科学理论的形成过程范文第1篇

关键词：课程论；子学科群；建设重心

Abstract:Thedisciplineofcurriculumtheoryisboundtohaveaclusterofsub-discipline.Theunifiedconstructionoftheclusterofsub-disciplinemusthaveafocus.Theconstructionofthedisciplineofcurriculumtheoryshouldupholdcorrectroad,correctlyhandletherelationshipbetweencurriculumtheoryandtheinstructiontheory.Alloftheseembodytheregularityofdisciplinaryconstructionofcurriculumtheory.

Keywords:curriculumtheory;clusterofsub-discipline;thefocusofconstruction

素质教育在我国的全面推进和基础教育课程改革的全面展开,要求加速当代课程论这一教育学重要分支学科的建设,发挥它在各级各类学校课程改革与建设中的指导作用。要达到此目的,当代课程论的建设应符合本学科形成、发展的规律,并具备所必需的条件。

当代课程论不是一门单一的学科,它拥有一个子学科群。其形成和发展既受一些外部因素的制约,又取决于若干内部因素的密切联系和相互制约。在外部因素的不断作用下,其内部因素之间的本质联系及其发展的必然趋势就是当代课程论形成和发展的基本规律。这一规律对课程论学科建设的支配作用体现为课程论学科体系内部各基本因素之间的错综复杂的对立统一关系和曲线推进的矛盾运动。笔者不想抽象、静止地论述课程论形成、发展的规律,而想紧紧抓住那些存在于课程论学科建设过程中的、深刻体现课程论形成、发展规律的根本性问题,予以分析和探讨,以寻求解决那些问题的途径和办法。

一、课程论学科必有一个子学科群

在第五次全国课程学术研讨会上,许多代表对课程论学科的建设问题进行了热烈的讨论。谈到本学科的性质时,“有代表认为,课程论的学科性质表现在解释性和处方性两方面;有的代表强调课程论学科的实践性和应用性;有的代表则认为,课程论是一门理论性和实践性、解释性和处方性兼备的学科”。［1］这几种看法都有一些道理,但存在一个共同的问题,即把课程论仅仅看作一门单一的学科,而没想到它必然拥有一个子学科群,他们对课程论的性质、功能和任务的理解因太笼统而导致不够准确。笔者认为，要深入探讨课程论学科的性质，特别是这一学科的进一步建设问题,自然就得深入讨论它的子学科群问题。

(一)“子学科群”产生的必然性

我们要建设的课程论，不是十年前我国出版的一些教学论著作中所写的所谓“课程论”,而是作为当代教育学的一门分支学科的、符合当代课程论形成与发展规律的课程论,简称当代课程论。事实证明,当代课程论必然拥有一子学科群。

1982年3月至1984年3月，笔者在美国肯特大学教育研究院学习课程论期间,就发现美国课程论拥有一个子学科群,它包括课程原理、课程发展史、课程设计、课程评价、课程管理等组成部分。1989年，笔者在英国考察时,也发现英国课程论的子学科群正在形成之中。令人高兴的是,目前我国课程理论工作者也不约而同地分别进行着不同类别和不同层面的课程理论研究。例如,有些学者正在深入研究课程概论、课程原理及课程历史(含课程理论流派),有的学者已着手对课程进行心理学研究、社会学研究、文化学研究及哲学研究,有一些人正在探讨课程设计、教材编制、课程评价以及课程领导与管理等等。按这个势头发展下去,一个充满活力的课程论子学科群必将出现在我国。上述生动景象相继在美、英、中三国出现，绝不是偶然的,而是具有客观必然性。

其必然性主要体现在两方面。一方面,广大教育工作者对课程论具有多方面、多层次的需求，这是课程论子学科群产生的外因。总的说,广大教育工作者都需要掌握一定的课程理论,都需要了解和运用课程规律。然而,由于大家的工作性质与任务不尽相同且理论功底和文化素养不尽一致,不同类型的教育工作者对课程论具有不同侧重点和不同深浅程度的需要。例如,研究课程理论的大学教师、博士生和教科所的研究人员，需掌握宽广深厚的课程原理、中外课程发展史和比较课程论等等；各级课程领导者和课程管理者特别需要了解和掌握有关课程领导、管理的理论；从事课程设计、教材编制、课程评价的人员则迫切需要了解和掌握相关的理论、方法和技术；广大教育工作者特别是幼儿园和中小学教师则需要了解和掌握课程应用理论。上述这些说明了复杂多样的课程实践对课程论所产生的多方面、多层次的需要。因此,当代课程论须包含具有多种不同层次、不同类别的子学科。

另一方面,复杂多样的学校课程体系与课程系统工程，也对课程论学科建设具有多层次、多方面的客观要求，这是课程论子学科群产生的内因。首先,当代课程的形成受到学生、社会及科学文化知识三大因素的制约。研究学校课程须以科学的教育心理学、教育社会学、人类文化学和教育哲学作为综合的理论基础,于是,课程原理便在这个综合性的理论基础上应运而生了。其次,当代课程的形成既受自身历史的影响,又与外国的课程理论和实践有一定联系。据此,需建立课程发展史与比较课程论两门子学科。第三,课程体系十分复杂,它由幼儿园课程、中小学课程、中专课程、大学本科课程和研究生课程所组成，这几类学校课程均须通过复杂的课程系统工程而产生和运作。这几类学校课程具有不同的性质和任务,它们的课程设置、课程目标、课程内容以及课程系统工程均有显著的差别。因此,须按照这几类学校课程建设的不同要求分别建立这四个层次的课程概论、课程设计论、课程实施论、课程评价论和课程管理论。

上述外因和内因决定了课程论学科必然拥有一个子学科群，所以,我们要克服狭隘的课程论观念,要站在“学科群”的角度来认识和参与课程论学科的建设。

(二)“子学科群”的有机构成

课程论学科所包含的各子学科的形成时间虽然有先有后,但当这些子学科一形成为学科群,就必然作为一个具有特定结构的整体而出现于教育领域。这个子学科群只有具备合理的结构,才能使各子学科之间既有各自的研究对象,又有密切的纵向联系与横向联系,才能避免各子学科之间发生基本概念、基本观点的冲突以及基本内容上不必要的重复,从而使子学科群发挥有力的整体功能,如对课程改革与课程建设的指导功能、对人们转变传统课程思想的推动功能以及对教育科学发展的促进功能等。

课程论子学科群的整体结构是由层次结构、学科结构和知识结构有机组成的整体。因本文的篇幅所限,笔者着重阐述它的层次结构与各层次的学科结构。其意如下页图所示。

课程论子学科群的整体结构示意图

课程论学科含有三个层次的子学科群,即课程基础理论子学科群、课程工程理论子学科群和课程应用理论子学科群。笔者之所以要把课程论的子学科群划分为这么三个层次,如前文所述,取决于复杂多样的课程实践对当代课程论的不同层面的需求以及由此而产生的当代课程论整体构建的规律性。

首先,课程论学科须具有宽广深厚的基础理论，其基础理论须包含下列子学科。

1.课程概论。这是课程基础理论子学科群中一门具有综合性、入门性的基础理论学科。它建立在课程发展史、比较课程论和课程原理的基础上,并有幼儿园课程概论、中小学课程概论、中专课程概论和大学课程概论等亚分支。它以课程问题为研究对象,着重研究课程产生发展的基础、课程的整体构成和课程系统的运行等问题,为初学者步入当代课程论的理论大厦奠定基础。

2.专业提高学科。它由课程原理、课程发展史、比较课程论组成。课程原理从心理学、社会学、文化学和哲学的角度对当代课程进行全方位的研究,着重研究课程规律,从而概括出旨在说明各主要课程规律的原理。这是一门理论性很强的子学科。课程发展史包括中国课程史与外国课程史,分别研究不同历史时期中外课程结构、课程政策与课程理论(含课程理论流派),是一门史论结合的理论学科。比较课程论着重对中国与一些有代表性的发达国家及发展中国家的课程结构、课程政策、课程理论进行横向比较,以吸取外国的经验教训,为我所用。

