呂恩勝，胡曉悅

職業(yè)院?！胺蔷€性科學”課程建設探討

呂恩勝，胡曉悅

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

職業(yè)院校;非線性科學;課程建設;課程改革

自上世紀60年代開始，“非線性科學”成為研究非線性現(xiàn)象及其應用的一門基礎學科，是繼相對論、量子力學之后，被譽為自然科學系統(tǒng)的“第三次革命”，它涉及到了人文、社會和自然科學體系的幾乎所有領域，由它所引發(fā)的對客觀世界的“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識，加深了人類對客觀世界的認識，形成了新的自然觀和科學觀，對人類的思維方法有很大程度的影響，關系到現(xiàn)代科學邏輯體系的根本性問題。根據時代發(fā)展的要求，作為職業(yè)院校，承擔著人才培養(yǎng)的重任，選擇最基本、最重要的現(xiàn)代科學和現(xiàn)代技術——非線性科學內化學生的品質，具有十分重要的意義。

一、開設“非線性科學”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，需要有更高質量的職業(yè)教育，非線性科學教育深入到的職業(yè)教育中是趨勢。［1］現(xiàn)行的線性科學是粗略的、簡單化的模型，在沒有考慮非線性因素的情況下建立的;而非線性科學是更接近實際工程、更科學的數學模型，非線性科學的研究是在線性科學基礎上的發(fā)展和深入。非線性科學的研究內容涉及各個專業(yè)領域、各個工程行業(yè)，幾乎廣泛的應用在所有科學、工程領域。開設“非線性科學“課程，是當前培養(yǎng)寬知識、重品行、厚基礎、強技能的高素質技能型人才的迫切需要。

(二)實際意義

“非線性科學”課程教學的主要任務是向學生講授該它的發(fā)展、理論和工程應用等問題。通過該課程的學習，培養(yǎng)學生具有非線性知識的認知能力、思維能力，利用學到的非線性科學思維方法，解決在研究、工程和生活中所遇到的問題，同時也是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010－2020年)》有關深化人才培養(yǎng)改革和課程教學改革、加快促進職業(yè)教育發(fā)展研究的重要舉措。

二、“非線性科學”課程教學的現(xiàn)狀

“非線性科學”的學習需要較高的理論深度和復雜的實驗，由于現(xiàn)在職業(yè)院校的學生基礎知識比較差，對這門課程的學習往往是敬而遠之。盡管一些職業(yè)教育研究人員做了有益的嘗試，促進了職業(yè)院?！胺蔷€性科學”教學的發(fā)展，但目前仍然存在一些問題。

(一)重視不夠

相比本科高校的學術型教育，職業(yè)院校的主要任務是培養(yǎng)高素質技能型人才，注重對職業(yè)知識、技能和職業(yè)道德方面的課程教學，而對“非線性科學”等前沿課程建設的重視遠遠不夠，課程建設發(fā)展緩慢，只有少數職業(yè)院校開設了“非線性科學”選修課，缺乏系統(tǒng)的課程建設，多數學校還停留在講座和教育活動中。［2］職業(yè)院校開設的大學物理、電路等課程所涉及非線性科學的內容多，這些理論課學時一減再減，給“非線性科學”教學帶來很大的沖擊，結果是在教學實踐中不講或少講與非線性科學相關的前沿技術知識。

(二)教學方法和內容滯后

教師授課基本上是數學公式推導理論過程，由于非線性現(xiàn)象的實驗對設備精度要求較高，課堂上很難實驗演示，理論知識得不到實驗證實，教師也沒有通過動畫等其它方式演示其原理，學生不能深刻理解其中的意義。這樣導致學生只認識表面的現(xiàn)象，對非線性現(xiàn)象缺少深層理解與分析，由于學生的體驗不足，以至學生在解決實際非線性應用問題無能為力。在內容講授上，有關非線性現(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)象應用的少。很多非線性應用還處于研制和調試階段，還都是概念性的產品。此外，非線性科學研究的是復雜的非線性控制系統(tǒng)，表達這種系統(tǒng)的工具是微分方程，必然要涉及到高深的數學公式，這就給講授“非線性科學”帶來諸多不便，往往使教學很難進行下去。

