本站原创摘 要：理学是工学的内核和基础,工学是理学的延伸和应用.理学修养是工科大学生文化修养的重要组成部分,从高深的理论到实用的工程设计需要通过熟稔理学的工程师创造性地将基础理论付诸于实践应用.工科大学生作为将来的工程师,必须具有深厚的理学修养,应该通过加强理学教育来提高,但长期以来未得到应有的重视.分析了理学与工学的关系以及理学修养对于工科大学生的重要意义,以长沙理工大学为例,指出工科大学生理学教育存在的不足,建议合理设置课程,通过第一课堂、第二课堂和自学等多种形式提高工科大学生的理学修养.
关 键 词：理学教育；工科大学生；理学修养
作者简介：盛玉奎（1977-）,男,辽宁东港人,长沙理工大学交通运输工程学院,讲师.（湖南长沙410114）傅成红（1971-）,男,重庆人,福建工程学院交通运输系,副教授.（福建福州350108）
基金项目：本文系长沙理工大学教研项目（项目编号：ZL1205）、福建省教育科学“十二五”规划课题（课题编号：FJCGGJ12-107）、福建工程学院教育科学研究项目（项目编号：GB-J-11-30）的研究成果.
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）13-0017-02
我国现有普通高等学校2358所（数据来源：中国教育部网站）,理工科高校所占比例很高.向社会输送高质量的工科大学生是理工科高校最重要的办学目的,也是时代赋予的神圣使命.工科大学生的培养关乎到我国高等教育的质量与发展方向,每一位教育工作者都应该重视.提高工科大学生的培养质量需要多管齐下.本文从加强理学教育、提高理学修养的角度进行分析、阐释.
一、理学与工学的关系
理学有两个意思,一是指古代的理学,即宋朝以后的新儒学；二是指现代自然科学的理学,即研究自然物质运动基本规律的科学.本文探讨的是后面的理学.理学和工学是中国大学教育中重要的两支学科,与文学、法学、医学、哲学、经济学、管理学、教育学、历史学、军事学并列,组成了我国高等教育学科体系.理学主要包括数学、物理学、化学、生物学、天文学、地质学、气象学、海洋学等,经常被笼统地称为科学.工学是运用理学的理论与方法解决生产实践中的问题,例如交通运输、土木工程、水利水电、电气工程等.在高校里,一般将理学专业统称为理科,工学专业统称为工科.
理学和工学两大学科之间的相互关联程度随着现代科学技术的快速发展而变得越来越强.从二者的学科层次和社会功能等方面的定位特征来看,理学属于自然科学的范畴,工学则属于工程和技术的范畴.理学是工学的内核和基础,工学是理学的延伸和应用.[1]简单地讲理学是“为什么”,工学是“怎么办”.“理为工之本,工为理之用”,自然科学（特别是物理学）是工程技术科学的基础,工程技术科学是自然科学（特别是物理学）的应用,它们是相辅相成的.[2]从创新的角度来看,理学更多地体现在“发现”方面,强调分析思路,强调思维过程.工学更多地体现在“发明”方面,有较强的实用性,并且更强调结果.[1]
科学技术的发展可以简单地归类为科学的发展与技术的发展,技术的发展其实就是科学理论在技术领域中的运用,同时技术的不断发展又促进科学发展.理学中的许多原理、概念被应用在工学的诸多领域.“蝴蝶效应”是由美国气象学家爱德华·罗伦兹1963年提出的,早已广泛地应用在采购、库存、销售等方面.著名科学家法拉第是实验大师,最早提出光也是一种电磁波,但其数学功底薄弱,一直没能证明.麦克斯韦数学造诣很深,在汤姆生的引荐下请教了法拉第,他发现法拉第力线思想的宝贵价值之后,用漂亮的麦克斯韦方程组将法拉第的天才思想表达出来,弥补了法拉第定性描述的不足.[3]以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论,是经典物理学最引以自豪的成就之一.没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明.
