职业院校“非线性科学”课程建设探讨

吕恩胜，胡晓悦

摘要：讨论了职业院校“非线性科学”课程教学的现状及存在的问题，对职业院校开设“非线性科学”课程的必要性和现实性进行了分析，提出了建设“非线性科学”课程的建议。

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关键词 ：职业院校；非线性科学；课程建设；课程改革

基金项目：河南省职业教育教学改革研究立项课题“职业学校‘非线性科学’课程教学研究”（项目编号：ZJC14011）

作者简介：吕恩胜，男，河南化工职业学院讲师，硕士，主要研究方向为电路理论与应用。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-7747（2015）06-0022-03

自上世纪60年代开始，“非线性科学”成为研究非线性现象及其应用的一门基础学科，是继相对论、量子力学之后，被誉为自然科学系统的“第三次革命”，它涉及到了人文、社会和自然科学体系的几乎所有领域，由它所引发的对客观世界的“有序与无序的统一”、“概率性与确定性的统一”等范畴和概念的新认识，加深了人类对客观世界的认识，形成了新的自然观和科学观，对人类的思维方法有很大程度的影响，关系到现代科学逻辑体系的根本性问题。根据时代发展的要求，作为职业院校，承担着人才培养的重任，选择最基本、最重要的现代科学和现代技术——非线性科学内化学生的品质，具有十分重要的意义。

一、开设“非线性科学”课程的重要性和必要性

（一）理论意义

随着职业教育的不断发展，需要有更高质量的职业教育，非线性科学教育深入到的职业教育中是趋势。［1］现行的线性科学是粗略的、简单化的模型，在没有考虑非线性因素的情况下建立的；而非线性科学是更接近实际工程、更科学的数学模型，非线性科学的研究是在线性科学基础上的发展和深入。非线性科学的研究内容涉及各个专业领域、各个工程行业，几乎广泛的应用在所有科学、工程领域。开设“非线性科学“课程，是当前培养宽知识、重品行、厚基础、强技能的高素质技能型人才的迫切需要。

（二）实际意义

“非线性科学”课程教学的主要任务是向学生讲授该它的发展、理论和工程应用等问题。通过该课程的学习，培养学生具有非线性知识的认知能力、思维能力，利用学到的非线性科学思维方法，解决在研究、工程和生活中所遇到的问题，同时也是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》有关深化人才培养改革和课程教学改革、加快促进职业教育发展研究的重要举措。

二、“非线性科学”课程教学的现状

“非线性科学”的学习需要较高的理论深度和复杂的实验，由于现在职业院校的学生基础知识比较差，对这门课程的学习往往是敬而远之。尽管一些职业教育研究人员做了有益的尝试，促进了职业院校“非线性科学”教学的发展，但目前仍然存在一些问题。

（一）重视不够

相比本科高校的学术型教育，职业院校的主要任务是培养高素质技能型人才，注重对职业知识、技能和职业道德方面的课程教学，而对“非线性科学”等前沿课程建设的重视远远不够，课程建设发展缓慢，只有少数职业院校开设了“非线性科学”选修课，缺乏系统的课程建设，多数学校还停留在讲座和教育活动中。［2］职业院校开设的大学物理、电路等课程所涉及非线性科学的内容多，这些理论课学时一减再减，给“非线性科学”教学带来很大的冲击，结果是在教学实践中不讲或少讲与非线性科学相关的前沿技术知识。

（二）教学方法和内容滞后

教师授课基本上是数学公式推导理论过程，由于非线性现象的实验对设备精度要求较高，课堂上很难实验演示，理论知识得不到实验证实，教师也没有通过动画等其它方式演示其原理，学生不能深刻理解其中的意义。这样导致学生只认识表面的现象，对非线性现象缺少深层理解与分析，由于学生的体验不足，以至学生在解决实际非线性应用问题无能为力。在内容讲授上，有关非线性现象的介绍，特别是发现史和理论部分多，介绍非线性现象应用的少。很多非线性应用还处于研制和调试阶段，还都是概念性的产品。此外，非线性科学研究的是复杂的非线性控制系统，表达这种系统的工具是微分方程，必然要涉及到高深的数学公式，这就给讲授“非线性科学”带来诸多不便，往往使教学很难进行下去。

（三）教材和实验设备匮乏

当前职业院校“非线性科学”方面教学专用的教材数量少，且质量差，针对性不强，不能较好的满足职业院校实际教学的需求。对教材的统计分析发现，有些教材如大学物理、电路等把“非线性科学”部分作为其一个章节的内容；有些只是将“非线性科学”内容作为阅读性科普材料放入教材中。从教材的建设看，对“非线性科学”的教学不利。［3］由于“非线性科学”的物理硬件实验对实验系统环境要求苛刻，加之市场上现有的试验仪器也较少，故一些职业院校在物理、电路等课程实验教学中没有相应的实训实验，无法验证非线性科学的存在性。

三、对“非线性科学”课程建设的几点思考

为了培养高素质技能型人才，在大学物理、电路等课程中增加“非线性科学”部分内容，已形成共识，但是，从长远来看，“非线性科学”的教学仍是需要不断完善发展的过程。根据教学实践与研究成果，要改善目前教学中存在的一些问题，要做到以下几个方面。

（一）编写立体化教材

教材作为教学内容和教学方法的载体，是教学最基本的工具，也是人才培养的基础和方向。建立“非线性科学”立体化教材，从职业院校学生实际出发，教材内容编写上应少而精，删减繁杂的理论数学公式推导，适量即可，以职业能力为导向，彰显职业特色，教、学、练一体化，与时俱进，注重非线性科学实际应用内容的安排。教材特色具体应表现在四个方面。