(三)教材和實驗設備匱乏

當前職業(yè)院?！胺蔷€性科學”方面教學專用的教材數量少，且質量差，針對性不強，不能較好的滿足職業(yè)院校實際教學的需求。對教材的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，有些教材如大學物理、電路等把“非線性科學”部分作為其一個章節(jié)的內容;有些只是將“非線性科學”內容作為閱讀性科普材料放入教材中。從教材的建設看，對“非線性科學”的教學不利。［3］由于“非線性科學”的物理硬件實驗對實驗系統(tǒng)環(huán)境要求苛刻，加之市場上現(xiàn)有的試驗儀器也較少，故一些職業(yè)院校在物理、電路等課程實驗教學中沒有相應的實訓實驗，無法驗證非線性科學的存在性。

三、對“非線性科學”課程建設的幾點思考

為了培養(yǎng)高素質技能型人才，在大學物理、電路等課程中增加“非線性科學”部分內容，已形成共識，但是，從長遠來看，“非線性科學”的教學仍是需要不斷完善發(fā)展的過程。根據教學實踐與研究成果，要改善目前教學中存在的一些問題，要做到以下幾個方面。

(一)編寫立體化教材

教材作為教學內容和教學方法的載體，是教學最基本的工具，也是人才培養(yǎng)的基礎和方向。建立“非線性科學”立體化教材，從職業(yè)院校學生實際出發(fā)，教材內容編寫上應少而精，刪減繁雜的理論數學公式推導，適量即可，以職業(yè)能力為導向，彰顯職業(yè)特色，教、學、練一體化，與時俱進，注重非線性科學實際應用內容的安排。教材特色具體應表現(xiàn)在四個方面。

1．書中應融入非線性科學歷史與非線性科學文化的教育，學生在學習的過程中，能洞察非線性科學這門學科的成就和發(fā)展歷史，領略非線性科學文化的豐富多彩。

2．在每個章節(jié)的前半部分，應深刻、簡明地分析該部分知識產生的歷史背景和工程應用的思維思想，然后介紹概念、理論。

3．從教學實際的需要，遵循學生認識發(fā)展順序、循序漸進的原則，以合適的難易梯度編寫教學內容和例題;章節(jié)最后安排單元任務，布置一定的課外任務。

4．同步教學內容設置相應的實踐應用模塊，培養(yǎng)學生應用非線性科學解決生活問題的意識。

(二)開發(fā)立體化課程包

課程包中包括課程信息、課程導讀、電子課件、教學素材庫、試驗箱及試題庫系統(tǒng)等，提高“非線性科學”課程教學質量和教學效果，推動職業(yè)教育“非線性科學”課程的改革。

1．課程信息。包括:非線性科學學習導讀、教學提示、學習指導等。

2．課程導學。以章為單位進行導學，包括:學習要求、重點知識學習導航圖、重點難點剖析、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，在教材和教學大綱的基礎上，設計新的教學過程，制作大量的教學動畫，以直觀的方式揭示非線性科學的思想本質，遵循學生的認識發(fā)展規(guī)律和解決問題的思維過程，設計師生課堂中的互動環(huán)節(jié)，引導學生對概念、理論和思維方法的理解，增加生活中實際工程案例供老師選講，補充課堂練習環(huán)節(jié)。

4．教學素材庫。搜集、整理教學素材，供學生瀏覽和教師選用，更好的理解非線性科學。包括:非線性科學案例、非線性科學實驗、非線性科學建模、應用與實踐案例庫、常用非線性科學公式、中英對照非線性科學詞匯、非線性科學簡史與非線性科學家小傳等。

5．實驗箱。經典混沌電路實驗驗證，在試驗箱可自行開發(fā)新的混沌電路。

6．試題庫。題庫總試題量應有千余道，以滿足不同專業(yè)的學生測試組卷的要求。試題庫應包含名詞解釋、填空、選擇、計算、綜合分析等試題。教師只需根據不同專業(yè)、不同年級、課時等考試要求，通過智能組卷系統(tǒng)選項，幾秒鐘內即可完成試卷組卷和生成相應的參考答案，對自動生成的試卷還可以進行修改、編輯等操作，試題題庫具備開放性。

