高等学校理工科

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教学指导委员会通讯


2005年第4期(总第23期)   2005年4月

本期目录

 

      《高等学校理工科教学指导委员会通讯》编委会工作会议召开

    4月5—6日,全国高等学校教学研究中心在北京召开了《高等学校理工科教学指导委员会通讯》编委会工作会议。编委会主任杨叔子院士,副主任李世群教授、姚天扬教授、王兆安教授、李晓明教授,以及20多位编委出席了会议。高教司李茂国处长,王启明副处长、林宇助理调研员,全国高等学校教学研究中心杨祥常务副主任出席了会议。

    这次会议是编委会成立后举行的第一次工作会议。会上,李茂国处长介绍了2005年教学指导委员会将要开展的工作以及理工处今年的工作安排。编委会主任杨叔子院士就重视高等教育教学研究、发挥教指委在教学研究和教学改革中的作用、办好教指委工作刊物、推进教指委的工作做了报告。 杨祥主任介绍了全国高等学校教学研究中心今年的工作计划。王启明副处长介绍了理工处在工程教育方面的工作部署。会议围绕提高办刊质量、建立良好的工作机制进行了研讨 ;会议还就贯彻落实教高[2005]1号文件精神,研讨了我国高校教学改革发展的趋势。会议期间,高教司教学条件处董锦岐调研员听取了教指委专家对“十一五”教材规划制定的意见。

    有关这次会议的会议纪要将在下一期刊登。

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政策信息

理工科教育处2005年工作要点

 2005年的指导思想是:以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导,深入学习贯彻党的十六大和十六届三中、四中全会精神,全面准确地把握科学发展观的内涵,以科学发展观统领理工科教育工作,坚定不移地贯彻“巩固、深化、提高、发展”的方针,以人为本,促进理工科教育全面协调可持续发展。

 要以贯彻落实第二次全国高等学校教学工作会议精神为主线,重点抓高等学校的教学质量,抓高等学校的分层次办学,抓教学改革成果的宣传。要按照教育发展规律的要求,加强监管、调控、协调、服务等政府职能,综合应用政策、规范、评估、项目、信息等多种管理手段,切实加强和改进理工科教育领域的宏观管理和调控。努力处理好四个方面的关系:第一,统筹理工科教育规模、质量、结构、效益的协调发展;第二,统筹理工科教育的改革、发展和稳定;第三,统筹各种类型理工科教育的协调发展;第四,协调理工科教育与相关行业的关系。要按照中央有关保持共产党员先进性教育活动的要求,积极组织学习,进一步提高思想认识,密切联系工作实际,坚持边学边改,紧紧围绕部、司重点工作,认真贯彻落实。

 在进行了理工科教育形势分析之后,计划2005年开展以下各方面的工作,特别要加强理工科教育的宏观调控。

 一、重点工作

 1.工程教育改革。要以培养工程应用型人才为工程教育改革的主要目标,大力推进工程教育人才培养模式改革,加强产学研合作教育。启动工程应用型人才培养示范院校建设工作。

 2.课程教学改革。调动高校、院系、教师及社会多方面的积极性,加大课程建设投入,鼓励高校与企事业单位合作建设课程;加大教学方法改革的力度,加强课程教学质量评价,促进教授上讲台、上好课。精心组织2005年度国家精品课程评审工作,带动和促进省级和校级精品课程建设;加快建设精品课程共享平台,加大精品课程的宣传和推广力度。

 3.国家基础性研究、战略性产业、艰苦性行业人才培养工作。积极总结各类理工科教学基地改革和建设的经验,加大成果宣传力度,积极探索新的建设机制,研究制定“十一五”建设规划。筹备示范性软件学院验收评估和国家集成电路人才培养基地中期检查。加大教学基地双语教学工作推进力度。

 二、质量监控工作

 4.建立并完善理工科专业评估(认证)体系。启动理工科各学科专业的专业评估(认证)方案研究制定工作,选择部分专业开展专业评估(认证)试点。积极与有关部门、行业合作,参与注册工程师制度的建立。

 5.加强实践教学环节的质量监控。开展理工科各学科专业毕业论文(设计)抽查工作,建设理工科毕业论文(设计)质量监控体系。

 三、调查研究工作

 6.抓紧研究并适时印发理工科各学科专业发展战略研究报告。

 7.抓紧制定并适时印发理工科各学科指导性专业规范。

 8.组织研究性学习和创新教育研讨。

 四、其他工作

 9.完成理工科类国家教学成果奖励评审工作。

 10.推动Linux技术培训与推广中心建设。

 11.规范和推动各项大学生科技竞赛活动。

 12.筹备理工科教学指导委员会换届事宜。

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2005年普通高等学校本科教学工作水平评估工作研讨班简报

 3月25日—27日,由教育部高等教育教学评估中心举办的2005年普通高等学校本科教学工作水平评估工作研讨班在北京举行,教育部高等教育教学评估中心主任刘凤泰、副主任李志宏,教育部高教司评估处处长朱洪涛、农林医药处处长石鹏建、高等教育师范司培养处处长李桂兰等相关部处负责人,今年即将接受教育部本科教学工作水平评估的80所高校主管教学工作的校领导、教务处长和评估机构的负责人以及准备以后评估的40多所高校的负责人,教育部高等学校本科教学评估资深专家、评估中心、秘书处工作人员等300多人参加了研讨班。刘凤泰主任作了重要讲话。

刘凤泰主任在讲话中对深化教育改革,提高教育质量工作状况进行了回顾、分析和展望,提出必须审时度势、站在贯彻落实科学发展观的战略高度,充分认识大力推进高等教育教学评估工作的重要意义。他从为什么要进行教学工作评估、评估的目的与指导思想、我国开展高等教育教学评估所取得的成绩、评估指标体系问题、教育部成立高等教育教学评估中心的问题、定期公布高校的教学工作状态数据的问题、专业评估的问题和各省、各高校评估机构的建立问题等八个方面进行了深入分析;并针对学校在评建工作中需要注意的问题提出了六点要求,一要提高认识,做好以评促建工作;二要正确处理“硬件”和“软件”的关系;三要坚持诚信,实事求是,不弄虚作假;四要以平常心态对待评估;五要充分发动群众,调动全校师生员工的积极性;六要遵守评估纪律,为评估专家提供便利条件等。

三天会议里,研讨班传达了教育部关于评估工作的有关精神和要求,邀请了资深评估专家钱仁根教授、许茂祖教授、别敦荣教授分别就评估指标体系和内涵、评估工作程序及注意事项、高等教育质量保证体系等三个专题进行了讲解,还邀请了已经接受本科教学工作水平评估的上海大学副校长叶志明、北京化工大学副校长郭广生、西北大学副校长惠泱河就本校评建工作经验作了介绍。分组讨论中,评估中心安排十多位资深专家分别在六个小组与高校代表一起研讨,就大家在评建工作中遇到的困难和问题进行了深入探讨和解答。

通过研讨班三天的学习和研讨,与会代表普遍反映,本次研讨班办得很及时,有针对性,正是各学校急需进行交流和学习的好时机,特别重要;会议内容丰富,信息量大,组织方式好,特别是邀请了十多位资深评估专家跟大家互动交流、讨论和解答,对被评学校、评估专家今后的工作具有很大指导意义;良好的会风使会议从“要我开”变成了“我要开”,让大家带着问题来学习和交流,收获很大。会议自始至终贯穿着如何推动评估事业、高等教育事业健康发展这个主题,对怎么在评估工作中落实科学发展观,评估事业如何持续健康发展,学校评建工作的重点、工作规范等进行了深入探讨,这必将对我国评估工作、高等教育事业持续健康发展起到推动作用。大家还认为,组织本次研讨会体现了评估中心务实的工作作风和良好的服务意识。研讨班上,与会代表还对评估工作提出了意见和建议,特别是对于分类指导尤其针对艺术、体育等特殊类别院校的分类指导,评估指标体系,评估工作操作程序,评估专家组的人员构成,评估工作规范,评估结论各档次所占有的比例,评估结论公布的方式等问题都提出了各自的观点。

    研讨班总结大会上,评估中心副主任李志宏作了大会小结。他概括了三天研讨会期间大家初步形成的几个共识,第一是评估的结论很重要,但评估的过程更为重要。评估工作对学校来讲,至少有鉴定价值、发现价值、增加价值三个意义,重视结论是对的,但更应该关心过程,关心建设和改革的过程;第二是领导重视很重要,但更关键的是建立有效的运行机制,特别在自评阶段要避免形式主义,不做无用功,建立推动学校教学建设和教学改革不断上水平的长效机制。教育部颁行的1号文件以及三所学校的典型经验介绍已经涉及到这种长效机制的许多方面;第三是最好是一时的,更好才是永恒的。要处理好目前与长远的关系,看的远一点,教学建设水平和教学改革的方向要在评估指标体系的基础上有一定的前瞻性;第四是评估要促进学校有形资源和无形资源的同步增加,当前看,硬件建设是基础,软件建设是难点;第五是评估不仅要促进学校资源的优化,更要促进学校文化的引领;第六是评估不仅要促进外部的支持,更要协调和激励自身、完善自身,建立起校内质量监控体系尤其重要;第七是加强分类指导,引导不同类型、不同层次的学校正确定位,办出特色。

    李副主任还对研讨会后评估中心要开展的专家库建设、学校评建工作宣传、修改完善《评估工作规范》等具体工作进行了通报。(教育部高等教育教学评估中心 冯皓)

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研究报告

数学学科专业发展战略研究报告

数学与统计学教学指导委员会

1998年教育部颁布新的本科专业目录中,数学学科包括“数学与应用数学”、“信息与计算科学”两个专业。

“数学学科专业发展战略研究”是教高司[2004]43号文《关于批准理工科各教学指导委员会研究课题立项并核拨经费的通知》中批准立项的58项研究课题中的一项,序号为1。立项后,课题组就数学学科专业发展战略研究制作了问卷调查表,对全国所有的专业点发出调查问卷(回收203 份,其中重点院校51份),并陆续召开小型座谈会调查研究,又先后三次召开教学指导委员会工作会议进行研讨,形成本报告。

    一、 数学学科及数学教育的地位和作用

 1.数学学科的地位和作用

 数学在人类文明的进步和发展中一直发挥着重要的作用。过去,人们习惯把科学分为自然科学、社会科学两大类,数、理、化、天、地、生都归属于自然科学。但是,现在科学家更倾向于把自然科学界定为以研究物质的某一运动形态为特征的科学,如物理学、化学、生物学。数学是忽略了物质的具体运动形态和属性,纯粹从数量关系和空间形式的角度来研究现实世界的,具有超越具体科学和普遍适用的特征,具有公共基础的地位,与理、化、生等学科不属于同一层次,因此不是自然科学的一种。把科学分为自然科学、社会科学和数学科学三大类,这种观点更为学术界所认可。

 恩格斯曾说过:“数学在化学中的应用是线性方程组,而在生物学中的应用是零”。但是,在当今高科技时代,自然科学和社会科学的各领域的研究进入到更深的层次和更广的范畴,在这些研究中数学的运用往往是实质性的,数学与自然科学和社会科学的关系从来没有像今天这样密切。许多一度被认为没有应用价值的抽象的数学概念与理论,出人意料地找到了它们的原型和应用。恩格斯所描述的状况早已成为历史。我们略举若干侧面,表明数学的渗透和应用。

 ——数学的许多高深理论与方法正广泛深入地渗透到自然科学的各个领域中去。美国自然科学基金会最近指出:当代自然科学的研究正在日益呈现出数学化的趋势。

 ——无论是电子计算机的发明还是它的广泛使用都是以数学为基础的。在电子计算机的发明史上,里程碑式的人物图林和冯·诺依曼都是数学家,而在当今计算机的重大应用中也无不包含着数学。因而,美国国家研究委员会在一份报告中把数学与能源、材料等并列为必须优先发展的基础研究领域。

 ——信息技术已被广泛地应用于方方面面,高科技往往在本质上是一种数学技术。事实上,从医学上的CT技术到印刷排版的自动化,从飞行器的模拟设计到指纹的识别,从石油地震勘探的数据处理到信息安全技术等等,在形形色色的技术背后,数学都扮演着十分重要的角色,常常成为解决问题的关键。

 ——数学已经广泛地深入到社会科学的各个领域。例如,用数学模型研究宏观经济与微观经济,用数学手段进行社会和市场调查与预测,用数学理论进行风险分析和指导金融投资,在许多国家已被广泛采用,在我国也开始受到重视。在经济与金融的理论研究上,数学的地位更加特殊。在诺贝尔经济学奖的获得者当中,数学家或有研究数学的经历的经济学家占了一半以上。

 ——美国前几年职业排行榜的250种职业中,数学家(指各行业中从事数学建模、仿真等应用的数学家)名列第五位,前四位分别是网站经理、保险精算师、电脑系统分析师、软件工程师,他们也都需要有很强的数学背景。

 总之,数学在当代科技、文化、社会、经济和国防等诸多领域中的特殊地位是不可忽视的。发展数学科学,是推进我国科学研究和技术发展,保障我国在各个重要领域中可持续发展的战略需要。

2.数学教育的地位和作用

数学是人类社会进步的产物,也是推动社会发展的动力之一。数学与人类文明、与人类文化有着密切的关系。数学在人类文明的进步和发展中,一直在文化层面上发挥着重要的作用。

数学不仅是一种重要的“工具”或“方法”,也是一种思维模式,即“数学方式的理性思维”;数学不仅是一门科学,也是一种文化,即“数学文化”;数学不仅是一些知识,也是一种素质,即“数学素质”。数学训练在提高人的推理能力、抽象能力、分析能力和创造能力上,是其他训练难以替代的。

数学素质是人的文化素质的一个重要方面。古希腊的上流社会中,懂数学是有文化的象征;没有相当数学底蕴的人,在上层人士中是受歧视的。数学的思想、精神、方法,从数学角度看问题的着眼点、处理问题的条理性、思考问题的严密性,对人的综合素质的提高都有不可或缺的作用。较高的数学修养,无论在古代还是在现代,无论对科技工作者还是企业管理者,无论对各行业的工作人员还是政府公务员,都是十分有益的。 “胸中有数”中的“数”,不仅包含事物的数量方面,还应包含数学的思想、精神、方法等方面。所以,数学教育是提高整个中华民族国民素质的重要环节。