其次,课程论学科须拥有求真务实的课程工程理论子学科群。从现有资料看,最先使用“课程工程”概念的是美国学者比彻姆(Beauchamp,G.A.)。他认为，课程工程包含各类学校使课程系统发挥作用的一切必要的过程。［2］他根据美国的实际情况阐述了包括教育厅局长、校长、课程指导员在内的课程“工程师”负责组织和指导课程设计、课程实施、课程评价、课程修订等系列活动。在我国,中小学课程建设的系统工程则分为中央—地方—学校三个层次,均包含课程决策、课程设计、教材编制、课程实施、课程评价、课程管理等组成部分。笔者认为,“课程工程”这一术语准确地表达了当代课程形成和运行的实际过程,数以千计的课程工程人员长年战斗在我国各级各类课程系统工程的各种岗位上,为我国各级各类学校课程的设计、编制、实施、评价以及领导与管理付出了辛勤的劳动,取得了可喜的成绩。为了深化课程系统工程的改革、提高其科学水平,广大课程工程人员和各级学校教师要求建立有中国特色的课程工程理论,包括课程设计论、课程实施论、课程评价论、课程管理论等具有专业理论性和专业技术性的子学科群。这“四论”均分为幼儿园、中小学、中专、大学四层次。

第三,课程论学科还须建立具有科普性的课程应用理论子学科群。它包括课程开发、课程介绍和课程标准解读等类别,都具有常识性和应用性,对课程论在广大教育工作者和广大学生家长中的普及有重要作用。

从以上的阐述可以看出,三个层次的课程论子学科具有相同的性质和功能。可见,我们不能笼统地说课程论是一门理论性学科或是一门实践性学科。这种笼统的看法有碍于正确进行课程论建设。

需要着重指出的是,并非只有课程论学科才需要建立子学科群。事实上,教育原理学科已初步形成一个子学科群,当代教学论、德育论和教育管理学也即将形成各自的子学科群。可见,建立课程论学科的子学科群绝非过分张扬本学术领域。当代课程论既不是“述而不作”的空洞理论,又不是简单的经验描述,而是一门既有坚实基础理论又有多样实用理论与实用技术的教育学科。美国学者麦克唐纳(MacDonald,J.B.)认为:“课程理论是教育理论的实质”。［3］可以说,加快我国课程论子学科群的建设对我国教育实践和教育理论的发展具有重大的意义。人们已开始意识到,过去那种不承认当代课程论是当代教育学的分支学科并因而反对或轻视全面深入研究课程论的做法,确是一个令人痛心的教训,它使新中国的教育科学与教育实践为此付出了一定的代价。

(三)“子学科群”形成的基本过程

课程论子学科群的形成需经历一个复杂的过程，其形成过程也是有规律的。就其整体构建而言,三个层次的子学科群建设几乎可以同时起步,但不同学科之间固有的逻辑关系决定了它们形成的顺序有先后之别。最先形成的应当是课程概论,它是课程论中一门具有入门性和综合性的子学科。接着,应是课程发展史、比较课程论和课程原理的形成。所以,当课程概论的建设初见成效时,有关学者须加大建设这三门子学科的力度。第三个形成圈是课程工程理论中的“四论”。这“四论”的建设几乎可与课程原理、课程发展史的建设同时起步,但“四论”的建设须以课程原理、课程发展史为基础,“四论”的形成期属于第三个形成圈。最后是课程应用理论各子学科的形成。虽然这些子学科的文本可能早已同读者见了面,但其最后形成期须处于第四个形成圈之中。

每一子学科的理论构建也是有序可循的。首先,广大课程论学者须对整个课程论的基本范畴和范畴逻辑达成共识。这须经历反复争鸣与反复协商的过程。首要的一步是对“课程”这一当代课程论的核心概念取得基本一致的看法。其次,各子学科的学者须对各子学科所研究的基本法则达成共识。第三,依据所发现的基本法则来确立各子学科的基本观点和理论体系。课程工程理论的“四论”则须确立其专业理论与专业技术。

有关教育科研机构和学术组织应按照课程论子学科群形成的规律和我国的实际情况制定课程论学科建设的规划和战略、策略,同时组织全国课程理论工作者和一线教师积极进行课程研究,开展争鸣和协商,并把争鸣、协商与课改实践作为解决学术活动中的各种矛盾、推进课程论学科建设的强大动力。

二、“子学科群”整体构建的重心

课程论各子学科的构建不能平均用力,而须有重点地展开。其主要原因是,各子学科在学科群中具有不同的地位和作用;要使子学科群具有优化的结构,能发挥有力的整体功能,其整体构建须围绕一个重心来进行，这个重心就是课程论学科建设需着力解决的根本性问题和据此而定位的主干子学科。

（一）课程论建设要着力解决的根本问题

要抓准这个根本问题,须对我国课程领域存在的主要矛盾作出中肯的分析。构成我国庞大课程系统的各基本要素之间的关系，是既相适应又相矛盾的关系。各基本因素之间的关系是错综复杂的,它们之间的矛盾也是多种多样的。从各级各类学校课程的形成与发展过程看,在课程与学生成长的需要之间、课程与社会发展的要求之间以及课程与科学文化知识增长的趋势之间客观存在着种种矛盾;从全国整个课程体系运行的情况看,在小学课程与初中课程之间、初中课程与高中课程之间，特别是在高中课程与大学课程之间经常存在这样或那样的矛盾;从课程领导与管理的侧面看,中央的领导管理与地方的领导管理之间、各级政府的领导管理与学校行政的领导管理之间也有一定的矛盾；从课程人员撰写的课程文本和理论著述看,常常存在甚至尖锐地存在着理论与实践的矛盾以及不同课程主张之间的矛盾。这一系列矛盾的正确处理，都需要课程论提供科学的依据。但课程论对这些矛盾的研究不能平均使用力量,而须着重研究课程领域存在的主要矛盾。解决了主要矛盾,其他矛盾就可迎刃而解了。

要找出课程领域存在的主要矛盾,须以课程的根本职能为根本尺度。就是说,对当代课程履行其根本职能具有最大制约作用的矛盾就是课程领域存在的主要矛盾。当代课程的根本职能在于促进学生主动地学习,使之在德、智、体、美等方面得到主动的发展,成为具有创新精神的人。这就是说,当代课程的设计和运作所要解决的根本问题是培养什么人的问题;而要正确解决这一根本问题,就须使课程的设计与运作符合学生身心发展的规律和水平,能满足同龄学生身心发展的共同需要与他们之间某些不同的合理需求。总的说,我国中小学课程既有促进学生发展需要很好继承的一面,又有需要不断改革创新发展的一面。从课程的根本职能看,学校课程与学生主动发展的矛盾是课程领域存在的主要矛盾，这一矛盾包含课程领导者的课程决策思想与学生对课程的某些合理需求的矛盾、课程设计者及教材编制者的某种主张与学生的某些合理需要的矛盾以及课程实施者的某种课程观念与学生主动发展愿望的矛盾。由于课程与学生主动发展的矛盾涉及当代课程要解决的根本问题,这一矛盾在课程领域存在的诸多矛盾中处于主导的地位,对其他矛盾的产生和转化具有支配作用。又由于这一矛盾的形成有很长的历史渊源和复杂的思想根源,所以这一矛盾不是一次处理就能彻底解决的。实际情形是,当这一矛盾达到比较尖锐的程度时,课程主管部门和广大课程工作者就得采取改革或改良课程的政策与措施,使课程与学生主动发展的需求达到暂时的统一。随着我国社会的进一步发展和科学文化知识的进一步增长,课程与学生主动发展的需求又会产生较尖锐的矛盾,于是人们又得改革或改良课程,使矛盾的双方再一次达到暂时的统一。如此循环往复地、步步深入地运行下去,就在一个较长的历史时期内形成了课程领域的矛盾运动。通过这个矛盾运动,课程改革得以逐步深化,课程理论得以不断发展。可见,课程与学生主动发展的矛盾在课程领域具有何等重要的地位和作用。

