關于理科類課程研究性教學模式的若干探索

摘要：通過分析研究性教學在國內外發展的近況，結合目前高校理科類現行教學模式的情況，提出了一種以問題為向導的研究型教學模式。通過改變現行課堂教學模式，加強實驗課程環節，輔以新的“能力”考核方式，從而達到教學改革的目標：培養有責任感和團隊合作精神的高級應用型創新人才。

關鍵詞：教學改革；創新教學；研究性教學；創新型人才培養

作者簡介：張麗（1979-），女，土家族，湖南長沙人，長沙理工大學數學與計算科學學院，副教授；周偉軍（1977-），男，湖南隆回人，長沙理工大學數學與計算科學學院，副教授。（湖南#8194;長沙#8194;410004）

基金項目：本文系湖南省教育廳普通高校教學改革研究立項基金項目“‘數值數學’系列課程研究性教學的探索與實踐”（項目編號：湘教通[2012]401號No.140）的研究成果。

中圖分類號：G647#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2014）14-0063-02

隨著科學技術的飛速發展，社會對人才素質提出了更高的要求，對高級創新人才的需求也不斷增加。為了迎接新世紀的挑戰，各高等院校都在積極探討高級應用型創新人才的培養目標和培養模式。傳統教學模式的種種弊端說明高級應用型創新人才的培養必須以教學模式的改革與創新為前提，為此研究性教學模式應運而生，成為高等教育順應社會對應用型創新人才需求的必然選擇。

一、研究性教學模式的發展歷程和現狀

研究性教學是教師以培養學生的研究意識、研究能力和創新能力為目標，從學科領域、課程內容或現實生活中選擇和確定專題進行研究，通過教學過程的研究性（教學與研究的有機結合）引導學生進行研究性學習（學習與研究的有機結合）的教學。

20世紀80年代以來，伴隨著時代特征的轉變、教育改革呼聲的高漲和教育理論的發展，研究性教學得到了更好的發展與完善。美國、德國等發達國家紛紛出臺各種舉措加快教育改革的步伐，并都把教學方法改革作為重要的切入口，倡導研究性教學。①以研究性教學在高校教育中的發展為例，在美國研究型大學的本科教學體系中，已經實現了教學和科研的融合，主要做法：一是提供更多的科研和實踐機會，二是增設討論課，三是開設跨學科課程，四是創設了科研學分制，五是提供信息化課程教學。在德國，注重學生自學與正式講課相結合，學生小組的項目定向學習法（project-oriented learning）取得了較好的成果。在丹麥，項目教學（project work）是教育部規定的大學和職業學院的重要教學方法。在瑞典，新的教學方法如問題學習法（problem-based learning）被來自不同專業背景的學生用來解決較為復雜的問題。在挪威，大班授課與小班討論和輔導相結合，問題學習法被用于社會科學、醫學等許多“交互式”課程的教學，以鼓勵學生在解決問題的過程中獲得自己的經驗。[1-3]在我國實施研究性教學方面，清華大學起步最早，從1995年開始實施主要面向本科生的“大學生研究訓練計劃”（SRT），在全校范圍內營造有利于培養學生創新思維和創新能力的大環境或氣氛，強調將實踐與研究融入教學過程，獨立設置各類實踐環節，鼓勵設置項目訓練型、討論型課程，將大學生研究訓練計劃等課外科技實踐活動列入培養方案。倡導探究式自主學習方式，開設“新生研討課”（Freshman Seminar），從而在課內課外形成學習與研究并進的氛圍。隨著浙江大學、中國科技大學、北京大學的先后加入，進入21世紀后，我國出現了以培養創新人才為目標的創新教育理念。[4]一方面，在創新教育理念指導下的教學必然是研究性教學，另一方面研究性教學也成為實現創新教育的重要途徑。而2001年與2005年我國教育部頒布的兩個文件使得研究性教學倍受重視。教育部（教高［2001］4號文件）《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》“提倡教授上講臺”，就是要把教授的科研體現在教學過程之中，使研究成果及時進入教學內容，使教學過程具有探究性。“提倡實驗教學與科研課題相結合，創造條件使學生較早地參與科學研究和創新活動”。教育部（教高［2005］1號文件）《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中明確指出要“積極推進研究性教學，提高大學生的創新能力”。這是本科教育文件中首次明確使用了“研究性教學”一語，標志著以研究性教學為突破口，推動并優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下，圍繞大學研究性教學的理論研究和實踐探索紛紛展開。

在我國高校，盡管與研究性教學性質相類似的教學改革早已進行了多年，但真正冠以“研究性教學”（或“研究型教學”）之名的教學改革活動才剛剛起步。隨著擴招后生源質量一定程度的下降，師資力量的緊缺，圖書資料、實驗設備等教學資源的匱乏，教學思想和教學方法的落后，大學教學在培養學生科研素質和提高創新能力方面面臨更大的問題。