随着知识经济时代和信息时代的到来,数学更是“无处不在,无所不用”。各个领域中许多研究对象的数量化趋势愈发加强,数学结构的联系愈发重要,再加上计算机的普及和应用,给我们一个现实的启示:每一个想成为有较高文化素质的现代人,都应当具备较高的数学素质,因此,数学教育对所有专业的大学生来说,都必不可少。

我们认为,数学教育将从以下五个方面对大学生发挥作用:

——掌握必要的数学工具,用来处理和解决本学科中普遍存在的数量化问题与逻辑推理问题。

——了解数学文化,提高数学素质,将使人终生受益。

——培养“数学方式的理性思维”,如抽象思维、逻辑思维等,会潜移默化地在人们日后的工作中起作用。

——培养全面的审美情操,体会到数学是与史诗、音乐、造型并列的美学中心构架。

——为学生的终身学习打基础,做准备。

因此,对大学生的数学教育,是所有专业教育和文化教育中非常基础和非常重要的一个方面。从而,发展和改革数学教育,是培养和造就一大批具有创新精神和创新能力人才的至关重要的一个措施。

数学学科专业的教育,是专门培养数学及相关领域人才的教育,更加具有基础的地位和作用。

现实生活中,面对新世纪高科技领域的竞争,对数学人才的需求也与日俱增。数学类专业毕业生的去向开始从传统的高等院校、科研院所,扩展到信息、软件、经济、金融、保险、管理等行业;经济建设主战场对于各层次、多方面的数学人才的需求日显迫切;对一般劳动者的数学素养,也提出了较高的要求。社会公众与用人单位对数学与数学人才的作用和价值的认识在短短的十余年里已有很大提高,数学学科专业毕业生的就业状况与招生的生源状况正在逐步改善,数学学科专业的教育满怀信心地进入了新的世纪。

    二、 数学学科专业教学改革应有的特点

数学学科专业教学改革除了具有各学科教学改革的共性外,还有自己的特性,这是因为数学学科有自己的特点。以下五个方面的问题虽然是所有学科的教育教学改革都要涉及的问题,但在这些问题上,数学教育特殊性,尤其值得认真思考和妥善把握。

 1.数学教学中理论联系实际的问题

 数学来源于人类实践,但从实践中抽象出来以后,又有它相对的独立性和稳定性。特别是当它发展到一定程度以后,数学内部提出了大量重要的纯数学问题,在相当大的程度上吸引了数学家的兴趣。推动数学的发展,除了实践及其他学科和技术的需要这种来自外部的动力外,还有来自数学内部的巨大动力。数学工作者常常通过对数学内部提出的问题的研究,发展和完善数学理论,这些理论又通过不同途径应用于实践。例如,对欧几里得平行线公设的讨论持续了两千年,虽然许多数学家在试图证明这一公设的努力中失败了,但它最终导致了意义重大的非欧几何的诞生。对数学学科理论联系实际的理解不能简单化。数学问题的形式化表述有时让人觉得难以预测其应用前景,但数学理论可能联系的“实际”,有时会远远超出人们的想象,甚至常常是数学理论出现时尚未出现的“实际”。古希腊的圆锥曲线理论后来被应用于开普勒的行星运动三定律,黎曼几何理论后来被应用于爱因斯坦的广义相对论,陈省身的纤维丛理论后来被应用于杨振宁的规范场理论,都大大推动了世界科学技术的发展。

因此,数学教学中要注意理论联系实际,特别要注意数学建模的重要性,但不能处处都强调机械地联系当时生产、生活中的实际;在可能的情况下讲清楚数学概念内部的联系、数学理论的科学意义、数学与其他学科的联系,以及学习数学时自觉培养“应用意识”的重要性,倒是目前教学中普遍欠缺的。

 2.数学教学内容现代化的问题

数学学科专业基础课内容现代化的问题,是从1958年“教育革命”以来就有争议的问题。数学的基本理论,不像电子元件从电子管、晶体管到集成电路那样可以“更新换代”或“弃旧换新”;数学的教学只能在已有知识的基础上去讲新知识。有人用下面的比喻来说明这一点:“其他学科的创新常常是一代人推倒前一代人的大厦,建立起新的理论体系;而数学,却总是后人在前人所盖的大楼上,加盖一层新楼。”我们不可能在没有初等函数知识的条件下去讲微积分,也不可能在没有函数概念的条件下去讲泛函。在数学基础课教学内容的现代化问题上,我们应该看到数学的特殊性,尊重人的认识规律,不赶时髦。曾经有人指责“在现代大学还在讲17世纪的微积分”,这是荒唐的!其实,在经济学课程中使用简单的微积分是“现代化”,为什么在数学课程中讲授微积分这样重要的必备的基础就是“老化”呢?

我们认为,数学学科专业的教学内容的确应当现代化,但那是指课程体系总体而言,不是要求每门课的每一部分都现代化。数学基础课应当在内容上、观点上、语言上乃至符号上为后续课的现代化做好准备,着力打好基础,而不是简单地把后续课的内容前移。为了让学生看清基础课与现代数学的联系,在基础课的讲授中开几个“窗口”,讲一点只要求学生了解的内容,“点到为止”就可以了。

3.数学教学中注意发展学生个性的问题

数学研究和创新当然需要讨论和交流,需要团队精神和集体力量。但是与其他学科的研究有所不同的一个特点是,数学创新更多的是个人劳动的成果。牛顿从对力学的研究中创立了微积分,莱布尼茨从对几何的研究中创立了微积分,他们之间并没有直接的合作。罗巴契夫斯基、高斯、波约尔各自创立了非欧几何,他们之间也没有合作。

各校数学学科专业的学生中往往会出现一两个特殊学生,他们不仅对数学有浓厚的兴趣,有较好的基础,而且对数学有比较深刻的理解,有一定的数学天赋。在数学教学中注意发现这样的学生,特别指导这样的学生,发展这些学生的个性和数学优势,促使他们迅速成才,是我们义不容辞的责任。

为了发现和培养这些好苗子,在数学教学中如下做法是值得提倡的:设计“课下思考题”,组织“课外学习小组”,鼓励“本科生讨论班”,支持大学生研究项目,开设深入浅出的近代数学讲座,指导本科生写小论文,引导他们参加各种级别的数学竞赛和数学建模竞赛。

 4.数学教学中如何采用多媒体辅助教学的手段和双语教学的方式

 高度的抽象性和严密的逻辑性,是数学学科两个显著的特性。它决定了数学教学不仅应注意传授知识,更应注意培养学生的抽象思维和逻辑思维。近些年开展的多媒体辅助教学,优点是形象、具体。但当教学中需要培养学生的想象能力、抽象能力和逻辑推理能力的时候,若用屏幕上有限的“形象”代替了学生更接近数学本质的“想象”,用屏幕上个别的“具体”取代了学生的数学“抽象”,用屏幕上的快速推导,取代了板书教学中边写边想师生互动的逻辑渐进过程,也许反而减弱对学生的训练。所以,数学教学中,多媒体的辅助手段要结合数学课程的特点,注意实效,恰当运用,不可过多,只能辅助教学,不能代替教学。课题组认为,特别对于以培养学生的抽象思维、逻辑思维为特点的课程,应以板书教学为主,其他媒体辅助教学的作用是有限的。经过课题组讨论,认为数学课中可以采用计算机辅助教学的,大概有以下一些方面:复杂三维图形的多角度展示、动态过程的演示、影像资料的放映、书写量过大难于板书的内容、大量表格、资料、数据、图形的展示、数学人物、数学史简介、集体答疑、序言课、复习课等。数学“精品课程”的评审条件中,不应硬性要求多媒体课件上网。

近几年开展的双语教学,对于给学生创造更多的外语环境,锻炼学生的外语听力会有好处。但在数学基础课中除传授知识外,更要注意培养学生的抽象思维和逻辑思维,思维最终都要落实在语言表达上。当简洁、严谨、规范的数学语言正待训练的时候,当用母语做这种训练尚且有一定困难的时候,如果再把外语夹杂进去,或完全用外语教学,势必严重影响这种训练。所以课题组认为,双语教学不宜在一二年级的数学基础课中采用,可在三四年级的选修课中适度采用。在选修课中采用双语教学时,最好请外籍教师或发音标准的留学回国教师任课。至于采用适当的外文教材和参考书,在中文授课中对专业名词和外国人名标注外文,则是应该提倡的。

 5.数学基础课中加强习题课教学的问题

数学学科和数学教学的特点,使习题训练在数学教学中有特别重要的作用。理解各部分知识间的联系,明确解决问题的思路,数学思维的培养,书面表达能力的训练,很大程度上依靠做题的过程来完成。习题课是在教师指导下的做题,与学生自己做作业或看《习题解答》是很不一样的。习题课教师的作用是不可轻视的,他们应积极发挥主导作用,认真选择难易适中的题目,仔细设计做题与讲题的过程;对较难的题目,应有分层次的提示,并在巡视中了解学生的做题进度,及时说一些有针对性的话;习题课中还可适当组织讨论,活跃学生的思维;或做完题后,引导学生总结解题的思路和方法;以及启发学生自己提出有关的新问题,从中培养学生解决问题的能力和创新的意识。一题多解,易混淆的概念,常出错的关键点,都是习题课教师备课中要考虑的地方。现在多数教师上习题课时,只有出题和写解答的环节,很少提示和启发,不积极巡视和观察,基本上不组织讨论,更不注意培养学生举一反三和提出新问题的意识。还有不少学校让研究生上习题课。这些研究生大多有临时观念和任务观念,用应付的态度上习题课,以致有些学校的习题课已经名存实亡。所以,加强一二年级数学基础课的习题课教学,是当前亟待解决的问题。其实,数学基础课的教师在主讲前上几遍习题课,同时听听老教师的讲课,应该成为制度。年轻教师上习题课的经历和经验,也是他们日后主讲数学课程必要的前提。这几年,大量出版各种《习题解答》,是弊多利少的;它造成许多学生不动脑筋,靠看《解答》做题,甚至照抄《解答》。数学的立体化教材中,应把《习题解答》排除在外。

    三、 数学学科专业目前的发展态势

如前所述,数学学科专业近些年出现了大发展的态势,同时也存在一些问题。下面分五点叙述。

 1.发展速度加快,办学规模迅速扩大

数学学科专业的大发展,近二十年中有过两次。一次是在20世纪的80年代前期,因高校数学教师奇缺,许多工科院校办起了数学系或应用数学系,突破了过去只在综合性大学和师范院校中办数学系的框框,引起了数学学科专业,主要是“数学与应用数学专业”(含其前身)的大发展。另一次大发展是在1998年教育部调整专业目录及1999年起实行高校扩招后。高校扩招又一次造成高校数学教师的缺乏。而新公布的“信息与计算科学专业”,名称诱人,生源充足,开办该专业又不需要大的投入,在扩招的形势下,许多学校办起了“信息与计算科学专业”。这引起了数学学科专业的第二次大发展。这次是以“信息与计算科学专业”的大发展为主。当然,这两次大发展,也与数学学科在人们心目中地位的提高、社会公众对数学重要性的认可相关。

 2.多元化的培养规格正在成为各校的共识和实践

 在过去计划经济的体制下,数学系是专门培养数学研究和数学教学人才的。现在,随着市场经济的发展,以及数学与各种科学技术的紧密结合,人才市场上各个行业都需要许多具有良好的数学基础、较强的动手能力、较宽的知识面、综合素质好的数学人才。因此,多元化的培养规格正在成为各校的共识。各校在实践上一方面培养数学研究和数学教学人才,一方面也培养一大批以数学和计算机为主要工具的、国民经济各领域所需要的应用型人才。

 这里所说的多元化,除了包含多种类型的人才外,也包含同一类型中多种层次的人才。我国有上千所大学,有几百个数学系或应用数学系,情况千差万别。所以,同一类型的人才,不同学校的培养目标可能是不同层次的。只要市场有需求,都应当得到尊重和鼓励。

 3.“厚基础、宽口径”的培养思路深入人心,各校普遍加强了基础课教学

 文革前“专门化”的培养思路,毕业生出路过窄,降低了办学效益,也不利于学生的个性发展。现在,数学学科专业毕业生需求的多元化,引起了高校数学人才培养规格的多元化;同时,也形成了“厚基础、宽口径”的培养思路,它使毕业生的基础打得更加扎实,适应面大大拓宽。教育部在1998年把数学学科专业从8个调整为2个,另加统计学专业。这就为“厚基础、宽口径”的培养思路创造了条件。

 在这种思路的指导下,各校普遍加强了数学分析、高等代数、解析几何这三门基础课的教学。所谓加强,并不在于增加课时或加深内容,而在于帮助学生更好地掌握每门课程的核心内容,抓住基本知识、基本技能等重点,加强对数学思想方法的理解和应用。而后续课程的安排与要求,不同学校,甚至同一学校中针对不同的学生群体,都表现出更加多样灵活的特征。

 4.强调知识、能力、素质的综合协调发展

 近些年来,素质教育的思想逐渐深入人心,教学不再只强调传授知识,而是注意学生知识、能力、素质的综合协调发展。从数学专业学生的特点出发,课题组吸取一些高校的研究成果,总结了优秀的数学本科生应具备的十种基本的数学能力和五种基本的数学素养。

 十种基本的数学能力是:类比的能力,分析的能力,归纳的能力,抽象的能力,联想的能力,演绎推理的能力,准确计算的能力,学习新知识的能力,运用数学软件的能力,“应用”数学的能力。

 五种基本的数学素养是:主动探寻并善于抓住数学问题中的背景和本质的素养;熟练地用准确、简明、规范的数学语言表达自己数学思想的素养;具有良好的科学态度和创新精神,合理地提出新思想、新概念、新方法的素养;对各种问题以“数学方式”的理性思维,从多角度探寻解决问题的道路的素养;善于对现实世界中的现象和过程进行合理的简化和量化,建立数学模型的素养。

 5.快速发展中各校办学水平参差不齐,有些专业点办学质量堪忧

 在近几年数学学科专业快速发展中,有一批注重规模和质量协调发展的学校。这些学校往往有较深厚的历史积淀,办学水平较高,“数学与应用数学专业”和“信息与计算科学专业”两个专业的师资都比较充足,培养计划比较成熟,毕业生得到社会的广泛欢迎,成为我国数学学科专业发展的龙头。