应当指出,在一定条件下,课程领域的主要矛盾是会变化的。比如,当我国经济和现代信息技术达到了高度发展的水平、广大农村中小学生都能在数字化的学习环境中运用数字化学习资源采取数字化学习方式进行学习的时候,原有学校课程与新的社会要求的矛盾就会成为教育领域的主要矛盾。再如,当我国进入经济与科技高度发展、社会道德水准大大提高、人民享有高度民利、法治完全取代人治的社会主义高级阶段时,原有学校课程就不能完全适应社会的新要求了,于是,原有学校课程与新的社会要求的矛盾又会成为当时教育领域的主要矛盾了。然而,“主要矛盾”的此种变化和解决归根结底还得落脚到学生的主动发展上。所以,在课程系统运行的长河中,主要矛盾基本上还是课程与学生主动发展的矛盾。

总之,课程论学科的建设须着力研究课程领域存在的主要矛盾。这个主要矛盾也即课程与学生主动发展的关系问题，就是我国课程论学科建设要把握的科研重心。为此,我们要把这个问题的研究作为课程论建设的根本出发点。这一根本出发点就是构建整个课程论学科的逻辑起点,也是各子学科共有的逻辑起点。紧紧把握这个根本出发点,整个课程论的研究和建设便有共同的目标和价值取向,这对课程论学科的整体建设具有定向作用。

(二)突出主干子学科的建设

我国课程论学科的建设不仅须以研究课程与学生主动发展的关系问题为出发点,而且要把此问题的解决作为本学科建设的中心任务。为此,首先要提出一系列与这一根本问题相关的重大课程问题,如当代课程产生的客观基础与理论基础问题、课程结构合理化与课程模式多样化问题、课程设计最优化问题、教材编者的立足点问题、预成课程向生成课程的正确转化问题、课程评价的科学性与实效性问题、课程管理体制改革的深化问题以及信息技术与课程整合问题等。由有关科研机构与学术组织共同研究制定这些课程问题的规划。接着,采取以科研任务带学科建设的策略,把这些重大课程问题的研究落实到课程概论、课程原理、课程发展史、课程设计论、课程实施论、课程评价论、课程管理论等七门子学科的建设进程中。能承担如此艰巨科研任务的这七门子学科理所当然是课程论的主干子学科。要把这些主干子学科的建设摆在课程论学科建设的中心位置,集中优势兵力予以构建。

三、课程论学科建设的道路

千里之行始于足下。要建立一门先进的、具有中国特色的课程论学科,需要探索一条科学可行的、具有中国特点的“建设道路”。探索这条建设道路的根本原则是,依据我国课程领域的实际情况,正确处理课程论学科建设过程中存在的若干重要因素之间的关系,主要是理论与实践的关系、研究我国课程问题与研究外国课程理论的关系以及课程理论工作者与各类学校教师的关系。从我国实际出发,坚持理论与实践相结合、立足我国本土、服务一线教师,这也许就是我国课程论建设道路上的主要“路标”。

(一)理论与实践相结合

课程论学科建设中的理论与实践具有相互依存、相互制约的关系。一方面,课程论学科的理论须来源于实践,检验于实践。这是指:我们的新理论必须从实践中来,又回到实践中去；而我们要采用的前人及外域的理论则须接受实践的检验。另一方面,课程人员和广大教师从事的课程实践,包括课程的设计、编制、运作、评价、管理等实践活动必须接受正确理论的指导,摆脱狭隘经验主义的束缚,从而不断提高其科学水平。

据此,一切有志于为我国课程论建设作贡献的理论工作者均须同课程改革实践乃至现代化的工农业生产实践、现代科学技术实践以及现代社会生活实践保持密切的联系。一方面,我们应有计划地进行教育调查与社会调查,并力争深入学校和一线教师合作进行课改实验。另一方面,我们既要博览群书,又要把所学的理论拿到实践中予以检验；必要时,须对某些已发表的理论进行去伪存真、去粗取精的加工,使经过检验和加工的理论变成我们自己的精神财富。当然,这种实证研究与理论研究的工作量是很大的,需要同行学者分工合作、经常交流和相互研讨。只有这样,我们才能把调查研究、实验研究、理论研究紧密结合起来,从而走上理论与实践相结合的科研道路。也只有这样,我们才能识别和拒弃保守的与偏激的课程主张,才能及时发现和正确回答课程领域存在的重要问题,进而提出自己的正确主张,建立自己的新理论。显然,为了保证课程论学科建设的质量,我们不能脱离实践而关门读书、闭门造车,不能把那些违背客观实际的保守观点与偏激主张奉为圭。

(二)立足我国本土

我国课程论学科的建设还须正确处理评介外国课程理论与研究中国课程问题的关系。不正确处理这两者的关系,我国课程论建设就会走偏方向，这也不利于积极推进我国的课程改革。

毫无疑问,我国课程论建设需要研究和评介外国的课程理论。应该看到，各国课程的发展具有共同的规律性(当然,各国课程的发展尤有各自的特殊规律),在新时期各国课程的发展过程中常存在一些共同性问题。这些共同性问题是值得我们研究的。同时也应清楚看到，一些发达国家特别是美国、英国的课程研究比较广阔、比较深入。例如,有些美、英学者分别从心理学、社会学、教育哲学的角度对中小学课程的改革进行了深入的探索,提出了独到的见解或主张,有的已在广大中小学落实,值得我们重视。又如,英国实行国家课程的经验教训①,美国著名的《2061计划》(Project2061)②的执行情况,以及一些美国学术组织如美国教育技术首席执行总裁论坛(TheCEOForumonEducationalTechnology)③等对信息技术与课程整合问题的研究动态，都是值得我们高度关注的。

研究和评介外国课程理论固然重要,但更重要的是，研究和解决新时期我国课程领域的一系列问题。为什么要高度重视对我国课程问题的研究呢?这决定于我国课程论学科建设的目的。其目的就在于研究和解决我国的课程问题,提高各级各类学校课程建设的水平,优化其整体结构,增强其育人功能。不研究和解决我国的课程问题,学生不能主动地学习,他们的各项基本素质不能全面而各有差异地发展,这势必严重影响我国现代化建设目标的实现。新一轮基础教育课程改革试图解决这一领域存在的主要问题,但其课程设计与教材编制还有一些不尽如人意之处,其课程实施则碰到了重重困难,因而存在更多的问题,兼之高考制度改革的步子太慢,要妥善解决这一领域的课程问题必须经过长期而曲折的艰苦探索才能如愿。至于职业教育、中专教育、高等教育中的课程问题因很少有人深入系统研究而解决得难以令人满意,也更需展开强有力的探讨。

基于上述目的和实情,我国课程论学科须以课程问题(主要是我国的课程问题)为研究对象。这符合每一门独立科学(包括每一门自然科学与社会科学)形成的一般规律性,更反映了解决我国课程领域特殊矛盾的客观要求。［4］通过研究课程问题(主要是我国课程问题)而阐明课程规律与课程理论,这既表明了我国课程论学科的生长点与立足点,又能显示它坚持为实践服务的目的性与方向性。

由此看来,我国课程论学科的建设,既需要大力研究我国存在的课程问题,又需不断研究和评介外国的课程理论。从本质上看,这两方面的研究活动是相辅相成的,但两者在我国课程论建设中所处的地位却有差别。前者处于主导地位,后者处于从属地位。研究外国课程理论须以解决我国课程问题为目的,而我国课程问题的解决则须参考研究外国课程理论之所得。我们的基本原则是,立足本国,面向世界,将这两种研究活动辩证地统一起来。据此,每一位课程理论研究者必须同时兼顾这两种研究工作,可适当侧重一个方面,但须把两者结合起来。

