓學(xué)生在數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程中培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí),為研究性學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
2.教學(xué)身份的轉(zhuǎn)變
既要重視教師的“研究性的教授”,更要加強(qiáng)學(xué)生的“研究性的學(xué)習(xí)”。在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)中,學(xué)生是被動(dòng)的接受者。研究性教學(xué)的重點(diǎn)不僅在于教師的“教”的改變,對(duì)學(xué)生的要求也要提高。學(xué)生不僅要系統(tǒng)地掌握數(shù)學(xué)知識(shí),更要學(xué)會(huì)如何在學(xué)習(xí)中主動(dòng)思考,提出并解決問題。因此在研究性教學(xué)中,教師應(yīng)努力成為研究性的教師,而學(xué)生也應(yīng)該成為研究性的學(xué)習(xí)者。
3.教學(xué)眼光的轉(zhuǎn)變
既要重視本課程知識(shí)的教授,更要將相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通。我國高校專業(yè)教師的教學(xué)活動(dòng)一般注重單一的知識(shí)領(lǐng)域,導(dǎo)致課程之間、專業(yè)之間、學(xué)科之間的相互聯(lián)系、綜合銜接較少,致使學(xué)生無法將總體知識(shí)融會(huì)貫通、學(xué)以致用,從而碎裂了“研究”的基礎(chǔ)。
4.考核標(biāo)準(zhǔn)的改變
既要重視對(duì)本課程知識(shí)的考核,更要重視對(duì)學(xué)生能力的考核。考試是對(duì)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)水平的有效評(píng)估,合理地進(jìn)行考核是必要的。但迄今為止,課程的閉卷考試仍是唯一的考核形式,這對(duì)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)無疑是一個(gè)巨大的障礙。如何設(shè)立有效的考核機(jī)制,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,無疑也是研究性教學(xué)改革任務(wù)之一。
三、改變理科類現(xiàn)行教學(xué)方式的措施
教育部和財(cái)政部(教高[2007]1號(hào)文件)《關(guān)于實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見》中明確指出,教學(xué)改革的核心內(nèi)容是“以倡導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)為核心,探索教學(xué)理念、培養(yǎng)模式和管理機(jī)制的全方位創(chuàng)新”,“推進(jìn)高等學(xué)校在教學(xué)內(nèi)容、課程體系、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行人才培養(yǎng)模式的綜合改革”,通過“開展大學(xué)生競賽活動(dòng),重點(diǎn)資助在全國具有較大影響和廣泛參與面的大學(xué)生競賽活動(dòng),激發(fā)大學(xué)生的興趣和潛能,培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新精神”。以數(shù)學(xué)類的課程“最優(yōu)化方法”為例具體闡述,對(duì)改變理科類現(xiàn)行教學(xué)方式的措施進(jìn)行了探討。
1.課堂教學(xué)模式的探索與改革
研究型教學(xué)主要是高水平、研究型大學(xué)所特有的一種教學(xué)模式,同時(shí)也是一種嶄新的教學(xué)理念。其需要全新的教學(xué)內(nèi)容以及全新的教學(xué)方式及方法。全新的教學(xué)內(nèi)容是指打破原有各門課程原有的內(nèi)在(實(shí)際上是傳統(tǒng)、片面的)科學(xué)邏輯體系,借助研究型教學(xué)新的方式方法,按知識(shí)點(diǎn)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。一般來說,研究型教學(xué)模式的基本過程如下:采用創(chuàng)設(shè)科學(xué)/工程情景→提出問題→分析問題→解決問題→內(nèi)化知識(shí)→形成能力。教學(xué)方法有三種基本形式:基于問題的探究式、基于案例的討論式和基于項(xiàng)目的參與式。以數(shù)值數(shù)學(xué)學(xué)科中的“最優(yōu)化方法”教學(xué)為例進(jìn)行具體說明。以往一般按照教材章節(jié)進(jìn)行教學(xué),內(nèi)容固定,材料單一,教學(xué)效果得不到保障。如果以數(shù)學(xué)應(yīng)用為線索組織課程內(nèi)容,問題的選取簡明易懂,具有深刻內(nèi)涵和專業(yè)特色,就能夠很好地引起學(xué)生探索的興趣,使學(xué)生在探索中接受科學(xué)研究的訓(xùn)練,在訓(xùn)練中鍛煉創(chuàng)造性的能力。同時(shí),教師應(yīng)以數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)為目標(biāo)實(shí)施課堂教學(xué)?!白顑?yōu)化方法”課程一般開設(shè)在三、四年級(jí),對(duì)于數(shù)學(xué)經(jīng)典概念、常用方法均有所接觸,例如牛頓迭代法、插值與擬合等,但這些知識(shí)點(diǎn)仍是孤立的。如何將知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò),并在實(shí)際中加以應(yīng)用,在應(yīng)用中進(jìn)一步理解、掌握和提升,是教師教學(xué)中的一個(gè)難題。
2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與改革