 但是,不可忽视的是,有些学校在师资不足、基本教学条件欠缺、甚至对专业不甚了解的情况下,却由于种种原因,办起了“数学与应用数学专业”或“信息与计算科学专业”。这必然导致办学水平低,毕业生基本质量得不到保证。特别是“信息与计算科学专业”,有的学校甚至不知道这个专业的内涵是什么,要开些什么课,便仓促上马。2003年全国“信息与计算科学专业”专业点已达到366个,首次超过“数学与应用数学专业”专业点的数目,其中有些学校连主干课程都难以开齐,何谈教学质量?最近社会上已经有一种说法,认为这些学校的毕业生“信息理论知道的不多,计算机能力又不强”。数学学科专业发展中的这一问题,应引起我们的严重注意。

 从根本上说,近些年数学学科专业的快速发展中,对规模、结构、效益、质量的关系似乎重视不够。发展的总规模多大为宜?两个专业维持怎样的结构比例比较合理?如何使办学规模与办学效益同步增长?培养的学生是否达到质量的基本要求?这些关键问题没有加以特别关注和研究。课题组认为,近些年数学学科专业的快速发展有一定的盲目性,有些专业点的办学质量堪忧。

    四、数学学科专业今后五年左右的社会需求预测

 1.高科技时代对数学人才的需求相当旺盛

 高科技时代充满着激烈的竞争,但归根到底是人才的竞争。由于各种科学技术的核心往往是数学,交叉学科的核心也往往是数学,所以人才竞争中一个重要环节是培养一大批有较宽视野和较强创新能力的数学人才。

 近几十年来,无论是在国外还是在国内,我们都可以看见一种有趣的现象:一批原来从事数学研究的人转身投向其他研究领域或技术开发领域,特别是信息技术、金融和经济,以及各种工程计算领域,并在这些领域中取得了重大成就,甚至成为其中的领袖人物。这种现象不仅在发达国家屡见不鲜,在我国也有很多。例如,我国计算机领域或信息技术领域的许多代表人物原先都是数学专业的毕业生。我们调查了数学学科专业毕业生的就业情况,发现其中很大比例的学生毕业后并不是从事数学工作,而是进入了其他领域。在一些发达国家中,计算机与信息技术业,金融与保险业,军工乃至安全部门等等,是吸纳大批数学博士或硕士的主要行业。如果说20世纪80年代我国的人才市场对数学人才的重要性还认识不足的话,那么,到了20世纪90年代后期这种状况已经发生了根本性的变化。今后五年的人才市场,将继续朝数学人才需求旺盛的方向发展。

 高科技人才市场出现青睐数学人才的现象不是偶然的,也不是暂时的,而是高科技发展的必然需要。其中的原因,不仅是因为数学人才在逻辑推理、抽象思维和创新能力上有较大的优势,更重要的是在许多领域的研究或开发中需要越来越多的专门数学知识,而这些领域原先的工作者却往往缺乏足够的数学根底与训练,于是,数学人才的参与就成为必然。由于数学学科的特点,尤其是它的概念的抽象性和知识的连贯性,为了掌握专门的数学知识,往往要从年轻时开始,并且需要较长时日。一般说来,这就使得其他领域的人员难于在较短时间内掌握工作中必须的专门数学知识,也使他们对自己不熟悉的数学符号和理论望而生畏。相对而言,具有专门数学训练的人去学习另外某个领域的基本知识并达到与该领域工作者沟通的程度,一般说来并不十分困难。

 2.今后五年社会需求的五类数学人才的预测

 课题组把社会需求的数学人才分为专职数学研究人员、交叉学科研究人员、高等教育数学教师、应用型数学人才、基础教育数学教师五类,并根据我国现状、社会发展的需要和市场的需要,给出各类人才需求的大致预测。根据这种预测,今后五年和五年以后,社会需求的数学人才,层次大多在硕士以上;再加上研究生扩招,所以今后五年,攻读研究生将是数学本科毕业生的一个重要去向。估计就读研究生的人数,重点大学会达到本科毕业生总数的30%以上,普通高校会达到15%左右。

 1) 专职数学研究人员

 它包括理论数学的研究人员和应用数学的研究人员。高水平的理论数学研究人才是我国基础数学发展的保障,是把我国建成数学强国的需要。它的需求特点是高层次,少而精。这类人才的来源主要是高水平大学中的博士及博士后。由于需求的特点是高层次,少而精,所以社会对这类人才的关注,主要的不是数量,而是质量。

 应用数学的研究人员,也需要扎实的数学理论功底,并且需要有较宽的知识面和较强的适应能力。由于数学的应用是多方面的,所以这类人才的需求数量会远远多于理论数学的研究人才。这类人才的来源,也主要是高水平大学的博士和博士后。

 2)交叉学科和其他相关学科的研究人员

 如前所述,相当一批数学学科专业的毕业生,会转身投向交叉学科或其他研究领域。这些研究领域的核心或关键是数学,因此,有较强数学功底的人才在其中会大有用武之地。除金融数学、生物数学、经济数学、精算保险等历史较长的交叉学科外,一些新兴的交叉学科如生物信息、金融工程、信息安全、计算机视觉、信息处理、软件工程、数理语言学、计算化学、计算材料学等,也需要一批数学人才。这类人才的需求数量较大,并且会逐年增加。它的来源,一部分是数学学科专业的本科毕业生,更多的是数学及相关方向的硕士和博士毕业生。

3)高等教育的数学教师

它包括数学学科两个专业的教师和非数学类专业的数学教师(即数学公共课教师)。这类人才目前缺口较大,但五年以后应逐步趋于动态平衡状态;只是因高校扩招的继续,公共课的数学教师仍可能会继续紧缺。

 现在的重点院校补充数学教师,都要求具有博士以上;非重点院校补充数学教师,至少也要求硕士以上。所以今后五年这一方面对数学博士和硕士的需求,也会是相当大的。

 4)以数学和计算机为主要工具的、国民经济各领域所需要的应用型人才

 这类人才的需求数量是很大的,如精算师、经济师、软件设计师、统计师、工程计算专家、网络安全专家、国防科技专家,等等,需求层次主要是硕士、博士生,同时也需要一定数量的本科生。今后五年,这一类数学人才的需求估计将占总需求的一半左右,五年以后,将占总需求的一半以上。由于社会对这类人才的需求是多种多样的、变化迅速的,所以,“厚基础,宽口径”的培养思路将会更好地满足社会需求。

 5)基础教育和中等职业教育的数学教师

目前,这一类数学人才的需求缺口也很大。今后五年,它将是吸纳高校数学毕业生的一个重要渠道,层次是本科和硕士;但五年以后因补充已到位及中学生生源的减少,这类人才的需求会逐步趋于动态平衡状态。

    五、数学学科专业今后五年教学改革研究的课题建议

 根据课题组发放的数学学科两个专业“情况调查表”的反馈信息,以下教改课题有半数以上学校认为是“重要的”。我们研讨后,建议教育部组织关于数学学科专业的以下教学改革研究课题。

(1)“数学与应用数学专业”如何加强基础,多元化地培养学生的研究。

(2) 非重点院校中的“信息与计算科学专业”如何加快建设,办出特色,达到《专业规范》要求的研究。

(3)数学学科专业的教改中如何体现数学学科的特点。

(4)关于数学教育与新兴交叉学科发展的关系之研究。

(5)数学学科两个专业的教学中,知识、能力、素质三者关系的研究。

(6)数学建模的思想如何融入主干课程的研究。

此外,下面的研究课题是“数学与应用数学专业”和“信息与计算科学专业”共同的:

(1)大学扩招后对本专业教学目标和教学质量的分层次定位研究。

(2)对不同类型高校本专业的课程设置和教学内容国内外情况的比较研究。

(3)本专业的“专业评估体系”的研究。

(4)本专业设立新增选修课的研究。

(5)本专业教学中应着重培养学生的哪些数学能力和数学素质。

(6)本专业教学中如何培养学生的创新意识和创新能力。

(7)本专业教育中的实践教学应该如何开展。

(8)“数学建模”和“数学实验”课程在本专业教育中的地位和作用。

(9)计算机类课程在本专业教育中的地位和作用。

    六、 数学学科专业今后五年左右的发展思路和政策建议

为了适应国家的发展、社会的进步,数学学科专业需要培养大批基础厚、口径宽、能力强、素质高的数学及与数学相关领域的人才。根据上述研究和分析,课题组建议,数学学科专业今后五年左右的总体培养和发展思路是:加强基础,注重能力;拓宽口径,重视应用;突出特色,分流培养。具体的政策建议有以下几点。

1.数学教育教学改革应积极、稳妥地进行,并注重试点

教育教学改革是永恒的主题,数学的教育教学改革也是永恒的主题。但是,历史的经验值得注意,大轰隆和急功近利是不行的,大步走不如小步快走。教育是长线工程,教育的效果要很多年后才显现出来,教学改革的利弊也要很多年后才显现出来。所以,教育教学改革的研究主题应在较长的实践中相对稳定,教学改革的成果要有一段实践的时间来检验。教改主题变动的频度不宜太大,更不能每过几年就出一个新“招”。检验教改成果的唯一标准是实践,是教学效果的提高。总之,数学的教育教学改革既应积极地进行,又应稳妥地进行;并且要注重试点,取得经验后再推广。

 2.数学教育教学改革的研究成果要注意向实践转化

近十年来,数学教育界集中优势兵力,进行了大量的教育教学改革的研究,标志性成果是分别以姜伯驹先生、萧树铁先生、马知恩先生为项目总负责人的三本《研究报告》(也称“白皮书”,高等教育出版社出版)。这是近年来数学教育教学改革成果的结晶。但是,全国各院校数学系的领导和教师却很少有人看过这些《研究报告》,更不用说付诸实践了。这种少数人在研究、成果难以转化为广大教师的实践的状况,不能再继续下去了。教改的主力是一线教师,应重视他们的意见,重视他们的实践。建议教育部不仅注意抓宏观的管理,不仅注意抓教改项目的立项和验收,也注意抓微观的指导,注意抓教改项目研究成果的落实。

 3.调整数学学科两个专业的总体规模和结构比例

最近几年,“信息与计算科学专业”发展过快,规模过大,造成数学学科两个专业结构比例失调,应该引起教育部的注意。在今后五年中,数学学科两个专业的总体规模应宏观调控,特别是“信息与计算科学专业”的专业点不能再增加了。“数学与应用数学专业”办学历史长,基础好,覆盖面广,毕业生出路宽,社会需求量较大,所以专业点和招生人数都应相对较多。两个专业毕业生的具体需求量将由市场来调节,不同的时期会有所不同。建议教育部每年收集全国各高校这两个数学学科专业毕业生去向的分类统计,它对于这两个专业招生人数结构比例的调整将起指导作用。

 4. 持之以恒地开展数学学科两个专业课程体系和教学内容改革的研究

数学人才培养的主要形式是课堂教学。课程体系和教学内容的改革,是数学教学改革的核心和重点,也是教育观念、素质教育、人才培养模式等宏观研究的落脚点。20世纪90年代末,教育部重点组织了“面向21世纪课程体系和教学内容的改革”,并已初见成效。但这一课题研究还远未结束,已取得的一些成果随着社会的发展、观念的更新,也会不断地发展和更新,不能停留在一个水平上。所以,课程体系和教学内容的改革,要持之以恒地进行下去,不能用教学形式、教学方法、教学手段的教改课题冲淡这一更加核心的课题。

课程体系和教学内容的改革,要有全局的观点和战略的眼光。就“数学与应用数学专业”而言,分析类课程较重,几何、代数类课程偏轻,是长期存在的一个问题;近几年轻视几何教学的倾向愈加突出。课题组认为,应注意增加几何、代数类课程,使分析、代数、几何、随机四个方面的教学协调发展。就“信息与计算科学专业”而言,课程体系与教学内容都还不够成熟,更应在实践新的“专业规范”中继续探索、调整、充实、完善。

5.大力组织数学学科两个专业的师资培训

扩招和近几年许多高校新办数学类专业,造成大批学校的师资力量不足,师资水平过低。几何、代数类课程教师的缺口相对更大。一些新办“信息与计算科学专业”的学校,迫切希望上级有关部门组织主要课程的教师培训。西部地区和较小学校的“数学与应用数学专业”也有类似的要求。在未来新的“专业教学规范”公布以后,这种要求一定会更加普遍和强烈。我们认为,在今后五年中,应由教育部高教司理工处牵头,借助自然科学基金委的力量,集中组织数学学科两个专业的教师培训,或委托一些有条件的重点院校开展此项工作。

 6.注意加强数学教学中的“应用”内容和实践环节

数学人才的多元化需求,促使我们形成了“厚基础,宽口径”的培养思路。按照这一思路,各校应加强“数学建模”、“数学实验”课程的教学,强调科学计算、统计实验、社会调查等实践性环节;即使是培养基础理论研究人才,也必须锻炼理论联系实际的应用能力,才能适应当代科学技术综合发展的要求。在各门数学课程的教学中,教师都应有意识地培养学生对“应用”的感情,以及处理实际问题的应变能力。数学学科专业的领导和教师,应提倡把数学建模的思想精神融入主干课程的教学中去,而不应仅仅关注针对数学建模竞赛的培训和得奖。大专院校特别是师范院校应该更加关心基础教育改革中数学课程改革的实践。总之,注意加强数学教学中的“应用”内容和实践环节,是十分必要的。

7.鼓励数学教育教学中的百花齐放,促进形成生动活泼的局面

我国目前约有近700个高校数学学科专业点,它们类型不同,所在地域不同,学校历史不同,办学规模不同,招收生源不同,培养目标不同,毕业生去向不同,改革中面临的问题也不同。因此,数学教育教学改革不必要也不可能规定统一的模式,倒应该自觉地培育多样性,提倡发展各自的特色,鼓励改革中的首创精神。不同的教学改革思路、方案,可以百花齐放,各显神通。而且,通过不同方案的交流,互相启发,互相补充,互相借鉴,从而取长补短,共同提高,可以促进形成生动活泼的局面。目前,精品课程、优秀教材的评选,过多地集中于重点院校;对于大量的一般院校,今后也应注意培育适合这一层次的精品课程和优秀教材。

