呂恩勝，胡曉悅

職業(yè)院?！胺蔷€性科學(xué)”課程建設(shè)探討

呂恩勝，胡曉悅

討論了職業(yè)院?！胺蔷€性科學(xué)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題，對(duì)職業(yè)院校開設(shè)“非線性科學(xué)”課程的必要性和現(xiàn)實(shí)性進(jìn)行了分析，提出了建設(shè)“非線性科學(xué)”課程的建議。

職業(yè)院校;非線性科學(xué);課程建設(shè);課程改革

自上世紀(jì)60年代開始，“非線性科學(xué)”成為研究非線性現(xiàn)象及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是繼相對(duì)論、量子力學(xué)之后，被譽(yù)為自然科學(xué)系統(tǒng)的“第三次革命”，它涉及到了人文、社會(huì)和自然科學(xué)體系的幾乎所有領(lǐng)域，由它所引發(fā)的對(duì)客觀世界的“有序與無序的統(tǒng)一”、“概率性與確定性的統(tǒng)一”等范疇和概念的新認(rèn)識(shí)，加深了人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，形成了新的自然觀和科學(xué)觀，對(duì)人類的思維方法有很大程度的影響，關(guān)系到現(xiàn)代科學(xué)邏輯體系的根本性問題。根據(jù)時(shí)代發(fā)展的要求，作為職業(yè)院校，承擔(dān)著人才培養(yǎng)的重任，選擇最基本、最重要的現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)——非線性科學(xué)內(nèi)化學(xué)生的品質(zhì)，具有十分重要的意義。

一、開設(shè)“非線性科學(xué)”課程的重要性和必要性

(一)理論意義

隨著職業(yè)教育的不斷發(fā)展，需要有更高質(zhì)量的職業(yè)教育，非線性科學(xué)教育深入到的職業(yè)教育中是趨勢(shì)。［1］現(xiàn)行的線性科學(xué)是粗略的、簡(jiǎn)單化的模型，在沒有考慮非線性因素的情況下建立的;而非線性科學(xué)是更接近實(shí)際工程、更科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，非線性科學(xué)的研究是在線性科學(xué)基礎(chǔ)上的發(fā)展和深入。非線性科學(xué)的研究?jī)?nèi)容涉及各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域、各個(gè)工程行業(yè)，幾乎廣泛的應(yīng)用在所有科學(xué)、工程領(lǐng)域。開設(shè)“非線性科學(xué)“課程，是當(dāng)前培養(yǎng)寬知識(shí)、重品行、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)技能的高素質(zhì)技能型人才的迫切需要。

(二)實(shí)際意義

“非線性科學(xué)”課程教學(xué)的主要任務(wù)是向?qū)W生講授該它的發(fā)展、理論和工程應(yīng)用等問題。通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具有非線性知識(shí)的認(rèn)知能力、思維能力，利用學(xué)到的非線性科學(xué)思維方法，解決在研究、工程和生活中所遇到的問題，同時(shí)也是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010－2020年)》有關(guān)深化人才培養(yǎng)改革和課程教學(xué)改革、加快促進(jìn)職業(yè)教育發(fā)展研究的重要舉措。

二、“非線性科學(xué)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀

“非線性科學(xué)”的學(xué)習(xí)需要較高的理論深度和復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，由于現(xiàn)在職業(yè)院校的學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)比較差，對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)往往是敬而遠(yuǎn)之。盡管一些職業(yè)教育研究人員做了有益的嘗試，促進(jìn)了職業(yè)院?！胺蔷€性科學(xué)”教學(xué)的發(fā)展，但目前仍然存在一些問題。

(一)重視不夠

相比本科高校的學(xué)術(shù)型教育，職業(yè)院校的主要任務(wù)是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才，注重對(duì)職業(yè)知識(shí)、技能和職業(yè)道德方面的課程教學(xué)，而對(duì)“非線性科學(xué)”等前沿課程建設(shè)的重視遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，課程建設(shè)發(fā)展緩慢，只有少數(shù)職業(yè)院校開設(shè)了“非線性科學(xué)”選修課，缺乏系統(tǒng)的課程建設(shè)，多數(shù)學(xué)校還停留在講座和教育活動(dòng)中。［2］職業(yè)院校開設(shè)的大學(xué)物理、電路等課程所涉及非線性科學(xué)的內(nèi)容多，這些理論課學(xué)時(shí)一減再減，給“非線性科學(xué)”教學(xué)帶來很大的沖擊，結(jié)果是在教學(xué)實(shí)踐中不講或少講與非線性科學(xué)相關(guān)的前沿技術(shù)知識(shí)。

