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透视新世纪理工科教材 - 教材论坛 - 中国高校教材图书网
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透视新世纪理工科教材
赵继 张龙革 李志宏
2002-08-03 14:55:58  来源：  
 
在社会经济、科技和文化等迅猛发展的21世纪，高等教育面临着一系列的挑战。从美国麻省理工学院的大工程观和工程集成教育，到国内的面向21世纪高等教育改革计划的实施，都体现了高等教育对当前面临挑战的回应。在着力贯彻落实科教兴国战略，探索有中国特色的高等工程教育道路，建设高等教育强国之际，研究并回答新世纪理工科教材的特点，以及与教学方法相匹配的规律，对于深化高等教育改革，保证人才培养质量，培养合格的现代工程师等具有重要的指导意义。作为21世纪的理工科换代教材，既要具有反映新的科技成果和电子化、智能化的特点，又要遵循已知的理工科教材编写的基本规律，使两者在一个较高的基础上找到恰当的结合点。

一、21世纪高等工程教育对教材建设的新要求教材是教学信息的载体，是学生学习和老师讲授的基本依据，应该为教学目标和教学过程服务。教材的编写应体现多样化的方针，并紧紧和课程的性质相统一，每一本教材都应有所侧重，突出特色并指明使用方法。同一门课程可以有多种类型的教材，还可以出一系列相互配套的教材和参考资料。教材应当具有层次性，它是根据学习者的专业程度来决定的，层次越高，教材的理论性越强，反之，教材的形象性越强。一本教材中的知识点要具有层次化和模块化的特点，尽量使每个知识点简化，而不周知识点之间的关系清晰，整部教材中的知识点相互勾连成为有机的整体并体现出应有的风格和特色。理工科教材还应具有形象化的特点，一是将理科抽象高深的知识形象化，并与实际生活及工程实际相联系，二是将工科方面的操作及生产过程形象化。这在计算机软件和三维动画技术的辅助下是能够办到的，可以利用多媒体技术使教材中的知识活起来，综合利用文本、图像、语音、动画等手段编制出电子版的理工科教材。在最近的国际国内理工科本科人才培养规格和基本素质要求的客观背景之下，突出强调教材要为人才培养目标服务，同时要与教学方法相匹配，并且要针对不同层次的学习对象，遵循教材编制的客观规律，编写系列教材；充分利用计算机技术、多媒体技术、网络技术等现代信息技术手段，结合深入的教材编制理论研究，编写出多样化、多层次的高质量教材；在试验和总结提高的基础上，探索理工科现代化教材编制的一般规律并尝试提出基本的教材编制与使用标准。最终目的是确保理工科的本科教学质量，逐步走出一条成功的有中国特色的培养理工科人才之路来。

二、理工科面向21世纪教材的显著特点我们于1999年至2000年初，对数学系列、物理系列、化学系列、电工电子系列、力学、机械系列、计算机类系列等理工科高校面向21世纪课程教材进行了调研、归纳，调查的类别和数量如下：数学系列22本、物理系列20本、化学系列6本、电工电子系列13本、力学机械系列20本、计算机系列21本。

通过分析和比较，透视出一些面向21世纪理工科课程教材与以往教材显著不同的特点：

数学系列教材--注入新思维，实施素质教育。在一定程度上削减了陈旧的教学内容，贯彻了现代数学的思想和观点，适当开设了某些窗口，加强分析、几何与代数的结合。突出了数学的基本思想、概念和方法，淡化了某些不适当的运算技巧，并尽可能地使用现代数学的语言、术语和符号。强调数学建模，增强用数学方法解决实际问题的意识和兴趣，培养学生的抽象思维和逻辑思维能力，提高学生的数学素质。

物理系列教材--注重基本理论，强化能力培养。在教材内容方面做了较大幅度的改革，注重基础，加强近代，将相对论、量子力学和量子统计等近代物理内容纳入教材之中，并开设与现代科学技术息息相关的基础内容和技术专题，构建大科学概念下能体现工科特色的教学内容和体系。强化通用概念，加强提出问题、数学推演、发散思维和归纳综合等能力的培养，注重物理理论和实验的整合；“物”和“理”两个方面并论，建立完整的统一的物理图像，体现"知识、能力和素质"三位一体的原则，为理工科其它课程的学习和实际的科学技术研究奠定坚实的基础。