8.建立科学的“专业评估制度”,保证数学学科两个专业的培养质量

适当运用评估手段,是一种有效的管理机制。但是,如果评估过多,指标过细,则效果必然适得其反。有些学校往往在评估前加大投入,抓紧“包装”,追求短期效益。少数学校有造假行为,个别学校甚至让学生一同造假,丧失了起码的诚信,与素质教育背道而驰。其中的症结在于,有些学校用突击建设来应对评估。专业建设是不能靠突击的。课题组认为,应该建立科学的“专业评估制度”,按照“专业规范”的要求,对不同层次的学校,科学地制定不同的“专业评价体系”,对近几年新建的专业点进行评估。评价指标要合理,且有一定的弹性,经过努力能够达到;“评价体系”作为指挥棒,要及早公布,相对稳定;并且,定期评估和抽查评估相结合,实施动态的评估。对评估中不合格的专业点,应限期整改,再不合格,则取消该专业点。课题组相信,经过五年左右积极稳妥的建设和科学有效的管理,数学学科的两个专业点,一定会在量上趋于合理,在质上明显提高,为我国科学技术的发展,为振兴中华民族,做出自己的贡献。

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非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求

非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会 

物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,应用于生产技术的许多部门,是其他自然科学和工程技术的基础。

在人类追求真理、探索未知世界的过程中,物理学展现了一系列科学世界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活,是人类文明发展的基石,在人才的科学素质培养中具有重要的地位。

   一、课程的地位、作用和任务

以物理学基础内容的大学物理课程,是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分,是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。

大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,培养学生树立科学的世界观,增强学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索精神和创新意识等方面,具有其他课程不能替代的重要作用。

通过大学物理课程的教学,应使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解,为进一步学习打下坚实的基础。在大学物理课程的各个教学环节中,都应在传授知识的同时,注重学生分析问题和解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养,努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。

   二、教学内容基本要求(详见附表)

  大学物理课程的教学内容分为A、B两类。其中:A为核心内容,共74条,建议学时数不少于126学时,各校可在此基础上根据实际教学情况对A类内容各部分的学时分配进行调整;B为扩展内容,共51条。

    1.   力学(A:7条,建议学时数14学时;B:5条)

    2.   振动和波(A:9条,建议学时数14学时;B:4条)

    3.   热学(A:10条,建议学时数14学时;B:4条)

    4.   电磁学(A:20条,建议学时数40学时;B:8条)

    5.   光学(A:14条,建议学时数18学时;B:9条)

    6.   狭义相对论力学基础(A:4条,建议学时数6学时;B:3条)

    7.   量子物理基础(A:10条,建议学时数20学时;B:4条)

    8.   分子与固体(B:5条)

    9.   核物理与粒子物理(B:6条)

    10. 天体物理与宇宙学(B:3条)

    11. 现代科学与高新技术的物理基础专题(自选专题)

   三、能力培养基本要求

通过大学物理课程教学,应注意培养学生以下能力:

      1. 独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法,阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献,不断地扩展知识面,增强独立思考的能力,更新知识结构;能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。

2.    2.科学观察和思维的能力——运用物理学的基本理论和基本观点,通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力,并对所涉问题有一定深度的理解,判断研究结果的合理性。

3.   3.分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况,抓住主要矛盾,进行合理的简化,建立相应的物理模型,并用物理语言和基本数学方法进行描述,运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。

   四、素质培养基本要求

通过大学物理课程教学,应注重培养学生以下素质:

1.    1.求实精神——通过大学物理课程教学,培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

2.    2.创新意识——通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等,引导学生树立科学的世界观,激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望,以及敢于向旧观念挑战的精神。

3.    3.科学美感——引导学生认识物理学所具有的明快简洁均衡对称奇异相对和谐统一等美学特征,培养学生的科学审美观,使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律,逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。

   五、教学过程基本要求

在大学物理课程的教学过程中,应以培养学生的知识、能力、素质协调发展为目标,认真贯彻以学生为主体、教师为主导的教育理念;应遵循学生的认知规律,注重理论联系实际,激发学习兴趣,引导自主学习,鼓励个性发展;要加强教学方法和手段的研究与改革,努力营造一个有利于培养学生科学素养和创新意识的教学环境。

1.     1.教学方法——采用启发式、讨论式等多种行之有效的教学方法,加强师生之间、学生之间的交流,引导学生独立思考,强化科学思维的训练。习题课、讨论课是启迪学生思维,培养学生提出、分析、解决问题能力的重要教学环节,提倡有条件的学校以小班形式进行,并应在教师引导下以讨论、交流为主,学时数应不少于总学时的10%,争取做到不少于15%。鼓励通过网络资源、专题讲座探索性实践、小课题研究等多种方式开展探究式学习,因材施教,激发学生的智力和潜能,调动学生学习的主动性和积极性。

2.     2.教学手段——应发挥好课堂教学主渠道的作用,教学手段应服务于教学目的,倡有效利用多媒体技术。应积极创造条件,充分利用计算机辅助教学、网络教学等现代化教育技术的优势,扩大教学信息量,提高教学质量和效率。

3.     3.演示实验——应充分利用演示实验帮助学生观察物理现象,增加感性知识,提高学习兴趣。大学物理课程的主要内容都应有演示实验(实物演示和多媒体仿真演示),其中实物演示实验的数目不应少于40个。实物演示实验可以采用多种形式进行,如课堂实物演示、开放演示实验室、演示实验走廊等。提倡建立开放性的物理演示实验室,鼓励和引导学生自己动手观察实验,思考和分析问题,进行定性或半定量验证。有条件的学校可以通过选修课或适当计算学分等措施保证实现上述目标。

4.     4.习题与考核——习题与考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。习题的选取应注重基本概念,强调基本训练,贴近应用实际,激发学习兴趣。考核要避免应试教育的倾向,积极探索以素质教育为核心的课程考核模式。

5.     5.双语教学——在保证教学效果的前提下,有条件的学校可开展物理课程的双语教学,以提高学生查阅外文资料和科技外语交流的能力。

   六、有关说明

1.       1.本教学基本要求适用于各类高等院校的工科专业和理科非物理专业的本科物理课程,其中A类内容是本科生学习本课程应达到的最低要求。

    2.本课程宜从一年级第二学期开始,以确保学生学习本课程具有所需要的数学基础。

3.      3.本基本要求建议的最低学时数为126学时。为了体现加强基础的教育思想,增强学生的发展潜力,各学校应根据人才培养目标和专业特点增加一定数量的B类内容和学时数。例如,对于理科、师范类非物理专业和某些需要加强物理基础的工科专业,其大学物理课程的学时数不应少于144学时。

附表:教学内容基本要求

一、力  

序 号

   

类 别

说 明 和 建 议

1

质点运动的描述、相对运动

A

1.    力学的重点是牛顿运动定律和三个守恒定律及其成立条件。

2.    力学中除角动量、刚体和流体部分外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触,故教学中展开应适度,以避免重复。

3.    通过把力学的研究对象抽象为三个理想模型,质点、刚体和理想流体,逐步使学生学会建立模型的科学研究方法。

4.    应注意学习矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。

5.    可简要说明守恒定律与对称性的相互关系及其在物理学中的地位。

 

2

牛顿运动定律及其应用、变力作用下的质点动力学基本问题

A

3

非惯性系和惯性力

B

4

质点与质点系的动量定理和动量守恒定律

A

5

质心、质心运动定理

A

6

变力的功、动能定理、保守力的功、势能、机械能守恒定律

A

7

对称性和守恒定律

B

8

刚体定轴转动定律、转动惯量

A

9

刚体转动中的功和能

B

10

质点、刚体的角动量、角动量守恒定律

A

11

刚体进动

B

12

理想液体的性质、伯努利方程

B

 

二、振

   

类 别

1

简谐运动的基本特征和表述、振动的相位、旋转矢量法

     A

1.   振动和波是自然界极为普遍的运动形式,简谐运动是研究一切复杂振动的基础。应强调简谐运动以及平面简谐波的描述特点及研究方法,突出相位及相位差的物理意义。

2.   要阐明平面简谐波波函数的物理意义以及波是能量传播的一种重要形式,突出相位传播的概念和相位差在波的叠加中的作用。讲述机械波要为讨论电磁波(光波),以及物质波的概念提供基础。

3.   要求学生进一步掌握线性运动叠加原理,并通过在周期性外力作用下阻尼摆的混沌现象分析对非线性问题的特征有所了解。

4.   振动和波是应用演示手段最为丰富的部分,教学中应充分应用演示实验和多媒体手段阐述旋转矢量法;展示阻尼振动、受迫振动和共振现象、振动的合成、李萨如图形、驻波、多普勒效应等内容。并可鼓励学生自己设计展示物理思想和物理现象的多媒体课件。

2

简谐运动的动力学方程

A

3

简谐运动的能量

A

4

阻尼振动、受迫振动和共振

B

5

非线性振动简介

B

6

一维简谐运动的合成、拍现象

A

7

两个相互垂直、频率相同或为整数比的简谐运动合成

B

8

机械波的基本特征、平面简谐波波函数

A

9

波的能量、能流密度

A

10

惠更斯原理、波的衍射

A

11

波的叠加、驻波、相位突变

A

12

机械波的多普勒效应

A

13

声波、超声波和次声波;声强级

B

 

三、热 

   

类 别

说 明 和 建 议

1

平衡态、态参量、热力学第零定律

A

1.   对于中学物理介绍得比较多的气体宏观规律,如气体的状态方程、热力学第一定律等应注意展开适度,减少不必要的重复。

2.     温度是热学的重要概念,除了说明温度的统计意义外,还应讲述为其提供实验基础的热力学第零定律。

3.      注重讲授大量粒子组成的系统的统计研究方法和统计规律,以及热现象研究中宏观量与微观量之间的区别与联系。

4.     通过理想气体的压强和气体分子平均自由程等公式的建立以及气体范德瓦耳斯方程的导出,进一步讲授科学研究的建模方法。

5.        要强调热力学第二定律的重要性,使学生理解和掌握熵和熵增加原理是自然界(包括自然科学和社会科学)最为普遍实用的定律之一。

2

理想气体状态方程

A

3

准静态过程、热量和内能

A

4

热力学第一定律、典型的热力学过程

A

5

多方过程

B

6

循环过程、卡诺循环、热机效率、致冷系数

A

7

热力学第二定律、熵和熵增加原理、玻耳兹曼熵关系式

A

8

范德瓦耳斯方程

B

9

统计规律、理想气体的压强和温度

A

10

理想气体的内能、能量按自由度均分定理

A

11

麦克斯韦速率分布律、三种统计速率

A

12

玻耳兹曼分布

B

13

气体分子的平均碰撞频率和平均自由程

A

14

输运现象

B

 

四、电 磁 学

   

类 别

1

库仑定律、电场强度、电场强度叠加原理及其应用

     A

1.   对中学物理介绍得比较多的电力、磁力、静电感应及电磁感应现象等内容,讲述中应注意与中学教学的衔接,减少不必要的重复。

2.   电磁学的重点在于通过库仑定律、高斯定理和环路定理、毕奥-萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律等,学习电磁场的概念以及场的研究方法。

3.   突出介绍以点电荷的电场和电流元的磁场为基础的叠加法。强调电场强度、电场力、磁感应强度、磁场力的矢量性。并加强学生应用微积分解决物理问题的训练。

4.   重点讲述法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦关于涡旋电场和位移电流的基本假设,并阐明麦克斯韦方程组的物理思想,帮助学生建立起统一电磁场的概念以及认识电磁场的物质性、相对性和统一性。

 

2

静电场的高斯定理

A

3

电势、电势叠加原理

A

4

电场强度和电势的关系、静电场的环路定理

A

5

导体的静电平衡

A

6

电介质的极化及其描述

B

7

有电介质存在时的电场

A

8

电容

A

9

磁感应强度:毕奥-萨伐尔定律、磁感应强度叠加原理

A

10

恒定磁场的高斯定理和安培环路定理

A

11

安培定律

A

12

洛伦兹力

A

13

物质的磁性、顺磁质、抗磁质、铁磁质

B

 

14

有磁介质存在时的磁场

A

5.   电路是处理电磁问题的一种常用方式,有很重要的实际意义,应说明用“路”或“场”处理电磁问题的前提条件。对于后续课程没有电工或电路课的学生,应当把列为B类有关电路的内容作为核心内容(A类)处理;对其他专业学生,这部分内容可以删去,以免与后续课程重复。

 

15

恒定电流、电流密度和电动势

A

16

法拉第电磁感应定律

A

17

动生电动势和感生电动势、涡旋电场

A

18

自感和互感

A

19

电场和磁场的能量

A

20

位移电流、全电流环路定律

A

21

麦克斯韦方程组的积分形式

A

22

电磁波的产生及基本性质

A

23

麦克斯韦方程组的微分形式

B

24

边界条件

B

25

超导体的电磁性质

B

26

直流电:闭合电路和一段含源电路的欧姆定律、基尔霍夫定律、电流的功和功率

B

27

交流电:简单交流电路的解法(矢量图解法和复数解法)、交流电的功率、三相交流电

B

28

暂态过程、谐振电路

B

 

五、光 

   

类 别

1

几何光学基本定律

     A

1.   介绍几何光学的基本定律和近轴光学成像的分析方法。

2.   重点讲述光的干涉和衍射,使学生掌握判断波的基本特征。

3.   分波阵面干涉主要介绍杨氏双缝干涉,洛埃镜干涉可突出相位突变的实验验证。

4.   分振幅干涉的教学重点是等厚干涉及其应用。

5.   通过干涉和衍射的学习,以及一些光学器件在现代工程技术中的应用,使学生理解光栅光谱的特征以及光谱分析的意义,了解光学精密测量的基本方法。

6.   光学也是演示手段较为丰富的一部分,可充分运用多媒体手段展示干涉和衍射现象的规律及其变化、单缝衍射对光栅衍射的调制作用及缺级现象、偏振光的获得等内容,帮助学生加深对光学基本理论的理解。

 