二、理学修养对于工科大学生意义重大
修养是指理论、知识、艺术、思想等方面的一定水平.[4]理学修养就是指一个人在理学的理论、知识、思考能力等方面达到的水平.它是文化修养的重要组成部分.理学修养越好,其逻辑推理以及理论思考的能力就越强.理科训练对于提高工科大学生的理论思维能力有着不容忽视的直接、间接以及潜移默化的作用,而这种能力对于发挥探索和创造精神是不可缺少的.[5]正如恩格斯说的“一个民族要站在科学的最高峰,就一刻也不能没有理论思维”.理学修养是工科大学生文化修养的重要组成部分,对其可持续发展具有重要的意义.从高深的理论到实用的工程设计必须通过熟稔理学的工程师创造性地将基础理论付诸于实践应用.工科大学生就是将来的工程师.高校培养高质量的工科大学生应该加强理学教育.理学教育可以加深工科大学生对专业知识的理解与学习,使之在专业学习中不仅学会怎样用,而且还知道问题的根源,这样能激发学生学习的兴趣,更加深刻地理解专业知识.专业知识扎实,创造力也会随之提升.良好的理学修养可使工科大学生获取一种可以在今后工程实践中受益终身的理论功底、科学修养和发展后劲,从本质上提高发现问题和解决问题的能力,而且有助于他们知识更新的能力,不断学习先进技术,扩大其毕业后工作的领域,更快地将理论知识应用在工作实践之中.
从国内外科技发展的历史来看,凡是在工学领域取得重大突破的人都具有扎实的理学基础.1943年大数学家华罗庚一夜之间解决了俞大维将军请教的问题.此是用梅比乌斯公式将整数表示的明码转换成整数表示的暗码,只要用梅比乌斯逆变换就可以将转化成明码,据说是美国截获日军轰炸昆明的.俞大维将军请教了许多外国专家均未解出,华罗庚一夜之间就洞察出这个联系.[6]2001年国家最高科学技术奖获得者王选院士因发明汉字激光照排系统而被誉为“当代毕昇”.王选于1954年至1958年在北京大学数学力学系计算数学专业学习,1975年他大胆地选择技术上的跨越,直接研制西方还没有产品的第四代激光照排系统,针对汉字的特点和难点,发明了高分辨率字形的高倍率信息压缩技术和高速复原方法,率先设计出相应的专用芯片,在世界上首次使用“参数描述方法”描述笔画特性,并取得欧洲和中国的发明专利.这些成果开创了汉字印刷的一个崭新时代,彻底改造了我国沿用上百年的铅字印刷技术,被公认为毕昇发明活字印刷术后中国印刷技术的第二次革命.“两弹一星”是新中国伟大成就的象征,是中华民族的骄傲.20世纪五六十年代,我国面对严峻的国际形势,为抵制帝国主义的武力威胁和核讹诈,大批优秀的科技工作者怀着对新中国的满腔热爱,义无反顾地投身到“两弹一星”的研制工作中来.在当时国家经济、技术基础薄弱和工作条件十分艰苦的情况下,自力更生,发愤图强,完全依靠自己的力量,用较少的投入和较短的时间突破了、导弹和人造地球卫星等尖端技术,取得了举世瞩目的辉煌成就.作为“两弹一星”的灵魂人物,1999年我国隆重表彰的23位功勋科学家无不精通理学,造诣极深.近年来我国从事载人航天工程、探月工程的科研人员有相当多是理科出身,或是具有很好理学修养的工科生.三、我国工科大学生理学教育现状分析
理学教育是大学教育的重要组成部分,虽然理学教育对于提高工科大学生理学修养的重要性越来越被大多数人所认识,但我国对于工科大学生的理学教育总体情况还是不尽如人意,存在的主要问题是思想上不够重视,主要体现在必修课程少、课时少.当前就业率是衡量高校、专业质量的重要指标.大学教育的职业化倾向日益严重,无论是学校还是学生及学生家长都过分地强调了专业知识的实用性,实用主义导致了基础教育弱化.对于学生来说,理学课程内容比较枯燥,兴趣不大,许多学生抱着拿学分的态度,不选或少选理学选修课,必修课也是得过且过,而且许多学校为了减少学生大面积的补考而逐年降低考核标准.以长沙理工大学为例,近几年整体上压缩了课程的学分和课时,2006年的毕业学分是180学分,2012年是168学分,理学课程的学时数也减少了.以高等数学等几门具有代表性的理学课程为例,2006年、2008年、2012年的学分、学时数如表1所示.可以看出,课程的学时数都减少了,课程学分也降低了.