化学系列教材--突出实际应用，充实实验教学。将现代化学基本原理与当前迅速发展的材料、能源、环境和生命科学密切联系起来，突出了化学原理在工程实践中的应用，使理论与实际更好地结合起来，重新构建新的课程体系。利用现代教育技术介绍丰富的化学信息，充实化学实验中模拟工程实际的综合性、设计性实验内容，使理工科学生在感性的基础上建立起工程技术领域中的化学世界的概念。

电工电子系列教材--抬高基准点，注重综合能力。具体电路及应用实例十分丰富，起点较高，由表及里逐次展开，将电工领域的新技术、新成果融入教材中，删去一些不必要的低起点重复的内容和相对陈旧的内容，大幅度削减电子器件和集成电路内部导电机理及内部电路组成工作原理等方面的分析，削弱分立元件电路的分析、计算。在模拟技术方面突出了集成运放的应用，数字电路方面突出了集成电路的外部特性及使用，加强综合训练，引入较多的应用实例，简明介绍相关教学内容的应用领域和应用背景。

力学、机械系列教材--适当增减内容，力推创新精神。力学系列教材力图使内容更加精炼，消除重叠，贯通理力与材力，注意启发式教学，鼓励学生的创新精神。采用模块式结构，便于组装成不同类型的基础课程，提高教学效果，突出问题的本质，加强内部联系。选编与工程实际和日常生活紧密相关的实例及问题，介绍计算机技术在力学中的应用，安排计算机解题作业。提高起点，充分利用学生在大学物理、高等数学中已学过的知识，注意对学习的指导，减少理论学时和教材的篇幅。

机械系列教材较大幅度地增加了计算机绘图的内容，突出特色：引进反映现代科技成果的新内容，增加有关机件构形设计与表达的内容，贯彻标准化意识。结合国家工科教学基地建设，建立新的课程体系，构筑不分专业的横向平台，使基础知识与学科发展相融合，三种绘图能力综合培养。向设计方向拓展，注重相关内容的融合与不同内容的交叉，注重培养全局观念，跳出局部细节。加强学生的开创精神和解决工程问题能力的培养。

三、新世纪理工科教材与教学设计相匹配的规律教学设计又称教学系统设计，是20世纪70年代开始形成的一项现代教学技术，它与教育媒体（包括文字教材和电子教材等）、计算机教育应用一起构成了教育技术学最核心的内容。从现代教育技术意义上看，教学设计的含义具体应为："将学与教的原理转换成教学材料和教学活动方案的系统化的过程"。我们认为，未来理工科教材与教学设计之间相互匹配的规律，应体现在它与教学目标、教学内容、教学方法和教学手段等教学要素的协调一致上。

1．以培养目标为21世纪理工科教材设计的指针。首先要与国家对工程教育的专业标准要求相一致。如工程教育标准、工程学位标准、工程专业鉴定标准、工程师注册标准等。其次，理工科教材设计，要与大工程观念下的理工科课程体系设计相匹配。未来的理工科课程体系将以工程设计能力培养为主线，加强工程学基础、教学、计算机和自然科学基础以及外语、人文社会科学基础等三大类基础课程，按照课内外结合、分阶段培养的原则进行设计。

2.教材内容应以促进知识的转化与迁移为主。理工科知识的应用性很强，为了实现知识迁移的目的，应当把知识的应用要素体现在理工科教材之中，把学生的"学习"置于核心地位，教材是为"学生的学习"服务的，应把对教材的讲授延伸到学生学习的应用与实习上去。学生根据教师的讲授，可以参照教材进行设计实验和到实习基地上实习。这样，教材中的基本知识要素，要概念、定律、定理、公式等便"活了"，并且教材充分地展示出了知识的运用过程，包括着实验、观察、例题、习题以及对基本规律的解释和说明，知识点之间的层次性和逻辑关系非常清楚，这样就能确保教材设计和教学设计有机地结合起来，成为一个整体。