(二)教學(xué)方法和內(nèi)容滯后

教師授課基本上是數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)理論過程，由于非線性現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)備精度要求較高，課堂上很難實(shí)驗(yàn)演示，理論知識(shí)得不到實(shí)驗(yàn)證實(shí)，教師也沒有通過動(dòng)畫等其它方式演示其原理，學(xué)生不能深刻理解其中的意義。這樣導(dǎo)致學(xué)生只認(rèn)識(shí)表面的現(xiàn)象，對(duì)非線性現(xiàn)象缺少深層理解與分析，由于學(xué)生的體驗(yàn)不足，以至學(xué)生在解決實(shí)際非線性應(yīng)用問題無能為力。在內(nèi)容講授上，有關(guān)非線性現(xiàn)象的介紹，特別是發(fā)現(xiàn)史和理論部分多，介紹非線性現(xiàn)象應(yīng)用的少。很多非線性應(yīng)用還處于研制和調(diào)試階段，還都是概念性的產(chǎn)品。此外，非線性科學(xué)研究的是復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng)，表達(dá)這種系統(tǒng)的工具是微分方程，必然要涉及到高深的數(shù)學(xué)公式，這就給講授“非線性科學(xué)”帶來諸多不便，往往使教學(xué)很難進(jìn)行下去。

(三)教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏

當(dāng)前職業(yè)院?！胺蔷€性科學(xué)”方面教學(xué)專用的教材數(shù)量少，且質(zhì)量差，針對(duì)性不強(qiáng)，不能較好的滿足職業(yè)院校實(shí)際教學(xué)的需求。對(duì)教材的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，有些教材如大學(xué)物理、電路等把“非線性科學(xué)”部分作為其一個(gè)章節(jié)的內(nèi)容;有些只是將“非線性科學(xué)”內(nèi)容作為閱讀性科普材料放入教材中。從教材的建設(shè)看，對(duì)“非線性科學(xué)”的教學(xué)不利。［3］由于“非線性科學(xué)”的物理硬件實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)境要求苛刻，加之市場(chǎng)上現(xiàn)有的試驗(yàn)儀器也較少，故一些職業(yè)院校在物理、電路等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中沒有相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，無法驗(yàn)證非線性科學(xué)的存在性。

三、對(duì)“非線性科學(xué)”課程建設(shè)的幾點(diǎn)思考

為了培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才，在大學(xué)物理、電路等課程中增加“非線性科學(xué)”部分內(nèi)容，已形成共識(shí)，但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，“非線性科學(xué)”的教學(xué)仍是需要不斷完善發(fā)展的過程。根據(jù)教學(xué)實(shí)踐與研究成果，要改善目前教學(xué)中存在的一些問題，要做到以下幾個(gè)方面。

(一)編寫立體化教材

教材作為教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的載體，是教學(xué)最基本的工具，也是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)和方向。建立“非線性科學(xué)”立體化教材，從職業(yè)院校學(xué)生實(shí)際出發(fā)，教材內(nèi)容編寫上應(yīng)少而精，刪減繁雜的理論數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，適量即可，以職業(yè)能力為導(dǎo)向，彰顯職業(yè)特色，教、學(xué)、練一體化，與時(shí)俱進(jìn)，注重非線性科學(xué)實(shí)際應(yīng)用內(nèi)容的安排。教材特色具體應(yīng)表現(xiàn)在四個(gè)方面。

1．書中應(yīng)融入非線性科學(xué)歷史與非線性科學(xué)文化的教育，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，能洞察非線性科學(xué)這門學(xué)科的成就和發(fā)展歷史，領(lǐng)略非線性科學(xué)文化的豐富多彩。

2．在每個(gè)章節(jié)的前半部分，應(yīng)深刻、簡(jiǎn)明地分析該部分知識(shí)產(chǎn)生的歷史背景和工程應(yīng)用的思維思想，然后介紹概念、理論。

