工科專業(yè)課程去抽象化教學(xué)改革與探索

工科專業(yè)課程去抽象化教學(xué)改革與探究〔〕:

摘要：在大多數(shù)工科專業(yè)中，許多課程數(shù)學(xué)屬性"濃重";，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來很大的困擾。基于"目的-工具-理論";的去抽象化教學(xué)形式討論了如何去除課程中"濃重";的數(shù)學(xué)屬性，使其背后的物理意義更加明晰易理解的教改思路，到達進一步進步教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生對專業(yè)課程的掌握與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：教學(xué)形式；工科課程；數(shù)學(xué)屬性；濃重

本文引用格式：劉渭清.工科專業(yè)課程去抽象化教學(xué)改革與探究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(87):69-70.

隨著國家經(jīng)濟的快速開展，我國高等教育已邁入群眾化階段，大批應(yīng)用型地方本科院校也應(yīng)運而生。這些院校多以工科為主，效勞于地方經(jīng)濟的開展需求。應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)，既要側(cè)重學(xué)生理論才能的訓(xùn)練，又要使學(xué)生具備一定的理論知識作為本科學(xué)歷的保障。然而,不可否認(rèn)的是，應(yīng)用型地方本科院校的生源層次相對較低，生源質(zhì)量相對薄弱【1】，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到了很多困難，尤其對數(shù)學(xué)屬性濃重課程產(chǎn)生畏難情緒。針對此特點，我們以西安文理學(xué)院為背景，討論了工科專業(yè)數(shù)學(xué)屬性濃重課程去抽象化教學(xué)形式，以期到達拋磚引玉的目的。

一背景分析

西安文理學(xué)院作為一所應(yīng)用型地方本科院校，為配合地方經(jīng)濟的開展，開設(shè)有相當(dāng)數(shù)量的工科專業(yè)，譬如，電子信息工程、自動化、人工智能、機器人工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等。這些專業(yè)的大多數(shù)課程往往涉及較多的數(shù)學(xué)知識，公式推導(dǎo)繁瑣，結(jié)論抽象，理解困難。一般應(yīng)用型本科院校學(xué)生對這些課程有怕學(xué)、厭學(xué)及學(xué)不懂、理不清等現(xiàn)象。產(chǎn)生上述問題的原因主要有：第一，學(xué)生難以將教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容相統(tǒng)一。這一層次學(xué)生數(shù)學(xué)根底相對薄弱，對抽象的數(shù)學(xué)推導(dǎo)難以理解,且學(xué)習(xí)過程中僅僅看到大量的數(shù)學(xué)公式而不明白這些數(shù)字背后的物理意義，從而嚴(yán)重打擊了學(xué)習(xí)的積極性。第二，學(xué)生對輔助學(xué)習(xí)工具掌握不到位。盡管專業(yè)各不一樣，但此類課程例如，信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、自動控制原理、機器人原理、通信原理等在實例教學(xué)和實際訓(xùn)練過程中均涉及海量計算或仿真環(huán)境的構(gòu)建，利用手工計算往往無法得到結(jié)果，需要借助相關(guān)設(shè)備或仿真工具。遺憾地是，大局部學(xué)生對輔助工具掌握不夠到位，難以將抽象的數(shù)學(xué)公式詳細(xì)化、形象化、實例化，阻礙了學(xué)習(xí)的深度和廣度?；谝陨戏治?，如何將抽象的數(shù)學(xué)闡述轉(zhuǎn)換為易于理解的詳細(xì)過程是去抽象化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是進步教師教學(xué)才能的重要手段【2】。

二去抽象化策略

〔一〕明確課程目的

人們常說，沒有理論指導(dǎo)的理論必然是盲目的理論。假設(shè)將一門課程的教學(xué)看作是一次理論活動，那么貫穿整個教學(xué)過程始終的核心思想是什么呢？答案：教學(xué)目的。

詳細(xì)以電子信息工程專業(yè)為例其它專業(yè)也根本一致其專業(yè)根底課程安排順序大體是先"技術(shù)";后"理論";。即先學(xué)習(xí)電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、計算機原理、單片機等所謂的"技術(shù)";類課程，后學(xué)習(xí)信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、隨機信號處理等所謂的"理論";類課程，由于"技術(shù)";類課程有相應(yīng)的"物質(zhì)";根底電子元器件或半導(dǎo)體芯片等，其特點是看得見，摸得著，且在日常生活中對課程的背景知識已有所認(rèn)知，因此在教學(xué)過程中學(xué)生對教學(xué)目的易于理解和承受；學(xué)習(xí)過程更多地是一種"微觀";學(xué)習(xí)在目的明確的前提下對課程詳細(xì)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這種目的明確的學(xué)習(xí)使學(xué)生可以充分釋放自己的潛能，對課程內(nèi)容有鉆研的興趣和要求，進而進步了學(xué)習(xí)的自信心和學(xué)習(xí)效果。而"理論";類課程那么轉(zhuǎn)入了算法研究及理論分析,課程缺乏相應(yīng)的物質(zhì)根底看不見、摸不著，且在日常生活中也難以接觸到與課程內(nèi)容相關(guān)的背景知識，學(xué)生難以理解教學(xué)目的，加之繁瑣的理論推導(dǎo)及抽象的結(jié)論，學(xué)生往往不知所云，學(xué)習(xí)潛能得不到釋放，產(chǎn)生了學(xué)習(xí)上的畏難情緒，最終導(dǎo)致教學(xué)的失敗。造成這一現(xiàn)象的根本原因在于學(xué)生不理解課程的目的是什么，也即學(xué)生是在盲目地學(xué)習(xí)，這樣的教學(xué)也必然是盲目的教學(xué)。調(diào)研說明，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可能會求一個信號的傅里葉變換，但并不清楚變換結(jié)果的意義。這樣的學(xué)習(xí)只能是只見樹木不見森林，缺乏對理論體系的完好理解。久而久之，最根本的知識也難以掌握，學(xué)生也就失去了學(xué)習(xí)的興趣。