二、理科類現行教學方式之現狀分析與思考

傳統意義上，理科主要是指數學和自然科學等基礎學科，即通常所說的“數、理、化、天、地、生”六大學科，這稱之為基礎理科。現代高等教育有時也把由這些學科衍生出來的技術科學和邊緣交叉學科，如力學、信息與電子科學等學科歸為理科，也可稱為應用理科。理科知識在人類知識體系中最具本源性和基礎性，是其他學科知識的源頭活水，能為其他學科提供豐富的思想源泉、科學方法和研究手段。因此理科學習具有很大的相似性，如漸進特征、邏輯特征、技能特征和自學特征。但是中國國內理科類課程的傳統教學，多年來一直重理論輕實踐、重知識輕能力。以數學教學為例，對現有狀況做簡單分析。

1.教學思路的轉變

既要重視知識的傳授，更要加強數學思維的訓練。講授法至今仍是大學數學教學中最常用的教學方法。從單純的知識傳授轉變成融知識、能力、素質于一體，引導學生參與發現研究的全過程，從而找到科學的思想方法。相對于具體的數學知識的學習而言，思維的訓練無疑更加重要。有效的思維方法能讓學生在數學發現的過程中培養發現問題的意識，為研究性學習打下基礎。

2.教學身份的轉變

既要重視教師的“研究性的教授”，更要加強學生的“研究性的學習”。在傳統的數學教學中，學生是被動的接受者。研究性教學的重點不僅在于教師的“教”的改變，對學生的要求也要提高。學生不僅要系統地掌握數學知識，更要學會如何在學習中主動思考，提出并解決問題。因此在研究性教學中，教師應努力成為研究性的教師，而學生也應該成為研究性的學習者。

3.教學眼光的轉變

既要重視本課程知識的教授，更要將相關知識融會貫通。我國高校專業教師的教學活動一般注重單一的知識領域，導致課程之間、專業之間、學科之間的相互聯系、綜合銜接較少，致使學生無法將總體知識融會貫通、學以致用，從而碎裂了“研究”的基礎。

4.考核標準的改變

既要重視對本課程知識的考核，更要重視對學生能力的考核。考試是對教學質量和學習水平的有效評估，合理地進行考核是必要的。但迄今為止，課程的閉卷考試仍是唯一的考核形式，這對學生的研究性學習無疑是一個巨大的障礙。如何設立有效的考核機制，提高學生的學習熱情，無疑也是研究性教學改革任務之一。

三、改變理科類現行教學方式的措施

教育部和財政部（教高[2007]1號文件）《關于實施“高等學校本科教學教學質量與教學改革工程”的意見》中明確指出，教學改革的核心內容是“以倡導啟發式教學和研究性學習為核心，探索教學理念、培養模式和管理機制的全方位創新”，“推進高等學校在教學內容、課程體系、實踐環節等方面進行人才培養模式的綜合改革”，通過“開展大學生競賽活動，重點資助在全國具有較大影響和廣泛參與面的大學生競賽活動，激發大學生的興趣和潛能，培養大學生的團隊協作意識和創新精神”。以數學類的課程“最優化方法”為例具體闡述，對改變理科類現行教學方式的措施進行了探討。

1.課堂教學模式的探索與改革

研究型教學主要是高水平、研究型大學所特有的一種教學模式，同時也是一種嶄新的教學理念。其需要全新的教學內容以及全新的教學方式及方法。全新的教學內容是指打破原有各門課程原有的內在（實際上是傳統、片面的）科學邏輯體系，借助研究型教學新的方式方法，按知識點重構教學內容。一般來說，研究型教學模式的基本過程如下：采用創設科學/工程情景→提出問題→分析問題→解決問題→內化知識→形成能力。教學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目的參與式。以數值數學學科中的“最優化方法”教學為例進行具體說明。以往一般按照教材章節進行教學，內容固定，材料單一，教學效果得不到保障。如果以數學應用為線索組織課程內容，問題的選取簡明易懂，具有深刻內涵和專業特色，就能夠很好地引起學生探索的興趣，使學生在探索中接受科學研究的訓練，在訓練中鍛煉創造性的能力。同時，教師應以數學學習為目標實施課堂教學。“最優化方法”課程一般開設在三、四年級，對于數學經典概念、常用方法均有所接觸，例如牛頓迭代法、插值與擬合等，但這些知識點仍是孤立的。如何將知識點構建成網絡，并在實際中加以應用，在應用中進一步理解、掌握和提升，是教師教學中的一個難題。