有些研究者因没有兼顾这两方面的研究工作,未将两者结合起来,其著述往往不大符合“立足本国,面向世界”的精神。有的研究者虽注意研究我国的课程问题,但忽视研究当代外国的课程理论,兼之对国内的课改情况缺乏调查研究,他们课程思想偏于保守。有一些研究者热情地介绍了外国(特别是美国和日本)的课程理论,扩展了大家的视野,但他们对我国课程问题的研究仍需要深化,需要缩短他们的某些著述同“立足本国”的要求之间的距离。这首先表现在,一些论者不重视国情的调查研究,对我国的课程问题在不同类地区与不同类学校的表现以及中小学课程改革中存在的重重矛盾与困难似乎很不了解,他们介绍的某些美国、日本学者的课程观点和主张因缺乏针对性和操作性而很难在我国落实,难以对我国基础教育课程改革产生积极有效的影响。其次,有些论者对所介绍或采用的某些外国学者的课程理论缺乏辩证的分析和评论,未阐明它产生的社会与历史背景以及该国教育工作者所作的评价,盲目地对待所介绍或采用的外国理论(如杜威的课程理论和建构主义学习理论以及后现代主义的课程与教学观等),甚至竭力颂扬某些外国论者发表的轻视教师作用、轻视基本教材和一味强调学生直接经验等等带有严重片面性的言论,对我国基础教育课程改革有负面影响。当然,这些问题只是我国课程论建设中存在的局部问题,只要我们认真反思,是不难解决的。

(三)服务一线教师

正确处理专职课程研制者与各级各类学校教师的关系，也是坚持走正确课程论建设道路的必然要求。在这一方面,最要紧的是，正确处理课程理论工作者与基础教育工作者的关系。

我国课程论学科的建设不仅要求课程理论工作者起骨干作用,而且需要各级各类学校的教师积极参与课程研究,多出教研成果和科研成果。然而,相当部分的一线教师特别是幼儿园和中小学教师不熟悉课程原理以及课程设计、课程实施、课程评价的理论与方法,难以承担教研任务和科研任务,也不善于从课程与教学实践中总结新经验、概括新理论和提升新思想。为了壮大我国课程论建设的队伍,课程理论工作者须承担帮助一线教师的重任,须通过自己的某些著述、主办有关短训班以及深入幼儿园、中小学进行具体辅导等方式来为一线教师服务。要做好这项服务工作,关键在于理论工作者真正树立为一线教师服务的思想,心里经常想着如何帮助他们,并在帮助他们的过程中向他们学习。有了这种思想、情感和态度,课程理论工作者必然会想方设法使自己的著述和辅导充分满足他们的需要。

为了密切联系一线教师的教育与教学实践,抓准他们需要解决的主要问题,理论工作者的科研与写作不能限于“从具体到抽象”的研究过程,还须在此基础上再从抽象到具体。“从抽象到具体”中的“具体”是思维的具体,是将我们抽象概括出来的观点或理论运用于实际的高层次的具体,它所表达的是一个个综合性的事物或活动。运用这种研究方法可使我们的著述不但从实践中来,而且能在更高的层次上再回到实践中去,能启发实际工作者反思自己的工作,研究存在的问题,提高教育与教学质量。我们从事课程研究或给一线教师讲课、作学术报告时,如果不经历“从具体到抽象”的研究过程,那么所提出的观点和理论必然违背客观实际；若不在这一研究过程的基础上再“从抽象到具体”,则往往只能给读者与听者提供一些抽象的概念或空洞的理论,这仍然在一定程度上脱离了实际。

课程论学科的建设还需正确处理本学科与正在形成中的新教学论学科的关系。因本文的篇幅所限,笔者只能简述自己对这个问题的看法。我们应按照这两个学科各自的研究对象、研究任务和两学科之间必有的联系来处理两者的关系。一方面,要确认二者都具有相对独立性,都是当代教育学不可缺少的分支学科。显然,所谓“大教学论”和“大课程论”［1］都是缺乏科学根据的。另一方面，这两个学科的内容之间具有一定的横向联系(即有一系列横向联结点),两者具有相互制约、相互促进的关系。这种关系不是“交叉”(或“重叠”)式的,也不是“循环”式的,而是波浪式地、曲折地、一浪高过一浪地相互推进的。我们应准确地抓住本学科与正在形成中的新教学论之间必有的一系列横向联结点,使两学科结成相互制约、相互促进的关系,从而排除一些不恰当的观点、主张和做法对课程论学科建设的干扰和危害,为加速本学科的建设扫清道路。

①过去,英国中小学课程的设计、实施和管理由地方政府与学校负责。1988年英国国会通过了关于实行国家课程的教育法,现正在艰难的贯彻之中。

②“2061计划”是美国科学促进协会联合美国科学院、联邦教育部等12个机构于1985年启动的一项面向21世纪人才培养、致力于中小学课程改革的跨世纪计划,它代表了美国基础教育课程与教学改革的趋势。

③美国教育技术首席执行总裁论坛(简称ETCEO)在2000年6月召开的以“数字化学习的力量:整合数字化内容”为主题的第三次年会上,提出了一个重要观点:在21世纪,建立可能达到的最佳教育环境的关键是,通过课程将技术、连通性、内容和人力资源有机地统一起来。

参考文献：

［1］刘启迪.课程理论发展与实践进展──第五次全国课程学术研讨会综述［J］.课程．教材．教法,2006.26（10）：3—9.

［2］乔治A比彻姆．课程理论［M］．黄明皖，译.北京:人民教育出版社,1989．129．

科学理论的形成过程范文第2篇

摘要：高校教学管理的科学化是依托系统论、信息论和控制论，充分运用过程理论和网络方法，将杂乱无章的日常工作，进行有序的科学化整理、分类、调度与处理。而高校教学管理工作者要学会运用科学的方法去分析问题，必须不断地学习社会科学和管理理论，在实践中学会科学管理，使学校教学管理工作走上规范化、科学化、现代化轨道，最终从根本上促进教学质量的提高。

教学工作是高校的中心工作，而教学管理工作则是高校教育管理中的重要工作之一。如何保证这一工作具有科学的运行机制，不仅是我们高校教学管理工作者普遍关心的问题，也是高校教学管理理论工作者十分关注的研究课题。特别是在新形势下，高校教学工作的内容发生了很大的变化，与许多因素发生着不可避免的联系，从而使高校的教学管理工作、教学活动本身与20年前相比，无论是从内容上还是从形式上来看，都发生了很大的变化。另外，在市场经济的作用下，高校作为社会的一部分，它的一切活动都与社会环境发生着很多的联系，这些复杂情况是高校教学管理工作所无法回避的。因此，要加强教学管理，提高教学管理工作的有效性，就必须充分认识教学管理科学化的理论依据，深刻理解教学管理工作的主要内容、形成过程及作用。

一、高校教学管理科学化的理论依据

当前，我们可以根据系统的要素、功能、结构、相互联系方式、历史发展等方面进一步把教学管理系统分解成若干个子系统。通过对这些子系统的综合考察、分析和研究，推导出教学管理系统的运行机制及其规律。既然我们可以把教学管理工作用系统的理论加以抽象化，那么，我们就可以充分利用信息理论，对系统内的信息加以科学化处理。

一般来说，在高校教学管理系统中，必然存在着大量的信息与信息流。这些信息的出现、传递、交换、流动与反馈，必然会全面地反映出教学管理整个系统的活动特点及其规律。如果我们能科学地获取这些信息，整理、分析和利用这些信息，就有可能科学地认识到教学活动中的规律，从而为控制教学活动的全过程提供保证。也就是说，我们可以依托控制理论对教学管理系统进行进一步的科学研究。

另外，教学管理是一个可以构成闭环的控制系统，要想认识这种闭环的控制系统，我们就应该从“过程论”的理论出发，基于系统化理论，将教学管理系统视为一个可被分解、可被划分和可以控制的多维空间。同时，要充分认识到教学管理的全过程有许多有序的节点，这些节点也就是我们所说的教学与教学管理的各类环节，而环节与环节之间，即节点与节点之间，可以用某些链连接成为一个主体的空间网络。总之，教学管理科学化的基础就是:依托系统论、信息论和控制论，充分运用过程理论和网络方法，将我们平时所遇到的杂乱无章的日常工作，进行有序的科学化整理、分类、调度与处理。

