摘要
学院数学是理工科公共基础课程。怎样使该课程达到对专业的支撑，提升中学生运用数学知识解决相关专业问题的能力，是学院数学班主任必须面对和不容回避的问题。本文针对生物学专业学院数学课程如何变革有利于增强中学生的学习兴趣、有利于中学生学会把数学学的知识运用到生物学专业上的问题，给出了变革的有效途径、方法和成效。我们的实践结果实现了在结构上彰显了数学学与生物学的有机结合；在内容上引进了有关的生物现象和当代数学学与生物学发展的动态；在技巧上彰显了用数学学的方式处理与生物现象有关的数学问题；在疗效上增强了中学生的学习兴趣和运用数学知识解决与生物有关的数学问题的能力。
关键词教学变革；学院数学教学；生物学专业学院数学
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在科学技术迅猛发展的明天，自然科学的各个学科，显著地朝着综合的方向发展，新的边沿学科和交叉学科不断出现,传统的教学体系已不适应当前对人才培养的须要。正如２０１７年２月１８日教育部在清华学院举行了高等工程教育研讨会，对新时期工程人才的培养提出了“新文科”建设［1］以及《关于举办“新文科”研究与实践的通知》，强调的地方院校应对接地方经济社会发展须要和企业技术创新要求，培养出创新性和应用型人才，促进传统文科专业改建升级［２］。为此，针对学院数学课程内容陈旧，教学方式乏味，实践环节不被注重，考评方式单一，不同程度的脱离经济和社会发展须要，落后于当代科学文化的发展，我们要在调查研究的基础上，本着立足培养目标，着眼未来发展的原则，进行合理的教学变革。
1为何要变革
20世纪早期数学学发生了深刻的改革，尤其是相对论量子热学的诞生决定了20世纪科学发展的进程，20世纪30年代之后，数学学的概念和技术越来越多地溶入到其他自然科学领域，大大地加速了其他学科的发展速率以及科学与技术的发展速率。以生物学为例，量子热学的出现在亚细胞水平及分子水平，说明生物体系结构和功能关系成为可能，50年代正是因为把数学学的X射线技术引入生物学才确定了核苷酸的双螺旋结构奠定了分子生物学的基础；60年代前期技术的出现是观察活细胞的分裂和研究活的生物样品成为可能；而电子显微镜的出现则是研究细胞生物学不可缺乏的技术手段。近些年来生物科学和数学学的紧密结合和互相渗透，形成了一系列新型边沿学科，如分子生物学，分子遗传学，量子生物学，仿生学生物信息和控制论等。再如新文科，数学的最新科研成果直接促使了大数据统计、新型智能制造、网络科技、人工智能等高新技术的蓬勃发展。化学学的相关概念、方法和手段在其中发挥了重要作用。据悉，在智能制造、大数据处理、人工智能等专业方向同样深刻涉及数学学中的精典和量子特点等方面，与数学学密切相关。未来科学和技术的进步，将更极大地依赖数学学以及与之相关的交叉学科的发展[3]。新的学术思想、新理论、新知识不断地冲击着传统的教学体系，剖析和总结一下我们的教学和教材现况，对照当代数学学与新商科和其他自然学科融合发展的水平和发展方向，必须调整传统的教学体系，能够适应学科的发展，适应时代的要求，进而达到我们的培养目标。当前，非化学专业学院数学课程教学现况和普遍存在的问题是：
1）中学生的数学基础良莠不齐
因为中考模式变革，使学校数学部份内容作为必修，使得中学生对化学内容把握不全面，致使步入院校之后中学生的数学基础良莠不齐，因而，一些化学课程，如学院数学举办上去比较困难［4］。
2)教学内容陈旧
基本上是20世纪30年代曾经的水平，80%的内容是精典化学的范围，这种内容对前沿科学的涉及比较少物理专业有哪些专业大学，没有反映当代数学学的概念和实验技术，非常是已渗进相关专业领域的近代化学学的概念和技术。近代化学的内容也没有充分彰显近几年高速发展的交叉领域的理念和思想，相关的数学模型没有得到进一步拓展和探讨[5]。
3)教学目的要求与教学内容严重相悖