3．教材要与教学方法相匹配，实现教学内容和教学方法的统一。教学的一条基本规律是教学效果取决于整个教学过程中各个教学环节的优化整合。现代教学和学习理论认为：应该在计算机的辅助与支持下，以教学信息库为核心，将教师和学生纳入到协同交互的教学环境中，去有效地实现教学信息的传递，实现教学目标、教材（教学内容）、教学方法和教学评价的最优化。因此，具体设计理工科教材时，应该考虑到教学方法上的要求并与之相适应。21世纪将主要是以培养智能和创新能力为中心的教学方法占主导地位，而这一类的具体教学方法又有很多种，诸如感受理解和知惑解疑法、启发式、讨论式的教学方法、讨论和演讲及学术报告的研讨教学方法、图书情报利用能力比赛的方法、独立进行科研、调研、实验、设计活动的实践教学方法和基于现代化信息手段的创新设计教学方法等等。它们对教材提出了多样化的要求，需要以多种多样的方式展示理工科知识，尤其是运用多媒体技术和动画制作手段来形象化展示基本原理的要求更为迫切。另外一个迫切要求是，教材之中应包含理论创新设计的思路，以便给学生以创新思维上的启发，激活想象力。

4．21世纪的理工科课程教材应在智能教育系统（ITS）中获得支持。智能教育系统（Intelligent Tutoring System，简写ITS）是在当前CAI课件的基础上，引入人工智能之后形成的现代教育系统，它主要包括专业知识、学生模型、教学策略和人机界面等几个部分。而且智能教学技术和综合超媒体课件再与网络技术有机结合在一起，便可以实现知识的软件化，让学生和老师在一个虚拟空间中，不受时间、地点限制地进行创造性的理工科教学与实验活动。这样一来，教材设计和制做工作就有了一个全新的概念，多功能教室、电子备课室、联网的CAI教室、网络控制中心等一系列网络教学关节点就出现在现代教育系统之中，电子教案和理工科知识素材库就成了共享的教育教学信息资源。教材的面貌将焕然一新地呈现在人们面前，预计将出现智能化教材，实现个别化学习条件下的人机对话和启发式教学。

5．21世纪课程教材设计工作需要教育技术理论指导。教育技术理论的核心研究领域便是教学设计问题，教学设计的目的是要科学有效地影响学习的内部过程，合理地组织和安排教学事件，优化教学活动的程序，它也是教学策略的核心内容。在第一代教学设计思想长期实践的基础上，国外现已展开了第二代教学设计的研究和实践，为交互性教学策略的选择和实施，对教学方法体系的选择和组织等均产生了新的指导作用，更加有利于实现教学各环节的优化整合，尤其是20世纪80年代中后期开始的教学设计自动化研究和探索，更为21世纪的课程教材设计指出了光明的前景。我国的教育技术理论研究相对滞后于国际先进水平较多，这不利于理工科21世纪课程教材设计工作的跨跃式发展，对此，应当引起我们的高度重视。

今后，对于21世纪理工科课程教材问题的研究可以有很多的切入点，如从课程论入手，从计算机和网络技术入手，从智能化教学软件的研制入手，或者从第二代教学设计理论入手等都可以。但不管怎样，都必须明确研究的起点，使研究建立在一个国际先进水平的制高点上进行。其次，下一步研究的目标要定位在实现跨越式发展上。中国的高等工程教育水平如何，将直接关系到21世纪国家的信息化和现代化水平，对于一个发展中国家来说，不应该错过人类第三次新技术革命带来的跨越式发展的机遇。我们要发展传统产业，以加强和巩固工业化的素质，但更要占领信息技术制高点，争取实现跨越式发展。为此，下一步关于理工科课程教材及教学设计问题的研究要以指导实现跨越式发展为目标。最后，下一步研究的成果要致力于能够在我国理工种高校中推广应用以取得实效，真正有用的理论一定要揭示客观规律并解决实践中的实际问题，有力地推动教学实践向前发展。这就要求下一步研究切实从中国理工科高校的实际出发，找到一系列问题的症结所在，设计出切实可行和科学合理的方案，确保研究取得实际效果。

来源：教育部网站
本版责编：孟婉霞
 
 
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