二、高校教学管理科学化的主要内容

高校教学管理科学化的主要内容是:遵循高等教育的基本规律，以教学管理基本原则为指导，运用系统论、信息论、控制论等现代科学方法，建立教学管理决策系统、教学状况信息反馈系统、教学过程控制系统，进而实现对教学管理全过程动态的有效管理。

(一)教学管理决策系统是高校教学管理科学化的核心。整个教学管理系统的运行是依靠教学管理决策系统来指挥的。从一般意义上来说，教学管理决策是指参与教学领导工作的管理者，在实践基础上进行的选择目标和行动方案的活动。由于教学管理所依据的主要是教学过程中知识信息的传递、交流、加工和制造的过程，因而教学信息的管理又成为教学管理决策系统的基础。此外，在有一个科学的教学管理决策系统作指导、畅通的教学管理信息为基础之后，还需要有一个有效的教学管理控制系统作为保障，才能使整个教学管理系统合理运行。

(二)教学状况信息反馈系统是高校教学管理科学化的前提。正确的决策依赖于可靠的信息，而可靠的信息必须经过畅通的信息网络来获取并进行加工和合理流动。教学状况信息反馈系统要及时得到灵敏、准确和有利的信息，从而使教学管理决策指挥部门在拥有足够信息量的前提下，保证系统的顺利运行。而信息反馈系统的科学化管理则更加重要，主要体现在教学信息的搜捕术、浓缩术、筛选术、提取反馈术四个方面。

(三)教学过程控制系统是高校教学管理科学化的关键。教学过程控制系统是以教学质量为核心，以各类教学检查为手段，以教学过程中各类教学环节为重点而形成的。教学过程控制系统主要包括教学质量评估制度、学风评估制度、教学检查制度、作业抽查制度、试卷抽查制度等。通过将这些制度贯穿于教学过程之中，不仅使我们有效地控制了影响教学质量的各个关键点，而且使人才培养全过程得到优化，确保了人才培养质量。

三、高校教学管理科学化的形成过程及作用

从哲学意义上来说，人们对事物内在规律的认识过程应该是实践、认识、再实践、再认识的往返过程，但这种往返并不是在原有基础上的重复过程，而是螺旋式上升的过程。人们首先通过实践，获得一定的感性认识，然后才可能上升为理性思维。然而，当理性思维形成以后，我们又会发现原来初始实践中的某些缺陷，这就形成了理论指导实践的过程，也从而使我们的实际工作得到进一步的完善。

高校教学管理科学化的过程，也符合这种认识规律。这就要求高校必须在大量的实践基础上，形成一个有效的决策系统，通过一定的理论总结与分析，充分认识教学管理决策系统建立的意义与作用。但是在理论分析过程中，我们常常会发现，要建立一个闭环的有效决策系统，还必须对相应的环节进行完善。这就促使高校教学管理工作者必须对某些内容进行重新认识、分析和归纳，并把这些认识成果补充到原来的理性认识之中，使教学管理科学化体系逐渐得以完善。这种在科学化理论指导下的高校教学管理工作，在以下几方面发挥着重要的作用：

第一，使高校教学管理工作走上规范化、科学化、现代化轨道。教学管理科学化体系主要由前面所述三大系统构成。因此，高校应该围绕这三大系统，建立健全教学管理机构，明确管理职责，科学制定教学规章制度，加强各项教学工作规范化建设，使教学的各个环节有章可循。

科学理论的形成过程范文第3篇

关键词：化学动力学与催化；科学史；教学改革；科学思维

《化学动力学与催化》课程是中国矿业大学面向化学类及其它相关专业的硕士研究生开设的核心课程，内容涵盖唯象动力学及其延伸内容，并将催化的基本理论、研究方法拓展至光催化与酶催化。硕士研究生经过本科理论和实践历练，已经具备了较为扎实的专业基础知识和学习方法和能力。教育部于2020年9月《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》指出：“全面提升研究生知识创新和实践创新能力；……加快构建优质高效开放的研究生教育体系……”[1]，因此作者推进《化学动力学与催化》课程改革，目的在于，有效将理论知识与科学史两者紧密结合，确保在传授知识时，也向学生展示本学科特有的思维方式、解决问题的逻辑以及他们为攀登科学高峰付出的卓绝努力，进而培养出具有能源资源特色和创新能力的科研人才。

1.融合科学史的课程改革

著名教育家杜威认为：“一个人如果不了解科学史，就无法理解人类是如何从迷信屈服于自然之力，变为奇迹般地利用自然直至冷静自律地进行种种抗争”[2]，因此科学史与课程内容结合，包含了科学思维方式和学科之间的比较，还体现了科学与人类、科学与历史之间的联系，可加深学生对科学问题本质的认识。国内外有不少学者从事科学史与教学效果关系的理论研究工作。Stinner在选定某一科学主题后，以故事线索指引，将与主题有关的假说、观念、理论自然呈现[3]。Kipnis以重现科学史上著名实验与理论的教学方法，加深学生对知识、科学认识过程的理解[4]。Monk和Osboren[5]因实施了科学史和哲学融入课程的教育法而广泛受到关注。Osboren和Freyberg提出准备、集体讨论、质疑和应用4个阶段进行科学教学，不少教育工作者推崇这一模式[6]。因此将科学史与理论教学结合，它对教学效果的提升有积极的推进作用。《化学动力学与催化》综合运用数学、物理和化学知识，因其涉及3个学科，因此与科学史联系紧密，若将二者有机融合，可达成“兴趣引领—能力提高—使命担当”的教育理念，有助于学生科研思维、探索创新精神、科学精神与品德以及爱国热忱的培养。(1)科学史融入理论教学的改革思路《化学动力学与催化》伴随物理和化学研究成果和方法的不断发展，该课程理论体系快速更新，学科跨度大使本课程有丰富的科学史内容。但是在授课时，需将课程内容与科学史恰当、适度地融合，体现科学家们在“发现现象—质疑旧理论—解决问题—发展新理论”的过程中逐步推进学科体系的建立。因此，本课程改革思路采用Monk和Osbore的融科学史于理论教学的模式，主要内容如图1所示。融合型教学模式强化了以实验为基础的化学学科与科学理论之间的相互促进作用，突出学生运用已有的知识和科学经验参与科学理论和假说的评判。评判过程不是感性地判定对错，而是以实验设计为基础的逻辑推理。学生在讨论过程中养成思辨的习惯，认识到科学理论的正确性并非一成不变，随着学科的发展，将被新研究成果和理论替代，确立科学精神的思辨性和怀疑性，明确实验验证是检验真理的唯一标准。实施改革前，教师应充分了解本课程的科学史，而不是简单、生硬地将科学史移植到课程内容里，它应包括教师思考如何运用科学史料诠释理论体系的建立，理解科学家如何从庞大的实验数据和结论中寻找出抽象的模型，并经过加工反映在教学过程中。同时理清学科体系与本课程的关系，抓住影响深远的科学事件，防止无序罗列琐碎的细节，从而逻辑化导出理论观点。如表1所示的化学反应动力学理论的建立为例，在近400年的时间跨度中，化学动力学理论建立与其他学科的发展历程相辅相成，从宏观唯相动力学，逐渐发展将统计热力学的方法融入化学动力学和量子力学理论用于解读化学动力学理论和实验现象。阅读教师提供的材料后，学生将总结出化学动力学中的科学观点。教师补充未被学生发现的重要观点后，由学生根据已学的知识和实验方法设计实验，并论述设计实验的合理性和验证内容。该实验设计可涉及不同学科的知识，提高学生全面、综合运用所学知识的能力。教师的角色则是总结和评价学生的实验设计内容是否能有效达到验证理论的目标，并帮助学生分析该实验设计优缺点，完善设计方案。这一过程不仅因科学史的融入使理论内容变得生动，也让学生理解学科的建立与发展需要长时间的积累与沉淀，短平快建立的理论体系往往经不起事实的考验。进而言之，科学争议表现出复杂性，如“亲和力”理论的提出、繁盛到衰落，直至被“化学力”雏形取代，经过几代科学家的努力，逐步形成了质量作用定律。使学生通晓每一次科学争议得以解决都是人们逐步接近真理不可或缺的步骤，学生在完成研究生的学业时也需要这样的品质。