基于上述分析不難發(fā)現(xiàn)"理論";類課程與"技術(shù)";類課程在教學(xué)上的差異學(xué)生對"理論";類課程目的的認(rèn)識相對困難且滯后。因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)整"理論";類課程內(nèi)容的課時分配及教學(xué)方式。例如信號處理課程首先，在緒論局部向?qū)W生明確闡述課程要解決的問題是什么，及解決問題的思路和方法，使學(xué)生對課程內(nèi)容有一個整體的、全面的認(rèn)知。其次，配合一些具有啟發(fā)性的工程實例作為補充以強化學(xué)生對課程目的的認(rèn)知和記憶。盡管對課程目的做了一定的描繪和說明，然而由于課程的復(fù)雜性和抽象性，學(xué)生仍可能難以深層次地理解課程目的。這就需要將課程總目的貫穿于整個教學(xué)過程，即將總目的分解成各個子目的，在每一章的開始局部需要特別強調(diào)子目的所要解決的問題，以及子目的和總目的的關(guān)系。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)抽象的理論及算法時就會明確其所要到達的目的，不至于在聽課時茫然而不知所措。在學(xué)習(xí)目的明確的前提下，理論的推導(dǎo)過程和抽象的結(jié)論將激發(fā)出學(xué)生的探究欲望，釋放出自身的學(xué)習(xí)潛能，為進一步學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件。

〔二〕利用輔助工具

工欲善其事，必先利其器。在科技迅猛開展的今天，單靠教科書教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。不僅教師，學(xué)生也要純熟掌握各種仿真工具的使用和網(wǎng)絡(luò)資源的獲取。目前，Matlab語言以其諸多優(yōu)點已經(jīng)成為國內(nèi)外高等院校輔助教學(xué)和科研的首選工具，它所提供的專業(yè)工具庫為眾多學(xué)科的學(xué)習(xí)提供了強有力的支撐。例如，教師在講解某一詳細(xì)概念后，可以利用Matlab軟件和投影儀及時演示編程，一行行指令將抽象的理論詳細(xì)化、實例化，加之最終結(jié)果的圖形化，可極大地改善學(xué)生對復(fù)雜概念和結(jié)論的理解程度。同時，學(xué)生在課后復(fù)習(xí)及完成作業(yè)時，借助Matlab強大的數(shù)值運算功能，學(xué)生可以自行設(shè)計方案檢驗相關(guān)理論，也可以及時完成手工計算難以完成的作業(yè)。另外，利用Matlab軟件，學(xué)生可以隨時對所考慮的問題進展仿真驗證，及時看到問題的結(jié)論；這樣極大地拓展了學(xué)習(xí)的深度和廣度，進步了學(xué)習(xí)的興趣，增強了學(xué)習(xí)才能，即使在半夜凌晨也可以通過自己做實驗來驗證瞬間產(chǎn)生的奇思妙想?？梢哉f，充分利用Matlab軟件快速編程的優(yōu)勢，對"教";與"學(xué)";兩方面均大有裨益，抽象的理論變成了實實在在的過程，到達事半功倍的目的。

〔三〕加強理論教學(xué)

唯物主義者認(rèn)為："理論出真知";。工科類課程既有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)屬性，又有較強的工程屬性。這一屬性決定了理論教學(xué)是課程去抽象化屬性的必然選擇理；是理論教學(xué)的自然延伸；是將抽象理論與實際應(yīng)用相聯(lián)絡(luò)的橋梁。多年的教學(xué)理論說明"微工程";機制是一種理論教學(xué)的有效方式。"微工程";是指每講授完一個相對獨立的核心內(nèi)容后，教師給出一個簡單的、接近實際工程應(yīng)用的課題，要求學(xué)生在實習(xí)工廠或?qū)嶒炇?，利用相關(guān)儀器和設(shè)備或仿真軟件進展應(yīng)用訓(xùn)練，獲取經(jīng)歷性知識。在掌握實際應(yīng)用的根底上，反過來再對理論性知識進展歸類總結(jié)，到達透徹理解理論知識的目的。

三去抽象化教學(xué)形式的意義

以上討論了以"教學(xué)目的、輔助工具、理論教學(xué)";三者有機結(jié)合構(gòu)成的去抽象化教學(xué)形式。這種教學(xué)形式破解了工科學(xué)生對數(shù)學(xué)屬性濃重課程的"恐懼心理";，具有廣泛的適用性。尤其對一般應(yīng)用型地方本科院校而言，學(xué)生在掌握實際技能的同時，也具備一定的理論分析才能，成為效勞地方經(jīng)濟的應(yīng)用型人才。

參考文獻

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