3．從教學(xué)實(shí)際的需要，遵循學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展順序、循序漸進(jìn)的原則，以合適的難易梯度編寫教學(xué)內(nèi)容和例題;章節(jié)最后安排單元任務(wù)，布置一定的課外任務(wù)。

4．同步教學(xué)內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用模塊，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用非線性科學(xué)解決生活問題的意識(shí)。

(二)開發(fā)立體化課程包

課程包中包括課程信息、課程導(dǎo)讀、電子課件、教學(xué)素材庫(kù)、試驗(yàn)箱及試題庫(kù)系統(tǒng)等，提高“非線性科學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，推動(dòng)職業(yè)教育“非線性科學(xué)”課程的改革。

1．課程信息。包括:非線性科學(xué)學(xué)習(xí)導(dǎo)讀、教學(xué)提示、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等。

2．課程導(dǎo)學(xué)。以章為單位進(jìn)行導(dǎo)學(xué)，包括:學(xué)習(xí)要求、重點(diǎn)知識(shí)學(xué)習(xí)導(dǎo)航圖、重點(diǎn)難點(diǎn)剖析、典型例題解析等。

3．電子課件。避免將現(xiàn)有電子教案搬到屏幕上，在教材和教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)新的教學(xué)過程，制作大量的教學(xué)動(dòng)畫，以直觀的方式揭示非線性科學(xué)的思想本質(zhì)，遵循學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展規(guī)律和解決問題的思維過程，設(shè)計(jì)師生課堂中的互動(dòng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)概念、理論和思維方法的理解，增加生活中實(shí)際工程案例供老師選講，補(bǔ)充課堂練習(xí)環(huán)節(jié)。

4．教學(xué)素材庫(kù)。搜集、整理教學(xué)素材，供學(xué)生瀏覽和教師選用，更好的理解非線性科學(xué)。包括:非線性科學(xué)案例、非線性科學(xué)實(shí)驗(yàn)、非線性科學(xué)建模、應(yīng)用與實(shí)踐案例庫(kù)、常用非線性科學(xué)公式、中英對(duì)照非線性科學(xué)詞匯、非線性科學(xué)簡(jiǎn)史與非線性科學(xué)家小傳等。

5．實(shí)驗(yàn)箱。經(jīng)典混沌電路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在試驗(yàn)箱可自行開發(fā)新的混沌電路。

6．試題庫(kù)。題庫(kù)總試題量應(yīng)有千余道，以滿足不同專業(yè)的學(xué)生測(cè)試組卷的要求。試題庫(kù)應(yīng)包含名詞解釋、填空、選擇、計(jì)算、綜合分析等試題。教師只需根據(jù)不同專業(yè)、不同年級(jí)、課時(shí)等考試要求，通過智能組卷系統(tǒng)選項(xiàng)，幾秒鐘內(nèi)即可完成試卷組卷和生成相應(yīng)的參考答案，對(duì)自動(dòng)生成的試卷還可以進(jìn)行修改、編輯等操作，試題題庫(kù)具備開放性。

(三)以計(jì)算機(jī)模擬仿真為主，硬件實(shí)驗(yàn)為輔

在課堂理論教學(xué)中引入仿真軟件:Matlab和EWB(ELECTRONICS WORKBENCH EDA)，對(duì)混沌相圖、混沌曲線、混沌控制與同步和分形內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真演示。例如，用Matlab計(jì)算機(jī)模擬仿真Lorenz系統(tǒng)和logstic映射等經(jīng)典模型，讓學(xué)生真正感受到“確定的內(nèi)在隨機(jī)性”、“蝴蝶效應(yīng)”、“有序與無序的統(tǒng)一體”等非線性科學(xué)的特征;用EWB電路仿真軟件、仿真Chua電路及其同步控制及保密通信實(shí)現(xiàn)等，體現(xiàn)非線性科學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用性、可控制性、電路可實(shí)現(xiàn)性。利用計(jì)算機(jī)模擬仿真不受環(huán)境、地點(diǎn)、時(shí)間限制等特點(diǎn)，學(xué)生可以在課外用計(jì)算機(jī)模擬仿真，學(xué)生既掌握了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，鍛煉了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，又感受了非線性現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的過程，充分發(fā)揮了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和效率。非線性科學(xué)物理硬件實(shí)驗(yàn)本身難度較大，實(shí)驗(yàn)的過程中會(huì)遇到很多問題，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器較少，即使有也只是演示混沌空間曲線相圖，關(guān)于混沌控制和同步、混沌分岔、分形等方面的實(shí)驗(yàn)儀器基本沒有，無法滿足實(shí)驗(yàn)的需要。而利用軟件對(duì)非線性科學(xué)進(jìn)行模擬仿真研究，可以減少實(shí)驗(yàn)儀器少、實(shí)驗(yàn)調(diào)試?yán)щy所帶來的壓力，沒有損壞儀器設(shè)備的擔(dān)憂，而且可以提高實(shí)驗(yàn)效率，學(xué)習(xí)最新成果。因此，在教學(xué)中應(yīng)以模擬仿真為主、物理硬件實(shí)驗(yàn)為輔。