2

光在平面上的反射和折射

     A

3

光在球面上的反射和折射

     A

4

薄透镜

     A

5

显微镜、望远镜、照相机

     B

6

光源、光的相干性

     A

7

光程、光程差的概念

A

8

分波阵面干涉

A

9

分振幅干涉

A

10

迈克耳孙干涉仪

B

11

光的空间相干性和时间相干性

B

12

惠更斯-菲涅耳原理

A

13

夫琅禾费单缝衍射

A

14

光栅衍射

A

15

光学仪器的分辨本领

A

16

晶体的X射线衍射

B

17

全息照相

B

 

18

光的偏振性、马吕斯定律

A

 

19

布儒斯特定律

A

20

光的双折射现象

B

21

偏振光干涉和人工双折射

B

22

旋光现象

B

23

光与物质的相互作用:吸收、散射和色散

B

 

六、狭 义 相 对 论 力 学 基 础

   

类 别

1

迈克耳孙-莫雷实验

B

1.   本部分重点讲述狭义相对论的基本原理、研究方法,通过与绝对时空观的比较,帮助学生建立狭义相对论的时空观。

2. 注意学习相对论动力学基础。

 

2

狭义相对论的两个基本假设

A

3

洛伦兹坐标变换和速度变换

A

4

同时性的相对性、长度收缩和时间延缓

A

5

相对论动力学基础

A

6

能量和动量的关系

B

7

电磁场的相对性

B

 

七、量 子 物 理 基 础

序 号

   

类 别

1

黑体辐射、光电效应、康普顿散射

A

1.   突出讲授光的波粒二象性的物理思想,对中学已讲解的光电效应可适当简化,避免不必要的重复。

2.   本部分重点介绍量子力学的基本原理,帮助学生建立物质波粒二象性和量子化的概念,这是从经典物理到量子物理过渡的重要阶梯。理解微观物质的描述方式和波函数的统计意义,并通过一维无限深势阱的量子力学描述以及与经典驻波的比照,帮助学生理解波函数和薛定谔方程是量子力学状态描述的手段。

3.   注意通过几个重要实验和模型,给出量子力学作为新理论创立和发展的过程以及人们对物质世界认识不断深化的过程,给学生以创新思维和探究精神的启迪。

 

2

戴维孙-革末实验、德布罗意的物质波假设

A

3

玻尔的氢原子模型

B

4

夫兰克-赫兹实验、原子里德堡态、对应原理

B

5

波函数及其概率解释

A

6

不确定关系

A

7

薛定谔方程

A

8

一维无限深势阱

A

9

一维谐振子

B

10

一维势垒、隧道效应、电子隧道显微镜

A

11

氢原子的能量和角动量量子化

A

12

电子自旋:施特恩-盖拉赫实验

A

13

泡利原理、原子的壳层结构、元素周期表

A

14

碱金属原子、交换对称性、激光、激光冷却与原子囚禁

B

 

八、分 子 与 固 体

   

类 别

说 明 和 建 议

1

化学键:离子键、共价键

B

1.     这部分内容重在物理图像和物理概念的建立。

2.     帮助学生理解离子键和共价键两种重要化学键形成的机理及分子结构的基本特点。

3.  理解金属中自由电子的分布规律和导电机制,能带的形成,半导体的导电机制,PN结的形成以及简单半导体器件的工作原理。

2

分子的振动与转动

B

3

自由电子的能量分布与金属导电的量子解释

B

4

能带、导体和绝缘体

B

5

半导体、PN结、半导体器件

B

 

九、核 物 理 与 粒 子 物 理

   

类 别

说 明 和 建 议

1

原子核的一般性质

B

1.   这部分内容重在帮助学生了解研究微观物质的基本方法。

2.      重点介绍物质微观结构、运动规律和相互作用的基本物理图像。

2

放射性衰变、辐射剂量

B

3

原子核的裂变与聚变

B

4

粒子及其分类

B

5

守恒定律

B

6

基本相互作用与标准模型

B

 

十、天 体 物 理 与 宇 宙 学

   

类 别

说 明 和 建 议

1

星体的演化:白矮星、中子星和黑洞

B

1.   了解广义相对论的基本原理,并建立相应的时空观。

2.   介绍天体和宇宙演化的物理图像,了解微观,宏观和宇观物理规律之间的联系,帮助学生建立科学的自然观和宇宙观。

 

2

广义相对论基础:等效原理、弯曲时空、引力红移和引力辐射

B

3

宇宙学:大爆炸理论、宇宙膨胀、宇宙背景辐射

B

 

十一、现代科学与高新技术的物理基础专题(自选专题)

说明:

1. 教学     1.内容基本要求分为A、B两类,其中A类共有74条,B类共有51条。A类内容构成大学物理课程教学内容的基本框架,是核心内容;B类是扩展内容,它们常常是理解现代科学技术进展的基础,讲述这些内容可以使学生对大学物理的基本规律的理解更加深刻和充实。各学校除了保证基本知识结构的系统性、完整性以外,在知识的深度和广度上不应仅满足于A类内容,而应当根据学时范围和授课对象所需基础尽可能多地选择B类内容,必要时还可适当开启新的“知识窗口”,介绍与科学前沿和技术应用发展相关的内容。

          由于各学校类型、办学性质和人才培养目标的差异,在充分论证的基础上,一些专业的大学物理教学内容可以在A、B两类内容之间进行小幅调整,但由A类内容调整为B类的比例不应大于15%。调整的论证资料应由学校存档。调整后的教学内容通过各校教学大纲加以规范。

  2.适当加强近代物理基础知识的教学,近代物理的内容一般不应少于总学时的五分之一。

3.    为了拓展学生视野,培养学生的创新意识,夯实学生进一步发展的物理基础,在基本要求的内容中包含了现代科学与高新技术物理基础专题。专题内容可用以拓展物理知识面,例如介观物理、等离子体物理、软凝聚态物理、信息光学、耗散结构理论等;也可以介绍物理学在科学技术应用中的新理论、新知识、新技术,例如激光、超导、液晶、量子信息、红外辐射与遥感、扫描隧道显微镜、核磁共振、超声等。专题内容和学时由各学校自行确定,并纳入课程教学大纲,予以落实。

    3.本教学基本要求不涉及教学内容的先后安排和编写教材的章节顺序。在实施教学中,要注意各部分内容之间的相互联系和有机衔接。

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高等学校机械学科本科专业规范

 机械学科教学指导委员会张福润  杨叔子 执笔)

    一、机械工程专业教育的历史、现状及发展方向

1.机械工程专业教育的历史、现状

建国以来,我国高等学校本科专业的设置经历了几次重大变化。建国时期借鉴前苏联模式,本科教育按行业、岗位甚至按产品设置专业,致使专业越分越细。1987年及1993年对本科专业目录进行了两次大的修订,目录内专业由原来的1400多种缩减到500余种。根据19937月颁布的普通高等学校本科专业目录,机械大类专业的划分具体为:机械类专业17个,仪器仪表类专业9个,热能核能类专业4个,工程力学类专业2个。

在教育部的领导与组织下,1998年对本科专业目录进行了第3次大的修订。调整后的机械大类专业变成48个专业,它们是:机械类4个专业(机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、过程装备与控制、工业设计);仪器仪表类1个专业(测控技术与仪器);能源动力类2个专业(热能与动力工程、核工程与核技术);工程力学类1个专业(工程力学)。此外还提出了面向更宽的引导性专业目录1个,即机械工程及自动化。

2.影响机械工程教育的主要因素

高新科技的高度发展与急剧变革使机械工程、机械制造较之50年代发生了巨大的变化。首先在于以信息科技(主要包含微电子、计算机、通讯科技)为代表的高新科技向机械行业的渗透,使得现代机电产品已不再是单纯的机械构件,而是由机械、电子、计算机等集成的所谓机电一体产品,其功能不仅限于加强、延伸或取代人的体力劳动,而且扩大到加强、延伸或取代人的某些感官功能与大脑功能;同时,品种也迅速增加,真可谓“无所不包,无孔不入”。其次,由于机电产品的日新月异,更新加快,而且我国经济体制由计划经济向市场经济转变,致使机械制造由“少品种大批量”转为“多品种中小批量”这样的生产模式。第三,由于信息科技高速发展与上述原因,引起机械设计、制造工艺和生产管理模式发生深刻的变革。现代先进制造技术就是传统制造技术与信息科技、自动化科技和现代管理科技等的有机融合,这已在计算机集成制造系统(CIMS)中得到了充分体现。增产方式由粗放型走向集约型,制造正走向网络化、全球化。第四,机械工程的理论基础不再局限于力学,制造过程的基础也不只是设计与制造经验及技艺的总结。今天的机械工程比以往任何时候更紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子科技、计算机科技、系统论、信息论、控制论等各门学科及其最新成就。最后,正因为有了以上变化,现代机械工程、现代机械制造越来越多的体现着知识经济的特征,人才的作用越来越大,对人才的要求越来越高,对高素质人才的培养与训练越来越迫切。以上这些变化,使得社会对机械类高素质人才的需求也随之变化:高校毕业生的知识结构由较专、较深、适应性差向较通用、较广泛、适应性强方向转化; 创新能力亟待加强,社会责任感更需要增重。机械类专业的人才不仅服务于机械类部门,而且还能以机械类专业知识作为基础,在进一步学习有关专业知识后,成为其他有关部门的重要力量。其实,历史上已经如此,今天则更是如此。因此,至少在我国,与其他类专业相比,机械类专业学生占大学生总数的比重始终居于前列。现代社会需要大量的机械类人才,他们应具备相应专业的业务基础、较宽领域的基本知识、创新设计与实践能力,特别是要有较高的全面素质,这也是机械工程教学改革所要达到的目的。200010月首届世界高等教育大会明确指出:高等教育的首要任务是培养高素质的毕业生和负责任的公民。高素质,负责任,讲得极为深刻。

二、机械工程专业培养目标和规格

1.机械工程专业培养目标

培养适应21世纪社会主义现代化建设需要的德、智、体等方面全面发展的高素质机械类专业高等工程技术人才(应用研究型人才、职业技术人才)。

2.机械工程专业人才培养规格

1)    (1)具有一定的人文社会科学、经济管理和自然科学基本理论知识,特别是有较好的人文素质。

2)比较系统地掌握本专业必需的技术基础理论

3)熟悉本专业领域内12个专业方向或有关方面的专业知识,了解其学科前沿和发展

趋势。

    4)具有本专业必需的制图、计算、测试、调研、查阅文献和基本工艺操作等基本技能和较强的计算机应用能力。

5)熟悉一门外语,要求能阅读专业书刊,并有一定的听说能力。

6)具有较强的自学能力、表达能力、分析问题和解决问题的能力及创新意识。

7)具有较强的团队精神和合作能力。

三、机械工程专业教育内容和知识体系

1.机械工程专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架

1)总体框架设计的理论依据

机械工程本科专业人才培养模式,是普通教育基础上的专业教育。机械工程本科专业教育要适应社会主义市场经济对人才的需要,适应科学与技术呈现加速发展及综合化的态势,适应大众化高等教育阶段对人才培养要求的多样性,适应终身学习的需要。因此普通教育应是宽基础的,专业教育应是宽口径的,专业方向应是灵活的、可选的。机械工程专业人才的培养要体现知识、能力、素质协调发展的原则。要加强素质教育,培养学生创新精神和实践能力。

能力和素质的培养必须通过知识的传授和必要的实践来实施,因此要设计适当的知识体系为载体来进行能力培养和素质教育。要强化知识结构的设计与建设,使每一个知识模块构成一个适当的训练系统。

2)机械工程专业人才培养的教育内容及知识结构上总体框架

1)本科学制:基本学制四年,实行学分制的学校可以适当调整为38年。

2)在校总周数:200202周(其中教育教学166168周,寒暑假3234周)。

3)一般四年制专业,普通教育(通识教育)与专业教育的总分为180200学分左右。

    综合教育的学分本专业规范不作规定。

不同类型人才培养计划的学时分配应该不同。“研究型人才”应加强理论知识的学习,培养计划的学时分配需适当向基础课、专业基础课倾斜,实践教学环节要注意学生创新能力的培养;“技术型人才”培养计划应把应用能力的培养落在实处,其学时分配应适当加大机械类专业专业课的比重,实践教学环节应注重培养学生的动手能力和应用所学专业知识的能力。

一所学校某一专业人才培养类型的主流应该只有一个。

为鼓励不同学校办出各自特色,应给各个学校留出各自发展的足够空间。建议该自由发展空间占到总学分的1/3左右。

为促进学生个性健康发展,真正做到因才施教,在培养计划中任选课的比例应不少于总学分的15%

4)普通教育(通识教育):总学分90100学分(14401600学时),包括:

政治思想教育和人文社会科学

毛泽东思想概论、邓小平理论概论、思想道德修养、法律基础、马克思主义政治经济学原理、马克思主义哲学原理、军事理论

自然科学

微积分、工程数学、大学物理、工程化学

经济管理

工业企业管理、市场营销环境

环境与资源

环境保护与可持续发展、绿色再制造技术

外语

计算机信息技术

大学计算机基础、因特网与应用

体育

5)专业教育:总学分为90100学分(14401600学时),由技术基础课、专业方向课和专业实践训练等组成。以机械工程及自动化专业为例,其中:

①技术基础课

•力学系列课程[工程力学(理论力学、材料力学)、流体力学、传热学等]

•机械设计基础系列课程(工程图学、机械原理、机械设计等

•计算机应用系列课程(计算机程序设计基础、计算机硬件基础等

•电工技术、电子技术基础课程[电工技术、电子技术(模拟电路、数字电路)、机电传动控制等]