2.改革成效

多年来将科学史融入《化学动力学与催化》教学，学生的学习热情和积极性均有不同程度的提高，且在科学理论案例分析过程中，学生普遍反映学会了通过实验设计验证假说和理论的方法，提升了去伪存真的辨别能力，形成了正确的科研态度，对科学的态度衍化成尊重科学、逻辑严密、具有批判和超越精神的科研入门人。科学史向学生展示了科学进步是在不断解决问题的过程中形成，因此，科研工作不是形而上学的片面理论研究，而是知行合一的解决实际问题。再则，科学史是从人文角度潜移默化地影响学生，并非单个知识点的考察，因此重在帮助学生建构学科发展的全局观。另外，教师在选择科学史案例时的主导性既可避免学生在探究过程中因过度关注奇闻异事冲淡理论教学内容，每个案例后教师的总结与评价可帮助学生建构个人的知识框架和体系，提高对学科背景知识的认知。

3.结论

科学理论的形成过程范文第4篇

一、课程名称

《计算思维》三个学科形态

二、课程参考教材

陈国良.计算思维导论.高等教育出版社.2012

三、教学目标

1．理解“学生选课”例子的E-R模型和关系模型，掌握简单数据库系统的建模方法，实现客观世界到信息世界的抽象。

2．掌握将模型与系统设计进行实现的方法，能够构建简单的关系数据库系统。

3．了解抽象、理论和设计3个学科形态内容划分的背景和意义。

四、重要概念

抽象、理论和设计三个学科形态的划分，使原来的大量概念变得有序，从而大大降低了计算学科认知的复杂性。

五、教学重点、难点

教学重点：E-R图的简单绘制，计算学科的三个学科形态（抽象，理论和设计）的区别。

教学难点：计算学科的三个学科形态（抽象，理论和设计）的区别。

六、教学过程

第一步回顾计算思维的定义和本质

同学们还记不记得计算思维的定义，这是华裔美籍的计算思维研究学者周以真教授给出的定义，简单地说，计算思维就是围绕计算机科学的一系列思维活动。计算思维又叫构造性思维，以设计与构造为特征。它的本质是抽象和自动化。

第二步 讲授新的课程内容

1.介绍新的课程内容主要提纲。

计算学科中的三个学科形态，首先我们要知道它指的是什么，指的是抽象形态、理论形态和设计形态。它反映了人们从感性认识到理性认识，再由理性认识回到实践的认识过程。我们将从这三个方面进一步学习三个学科形态。

2.引入“学生选课”的例子。

这里给大家引一个“学生选课”的例子，它给出了学生和课程两个实体，也给出了它们的联系，要求我们建立一个信息管理系统，实现对学生选课这一信息的管理。其实，在我们刚进入大学，每个同学都会遇到选课这件事情，大家都知道选课是在网上进行的，很方便很快捷。那么大家是否知道选课这件事是如何从现实世界转移到信息世界，给我们带来方便的呢。这这个过程就跟我们的三个学科形态相关了，怎么相关呢，其实就是现实世界客观对象抽象的过程。对学生选课例子的感性认识——抽象形态，对学生选课例子的理性认识——理论形态，对学生选课例子的工程设计——设计形态。

3.介绍抽象形态。

我们人看到的是现实世界，通过人脑认识抽象；就得到概念模型，也就是信息世界；将这个概念模型用计算机能识别的语言进行描述，就得到了数据模型，也就是机器世界。这就是一个现实世界中客观对象抽象过程。

结合“学生选课”的例子，我们人首先看到并获取的信息就是学生和课程，它们之间的关系是一个学生可以选修若干门课程,每门课程可以被任一学生所选修。我们第一眼看到并获取的信息实际就是感性认识，将学生、课程以及它们之间的联系对应起来，实际上就是将客观世界抽象为信息世界。

概念模型的定义是：是客观世界到信息世界的抽象，用于信息世界的建模。其中的主要概念有，实体、属性、码、域、联系等，概念模型最典型的就是数据库领域的ER模型。ER模型是一种用实体和实体之间的联系来描述客观世界并建立概念模型的抽象方法。ER图是对ER模型的表述，它有一定的规则，实体：用矩形表示，属性：用椭圆形表示，联系：用菱形表示，实体之间的联系：用数字标注在图上。

小结：抽象源于实验科学。按客观现象的研究过程，抽象形态包括以下4个步骤：（1）形成假设；（2）建造模型并作出预测；（3）设计实验并收集数据；（4）对结果进行分析。通过建立E-R模型和概念模型，实现了对“学生选课”问题的抽象（感性认识）。

4.介绍理论形态。

完成了对客观世界的感性认识，就应该上升到理论认识。概念模型(E-R图)不是机器世界所支持的数据模型，仅仅是客观世界到机器世界的一个中间层次。概念模型还需要转换成机器世界能支持的数据模型。在数据库领域中，数据库管理系统（DBMS）支持的数据模型主要有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。我们这里主要介绍关系模型。关系模型：基于关系理论，体现为二维表结构的数据模型每个关系对应于一张二维表。

结合“学生选课”的例子，从ER图，我们就会得到三条信息，学生信息，课程信息，学生选课信息。从这三条学生信息，课程信息，学生选课信息，我们就得到数据模型对应的这些二维表。到此就完成了理论形态的认识。

小结：理论形态包括以下4个步骤的内容：（1）表述研究对象的特征；（2）假设对象之间的基本性质和可能存在的关系（定理）；（3）确定这些关系是否为真（证明）；（4）结论。在数据库理论（理性认识）的基础上，在“学生选课”关系模型的基础上，建立对“学生选课”问题的理性认识，从而为“学生选课”管理系统的设计奠定了基础。

5.介绍设计形态。

我们完成了概念模型和数据模型的建立，就应该根据具体的关系数据库管理系统对该模型进行定义，从而可以由计算机进行处理。这是“学生”数据表的SQL语句。我们再创建课程数据表的SQL语句，学生选课数据表的SQL语句。那么我们就完成了数据库的建立。

接下来，便可以进行数据的输入、修改和查询，从而完成对“学生选课”的管理。一个简单的查询：查询成绩在90分以上的所有学生的学号和姓名。SELECT SNO,SN FROM STUDENT,SC,COURSE WHERE STUDENT.SNO=SC.SNO AND SC.CNO=COURSE.CNO AND GRADE>90;系统运行以上语句后，即可在屏幕上显示所求的结果。

小结：一步一步建立起了一个信息管理系统。设计形态包括以下4个步骤的内容：（1）需求分析；（2）建立规格说明；（3）设计并实现该系统；（4）对系统进行测试与分析。最后借助某种关系DBMS实现“学生选课”应用软件的编制，而这里我们就用的是SQL server数据库。这里只是实现了一个简单的数据库管理，在实际的工程开发中将是包括用户交互软件的开发。

6.介绍三个学科形态的内在联系。

接下来我们讲三个学科形态的内在联系。抽象源于现实世界。建立对客观事物进行抽象描述的方法，建立具体问题的概念模型，实现对客观世界的感性认识。理论源于数学。建立完整的理论体系，建立具体问题的数学模型，实现对客观世界的理性认识。设计源于工程。在对客观世界的感性认识和理性认识的基础上，完成一个具体的工程任务，对工程设计中所遇到的问题进行总结，由理论知识去解决它。

科学理论的形成过程范文第5篇

关键词：计算机图形学；科学思维；学科结构；教学改革；教学方法

0 引言

大学的主要任务是培养人才，特别是培养创新人才。培养创新人才的基本途径与方法有课程教学、参与科学研究与项目开发、对外学术交流等。然而传统本科课程教学多注重传授学科的系统理论等专业知识，不重视对知识产生原因、方法的介绍，如忽视思考解决学科基本问题的具体过程等，这会造成课程教学传授知识与科学研究相脱节，导致学生的知识结构产生缺陷，不利于他们将来从事创新等研究工作。为配合计算机图形学课程的教学改革，根据计算机图形学课程的特点，笔者提出一种面向科学思维的教学新方法，它能有效弥补传统本科课程教学的不足。