学院数学大纲要求对于与专业联系紧密的化学现象概念和规律必须有进一步的了解，在教学中应尽量举一些与专业有关的化学现象。在实际教学过程中，讲授内容与专业知识严重相悖，根本没有反映上述要求，两者是彼此孤立的。
4)教学课时与教学内容严重失调
学院数学内容多，知识面分布广。教育部高等中学学院数学教学指导委员出台的《理工科学院化学课程教学基本要求》，建议学院数学的最低教学课时不高于126学时[6]。而实际情况良莠不齐，除工科36学时外，其他专业的学院化学学时被严重压缩，有110学时的，有的54学时，甚至有48学时的。好多校区学院数学只开办一个学期，周学时为２~3学时。
5)对学院数学的注重程度不够
非化学专业的中学生觉得《大学化学》不是她们的专业课，学习学院数学对她们的专业学习没有帮助，又和考研无关，所以注重不够，缺少学习动力，满足于考试能过关就可以。另一方面，中学、学院对学院数学课程不注重，非常是在教学评优、评优、评奖以及教学大赛等方面重专业课程轻公共基础课程。
6）教学方式重教轻学
班主任对教学投入不足，疏于科研或心中想着别的，没有尽心尽责。教学方式上还是“填鸭式”或“灌输式”。数学教学中大部分时间都拿来推论公式和反复的物理运算，虽逻辑严谨，却掩藏了背后的化学性质与意义，致使数学的气味失去殆尽。造成中学生欠缺兴趣和主动学习的积极性。另一方面，就数学论数学没有突出用数学的方式处理与专业有关的化学现象，对专业现象中涉及的数学内容无任何实例，无助于中学生在专业现象中抽出数学的信息。
7）班主任数目有限，班主任更换频繁
班主任数目有限，好多院校的相像专业都采用合班教学的方法[4]。班主任更换频繁，班主任难于固定在某具体专业上。因而，班主任很难熟悉专业知识，更谈不上结合专业须要讲授学院化学。
8）重理论轻实验
有的中学面向非化学专业开办的学院化学课程，基本不开办实验课，有的虽然开办了，学时也十分少。中学生的实验操作机会比较少，实践动手能力基本得不到提高。
9）考评方法和评价标准单一
考评方法欠缺针对性，对中学生的考评通常由平常成绩和考试成绩两部份构成，平常成绩由考勤和平常作业组成。无论平常作业还是期中、期末考试，中学生仍然离不开解题、知识点的背诵记忆[6,7]。考评内容与课程目标严重相悖，不能彰显数学知识与专业知识的有效结合，不能反映对科学思维、创新能力的评价。
2如何进行变革
根据斯皮罗和乔纳生观点[8]，这是应用学院数学中良结构领域知识来解决非化学专业领域的问题（非良结构领域），这应当是中级知识的获得方法。在学院数学学习期间，让中学生在学院数学课程体系中去建构自己所面向专业的知识体系、技能体系和能力体系，是非数学专业学院数学课程变革的重要方向之一。在学院数学课程体系中，怎样结合专业知识点、如何使学院化学服务于专业课学习，是变革的重点。
本文以生物学专业学院数学课程变革为例。
变革首先要明晰目的，其次是要确立变革的方式和步骤以及具体施行方案。
2.1生物专业学院数学教学变革的目的
生物专业学院数学教学变革的目的：一是使学院数学教学适应生物学学科发展和专业须要，二是使中学生有效地把握数学学的基本原理和基本实验技能，学会处理与生物有关的化学现象，提升中学生对化学学在生物学中的重要作用的认识，因而迸发中学生的学习兴趣，要实现这两个目的，在教学中做到：
(1)在结构上彰显数学学与生物学的有机结合。
(2)在内容上更新知识，引进有关的生物现象和当代数学学与生物学发展的动态。
(3)在技巧上应彰显用数学学的方式处理与生物现象有关的数学问题。
这样除了能提升中学生的学习疗效，扩大中学生的知识面，并且还能增强中学生的学习兴趣，变被动地学习，为主动地学习，非常的能够提升中学生对学院数学课程的认识。
2.2变革的方式和步骤
2.2.1调查、征求意见