•机械制造基础系列课程(机械工程材料、制造技术基础、材料成型技术基础等

•测控系列课程(测试技术、机械控制工程、液压与气压传动、数控技术等

②专业方向课

•机械设计专业方向系列课程(机械设计学、机械系统设计、机械优化设计、机械CAD等

•机械制造及其自动化专业方向系列课程(机械制造装备设计、精密加工、特种加工、自动化制造系统、CAD/CAM技术、机械动力学等

•流体传动与控制专业方向系列课程(液压元件与系统、液压控制系统、气压传动与控制、计算机控制等

•机械电子工程专业方向系列课程(机电一体化系统设计、机电一体化导论、机器人工学、计算机控制等

•汽车拖拉机专业方向系列课程(汽车构造、汽车理论、汽车设计、汽车拖拉机理论与设计、汽车拖拉机试验学等

在教师指导下学生可在上述12个专业方向系列课程中选学46门专业选修课,专业方向课总课时要求控制在15学分(240学时)左右。

6)实践教学学分占普通教育(通识教育)和专业教育总学分的参考比例,各校可根据具体专业的特点进行确定。

例如对于机械工程及自动化专业,教学方案中独立设置的实践性教学环节建议为:金工实习(46周) 、认识实习(23周)、生产实习(34周)、电工电子实习(23周)、机械原理、机械设计课程设计(35周)、制造技术基础课程设计(3周)、专业选修课课程设计(3周)、社会调查(1周)、毕业设计(12周以上)。

教学方案中独立设置的实践性教学环节总周数占四年教学总周数的比例建议控制在25%左右。

机械工程专业是一个实践性很强的专业,培养计划中必须重视和加强实践性教学环节的设计与安排,加大投入,不断改进和提高实践性教学环节的教学质量和效果,着力培养学生的动手能力,创新精神和工程意识。

7)综合教育。内容包括:思想教育,学术与科技活动,文艺活动,体育活动,自选活动等知识体系。

8)学时与学分的折算办法:未实行学分制的学校,学时与学分的折算由各校根据学校实际情况自行决定。本规范建议课程教学按16学时折算1学分、集中实践性环节按每周折算为1学分的方法折算。在特殊情况下,某些课程的学时学分折算办法可自行调整。

2.机械学科知识体系一览

该知识体系一览展示机械学科知识体系的知识领域、每个知识领域包含的核心知识单元和选修的知识单元,以及所需的最少讲授时间。

1传热学(32学时)

•绪论                      •传热过程和换热器

•导热基本定律              *非稳态导热

•对流换热                  *导热问题的数值解基础

•辐射换热

2工程流体力学(32学时)

•绪论                      •相似理论和量纲分析

•流体的主要物理性质        •流体在管路中的流动

•流体静力学                •孔口出流

•流体流动的基本方程        •缝隙流动

•气体动务学基础

3理论力学(64学时)

静力学

•静力学的基本概念           •摩擦

•平面汇交力系               •空间力系  重心

•力矩  平面力偶系

•平面一般力系

运动学

•点的运动                   •刚体的平面运动

•刚体的基本运动

•点的合成运动

 动力学

•质点的运动微分方程             •动能定理

•刚体绕定轴的转动微分方程       •动量定理和动量矩定理

•达朗伯原理                     •振动

4材料力学(64学时)

•绪论                          •组合变形

•轴向拉伸和压缩                •变形能法

•剪切和扭转                    •超静定系统

•截面的几何性质                •动载荷

•平面弯曲                      •交变应力与疲劳强度

•应力状态理论和强度理论        •压杆的稳定性

5画法几何及工程制图(72学时)

•绪论                          •机件的图样画法

•制图的基本知识                •标准件和常用件

•正投影基础                    •零件图

•直线、平面的相对位置          •装配图

•立体的投影                    •计算机绘图

•立体表面的交线

•组合体的投影

6机械设计(40学时)

•机械设计总论                  •轴系零、部件及弹簧设计

•联接件设计                    •机械零部件的结构设计

•传动件设计

7机械原理(32学时)

•绪论                          •间歇运动机构

•机构的结构                    •组合机构

•平面连杆机构                  •机械动力学

•凸轮机构

•齿轮机构

8工程材料(40学时)

•材料的结合方式及性能          •有色金属及其合金

•材料的晶体结构                •高分子材料

•材料的凝固与相图              •陶瓷材料

•铁碳合金                      •复合材料

•钢的热处理                    •材料表面技术

•合金钢                        •典型零件的选材及热处理工艺分析

•铸铁

9材料成型工艺基础(48学时)

•金属的液态成型工艺            •其材料的成型工艺

•金属的塑性成型工艺            •材料成型工艺的选择

•材料的连接成型工艺

10机械制造技术基础(48学时)

•制造工艺装备                  *典型表面加工工艺

•切削过程及控制                *特种加工

•机械中工质量分析与控制        *先进制造技术

•工艺规程设计

11液压与气压传动(48学时)

•绪论                          *液压系统的设计计算

•液压泵                        •气压传动基础知识

•液压马达与液压缸              •气源装置及气动元件

•液压控制阀                    •气动基本回路

•液压辅件                      •气动逻辑系统设计

•液压基本回路                  •气压传动系统实例

•典型液压系统

12数控技术(48学时)

•绪论                          •数控机床的机械系统

•数控加工编程技术基础          •数控机床程序编制中的工艺处理

•数控系统

•数控机床的伺服系统

13工程测试技术(40学时)

•信号分析基础                   •力、力矩和压力测量

•测量误差与数据处理             •机械振动测量

•测试系统的特性                 •温度测量

•位移测量                       •流量测量

•速度、转速和加速度测量         •噪声及其测量

14电工技术(56学时)

•电路的基本概念与基本定律       •交流电动机

•电路的分析方法                 •直流电动机

•正弦交流电路                   •控制电机

•三相电路                       •继电器控制系统

•电路暂态分析                   •可编程序控制器

•磁路与铁心线圈电路

15电子技术(64学时)

•半导体二级管和三级管           •晶闸管

•基本放大电路                   •门电路和组合逻辑电路

•集成运算放大器                 •触发器和时序逻辑电路

•正弦波振荡电路                 •存储器和可编程逻辑器件

•直流稳压电源                   •模拟量和数字量的转换

16机电传动与控制(32学时)

•绪论                               •交流传动控制系统

•机电传动控制的基础理论             •步进电动传动控制系统

•控制电器与继电器-接触器控制系统    •电动机的选择

    •直流传动控制系统

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调研报告

“工程研究应用型”本科自动化专业高等教育发展现状调查报告

合肥工业大学 温阳东

    1. 概述

“工程研究应用型”自动化学科专业具有较长的办学历史和较高的办学水平。其中许多院校具有一个及一个以上“控制科学与工程”一级学科所属二级学科的硕士学位授予权,属于“工程研究应用型”高校自动化学科专业中层次较高的部分。另外,还有一些地方综合性高校以及属于各行业的高校。这些高校自动化学科专业大多数都有对应硕士点。

本调查报告对“工程研究应用型”自动化学科专业现状进行了调查、分析和总结,具体数据和结论建立在以下20所高校自动化类专业的教学改革与发展战略研究调查报告:北京化工大学、北京工业大学、北京交通大学、西安建筑科技大学、西安科技大学、东北电力学院、昆明理工大学、西南交通大学、广东工业大学、广西大学、合肥工业大学、河海大学、南京工业大学、四川大学、太原理工大学、浙江工业大学、中国地质大学、中国海洋大学、中国矿业大学和重庆邮电学院。

 2.“工程研究应用型”自动化学科专业的培养目标与定位

根据自动化专业分层次、多模式、多规格的内涵及分工要求,“工程研究应用型”自动化学科专业以培养自动化研究与应用及其复合型高层次人才为主。本科教育是以通识为主或者通识与专业并重的专业教育。人才培养应在知识、能力、素质诸方面协调发展,体现人才培养的综合性、复合性和应用性,并具有一定的创新意识。部分本科毕业生将进入高一层次的学位教育,而大部分毕业生将直接进入社会。

自动化专业对学生的业务培养目标是:具备电工技术、电子技术、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广的工程技术基础和专业知识,能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发与研究等方面工作。自动化专业的毕业生应获得以下方面的知识和能力:

1)有较扎实的自然科学基础,较好的人文社会科学基础和外语综合能力。

2)掌握本专业领域必需的、较宽的技术基础理论知识,主要包括电路理论、电子技术、控制理论、信息处理、计算机软硬件基础及应用等。

3)较好地掌握运动控制、工业过程控制、自动化仪表、电力电子技术及信息处理等方面的知识,具有本专业12个专业方向的专业知识和技能,了解本专业学科前沿和发展趋势。

4)获得较好的系统分析、系统设计及系统开发方面的工程实践训练。

5)在本专业领域内具备一定的科技研发和组织管理能力,具有较强的工作适应能力。

6)具有团队合作精神,包括理解其他相关专业的技术细节的能力,与其他不同领域专家有效地沟通的能力。

    3.“工程研究应用型”自动化学科专业教育教学现状

    3.1 理论教学体系现状

    3.1.1 知识体系

“工程研究应用型”自动化学科专业的共性的知识体系包括:

1)以电力电子、变频技术为核心的应用技术领域,包括交、直流传动控制,完成电能与机械能的转换,大功率电子器件的电能变换与控制。

2)以控制理论为基础、微处理器芯片与接口技术为核心的计算机控制技术。包括单片机、PLC、DCS在内的运动控制系统和过程控制系统。

3)以网络通信、电子系统为核心的信息技术。该领域包括对信息的获取、处理、传输和存贮的综合技术。

在以上三个方面中各校有所侧重,体现出各校的风格和特点。少量高校还包括与其行业背景有关的知识。

    3.1.2 课程结构体系

1)校定必修课(公共基础课)

毛泽东思想概论、马克思主义哲学、马克思主义经济学、邓小平理论、法学概论、思想道德修养、体育、大学英语、高等数学、工程数学、计算机文化基础、程序设计语言、大学物理、工程制图、企业管理等。

2)专业必修课

电路、模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、微机原理及接口技术、自动控制理论、现代控制理论、检测与转换技术、电力电子技术、自动控制系统、计算机控制系统、电力电子技术、专业英语、自动化概论、系统工程导论、计算机软件技术基础等。

    (3)专业选修课

控制系统仿真、过程控制系统与自动化仪表、单片机原理、计算机网络与通信、电气控制与PLC、电子设计自动化、智能控制、数据库原理及应用、电力工程基础、学科前沿讲座、现场总线等。

    (4)公共选修课

文学类选修课、艺术类选修课、社科类选修课、计算机类选修课、外语类选修课等。

各校在课程设置上,有所不同和侧重。

     3.1.3 教材和教材建设

“工程研究应用型”自动化学科专业所用的教材,均为正式出版教材,专业基础课程和专业课程的教材都是近年来正式出版的国内外优秀教材或规划教材。自动化专业的教师都能积极参加教材建设,主编出版过不同类型的教材。

                          表3.1 自动化类技术基础和专业教材建设和使用情况

自编

教材率

选用国内

先进教材率

选用国外

先进教材率

工程研究应用型

19.35%

75.96%

4.68%

 3.2 实践教学内容及体系现状

近五年内,“工程研究应用型”自动化学科专业在教学实验经费的投入上各个学校各不相等,平均为219万元。尽管投入仍然不足,但相对以往确实有较大规模的提高。从实验的条件来看,大部分学校已基本上能满足温饱的要求。

各校的实践教学内容一般包含:入学教育、军训、公益劳动、金工实习、电子实习、电工实习、社会实践周、高级语言编程训练周、实用软件应用、课程设计(电子技术、电子线路CAD、微机原理、单片机原理及应用、电气与PLC、检测与自动化仪表、计算机控制系统、计算机仿真、自控系统、过程控制系统等)、生产实习或毕业实习和毕业设计。综合性电子类实验约占31.15%;综合性控制类实验约占31.54%;综合性专业类实验约占37.31%。实验教学情况统计表如表3.2所示。

                   表3.2  本、专科自动化教学实验、教学实验室建设情况

 

近五年投入教学实验经费(万元)

综合性电子类实验

综合性控制基础实验 

综合性专业类实验

加工工艺实习均周数

课设与专业综合实验均周数

生产实习均周数

毕业设计平均周数

工程研究应用型

219.4

31.15%

31.54%

37.31%

2.75

7.5

3.0

15.42

     3.3 素质、能力教育现状

     3.3.1 素质结构

“工程研究应用型”自动化学科专业对素质教育都普遍重视并且已经初见成效。学生的政治素质、思想素质、法制意识、文化素质和文学艺术修养等方面都有明显的提高。但是,学生的诚信意识淡漠,团队精神不强,缺乏公德意识、现代意识、工程素质,因而素质教育尚有待于全面提高认识和加强。

另外,素质教育在有些学校未落到实处,未能寓素质教育于课堂教学和实验教学的过程之中。以几次文学、音乐欣赏讲座、形势教育讲座来代替全面的素质教育,实施了素质教育与其他方面的教育相分离的做法。这种情况尚较普遍,所以如何认识和实施素质教育,还需要作出巨大的努力。

    3.3.2 能力结构

能力结构要求的经典提法是:获取知识的能力、应用知识的能力和创新能力。

目前,学生获取知识的能力较过去相比有明显的提高,特别是在信息处理能力、人际交往沟通能力和对社会的适应能力提高等诸方面较为显著。尚显不足的是,自学能力不强,在学习方法和学习的主观能动性方面有些学生明显带有应试教育遗留下来的痕迹。

当前,在校学生应用知识的能力相对较弱。目前的教学模式很难与学生进行互动,课堂教学的互动性几乎没有;所开设的实验大多是验证性的,实验方法、实验环境和实验手段比较传统,很难提高学生的应用知识的能力。因而,如何提高课堂教学和实验教学效果 ,激发学生学习知识的兴趣和热情,提高学生用所学过的知识去分析问题、解决问题的能力,有待于每个自动化学科专业的教师的大胆实践和逐步完善的。

创新能力是高校学生最为薄弱的一环。创新意识和创新精神的培养是教育的核心目标之一。作为“工程研究应用型Ⅰ型”自动化学科专业,应该加强学生创新意识、创新方法的培养,引导他们寻找、发现创新的领域。传统的教学方法只注重向学生传授知识,对学生终身发展所需要的知识和能力考虑不多。因而,我们除了应注重课堂教学的内容和教学方法,在实践教学方面还应采取相应的必要措施,通过验证性实验-设计性实验-研究性实验-跨学科的综合开放性实验,提高学生的想象力、创造力和独立解决实际问题的能力。