表1理学课程学分、学时数
课程名称2006年2008年2012年
学分学时学分学时学分学时
高等数学A（一）586580580
高等数学A（二）6102696696
线性代数234232232
概率论与数理统计B2.5422.5402.540
大学物理（上）2.542348348
大学物理（下）3.560348348
理论力学B4.580464464
工程力学C354350348
工程化学1.5301.5301.524
数据来源：《长沙理工大学本科生学习指南》（2006年版）、（2008年修订）、（2012年修订）.
高等数学（一）、（二）与大学物理（上）、（下）各算一门课程.以土木工程等具有代表性的七个专业为例,理学课程数及所占比例如表2所示.
表2理学课程数及所占比例
专业名称必修
课
数量必修课学分占总学分比例占理论教学学分比例占必修课学分比例选修课
数量实验课占实践教学比例
土木工程833.519.94%24.90%33.00%57.46%
电气工程及自动化41810.71%13.74%18.46%25.41%
电子信息工程419.511.61%14.55%19.69%12.94%
热能与动力工程42011.05%15.50%20.51%15.13%
给水排水工程730.519.21%23.73%31.93%12.53%
交通运输421.512.79%16.17%21.82%12.86%
物流工程419.511.61%14.55%19.79%12.94%
数据来源：根据《长沙理工大学本科生学习指南》（2012年修订）计算得出.
从表2可以看出,土木工程专业理学课程必修课数量与选修课数量均居首位,必修课学分最多,所占比例也最高.其次是给水排水工程专业,其余专业都较低,总体来说都不高.选修课除了土木工程专业5门之外,其余都极少.
长沙理工大学是一个以工为主的多科性大学,是众多理工科高校的一个缩影,真实地反映了我国理工科高校工科大学生理学教育存在的问题.
四、加强工科大学生理学修养的措施
世界一流大学都十分重视基础学科和基础研究.[7]“没有第一流的理学院,就没有第一流的理工学院”,这是世界著名的麻省理工学院建校的重要思想之一,这也给了人们有益的启示.理工科高校必须加强理科建设,加强工科大学生的理学教育.
首先要充分认识加强理学教育对于提高工科大学生理学修养的重要性与紧迫性,牢固树立“没有一流的理学教育就培养不出一流的工科大学生”这一理念,把提高工科大学生理学修养纳入到专业培养目标的总体规划上来,将其作为培养人才的基础工作来抓.学校统筹规划,合理安排,调整课程设置,优化课程结构和教学计划.根据学校工科专业的特点,在课程体系设置上提高理学课程所占比例,以适量比例作为必修课,从根本上防范理学教育流于形式,并开设多门理学课程供学生选修.结合学校的具体情况,在一、二年级拟定培养方案,强化理学基础教育和文化素质教育,实行理学辅修制,并多开设全校理学选修课.
其次在理学课程、专业基础课程教学中,理学院和工科学院教师联合上课.理科教师与工科教师分别上一部分内容.一门课程的教学由几个教师完成,各位教师将自己擅长的精华知识传授给学生,这样的效果会更好一些.因为单个教师的学识是有限的、片面的,而且一门课上的时间久了难免有倦怠之情.
再次,学校应加大理学教育投入,让广大教师有想上课、上好课的积极性与热情,不能以降低教师工作量的方式减少学校支出,毕竟课堂教学质量与课时数与学生的培养质量关系密切,学生才是高校最有价值的产品.[8]培养人才要重视基础教育,不能功利化.一方面在理学课程教学上增加投入,从制度上确定理学教育在工科培养中的重要地位.另一方面,学校图书馆积极充实理学经典读物,激发学生的自学兴趣,使学生有充足的、好的理学书籍可读.
最后,学校积极营造良好的理学学习氛围,开展丰富多彩的活动.良好的理学教育需要依托系统的教育,也需要优秀校园文化潜移默化的影响.理学教育不仅要通过第一课堂的学习,而且也要通过第二课堂及自学等多种形式进行.积极营造良好的校园文化氛围,寓教于乐,使大学生在深厚的理学教育氛围中受到启迪与熏陶.在现代一流大学里,不仅要求理工结合,还必需注意将理、工、经、管、史、哲以及其他人文社会科学结合起来,创造一个使各知识领域能互相交流、相互影响的优化的学术环境,这对于培养高质量的工科学生是至关重要的.