1 面向科学思维教学方法的基本要求

常见典型的教学方法有：结构主义的教学方法、建构主义的教学方法、问题（任务）驱动教学方法等。这3种方法各有其优缺点，一个好的教学方法最好能全面综合这3种方法的优点。面向科学思维的教学方法要求把思考问题的方法、系统分析与综合的方法、科学研究的工作方法、查找资料与抽象的方法等知识产生的方法引入课程教学中，有效讲解学科专业知识是根据发展需求、通过研究各种问题产生的；专业理论体系或与其学科结构是由多项研究成果形成的，这些知识是科学研究与科学思维产生的结果。

结构主义、建构主义与面向科学思维教学方法的异同点见表1。

2 确立计算机图形学课程的教学内容与教学模式

2.1 传统计算机图形学课程教学改革的原因

2013年以前，国内外传统计算机图形学课程教学以讲授图形标准（显卡驱动与显示图形等子程序的集合）或CAD为主。这种CAD与计算机图形学（即图形标准）学科的划分有问题，它只便于图形标准的硬件实现，却因基本概念不全导致这两者均不能独立讲清三维真实感图形的自动生成原理以及计算机程序设计的基本规律，更不能总结计算机图形学的研发成果与发展规律，不能满足计算机图形学学科建设发展需求。

2.2 用系统分析与综合的方法确立计算机图形学课程的教学内容

2.2.1 系统分析：从理论上确立实现计算机图形学课程目标的发展路线图

本课程目标是用计算机程序自动生成类似人眼观察世界获得的观察图像（亦为学科研究的基本问题，它适合作为建构主义教学方法要求的教学环境需求问题）。为此至少要完成3个子任务：①掌握三维图形的生成原理；②掌握生成三维动画等图形的程序设计；③理顺新课程教学内容与图形标准、CAD的相互关系。

1）第一个任务的实现方法。

照相机生成照片遵循光线传播生成三维图形这一物理原理，计算机生成所有三维图形（包括光线跟踪算法、辐射度算法、投影、多边形填充、纹理映射、阴影算法、图像融合算法与二维直线的生成等）也应遵循该原理。这是本课程知识理论体系的完备性与一致性的基本要求，它决定了计算机图形学的学种性质与教学定位。

2）第二个任务的实现方法。

用辐射度和光线跟踪算法生成的三维真实感图形等程序，是一类典型的显示图形的计算机仿真应用程序。故计算机图形学的编程实现既遵循计算机仿真的基本原理，也遵循计算机程序设计的基本规律。

计算机仿真遵循系统（决定被仿真对象的范围与其行为特性）、建模（用数学模型描述仿真实验对象）、仿真算法（计算机通过执行该仿真算法，进行仿真实验）与评估（检验仿真实验的结果是否与应用需求保持一致）这一基本原理。

计算机程序设计应遵循计算理论可计算性的实现前提对程序设计的规范要求：①待解问题被模型与系统形式化方法所描述；②这种描述要转换成算法；③算法要有合理的复杂度。

这里，形式化描述指用数学符号、逻辑符号与流程图描述并要求保持逻辑上的一致性。系统的概念被本文定义为软件系统：它按解决问题的系统流程要求，编程实现数个模型描述数据与命令的输入、存储管理、运算处理、输出显示4个过程，能直接达到自动运行软件的设定目标并具有完整动态结构的综合程序。软件系统的概念是国内传统计算机核心课程教学缺失的重要概念。

故三维图形学的教学内容，主要用3组数学模型描述可视物体、灯光、照相机物理模型的物理特性（如用几何模型、材质模型与纹理模型描述可视物体；用光线几何模型、颜色模型、照明模型、辐射度算法和光线跟踪算法等描述点光源；根据类照相机的观察参数，用阴影算法、图像融合等算法描述照相机模型；对光线跟踪算法，应重构照相机模型）；在物理仿真、数学建模与软件系统概念的指引下，编程构建三维图形软件系统，实现三维图形的自动显示。物体运动与变形、灯光变幻、照相机运动可形成计算机动画。计算机游戏是用人机交互的操作方式并通过实时动画与声音有效描述具有智能行为能力的人（或动物）的多种社会实践活动。

3）第三个任务的实现方法。

计算机动画包含了传统图形标准与CAD的原理，所以在课程最后，可讲解图形标准OpenGL的原理与编程使用方法。同时图形标准是游戏软件的基石，是现代计算机应用不可缺少的基本配置。

2.2.2 系统综合：介绍图形学的基本原理与动画软件的实现方法

这要求教师先查找资料、汇集前人发表解决以上问题的不同论文与教材（解决课程教学问题的先决条件），挑选材料编写课程讲义，详细介绍完成该任务所需的基本原理与实现方法，讲义试用成熟后再编著出版教材。

教材按以下思路组织：用二维图形学构建软件系统概念的教学，用三维图形学构建三维图形数学建模的教学（直接用三维图形构建软件系统概念的教学，会导致课程教学内容的复杂化）。在每章的开头，均提出应思考并解决哪些问题才能达到本章的教学要求，加强训练读者思考问题的习惯。

学完本课程，学生要能胜任计算机动画软件的设计与编程实现等任务。

2.3 归纳计算机图形学的学科结构

以上教学充分展示：由物理模型（化学模型、生物模型、社会发展需求模型等）数学模型（数据模型是数学模型的一种简单特例，其编程操作主要是数据的存储与检索，以实现数据库软件。根据数学模型“曲高和寡”的原理得知，数据库软件是应用软件中应用面最广的一类软件；或用离散数学的方法、判断规则与判据或可编程实现的自然语言与功能等描述解决问题的过程与步骤；或用通信协议描述数据通信过程要遵循的规则、约定等要求，这是网络通信编程的基础）软件的系统功能与结构用算法语言实现程序编码并形成算法软件测试评估等过程所确立程序设计的基本规律。程序设计这一规律，能被雷达的设计与制造过程所佐证，如通过物理实验确立雷达原理用数学模型描述雷达的工作过程设计雷达系统的功能与结构用电子技术制造雷达设备做好的雷达要通过测试评估才能交付使用等。

由此能用理论（物理原理、建模、软件系统、仿真、程序设计）、工具（OpenGL、Direct3D、着色语言、ACIS、WebGL、OpenCL、3D游戏引擎等）与应用（显示图形的应用程序，如3D动画或CAD、地理信息系统（空间复杂性高而时间复杂性低）、游戏与虚拟现实系统（时间复杂性高而空间复杂性低））3个学科形态描述计算机图形学的学科结构。

2.4 用科学研究的工作方法确立计算机图形学课程的教学模式

（1）选题（发现问题）：找任务、了解用户需求、检索阅读资料并提出问题。自由选题要确立研究问题的科学性、目标性、创新性和可行性，并找准课题的申报渠道。提出问题是对任务深入思考或科学研究的前提。如计算机图形学的学科属性与教学内容是否成熟，是此前国际计算机图形学教育界多年关注的教学疑难问题。

（2）分析问题：真实照片由照相机、可视物体与灯光3个主要因素决定，由此确立解决问题的方法。

（3）寻找解决问题的方法（提出假说）：首先用二维图形建立软件系统的概念；然后建立描述照相机、可视物体、灯光物理模型物理特性所需的数学模型，构建仿真光线在计算机场景与照相机模型中传播，生成三维动画图形。

（4）做实验解决问题（找寻证据支持假说）：针对建立的数学模型，选择数据结构，设计算法，编写程序源代码并调试测试程序，构建三维图形软件系统，实现图形的自动显示。

（5）取得新成果（查新验证）：改进学科的系统理论与基本方法，发表研究论文，推广该研究成果或论证申报新开发项目，推动学科建设向前发展。当我们解决好计算机图形学的教学问题时，就为撰写本文并申报计算机图形学国家规划教材奠定了基础。