 3.3.3 知识结构

现在高校学生的外语水平普遍较高,自动化专业的毕业生基本上都通过国家英语四级考试,甚至一部分学生还通过国家英语六级考试,能阅读原文科技文献或和外国科技人员进行交流;计算机及信息技术知识基本得到普及,利用计算机能够熟练地上网、检索专业文献和进行文字图像的处理。文学艺术修养水平在不断地提高,所开此类选修课的数量也大大增加。学生的数学和物理学基础较好,管理知识得到普及,与自动化专业学科相关的知识都有较强的教学科研力量,所开课程在注重基本原理、基本方法和基本技能的基础上愈来愈能够反映科学技术的发展,课程设置较为合理,知识结构也日趋合理。

但是,不足之处也是显而易见的。实行学分制之后,学生在选课过程中的“轻强电、重弱电”和“轻硬件、重软件”的倾向与“强弱结合、软硬兼施”的初衷相背离,对掌握合理的知识结构有较大的影响。实验教学中尚有加强提高之处,主要表现在验证性实验过多,设计性和研究型实验过少,跨学科的综合开放性实验就更少或几乎没有。实验设备的投资不足,有的目前仅仅只能满足本科实验教学的温饱要求。在方法论、科技协作和科技方法方面还需有所提高。对自然科学领域知识的覆盖尚不完备。

    3.4 师资队伍结构现状

“工程研究应用型”自动化学科专业师资队伍整体上是相对稳定的,年龄结构和知识结构基本合理,具有博士学位和高级职称的教师所占比例也在合理范围之内,整体水平能够满足教学和科研的需要并且还在不断提高。和科学技术型自动化学科专业相比较,所不足的是学术造诣较高的学术带头人较少、师生比尚欠缺。

                     表3.3 自动化学科专业高等教育师资队伍情况

 

教授

副教授

讲师

助教

博士学位教师

硕士学位教师

教学实验人员

生师比

工程研究应用型

20.11%

37.36%

29.12%

13.41%

24.52%

42.91%

15.97%

20.6:1

 3.5 本科毕业生就业现状

“工程研究应用型”自动化专业毕业生一次性就业率大都达到90%或以上。低于90%的学校仅占21.06%。2004年自动化专业毕业生一次就业率高达95%以上的学校占57.89%。一次就业率在95%90%的学校占21.05%。总之,自动化专业是一门横跨众多应用学科的偏基础性工科专业,在广大的工业领域有需求,其宽口径的特点使得其学生就业较理想。因而,工程研究应用型Ⅰ型自动化专业毕业生的一次就业率是非常高的,与所在学校的其 他专业相比处于较高水平。

                 表3.4   2001-2003年自动化学科专业本、专科毕业生一次就业率

一次就业率

100%96%

95%90%

89%85%

84%80%

85%以下

工程研究应用型

57.89%

21.05%

10.53%

0%

10.53%

 

 

    4.“工程研究应用型”自动化学科专业特色

“工程研究应用型”自动化学科专业在不同的高校具有不同的特色,具体可归纳为下面几点:

1)以控制理论为主要理论基础,以电工电子、电力电子、变频技术为主要技术核心,以计算机技术和计算机控制技术为主要实现手段完成机电能量的转换和电能的变换。

2)以传感器技术、自动化仪表等为主的技术应用领域,完成对生产过程的自动采集、自动控制功能,即过程控制系统。

3)以计算机、网络通信为核心的信息技术,完成对各个不同的领域、过程、设备、对象的信息获取、处理、传输、存贮、利用和控制。

4)不同的学校依据其行业背景的不同又各具特色。

 5. 调查结论

1)长期以来为国家培养了大量的社会主义建设的高级技术人才,为自动化技术在我国国民经济各个领域中推广应用做出了杰出的贡献。

2)“工程研究应用型Ⅰ型”自动化学科专业办学历史较长,办学水平较高;师资队伍相对稳定,知识结构和年龄结构也较合理,能够满足教学和科研的要求。

3)学生生源相对较好,毕业生的质量也较好,毕业时一次性就业率很高,毕业后在素质、能力和知识等方面都有较好的表现。

4)理论教学体系需要进行整合。现有的理论教学体系,无论是从课程体系还是从知识结构体系方面来说,都不能做到与时俱进。课堂教学内容滞后技术发展较多。如何在不影响基本理论、基本知识点的教学的前提下,尽可能较多地反映技术的进步,技术的发展进程,这是值得研究的问题。

5)教学方法和教学手段较落后。先进的教学手段有待于进一步提高其教学效果。

6)素质教育需加强。如何在课堂教学和实验教学过程中贯彻和加强素质教育,是值得每一个教育工作者关注和探讨的问题。

7)实验教学经费的投入还需要加大。实验设备的利用率有待于提高。

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教学研究

北京大学计算机基础课程教学体系调查

北京大学信息科学技术学院    张铭  谢柏青

 计算机科学已经深入应用到各个领域,因此计算机教育已经成为高等教育中的基础课程之一。高等学校的计算机教育可以分为两类:一种是面向计算机专业的学科教育即计算机专业教育,另一种是面向全体大学生的计算机教育,也就是计算机基础教育。

    计算机基础教育是面向全体大学生的计算机教育。在教学实践中,我们应该注意到非计算机专业与计算机专业具有共性的一面,又有很大的差别。在教学内容上虽然有一部分重叠,但是不同的专业学习计算机的目的不同、基础不同,因此,对不同类型的专业要提出不同的要求、采用不同的教学方式。

 北京大学主要从大学生的计算机知识体系结构来构建计算机基础教育课程体系的。计算机的每个应用领域都是由基础理论、应用技术和实际应用系统等层次构成,不同专业的学生会突出不同的层次。

 对于大部分文科类专业来说,学生学习计算机的目的是使用计算机,因此,要求学生熟练掌握各种相关软件的使用,以及对计算机应用技术的简单了解。对于非计算机专业的理工学生来说,除了达到对文科学生的要求之外,还要学习一些基本的应用基础如程序设计等等,以在较深的层次上结合自己的专业领域来应用计算机。而对于计算机专业的学生来说,全面、系统地掌握计算机的专业理论知识是必须的,因此在计算机基础教育上的要求也会更严格。

 根据不同专业对计算机的不同需求,北京大学计算机基础课程教学体系划分为计算机专业(A类)、理科非计算机专业(B类)、文科专业(C类)三类。

 为了了解北京大学计算机基础教学的课程体系和知识点设置的情况,以及学生的学习效果,我们在北京大学计算机基础任课教员和低年级理科学生中进行 了计算机基础课程分类分级教学情况的调查。下面重点介绍北京大学计算机基础课程教学体系、课程设置以及教学效果、教学经验、教学改革等方面的调查结果。

   一、北京大学计算机基础课程教学体系

 北京大学计算机基础课程教学体系按照计算机专业(A类)、理科非计算机专业(B类)、文科专业划分为三类。A类和B类的计算机基础课程有三门课程:计算概论、数据结构与算法、微机原理。为了加强计算机专业学生的程序设计能力,在信息学院专门为计算机专业学生开设了程序设计实习、数据结构与算法实习这两门实践课程,进行系统的程序设计训练。C类计算机基础课程包括两学期的内容:文科计算机基础(上)、文科计算机基础(下)。

 三类教学体系中不同的课程都设有主持教员和主讲教员,这些来自北京大学不同的院系的教员组成教学小组,共同制定教学大纲、选取教材、统一教学进度、定期交流教学经验。

    1.计算机专业计算机基础课程体系(A类)

    在设置计算机专业的基础课程时,基于如下的考虑:

    1首先要给学生提供对计算机学科的一个全局性了解,建立学科全局观,既有利于日后深入学习做出选择,也有利于对各学科分支在学科全局中的位置和相互关系有透彻的理解。

    2设计程序解决一个问题时,除了认真分析问题之外,最重要的是选择合适的数据结构,并设计满足限制条件(或者更优)的算法。因此,计算机专业的学生要熟练掌握各种常见的数据结构,深刻理解某些经典算法,如快速排序、二分法等等的原理和时间、空间复杂度,掌握算法设计的一般步骤。

    3计算机专业的学生应该从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术,建立微机整体概念,具备利用微机进行硬、软件开发的初步能力。除此之外,还要初步掌握汇编语言程序设计的基本方法和上机调试过程。

 因此,北京大学计算机系设置了计算概论课程、数据结构与算法课程、数据结构实习、程序设计实习和微机原理课程。其中,计算概论作为总论性质的课程,是其他课程的先修课程。

    2.理科非计算机专业计算机基础课程体系(B类)

    非计算机专业学习计算机技术的目的很明确,不是把它作为纯理论的课程来学习,而是作为应用技术来掌握。对于理工类非计算机专业的学生来说,虽然他们在学习和工作中不是以计算机为中心,但是很多情况下却离不开计算机,他们需要结合自己的专业,利用计算机作为工具来开展工作。

    与计算机专业一样,对理科非计算机专业的计算机基础课程体系同样也设置了计算概论、数据结构与算法、微机原理三门课程。但是,由于两者的学习目的不同,故而要求也有很大不同。

    3.文科专业计算机基础课程体系(C类)

    对文科学生在计算机方面的要求比对理科非计算机专业学生的要求更低一些,教授的内容也更偏向于应用,结合使用计算机和应用计算机,讲解计算机与信息技术的基本知识和基本方法。文科专业计算机基础课程包括两学期的内容:文科计算机基础(上)、文科计算机基础(下)。

   二、课程的主要教学目标和教学内容

各门课程的主持和主讲教员参考各门课程的主持和主讲教员参考CCC2002China Computing Curricula, 中国计算机科学与技术学科教程)CC2001、“计算机基础教学白皮书”CFC2004China Fundamental-computing Curricula, 中国高等院校计算机基础教育课程体系)等课程体系为不同类型的计算机基础教育课程分别制定了教学大纲。

   1. 计算机专业

计算机专业的计算机基础课包括五门课程:计算概论、数据结构与算法、数据结构与算法实习、程序设计实习、微机原理。其中,计算概论是其他课程的先修课,数据结构与算法和数据结构与算法实习是两门同修课程。

 (1) 计算概论A(54学时,3学分)

    这门课程的教学目标是给计算机专业的学生提供一个对计算机学科的全局性认识,让学生一开始就有全局观,既对日后深入学习做出选择提供帮助,又有利于透彻理解各学科分支在整个计算机学科中的位置和相互关系。在教学实践中,既要遵循人的认识习惯,又能让学生有效地掌握学科哲学思想。

    该课程的基本目的是:使学生了解‘计算科学’的意义、内容和方法,从基础理论、基本开发技术和应用三个层面来介绍;使学生对计算机的认识由感性的、功能的认识深入到内涵的、机理的认识;使学生对计算机学科的主要骨干课的内容以及相互关系有一个概括的了解,对计算机专业的课程体系建立一个整体印象;使学生掌握程序设计的基本方法,可以用C++语言编写应用程序。

    在教学实践中,我们采用了两条主线:计算科学简介,C++程序设计。即在介绍计算科学的同时也讲解C++程序设计,实践证明,这样收到了很好的教学效果。

教学方式:既有课堂教学(多媒体教学),又有网络课堂:http://162.105.80.97 ,可以进行课后复习、交作业、讨论、辅导答疑,等等。

(2) 程序设计实习(36学时,2学分)

这是信息学院本科生必修课。

该课程的基本目的是:了解程序设计语言的本质,并熟练掌握一种程序设计语言;培养学生的实际动手能力, 为进一步学习其他专业课程奠定良好的基础。目前程序设计使用的高级语言是C++

教学方式:课堂授课和上机实习相结合。

(3) 数据结构与算法A(54学时,3学分)

    该课程为信息学院本科生必修课,又是计算机软件专业一门十分重要的基础课。计算机科学各领域及有关的应用软件都要使用到各种数据结构。这门课程向学生详细讲解各种常见的数据结构及其特点,讲授算法设计和分析技术的一般方法,使学生能够熟练运用各种数据结构,针对具体问题设计出合适的算法。

    课程网站: http://db.pku.edu.cn/mzhang/ds/

    该课程的基本目的是:通过本课程的学习,学生将基本掌握数据结构和算法的设计分析技术,提高程序设计的质量;根据所求解问题的性质选择合理的数据结构并对时间空间复杂性进行必要的控制;培养学生逻辑思维能力独立思考能力分析问题和解决问题能力,以及严谨的科学作风。   

(4) 数据结构与算法实习(周学时4,2学分)

    该课程为信息学院本科生必修课,先修要求:计算概论A ,同修要求:数据结构与算法。

    课程网站:http://db.pku.edu.cn/mzhang/ds/shixi/index.htm

    该课程的基本目的是:配合“数据结构”理论课程的学习,提高学生的实际动手能力;能够独立地实现常用基本数据结构的ADT,能够灵活地应用基本ADT,以及相应的STL中设置的常用数据结构,解决一些实际问题,独立编写中小型应用程序;应用基本数据结构,并结合排序、检索、文件、索引等技术,合作编写比较综合的大型应用程序。

(5) 微机原理A(54学时,3学分)

    该课程为信息学院本科生必修课,先修要求:计算概论A,数字逻辑。

    该课程的基本目的是:从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术;初步掌握汇编语言程序设计的基本方法和上机调试过程;建立微机整体概念,具备利用微机进行硬、软件开发的初步能力。

    教学方式:课堂讲授,示教演示,上机实习。

    2. 理科非计算机专业

    理科非计算机专业计算机基础课程包括3门课:计算概论、数据结构与算法、微机原理。其中,计算概论是其他两门课程的先修课。

(1)计算概论B(51学时,3学分)

     该课程为理科本科通选基础课B

     课程网站:http://162.105.30.60/course/index.htm  http://icl.pku.edu.cn/member/hujf/ftp://162.105.20.22/courses/; http://gis.pku.edu.cn/Course/ComputerCourse02/index.htm

     该课程的基本目的是:使学生初步理解有关计算机和信息技术的基本概念和基础知识,学会使用计算机进行信息处理,使用常用软件,使用因特网;讲授程序设计基础,侧重其基本部分。      

    教学方式:课堂讲授,配以上机。每次课都布置作业,包括上机作业。

(2)数据结构与算法B(2(课堂教学)+2(教学实验)课时/周,3学分)