为了把握生物专业对学院数学课程的要求和对化学知识的需求，必须调查、征求各方面的意见进行研究。为了使搜集的意见具有代表性，应首先征询生物学专业三、四年级中学生的意见。由于她们已在二年级第一学期学完学院数学，到了三、四年级，在她们陆续的专业课程中会渐渐用到所学的化学知识。为此，有直接的体会，但是感受也会很深刻。其次，还要征询生物学专业班主任的意见。由于生物学专业的班主任很清楚，在自己所教的专业课中用到什么数学知识，以及她们在讲授这部份内容时的难点是哪些。
中学生们的意见是这样的：学院的生活早已过了两年，回想起在二年级第一学期学习的学院数学，有些朋友早已冲淡了，有些朋友却尝到了学好化学的甜头，……光学、电学、声学及热力学为我们对生物学的深入研究打下了基础；生物学的研究所需的一些技术，如电泳、光谱、色谱、质谱分析及离心技术等都与数学学有密切的关系……，但是，这种体味是我们在学习化学后许久才感遭到的，所以希望今后的数学课能更多地与生物学联系，迸发朋友们的学习兴趣、更早意识到学院数学对学习生物学的重要性。
部份班主任的意见：热力学第二定理，熵、无序有序的变化规律，以及信息论在生物学中有着重要的作用；电镜的基本原理所涉及的电磁学理论多讲一些；降低波谱及光学傅里叶变换以及晶体衍射等内容；降低化学学中的X射线、β射线以及紫外线对基因诱发突变的重要作用等。
通过督查表明：
(1)化学学与生物学的紧密联系，应在教学中有意识地彰显下来；
(2)在学院数学教学中必须适当地引进与数学有关的生物现象，能够充分、有效地彰显两者的密切联系；
(3）生物学专业学院化学的教学变革除了是值得的，并且是必须坚持做下去。
2.2.2查阅生物学专业教材
为了进一步全面了解所讲的数学知识赋于什么生物现象之中，必须查阅生物学专业的教材，并系统地把这种内容进行剖析总结。在《人体与植物生理学》教材中，我发觉有许多生理现象须要化学的知识来帮助解释，如生物电现象、血液循环、声音、能量代谢等等。就生物电现象而言，关于它的形成机制并不非常清楚，只是多数学者都接受霍奇金学派的离子学说。这部份内容在这门课程中是中学生不容易接受的难点。除了由于生物学方面的，并且也有化学学方面的困难。如“极化”的概念、“输运”的概念（生物学上称作运转），“电势差”的概念等，这种都是数学学基本的，并且也是重要的概念。非常像“极化”“输运”这类概念在数学学中也是中学生较难理解的。为此，有必要把这部份内容总结整理下来，作为一个专题，首先在数学课中让中学生们了解一下，在这个专题中重点突破来自数学上的难点，这样在她们将来学到这门课程时，可以把注意力集中到来自生物方面的难点，这样接受上去就容易多了。因而才能提升中学生的学习疗效。在《动物生态学》《植物生态学》以及《遗传学》中部份涉及到生命进化论的内容。这部份内容看起来似乎与数学学没有哪些联系。但是，这部份内容在历史上却造成了历时一个世纪的化学学家和生物学家的论战，但是在哲学上也是常常谈论的课题。生命的进化是从简单到复杂，从低级到中级，也就是说它的演变是越来越迈向“有序”、走向“进步”。这与学院化学学中热力学第二定理的内容则恰好相反。热力学第二定理告诉我们：任何一个孤立系统，它的自发演变是迈向混乱，迈向平衡，表现为“退步”。为澄清二者之间的关系，清除历史上在这个问题上的误会，同时批判历史上的伪哲学家们，借此来制造混乱的丑陋面目，有必要把这两个内容总结一下，作为一个专题讲给中学生。
据悉，通过查阅《生物物理》《微生物学》《植物生理学》《普通植物学》《细胞生物学》《进化论》《分子生物学》《电子显微镜原理及应用》《生物化学》等教材，并结合学院数学内容，总结了12个专题，这种专题是：
(1)离心技术
(2)血管生理
(3)输运现象物质通过质膜进出细胞
(4)热力学第二定理与生物进化论
(5)底泥水
(6)生物电现象
(7)电泳技术
(8)生物磁现象
(9)电子显微镜结构及原理
(10)声音对生物体的作用
(11)激光在生物学中的应用
(12)X射线在生物学中的应用