2.實驗教學模式的探索與改革

課程教學是以問題的提出和方法的選擇為首要任務，而問題的解決則要借助于各類數學軟件（MATLAB、C、VB、JAVA等）編程來實現。實驗教學是本課程研究型教學改革必不可缺的一個重要環節，其主要目的在于培養學生的實踐能力和科學計算能力。將課堂所學的每一個算法理論應用到實例中，這是一個消化吸收課堂講授的過程。同時，學生還可以在數值實驗的實施過程中發現新的問題，提出自己的解決方案。例如算法的復雜性、收斂速度、運算量等相關問題，僅靠課堂教學和理論推導很難講明白。而在數值實驗過程中，學生不僅要學會如何針對具體問題選擇合適的算法，還要學會正確分析計算結果的可靠性。另外，還要學會提高計算效率的思想和方法，并發展這些算法。學生在實際計算過程中，可以通過繪圖或者數據處理等方式進行數據分析，從而加深對課堂講授的理解和應用。在最優化理論的科學研究中，理論與實驗相結合一直被認為是最有效的研究方式，而學生也能在參與的過程中初步感到科研活動的樂趣和無窮動力。

3.教學考核模式的探索與改革

傳統的教學考核方式就是閉卷考試。但是如何設計考題使得知識面專而深，既能考查基礎知識，又能考查解決問題的能力，是改革的一大核心內容。同時，因為研究型教學改革使得傳統教學的目標發生改變，所以數值實驗也應納入考核的范疇。但是值得注意的是，數值實驗環節一直存在著很大的頑癥——實驗題目有限和學生之間互相抄襲。如何利用有限的題目，既能考核學生的真實能力，又能避免出現抄襲，數值實驗考核標準的改革勢在必行。比如將學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，然后對實驗結果進行分析，如精度、CPU耗時，誤差等，最終形成有針對性的實驗數據分析報告。

4.數學建模競賽模式的探索與改革

數學建模競賽是學科應用于實際最好的橋梁。目前有影響力的全國性競賽有“中國電機工程學會杯”全國大學生電工數學建模競賽和“高教社杯”全國大學生數學建模競賽。在實驗教學環節，采用團隊合作的機制，基本模擬了競賽的體制，因此當真正面對競爭時，學生們不會感覺陌生，在壓力下更能激發潛力和團隊優勢。對于學生而言，不僅是能力的提升，更是一種檢驗。

從實際出發的以問題為向導的研究型教學，在數學類課程教學中，通過改變現行課堂教學模式，加強實驗課程環節，輔以新的“能力”考核方式，能夠極大地提高學生的學習興趣和實際應用能力。這樣不僅可以培養學生的創新意識和創新能力，關鍵是培養了學生掌握研究方法的能力。采用數模競賽形式，進一步培養了學生的合作意識和能力，使得他們得以關注現實，形成責任感。

通過上面對數學類課程的分析可以發現，理科類教學如果能與實際問題掛鉤，或者以科研課題為向導，在教學各個環節實現相對應的改革，則能在很大程度上改變學生“盲學無用”的現狀，也能對學生的能力培養產生較為積極的影響。因此，不僅要加強理科類基礎課程的建設與改革，更應在強調基礎的同時重視應用性課程的建設；注重理工結合，構建合理的課程體系；通過加強實驗性教學環節和引入競賽（如“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生力學競賽、全國大學生結構設計大賽等），檢驗學生掌握知識的程度。

四、結語

理科作為基礎學科，支撐著其他學科的發展。特別是現代科技的進步，要求各學科領域相互交叉、滲透，理科更是不可缺少的一部分。借助于研究性教學手段在理科類課程各個環節中的應用，真正讓學生們將知識融會貫通，將各項能力得以大幅提升。但是這里面涉及到如何構建理科發展的平臺，如何促進理工之間的合作，如何推進理科與其他學科的協調發展，如何完善促進理科發展的政策、制度與環境等諸多問題，都亟需在中國高等理科教育深化改革中進一步去思考和探索。

注釋：

①摘自全國教育科學規劃十五課題(國家一般課題)“大學研究性教學研究”(課題編號:BIA050025)，主持人為湖南大學教育科學研究院姚利民。

參考文獻：

[1]徐穎.國外研究性大學教學與科研互動經驗及借鑒[J].技術經濟與管理研究，2011，(6):52-57.

[2]賀國慶，王保星，朱文富.外國高等教育史[M].北京:人民教育出版社，2003.

[3]劉贊英，王嵐，朱靜然，等.國外大學研究性教學經驗及其啟示[J].河北科技大學學報(社科版)，2007，(1):68-75.

[4]趙韓強，趙樹凱，余沛明.淺談研究型大學的研究型教學模式[J].高等理科教育，20O7.(3):101-104.

（責任編輯：王意琴）