     该课程为理科本科生必修课 。

     先修课程: 计算概论(通过学习计算概论,学生要有一定的程序设计能力,能熟练掌握运用C的控制结构,函数定义与调用,数组,结构,指针。

     课程网站:http://162.105.69.120/teachers/zhangnx/ds/算法与数据结构/INDEX.HTMftp://162.105.20.22/courses/http://db.pku.edu.cn/ds/

     该课程的基本要求是:从每个数据结构的逻辑结构、相应的一组基本运算和实现三个方面去掌握线性表、栈、队列、串*、树、图和字典等常用的数据结构;掌握在顺序存储结构上实现的重要的几种排序算法;对算法的时间和空间复杂性有一定的分析能力;针对简单的应用问题,应能选择合适的数据结构及设计有效的算法解决之。   

     教学方式:以课堂讲授为主,并根据教学进度安排上机实验。上机内容包括:单链表、栈、二叉树操作、图的遍历、检索、排序。

 (3)微机原理B(54学时,3学分)

 该课程为理科非计算机专业限制性选修课。由于绝大部分非计算机专业的学生没有学过数字逻辑课程,所以与计算机系微机原理课程相比,增加了数字逻辑的基本内容;在内容的深度上也比计算机专业略浅一些。

 该课程的基本目的:理解微型计算机的基本组成、工作原理及常用接口技术;初步掌握汇编语言程序设计的基本方法和上机调试过程;建立微机整体概念。

 教学方式:课堂讲授,示教演示,上机实习。

    3.文科

 文科专业计算机基础课程分两学期讲授。

(1)文科计算机基础(上)(48学时,2学分)

 该课程为文科必修课程。这门课的目的是向文科学生介绍计算机的发展,计算机的使用与维护,计算机网络方面的常识,以及常用软件(如wordexcel)的使用。通过本课程的学习,希望学生能够较为熟练地使用计算机,真正把计算机作为日常生活和学习中的工具。

 课程网站:http://162.105.30.75http://162.105.30.75:8080http://162.105.30.80:8000

    教学方式:对于基础知识采用课堂讲授的形式,对于其他需要动手操作的技能采用上机实验。

    (2)文科计算机基础(下)(周学时32学分)

    该课程为文科类必修课程。该课程讲授较为高级的计算机应用技术,一共包含7个模块:网络、多媒体、数据库、VBASP、网页制作、动态网页制作。我们将这个7个模块组合起来,一共形成了7门课程,学生可以任选其中1种或2种。这7门课程是:网络与多媒体技术,网络与数据库技术,网络与VB程序设计,数据库与VB程序设计,VBASP,(静态)网页制作,动态网页制作。

    三、教学效果的调查结果

    参与调查的学生一共626人(包括网上答卷和纸质答卷),其中计算机专业(简称A类)343人(只学过计算概论的学生153人,学过数据结构和计算概论的学生71人,全部基础课程都学过的学生119人),理科非计算机专业(简称B类)165人,文科专业(简称C类)118人。

我们从基本信息、师资力量、教学方式、教学效果、课程安排五个方面进行了调查,并对结果进行了初步分析。由于文章的篇幅的限制,本文只给出教学效果,也就是学生对课程的知识点的了解程度。

在教学效果的调查中,对每门课程,我们让学生选出他们认为重要的知识点(多选),这样可以从结果看出不同年级和专业的学生对所学过每门课程的认识。

    对理科专业(包括计算机专业)的学生考察了他们对4门课程的认识:计算概论、程序设计、数据结构与算法、微机原理。由于文科专业课程内容相对简单,我们将各个知识点汇聚在一起作为一门课程(文科计算机基础)来考察。

    1.计算概论

 调查结果表明,“学习写出正确、简洁的程序”被所有的学生(包括计算机专业和非计算机专业)认为是计算概论课程中最重要的知识点。计算机专业学生认为最不重要的知识点是机器指令与汇编,其次是布尔代数与逻辑电路。理科非计算机专业学生认为最不重要的知识点是布尔代数与逻辑电路,其次是计算模型。

 计算机专业一年级学生对计算概论课程的各个知识点重要性的认识没有很大的起伏,而二年级学生(学过数据结构和微机原理的学生)对其中不同知识点有不同对待。二年级学生普遍认为机器指令和汇编、系统软件和应用软件、计算机网络等知识点不重要,原因可能是内容比较简单(例如系统软件和应用软件),或者以后会学到而且现在不急于了解(例如计算机组织与体系结构)。

    2.程序设计

调查结果表明,学生认为最重要的知识点是指针,其次是基本程序结构;认为最不重要的知识点是贪心法,广度优先搜索。学生认为指针是程序设计中最重要的知识点,这和我们教学中采用C/C++作为入门语言不无关系。

观察计算机专业三类学生的看法,可以看出,随着学习的深入,认为数组、递归和回朔两个知识点很重要的学生比例在增加。例如一年级中只有37%的学生认为数组重要,而到二年级之后这个比例上升到70%以上。

    3.数据结构与算法

 调查结果表明,计算机专业学生认为数据结构中前几个最重要的知识点是:排序、二叉树、图的遍历、索引(包括B/B+树);最不重要的知识点是高级数据结构(如字符树、广义表、AVL树)其次是树。

 理科非计算机专业认为最重要的知识点依次是线性表、二叉树、排序,认为最不重要的知识点是高级数据结构、索引,其次是散列与检索。

 教学实践中,我们的教学重点也基本上与学生认为最重要的知识点基本一致。同时在教学过程中没有重点讲授的内容(如高级树形结构),也被学生们认为是不重要的。

    4.微机原理课程

调查结果表明,计算机专业学生认为最重要的知识点是汇编语言程序格式,其次是CPU的操作和时序、指令编码格式及80x86指令系统、中断的用途和中断控制器的作用;最不重要的知识点依次是伪指令和宏指令、外部引脚的功能、操作数的汇编表示、存储空间的扩展。

理科非计算机专业学生认为微机原理中最重要的知识点依次是定时器/计数器、中断的用途和中断控制器的作用、存储器的结构、存储器工作原理;最不重要的知识点是总线及常见总线标准、伪指令和宏指令、存储空间的扩展等。

   5.文科计算机基础

   由于文科专业课程内容相对简单,我们将各个知识点汇聚在一起作为一门课程(文科计算机基础)来考察。

调查结果表明,可以看出文科专业学生最感兴趣的知识点依次是:动画的处理、演示文稿的制作、文字处理软件的功能和用法、计算机安全与犯罪的有关常识;最不感兴趣的知识点是计算机文化与信息化社会、与计算机应用相关的道德与法规介绍、计算机的概念和发展史、软件与知识产权保护、计算机中的信息表示、网络教学与远程教育等。

   6.教学效果小结

 我们在分析了各专业各年级的调查数据之后,可以得出如下几个结论:

   (1)在计算机专业,不同年级的学生对同一门课的认识可能会有比较大的出入;而在非计算机专业,不同年级的学生对同一门课的认识基本一致。例如计算机专业的学生对计算概论的认识,一年级学生认为较为重要的知识点如机器指令和汇编、系统软件和应用软件、计算机网络等,二年级的学生却认为都不重要。原因大概是内容比较简单,或者以后会学到。

   (2)无论是计算机专业还是理科非计算机专业,学生普遍认为程序设计中最重要的知识点是指针。这和我们教学使用的编程语言有很大关系,因为目前教学实践中程序设计采用的入门语言一般是C/C++,而C/C++中指针功能强大但是不容易掌握,所以多数学生认为指针是程序设计中最重要的知识点。Java的语法中没有指针,面向对象的风格更完备,学生学起来可能比C++更容易一些。是否采用Java作为入门语言,是值得我们考虑的一个问题。

   (3)学生认为数据结构中最重要的知识点是快速排序、二叉树、二叉树的遍历、图的遍历、最短路径、B/B+树等,这基本上和我们教学中重点讲述的内容一致。

   (4)文科学生对动画的处理、演示文稿的制作、文字处理软件的功能和用法、计算机安全与犯罪的有关常识最感兴趣,而对计算机文化与信息化社会、与计算机应用相关的道德与法规介绍、计算机的概念和发展史、软件与知识产权保护、计算机中的信息表示、网络教学与远程教育等内容没有很大兴趣,可以看出,文科学生希望老师多讲一些可以表现自己创造力和个性的、实用的或者学 生比较关心的内容。

   四、教师的教学经验以及对计算机基础课程教学改革的看法

我们用e-mail采访了十几位担任本计算机基础课程的主讲教师,刘楚雄、陈泓捷、唐大仕、龙晓苑、李文新、胡俊峰、代亚飞、高军、王腾蛟等老师认真地回答了问卷,并提供了教学大纲等信息。他们其中有教学经验丰富的老教授,也有具有创新精神的青年骨干教师;有计算机专业的老师,也有其他学院担任本院计算机基础课程教学任务的老师。

   1. 教学经验

归纳起来,各位老师的教学经验有以下几个方面:

   (1)注重调动学生的积极性。可以让学生做一些小程序,提高学生的动手能力和信心来激发学生的积极性;可以增加鼓励措施,如请学生讲课,适当表扬,出一些需要创造性思维的作业;可以引入一些能用计算机解决的智力游戏,让学生积极思考;选取例子时也可以选一些短小简洁的问题,先提出问题,然后求解,容易集中学习注意力,等等。

    (2)讲课内容注重实用性和具体性。学生对实际中存在的问题更容易感兴趣;对具体的例子比抽象的讲解更容易接受。可以通过让学生使用计算机去解决现实生活中的一些问题,因为学生大都希望能学以致用,能够解决一些具体的问题。他们在解决具体问题的过程中同时也学会了解决问题的方法。

    (3)多与学生交流。可以在课程网站上建立留言板,在BBS上答疑,鼓励学生与教师和助教多交流,等等。这样能够发现学生的疑问甚至自己的不足,及时调整。

    (4)选用内容新颖、编制优良的教材,参阅精品课程网站。

    2. 教学改革设想

 谈到计算机基础课程教学改革,老师们提出如下较为一致的看法:

    (1)不同专业的计算机基础课程侧重点应该有所不同,强调针对性。有些工程性强的专业涉及到的科学计算比较多,艺术类专业可能会注重多媒体处理。不同专业的计算机基础课程应该包括针对该专业特点的内容。

    (2)调整必修课和选修课的比例。有的老师认为,对于某些理科专业来说,计算机基础课程必修课应该包括计算概论、数据结构与算法,而像软件工程和Windows程序设计等课程可以作为选修课;对另外一些很少涉及编程的理工专业,必修课可以只包含计算概论,而数据结构与算法等作为选修课。对于文科专业来说,计算机基础应作为必修课,而程序设计可以作为限选课或者非限选课,算法与数据结构可以作为非限选课。

    (3)教学内容应该突出应用性。希望学生能够学以致用,但是从学生的反应和老师的意见来看,在这方面仍有很大的努力空间。

   五、结论    

总的来看,我们的教学实践是成功的,但是也有一点不足。可以总结为以下几点:

   1. 教学效果的评价

从学生对每门课程的认识来看,我们取得了很好的教学效果。学生认为课程中重要的知识点基本上和教学实践中重点讲解的内容一致。不过,在文科专业,学生希望可以学到更多的关于多媒体(动画、视频等)处理的实用技能。

   2. 师资力量的评价

无论从计算机专业还是从非计算机专业来看,师资力量都基本能够满足要求。绝大多数理科学生认为教师和助教对学生认真负责,大部分文科学生也持相同看法。同时我们也注意到,理科非计算机专业学生虽然大部分认为老师很敬业,但是不是十分认可其能力。另外,计算机专业的计算概论课程需要增加助教。因此,提出应该很好解决教师的进修与充电的问题。

   3. 课程安排和内容方面

老师和学生反映较多的问题是应该给不同学院甚至专业开设不同的计算机课程,教学内容应该和专业领域结合得更紧密一些。例如对于编程,不同专业要区别对待。有的学院除个别专业方向须掌握编程方法外,其余均是对现在已有程序的应用;而另外一些专业却对程序设计能力有较强烈的要求。再如对于美术相关的专业,可能会对电影制作方面有较高的要求。

   4. 教学方式

老师如果能注重调动学生的积极性,教学效果可能会更好。可以讲解或布置有挑战性或应用性或有趣的任务、问题或习题,增加奖励和鼓励措施,讲授知识时能够做到理论联系实际,努力使该课程生动有趣且易懂等来调动学生的积极性并吸引学生的注意力。

   5. 作业要求

大部分学生认为课程学习难度适中,能够独立完成作业,课程负担也比较合适。不过,在理科专业,数据结构课程作业偏多,而计算概论负担相对较轻。

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工作简讯

工程图学教学指导委员会2005年度工作会议召开

    高等学校工程图学教学指导委员会2005年度工作会议于2005年1月2528日在长沙大学举行。会议由主任委员谭建荣教授主持。应会议特别邀请,清华大学童秉枢教授作了专题报告,就三维几何建模引入工程图学课程的情况作了综述,并提出了有独到见解的思考。童教授的报告对于新的基本要求定稿和学科发展战略报告的制定具有重要意义。

这次会议的主要内容是:

    1.讨论通过学科发展战略报告

作为本届教指委的重点工作之一,经过多次讨论形成了学科发展战略报告,初稿已按要求上报教育部。本次会议经过审议,委员们提出了不少建议,会议一致同意通过学科发展战略报告,将在进行适当修改和文字润饰后正式上报教育部。

    2.讨论通过教学基本要求

教学基本要求修订是本届教指委的另一项重要任务,几乎每次工作会议均涉及该项任务。在2004年5月杭州会议原则通过基础上,经过广泛征求意见,工程图学教学基本要求日趋成熟,会议一致同意通过教学基本要求,正式上报教育部,以更好地指导高校的工程图学教学工作。

 3.进行教材评审

    会议对浙江大学谭建荣等编写的十五国家级规划教材《图学基础教程》(第二版)进行了评审。谭建荣教授介绍了该书的修编情况,主审人董国耀教授宣读了审稿意见。会议肯定了该书出版以来在教学中发挥的作用,希望编者在认真参考大家意见的基础上经进一步修改后出版。

    4.关于教学服务系统

    会议讨论了工程图学教学服务系统的建设问题。会议对工程图学教学服务系统进行了初步规划和分工,希望集成全国同行的力量,高质量地完成工程图学教学服务系统建设。

 (教指委联络员  肖银玲)

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