这种专题在生物学专业的学院数学课中讲过,疗效挺好。这种专题讲过之后，进行了问卷调查，结果表明：中学生喜欢上专题课；在专题课上能学到有用的知识，并希望能坚持下去。如问卷调查中有的中学生讲到在数学学中引入数学生物专题，可以使我们对专业课的学习加深理解，有助于专业和数学知识的联系，因而为进一步阐述生物知识奠定基础，我们对那些内容十分感兴趣。如能再引入一些现代化学与生物的联系及科学前沿的课题将是锦上添花。又如，有的写道：化学与生物学有着内在的有机联系，因而引入数学与生物专题，相当必要，可算一大教学变革，使我们学到专业课学校不到的知识，促使我们对专业课的学习，对将来的电镜等好多课，就会有相当大的帮助。
2.2.3重新制订教学大纲
为了实现教学变革的目的，把变革落到实处，基于以上的工作重新修订了学院数学教学大纲，把变革中有成效的内容写进新的大纲。新大纲主要有以下几点变革：
(1）删掉与生物专业关系不密切，又不影响其他教学内容的部份，非常是学校已学过的内容；
(2）增设新内容和设置化学与生物专题。增设的内容主要是与化学学有关的生物现象，增设专题的目的是集中反映用数学学的方式处理生物现象中的数学问题，另一方面专题不固定，目的在于能及时反映当代前沿课题，寓科研与教学之中，培养中学生的科研能力。
(3）充分彰显数学学与生物学的互相渗透，把生物学对化学学的需求渗透到每一部份，做到了每一部份每章都引进了生物学的内容，12个专题分散在每一章里。
(4）引进信息化教学手段和课外实践活动，如视察电竞实验室等。
(5）增设讨论课。对有些专题，因为中学生在本专业中已学过，因而可以用中学生来讲，你们讨论，班主任总结的方法进行。
3变革成效
通过变革，使中学生们有了新的认识，课堂活跃上去了，课上课下都有中学生争着跟老师讨论问题，非常是大部份中学生对化学与生物专题表示极大的兴趣。我们的变革取得了如下成效（数据对比见表1）：
(1）化学与生物专题的引入，使中学生们真正深刻感悟到数学学在生物学中的重要作用，从根本上改变了过去中学生对化学学的认识，这样做比班主任在引言中指出数学学的重要性要有力有效的多。
(2）中学生在认识上有了飞越，学习兴趣自然激增，因而提升了学习疗效;非常是对于提升中学生的剖析问题和解决问题的能力有极大的推动作用。
(3）学到了在本专业学校不到的有用知识，宽广了视野，比如离心技术、电泳技术，不再是简单的机械操作，这儿蕴含着众多数学知识的妙用。
(4）编撰了《物理与生物专题》讲义。
(5）出版了《大学化学》（生物类专用）教材。
4教学变革中几点感受
(1）变革过程饱含着艰难的劳动，有苦也有乐，它既是一种创造性的活动，也是一种探求性的活动，它随时都面临着成功和失败的挑战，也面临着被理解与不被理解的矛盾，有支持的也有反对的。为此，在这个过程中要坚定信念，克服各类阻力，扬长避短，把变革坚持下去，经受实践的检验。
(2）变革须要解放思想，有认识上的革新，还要有对未知不断探求的精神，比如当查阅生物专业资料碰到不懂的生物知识时，要勇于不耻下问，直至看懂为止。
(3）变革并不是一个人的事，它须要集体的合作，各方面的支持。就生物专业普通化学教学变革而言，它涉及的不单是任课班主任本身，还有与之有关的部门、对象以及整个专业的教学体系。我们的教学变革之所以有所进展，是与有关的生物学班主任、生物系和化学系两个大学领导以及生物教科办的大力支持和帮助分不开的。
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作者简介:吕树臣，男，黑龙江师范学院院长，主要从事化学教学科研工作,研究方向为量子光学，。
引文格式:吕树臣.生物学专业学院化学教学变革实践探求[J].化学与工程，2021，31（6）：57-62.
Citethis:LVSC.andofinmajor[J].and,2021，31（6）：57-62.(in)
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