1.书中应融入非线性科学历史与非线性科学文化的教育，学生在学习的过程中，能洞察非线性科学这门学科的成就和发展历史，领略非线性科学文化的丰富多彩。

2.在每个章节的前半部分，应深刻、简明地分析该部分知识产生的历史背景和工程应用的思维思想，然后介绍概念、理论。

3.从教学实际的需要，遵循学生认识发展顺序、循序渐进的原则，以合适的难易梯度编写教学内容和例题；章节最后安排单元任务，布置一定的课外任务。

4.同步教学内容设置相应的实践应用模块，培养学生应用非线性科学解决生活问题的意识。

（二）开发立体化课程包

课程包中包括课程信息、课程导读、电子课件、教学素材库、试验箱及试题库系统等，提高“非线性科学”课程教学质量和教学效果，推动职业教育“非线性科学”课程的改革。

1.课程信息。包括：非线性科学学习导读、教学提示、学习指导等。

2.课程导学。以章为单位进行导学，包括：学习要求、重点知识学习导航图、重点难点剖析、典型例题解析等。

3.电子课件。避免将现有电子教案搬到屏幕上，在教材和教学大纲的基础上，设计新的教学过程，制作大量的教学动画，以直观的方式揭示非线性科学的思想本质，遵循学生的认识发展规律和解决问题的思维过程，设计师生课堂中的互动环节，引导学生对概念、理论和思维方法的理解，增加生活中实际工程案例供老师选讲，补充课堂练习环节。

4.教学素材库。搜集、整理教学素材，供学生浏览和教师选用，更好的理解非线性科学。包括：非线性科学案例、非线性科学实验、非线性科学建模、应用与实践案例库、常用非线性科学公式、中英对照非线性科学词汇、非线性科学简史与非线性科学家小传等。

5.实验箱。经典混沌电路实验验证，在试验箱可自行开发新的混沌电路。

6.试题库。题库总试题量应有千余道，以满足不同专业的学生测试组卷的要求。试题库应包含名词解释、填空、选择、计算、综合分析等试题。教师只需根据不同专业、不同年级、课时等考试要求，通过智能组卷系统选项，几秒钟内即可完成试卷组卷和生成相应的参考答案，对自动生成的试卷还可以进行修改、编辑等操作，试题题库具备开放性。

（三）以计算机模拟仿真为主，硬件实验为辅

在课堂理论教学中引入仿真软件：Matlab和EWB（ELECTRONICS WORKBENCH EDA），对混沌相图、混沌曲线、混沌控制与同步和分形内容进行计算机仿真演示。例如，用Matlab计算机模拟仿真Lorenz系统和logstic映射等经典模型，让学生真正感受到“确定的内在随机性”、“蝴蝶效应”、“有序与无序的统一体”等非线性科学的特征；用EWB电路仿真软件、仿真Chua电路及其同步控制及保密通信实现等，体现非线性科学系统的应用性、可控制性、电路可实现性。利用计算机模拟仿真不受环境、地点、时间限制等特点，学生可以在课外用计算机模拟仿真，学生既掌握了计算机仿真技术，锻炼了学生实际动手能力，又感受了非线性现象是如何产生的过程，充分发挥了学生自主学习的兴趣和效率。非线性科学物理硬件实验本身难度较大，实验的过程中会遇到很多问题，现有实验仪器较少，即使有也只是演示混沌空间曲线相图，关于混沌控制和同步、混沌分岔、分形等方面的实验仪器基本没有，无法满足实验的需要。而利用软件对非线性科学进行模拟仿真研究，可以减少实验仪器少、实验调试困难所带来的压力，没有损坏仪器设备的担忧，而且可以提高实验效率，学习最新成果。因此，在教学中应以模拟仿真为主、物理硬件实验为辅。

（四）以选修课形式独立开设“非线性科学”课程

在学校的教学体系中，营造一种既定的认识：它是一门独立的学科，以独立的形式开课。选修课的学时可以根据不同专业、不同年级，合理安排。河南化工职业学院在全校各个专业开出“非线性科学导论”选修课，共20学时，14个理论学时，6个实验学时，选课的学生较多，收到了很好的教学效果。

（五）开发建设“非线性科学”精品课程网站

建设“非线性科学”精品课程网站，便于师生互动交流，学生自学，提交作业，随时可以完善教学的需要。网站模块主要包含教学动态发布、课程介绍、学习辅导答疑、学习论坛讨论、综合提高训练、非线性史话与背景资源、师生互动、学科发展前沿、最新应用成果、网络课程等栏目。

本文就职业院校的“非线性科学”课程教学存在的一些问题，并结合自身教学实践进行了探讨与分析。“非线性科学”课程建设是一项及其复杂的系统工程，不仅关系到教师队伍建设、教学内容安排、教材的编写、教学方法等，还与学校重视程度、教学资源、学生情况、课时安排、师资水平、学科自身发展与建设一系列实际问题相关联。［4，5］因此，在职业院校“非线性科学”教学中，需要把非线性科学的思维方法、框架传授给学生，启发学生在学习、工作、生活中能够应用非线性科学的思维方法解决所遇到的问题，从而为社会培养合格的高素质技能型的人才。

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参考文献：

［1］魏诺.非线性科学基础与应用［M］.北京：科学出版社，2004.

［2］张新国，马义德，李守亮.非线性电路——基础分析与设计［M］.北京：高等教育出版社，2011.

［3］姜大源.职业教育学研究新论［M］.北京：教育科学出版社，2007.

［4］周玉泉.对高职教育立体化教材建设的探索［J］.职教论坛，2011（11）：6-8.

［5］徐月新.整合理念视阈下校本课程的开发与实施——以江苏省震泽中学“晓庵天文”课程为例［J］.江苏教育，2014（5）：63-66.

［责任编辑 陈国平］