工科专业课程去抽象化教学改革与探索
刘渭清
（西安文理学院电子工程系，陕西西安）
摘要： 在大多数工科专业中，许多课程数学属性“浓重”，给学生的学习带来很大的困扰。基于“目标·工具·实践”的去抽象化教学模式探讨了如何去除课程中“浓重”的数学属性，使其背后的物理意义更加清晰易理解的教改思路，达到进一步提高教学质量，促进学生对专业课程的掌握与应用。
关键词： 教学模式；工科课程；数学属性；浓重
随着国家经济的快速发展，我国高等教育已迈入大众化阶段，大批应用型地方本科院校也应运而生。这些院校多以工科为主，服务于地方经济的发展需求。应用型本科人才的培养，既要侧重学生实践能力的训练，又要使学生具备一定的理论知识作为本科学历的保障。然而，不可否认的是，应用型地方本科院校的生源层次相对较低，生源质量相对薄弱[1]，导致学生在学习中遇到了很多困难，尤其对数学属性浓重课程产生畏难情绪。针对此特点，我们以西安文理学院为背景，探讨了工科专业数学属性浓重课程去抽象化教学模式，以期达到抛砖引玉的目的。
由于体温测量节点采用穿戴式且患者会在医院活动，所以在医院所有公共区域设置路由器节点，患者从一个区域移动到另外一个区域时，ZigBee通信协议自动脱离前一个路由器重新自动加入当前区域路由器，路由器节点再将数据发送到协调器。协调器模块的主要的任务是实现对数据的接收、处理并将处理好的数据通过串口传送给PC客户端。
一 背景分析
西安文理学院作为一所应用型地方本科院校，为配合地方经济的发展，开设有相当数量的工科专业，譬如，电子信息工程、自动化、人工智能、机器人工程、物联网工程等。这些专业的大多数课程往往涉及较多的数学知识，公式推导繁琐，结论抽象，理解困难。一般应用型本科院校学生对这些课程有怕学、厌学及学不懂、理不清等现象。产生上述问题的原因主要有：第一，学生难以将教学目标和教学内容相统一。这一层次学生数学基础相对薄弱，对抽象的数学推导难以理解，且学习过程中仅仅看到大量的数学公式而不明白这些数字背后的物理意义，从而严重打击了学习的积极性。第二，学生对辅助学习工具掌握不到位。尽管专业各不相同，但此类课程——例如，信号与系统、数字信号处理、自动控制原理、机器人原理、通信原理等——在实例教学和实际训练过程中均涉及海量计算或仿真环境的构建，利用手工计算往往无法得到结果，需要借助相关设备或仿真工具。遗憾地是，大部分学生对辅助工具掌握不够到位，难以将抽象的数学公式具体化、形象化、实例化，妨碍了学习的深度和广度。基于以上分析，如何将抽象的数学论述转换为易于理解的具体过程是去抽象化的关键环节，是提高教师教学能力的重要手段[2]。
二 去抽象化策略
（一）明确课程目标
人们常说，没有理论指导的实践必然是盲目的实践。如果将一门课程的教学看作是一次实践活动，那么贯穿整个教学过程始终的核心思想是什么呢？答案：教学目标。
具体以电子信息工程专业为例——其它专业也基本一致——其专业基础课程安排顺序大体是先“技术”后“理论”。即先学习电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、计算机原理、单片机等所谓的“技术”类课程，后学习信号与系统、数字信号处理、随机信号处理等所谓的“理论”类课程，由于“技术”类课程有相应的“物质”基础——电子元器件或半导体芯片等，其特点是看得见，摸得着，且在日常生活中对课程的背景知识已有所认知，因而在教学过程中学生对教学目标易于理解和接受；学习过程更多地是一种“微观”学习——在目标明确的前提下对课程具体内容的学习。这种目标明确的学习使学生能够充分释放自己的潜能，对课程内容有钻研的兴趣和要求，进而提高了学习的自信心和学习效果。而“理论”类课程则转入了算法研究及理论分析，课程缺乏相应的物质基础——看不见、摸不着，且在日常生活中也难以接触到与课程内容相关的背景知识，学生难以理解教学目标，加之繁琐的理论推导及抽象的结论，学生往往不知所云，学习潜能得不到释放，产生了学习上的畏难情绪，最终导致教学的失败。造成这一现象的根本原因在于学生不理解课程的目标是什么，也即学生是在盲目地学习，这样的教学也必然是盲目的教学。调研表明，在学习过程中，学生可能会求一个信号的傅里叶变换，但并不清楚变换结果的意义。这样的学习只能是只见树木不见森林，缺乏对理论体系的完整理解。久而久之，最基本的知识也难以掌握，学生也就失去了学习的兴趣。