課程教學(xué)是以問題的提出和方法的選擇為首要任務(wù),而問題的解決則要借助于各類數(shù)學(xué)軟件(MATLAB、C、VB、JAVA等)編程來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本課程研究型教學(xué)改革必不可缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié),其主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和科學(xué)計(jì)算能力。將課堂所學(xué)的每一個(gè)算法理論應(yīng)用到實(shí)例中,這是一個(gè)消化吸收課堂講授的過程。同時(shí),學(xué)生還可以在數(shù)值實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)新的問題,提出自己的解決方案。例如算法的復(fù)雜性、收斂速度、運(yùn)算量等相關(guān)問題,僅靠課堂教學(xué)和理論推導(dǎo)很難講明白。而在數(shù)值實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)如何針對(duì)具體問題選擇合適的算法,還要學(xué)會(huì)正確分析計(jì)算結(jié)果的可靠性。另外,還要學(xué)會(huì)提高計(jì)算效率的思想和方法,并發(fā)展這些算法。學(xué)生在實(shí)際計(jì)算過程中,可以通過繪圖或者數(shù)據(jù)處理等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,從而加深對(duì)課堂講授的理解和應(yīng)用。在最優(yōu)化理論的科學(xué)研究中,理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合一直被認(rèn)為是最有效的研究方式,而學(xué)生也能在參與的過程中初步感到科研活動(dòng)的樂趣和無窮動(dòng)力。
3.教學(xué)考核模式的探索與改革
傳統(tǒng)的教學(xué)考核方式就是閉卷考試。但是如何設(shè)計(jì)考題使得知識(shí)面專而深,既能考查基礎(chǔ)知識(shí),又能考查解決問題的能力,是改革的一大核心內(nèi)容。同時(shí),因?yàn)檠芯啃徒虒W(xué)改革使得傳統(tǒng)教學(xué)的目標(biāo)發(fā)生改變,所以數(shù)值實(shí)驗(yàn)也應(yīng)納入考核的范疇。但是值得注意的是,數(shù)值實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一直存在著很大的頑癥——實(shí)驗(yàn)題目有限和學(xué)生之間互相抄襲。如何利用有限的題目,既能考核學(xué)生的真實(shí)能力,又能避免出現(xiàn)抄襲,數(shù)值實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)的改革勢在必行。比如將學(xué)生分組做不同的題目,或者相同的題目,不同的小組采用不同的方法求解,然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,如精度、CPU耗時(shí),誤差等,最終形成有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析報(bào)告。
4.數(shù)學(xué)建模競賽模式的探索與改革
數(shù)學(xué)建模競賽是學(xué)科應(yīng)用于實(shí)際最好的橋梁。目前有影響力的全國性競賽有“中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)杯”全國大學(xué)生電工數(shù)學(xué)建模競賽和“高教社杯”全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),采用團(tuán)隊(duì)合作的機(jī)制,基本模擬了競賽的體制,因此當(dāng)真正面對(duì)競爭時(shí),學(xué)生們不會(huì)感覺陌生,在壓力下更能激發(fā)潛力和團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢。對(duì)于學(xué)生而言,不僅是能力的提升,更是一種檢驗(yàn)。
從實(shí)際出發(fā)的以問題為向?qū)У难芯啃徒虒W(xué),在數(shù)學(xué)類課程教學(xué)中,通過改變現(xiàn)行課堂教學(xué)模式,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié),輔以新的“能力”考核方式,能夠極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際應(yīng)用能力。這樣不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,關(guān)鍵是培養(yǎng)了學(xué)生掌握研究方法的能力。采用數(shù)模競賽形式,進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識(shí)和能力,使得他們得以關(guān)注現(xiàn)實(shí),形成責(zé)任感。
通過上面對(duì)數(shù)學(xué)類課程的分析可以發(fā)現(xiàn),理科類教學(xué)如果能與實(shí)際問題掛鉤,或者以科研課題為向?qū)?,在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的改革,則能在很大程度上改變學(xué)生“盲學(xué)無用”的現(xiàn)狀,也能對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)產(chǎn)生較為積極的影響。因此,不僅要加強(qiáng)理科類基礎(chǔ)課程的建設(shè)與改革,更應(yīng)在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的同時(shí)重視應(yīng)用性課程的建設(shè);注重理工結(jié)合,構(gòu)建合理的課程體系;通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)性教學(xué)環(huán)節(jié)和引入競賽(如“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生力學(xué)競賽、全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽等),檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的程度。
四、結(jié)語
理科作為基礎(chǔ)學(xué)科,支撐著其他學(xué)科的發(fā)展。特別是現(xiàn)代科技的進(jìn)步,要求各學(xué)科領(lǐng)域相互交叉、滲透,理科更是不可缺少的一部分。借助于研究性教學(xué)手段在理科類課程各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用,真正讓學(xué)生們將知識(shí)融會(huì)貫通,將各項(xiàng)能力得以大幅提升。但是這里面涉及到如何構(gòu)建理科發(fā)展的平臺(tái),如何促進(jìn)理工之間的合作,如何推進(jìn)理科與其他學(xué)科的協(xié)調(diào)發(fā)展,如何完善促進(jìn)理科發(fā)展的政策、制度與環(huán)境等諸多問題,都亟需在中國高等理科教育深化改革中進(jìn)一步去思考和探索。
注釋:
①摘自全國教育科學(xué)規(guī)劃十五課題(國家一般課題)“大學(xué)研究性教學(xué)研究”(課題編號(hào):BIA050025),主持人為湖南大學(xué)教育科學(xué)研究院姚利民。
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(責(zé)任編輯:王意琴)