(三)以計算機模擬仿真為主，硬件實驗為輔

在課堂理論教學中引入仿真軟件:Matlab和EWB(ELECTRONICS WORKBENCH EDA)，對混沌相圖、混沌曲線、混沌控制與同步和分形內容進行計算機仿真演示。例如，用Matlab計算機模擬仿真Lorenz系統(tǒng)和logstic映射等經典模型，讓學生真正感受到“確定的內在隨機性”、“蝴蝶效應”、“有序與無序的統(tǒng)一體”等非線性科學的特征;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現(xiàn)等，體現(xiàn)非線性科學系統(tǒng)的應用性、可控制性、電路可實現(xiàn)性。利用計算機模擬仿真不受環(huán)境、地點、時間限制等特點，學生可以在課外用計算機模擬仿真，學生既掌握了計算機仿真技術，鍛煉了學生實際動手能力，又感受了非線性現(xiàn)象是如何產生的過程，充分發(fā)揮了學生自主學習的興趣和效率。非線性科學物理硬件實驗本身難度較大，實驗的過程中會遇到很多問題，現(xiàn)有實驗儀器較少，即使有也只是演示混沌空間曲線相圖，關于混沌控制和同步、混沌分岔、分形等方面的實驗儀器基本沒有，無法滿足實驗的需要。而利用軟件對非線性科學進行模擬仿真研究，可以減少實驗儀器少、實驗調試困難所帶來的壓力，沒有損壞儀器設備的擔憂，而且可以提高實驗效率，學習最新成果。因此，在教學中應以模擬仿真為主、物理硬件實驗為輔。

(四)以選修課形式獨立開設“非線性科學”課程

在學校的教學體系中，營造一種既定的認識:它是一門獨立的學科，以獨立的形式開課。選修課的學時可以根據不同專業(yè)、不同年級，合理安排。河南化工職業(yè)學院在全校各個專業(yè)開出“非線性科學導論”選修課，共20學時，14個理論學時，6個實驗學時，選課的學生較多，收到了很好的教學效果。

(五)開發(fā)建設“非線性科學”精品課程網站

建設“非線性科學”精品課程網站，便于師生互動交流，學生自學，提交作業(yè)，隨時可以完善教學的需要。網站模塊主要包含教學動態(tài)發(fā)布、課程介紹、學習輔導答疑、學習論壇討論、綜合提高訓練、非線性史話與背景資源、師生互動、學科發(fā)展前沿、最新應用成果、網絡課程等欄目。

本文就職業(yè)院校的“非線性科學”課程教學存在的一些問題，并結合自身教學實踐進行了探討與分析?！胺蔷€性科學”課程建設是一項及其復雜的系統(tǒng)工程，不僅關系到教師隊伍建設、教學內容安排、教材的編寫、教學方法等，還與學校重視程度、教學資源、學生情況、課時安排、師資水平、學科自身發(fā)展與建設一系列實際問題相關聯(lián)。［4，5］因此，在職業(yè)院?！胺蔷€性科學”教學中，需要把非線性科學的思維方法、框架傳授給學生，啟發(fā)學生在學習、工作、生活中能夠應用非線性科學的思維方法解決所遇到的問題，從而為社會培養(yǎng)合格的高素質技能型的人才。

［1］魏諾．非線性科學基礎與應用［M］．北京:科學出版社，2004．

［2］張新國，馬義德，李守亮．非線性電路——基礎分析與設計［M］．北京:高等教育出版社，2011．

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

［4］周玉泉．對高職教育立體化教材建設的探索［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)與實施——以江蘇省震澤中學“曉庵天文”課程為例［J］．江蘇教育，2014(5):63－66．

［責任編輯 陳國平］

河南省職業(yè)教育教學改革研究立項課題“職業(yè)學?！蔷€性科學’課程教學研究”(項目編號: ZJC14011)

呂恩勝，男，河南化工職業(yè)學院講師，碩士，主要研究方向為電路理論與應用。

G712

A

1674－7747(2015)06－0022－03