工欲善其事，必先利其器。在科技迅猛发展的今天，单靠教科书教学是远远不够的。不仅教师，学生也要熟练掌握各种仿真工具的使用和网络资源的获取。目前，Matlab 语言以其诸多优点已经成为国内外高等院校辅助教学和科研的首选工具，它所提供的专业工具库为众多学科的学习提供了强有力的支撑。例如，教师在讲解某一具体概念后，可以利用Matlab 软件和投影仪及时演示编程，一行行指令将抽象的理论具体化、实例化，加之最终结果的图形化，可极大地改善学生对复杂概念和结论的理解程度。同时，学生在课后复习及完成作业时，借助Matlab 强大的数值运算功能，学生可以自行设计方案检验相关理论，也能够及时完成手工计算难以完成的作业。另外，利用Matlab 软件，学生能够随时对所思考的问题进行仿真验证，及时看到问题的结论；这样极大地拓展了学习的深度和广度，提高了学习的兴趣，增强了学习能力，即使在半夜凌晨也可以通过自己做实验来验证瞬间产生的奇思妙想。可以说，充分利用Matlab 软件快速编程的优势，对“教”与“学”两方面均大有裨益，抽象的理论变成了实实在在的过程，达到事半功倍的目的。
①综合考虑到未来几年北京降水形势起伏不定，旱中有涝、旱涝急转已成常态化的趋势，建议可以先期立项研究系列延长以及下垫面变化带来的影响，修订资料，开展评价分析。待综合考虑未来几年降水丰枯实际情况后，再着手开展《北京市水文手册》中关于暴雨和洪水的修订工作。
（二）利用辅助工具
基于上述分析不难发现“理论”类课程与“技术”类课程在教学上的差异——学生对“理论”类课程目标的认识相对困难且滞后。因而应适当调整“理论”类课程内容的课时分配及教学方式。例如——信号处理课程——首先，在绪论部分向学生明确阐述课程要解决的问题是什么，及解决问题的思路和方法，使学生对课程内容有一个整体的、全面的认知。其次，配合一些具有启发性的工程实例作为补充以强化学生对课程目标的认知和记忆。尽管对课程目标做了一定的描述和说明，然而由于课程的复杂性和抽象性，学生仍可能难以深层次地理解课程目标。这就需要将课程总目标贯穿于整个教学过程，即将总目标分解成各个子目标，在每一章的开始部分需要特别强调子目标所要解决的问题，以及子目标和总目标的关系。这样学生在学习抽象的理论及算法时就会明确其所要达到的目的，不至于在听课时茫然而不知所措。在学习目标明确的前提下，理论的推导过程和抽象的结论将激发出学生的探究欲望，释放出自身的学习潜能，为进一步学习创造了条件。
（三）加强实践教学
唯物主义者认为：“实践出真知”。工科类课程既有严密的数学属性，又有较强的工程属性。这一属性决定了实践教学是课程去抽象化属性的必然选择理；是理论教学的自然延伸；是将抽象理论与实际应用相联系的桥梁。多年的教学实践表明“微项目”机制是一种实践教学的有效方式。“微项目”是指每讲授完一个相对独立的核心内容后，教师给出一个简略的、接近实际工程应用的课题，要求学生在实习工厂或实验室，利用相关仪器和设备或仿真软件进行应用训练，获取经验性知识。在掌握实际应用的基础上，反过来再对理论性知识进行归类总结，达到透彻理解理论知识的目的。
我在2015年某策划案中写过：“逆都市化大潮”。即在中国还远没来得及完成都市化进程、真实的“城市化率”仅仅不过42%（官方数据的55%是大大夸大了的，连财政部的权威专家都对之不以为然）的时候，大量大量的都市人开始假期性或阶段性地，向乡村、荒野、远方，蜂涌如潮坚定不移百折不悔“反向流动”，从近郊、远郊到边疆，到处皆是。
三 去抽象化教学模式的意义
以上讨论了以“教学目标、辅助工具、实践教学”三者有机结合构成的去抽象化教学模式。这种教学模式破解了工科学生对数学属性浓厚课程的“恐惧心理”，具有广泛的适用性。尤其对一般应用型地方本科院校而言，学生在掌握实际技能的同时，也具备一定的理论分析能力，成为服务地方经济的应用型人才。
参考文献
[1]李炎锋，薛素铎，李振宝，等.地方院校工科大类专业办学改革探索[J].中国大学教学，2016(6):18-21.
[2]鄢显俊.课堂教学能力是高校教师的首要职业能力[J].中国大学教学，2016(3):71-75.
本文引用格式： 刘渭清.工科专业课程去抽象化教学改革与探索[J].教育现代化，2019，6(87):69-70.
基金项目： 本文系西安文理学院教学改革研究项目（JG2019B030）的研究成果。
作者简介： 刘渭清，男，西安文理学院电子工程系副教授。
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.87.024
标签：教学模式论文; 工科课程论文; 数学属性论文; 浓重论文; 西安文理学院电子工程系论文;