(四)以選修課形式獨(dú)立開設(shè)“非線性科學(xué)”課程

在學(xué)校的教學(xué)體系中，營(yíng)造一種既定的認(rèn)識(shí):它是一門獨(dú)立的學(xué)科，以獨(dú)立的形式開課。選修課的學(xué)時(shí)可以根據(jù)不同專業(yè)、不同年級(jí)，合理安排。河南化工職業(yè)學(xué)院在全校各個(gè)專業(yè)開出“非線性科學(xué)導(dǎo)論”選修課，共20學(xué)時(shí)，14個(gè)理論學(xué)時(shí)，6個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，選課的學(xué)生較多，收到了很好的教學(xué)效果。

(五)開發(fā)建設(shè)“非線性科學(xué)”精品課程網(wǎng)站

建設(shè)“非線性科學(xué)”精品課程網(wǎng)站，便于師生互動(dòng)交流，學(xué)生自學(xué)，提交作業(yè)，隨時(shí)可以完善教學(xué)的需要。網(wǎng)站模塊主要包含教學(xué)動(dòng)態(tài)發(fā)布、課程介紹、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)答疑、學(xué)習(xí)論壇討論、綜合提高訓(xùn)練、非線性史話與背景資源、師生互動(dòng)、學(xué)科發(fā)展前沿、最新應(yīng)用成果、網(wǎng)絡(luò)課程等欄目。

本文就職業(yè)院校的“非線性科學(xué)”課程教學(xué)存在的一些問題，并結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了探討與分析?！胺蔷€性科學(xué)”課程建設(shè)是一項(xiàng)及其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅關(guān)系到教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容安排、教材的編寫、教學(xué)方法等，還與學(xué)校重視程度、教學(xué)資源、學(xué)生情況、課時(shí)安排、師資水平、學(xué)科自身發(fā)展與建設(shè)一系列實(shí)際問題相關(guān)聯(lián)。［4，5］因此，在職業(yè)院校“非線性科學(xué)”教學(xué)中，需要把非線性科學(xué)的思維方法、框架傳授給學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)、工作、生活中能夠應(yīng)用非線性科學(xué)的思維方法解決所遇到的問題，從而為社會(huì)培養(yǎng)合格的高素質(zhì)技能型的人才。

［1］魏諾．非線性科學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，2004．

［2］張新國(guó)，馬義德，李守亮．非線性電路——基礎(chǔ)分析與設(shè)計(jì)［M］．北京:高等教育出版社，2011．

［3］姜大源．職業(yè)教育學(xué)研究新論［M］．北京:教育科學(xué)出版社，2007．

［4］周玉泉．對(duì)高職教育立體化教材建設(shè)的探索［J］．職教論壇，2011(11):6－8．

［5］徐月新．整合理念視閾下校本課程的開發(fā)與實(shí)施——以江蘇省震澤中學(xué)“曉庵天文”課程為例［J］．江蘇教育，2014(5):63－66．

［責(zé)任編輯 陳國(guó)平］

河南省職業(yè)教育教學(xué)改革研究立項(xiàng)課題“職業(yè)學(xué)校‘非線性科學(xué)’課程教學(xué)研究”(項(xiàng)目編號(hào): ZJC14011)

呂恩勝，男，河南化工職業(yè)學(xué)院講師，碩士，主要研究方向?yàn)殡娐防碚撆c應(yīng)用。

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1674－7747(2015)06－0022－03