由此构建程序设计教学的完整过程，并把程序设计拓展成科学研究工作方法的一种形式与组成部分。

该教学模式不仅把教学与科学研究两个不同性质的学术过程结合在一起，还说明围绕课程教学思考问题的训练属于科学研究领域思维活动的一种基本形式。

3 在课程教学过程中合理安排思考问题的训练

教师在重点介绍、讲解每个专题前，要考虑如何训练学生根据学科的发展需求思考问题，这些问题是任务驱动教学法中各种问题的来源。

3.1 用二维图形学构建软件系统概念的教学

专题1：线段图形的描述与生成。基本问题：如何用数学的语言与方式（如描述函数）描述各种线段图形的几何形状，以形成各种线段图形的几何模型？如何形成矢量汉字等子图形高效率的描述方法？如何把这种描述函数转换成算法，并根据其描述数据生成这些基本图形？

专题2：实面积图形的描述与生成。基本问题：用什么方法描述实面积图形的几何形状，以形成各种实面积多边形的几何模型？如何利用显示设备的绘图功能生成实面积图形？如何实现直线图形边缘的反走样显示？

专题3：图形的基本运算。基本问题：图形运算的目的是什么？如何用几何变换矩阵的方式描述图形几何模型的几何变换？若用实面积多边形的布尔运算构建新的复杂图形的几何模型，则布尔运算的数学基础是什么？如何实现其布尔运算？

专题4：图形的观察运算。基本问题：如何把输入到计算机中的图形几何模型描述数据，转换成显示设备坐标系中的图形几何模型描述数据？并调用图形的生成算法显示各种图形的几何形状？

专题5：图形数据与命令的输入。基本问题：能用哪些方法把图形模型描述数据与命令高效率地输入到计算机中？如何利用输入设备的数据输入功能与显示设备的图形显示功能，编程实现图形数据的交互输入？如何规划应用程序中的人机交互设计问题？

专题6：图形的数据结构。基本问题：图形数学模型的种类与复杂、复合图形的构建方法，这些对保存图形几何模型的描述数据提出了哪些动态管理上的要求？如何设计相应图形的数据结构，才能有效地保存、管理存储于计算机中的各种图形描述数据（命令）？如何把图形显示区中的图形描述数据编译转换成多种显示设备能识别并运行的显示指令代码，以实现图形的显示？为编程实现各种图形的自动显示，需要确定编程处理图形数据的基本流程和程序的功能与结构，以形成软件系统的概念。

3.2 用三维图形学构建数学建模的教学

专题7：照相机模型的建立与三维几何图形的显示。基本问题：如何用数学模型，特别是用矩阵的方法，描述照相机拍摄（投影显示）三维直线图形的物理过程？

专题8：平面物体几何模型的构建与图形显示。基本问题：如何用直线与平面函数描述平面物体的几何形状？如何记录这种描述所形成的几何模型数据？如何构建形状复杂的平面几何物体？如何显示平面物体的几何形状与表面？

专题9：曲面物体几何模型的构建基础与线框模型图形显示。基本问题：用什么方法描述曲面物体的几何形状并构建其几何模型？如何显示曲面物体的几何形状？

专题10：灯光模型的建立与光照物体的图形显示。基本问题：如何用数学模型的方法描述灯光的物理特性？如何描述在灯光照射条件下几何物体的可视物理特性？如何显示光照效果的曲面物体的表面与几何形状？如何更有效地描述光线传播的物理特性与变化规律？

学生按照这一思路进行选题，可考虑为实现像照片一样自然景观（如白光的薄膜干涉等现象）的图像显示，需研究哪些问题等，并发表其研究成果。课程教学内容成熟完整后，才便于界定计算机图形学的学科内涵。

4 分析计算机专业主要课程的基本特点，提炼计算科学的学科结构

4.1 计算机教学此前无计算科学学科结构概念的原因分析

现有权威资料和维基百科、百度百科表明，此前国内外计算机教学均无计算科学学科结构这一重要概念。以下3点是导致这一现象存在的重要原因。

4.1.1 对计算工具的分类作用认识不足

尽管人们知道计算机是一种计算工具，计算机有广泛的应用，计算机科学有自己的一套理论根据，但仅用“理论、工具与应用”很难全面概括计算科学的研究全貌与多项用途。事实上，计算机的系统工具对总结计算科学的学科结构非常重要。

计算机系统是一个能对编程实现的数学模型与逻辑模型，进行自动解算与推理的通用计算工具。这决定了程序设计在编程使用计算机上的重要性。

操作系统是对计算机的各种硬件资源与软件资源进行程序管理，使计算机正常运行的系统工具软件。同时，它能对用户程序（命令）的输入、存储管理与自动运行提供服务（包括对通信进程进行有效监管控制），并用人机交互与图形界面的方式记载这种用户程序与命令操作的运行结果。

编译系统是用高级语言编程必备的系统工具软件，它可以把用户用高级语言编写的程序源代码、编译转换成计算机能识别并自动执行的机器语言程序代码。

算法语言是用户为编程使用计算机的各种计算功能，用类自然语言的方式与计算机相互交流思想的符号表达工具。

这些计算工具本身没有直接解决数学计算与逻辑推理等应用问题，该任务由编程解决。

这类计算工具是在实际应用过程中总结、提炼的结果，工具本身一般不直接解决最终的应用问题，这是工具的第一个特点。它的第二个特点是工具的制造具有递归性，即可用简单工具制造复杂工具。它的第三个特点是专业复杂工具的制造方法与技术具有封闭性与隐蔽性，但这不影响他人对工具的操作使用；且其隐蔽、封闭性是工具使用方便、高效的主要原因。

软件系统与计算工具等概念的形成，是用抽象的方法（从众多事物中总结提炼出具有共同本质的特征、而舍弃其非本质的特征等内容）处理形成的结果。

4.1.2 传统课程没有讲清计算机仿真的原理与计算机程序设计的基本规律

传统计算科学的核心课程（计算机导论、计算机原理与系统结构、算法语言与数据结构、编译系统与操作系统、软件工程、离散数学、数据库和计算机网络）从未讲清计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。学生往往通过课后大量的编程训练，积累对计算机程序设计与计算机仿真的认识。这种程序设计经验式教学培养模型，无助于学生总结并提炼计算科学的学科结构。相反，人们在算法语言与数据结构课程的教学上存在一些模糊认识。例如，算法语言是用一组语法规则与功能约定的一种符号标记系统，它让人们掌握语言的符号约定、功能、特性以及用算法语句描述给定的数学计算与数据处理、逻辑判断等――即其教学主要是完成程序的编码训练，由此形成算法；也为研制该语言的编译系统做铺垫。然而部分算法语言的教科书，只有一些算法验证性应用实例，并把它们等同于计算机程序设计教学，这无助于初学者全面正确地掌握计算机程序设计的基本规律，因为学习算法语言后，他们还是没有数据结构的概念。

数据结构是研究用程序编码的方式，在计算机中有效实现多种类型数据的存储组织（形成线性、非线性、网状结构形式以及静态或动态结构形式的数据存储方法）、存储管理、排序检索与编程效率等任务的一门专业基础课程。数据结构课程有很多计算复杂性的案例，是培训人们掌握编程技巧的一种有效方法。因为编写程序所采用的数据结构往往决定了算法的编码实现方法，更重要的是，CPU是根据保存在内存各处程序代码的逻辑次序、通过逐条读取其指令代码来完成用户指定应用程序（或命令）的执行。如何规划、设计、调度与管理内存的使用，这与数据的调度与管理原理类似，是数据结构讨论的问题之一（常在操作系统课程中介绍解决该问题的方法。数据结构问题本质上属计算机内存的动态、合理使用与管理问题）。而该课程中所谓抽象数据类型，是指在指定的数据集上定义对该数据元素进行多种加工等编程操作方法。这个数据集以及对其数据元素的加工方法（数据集与其加工方法均能递归定义），应来源于人们用数学的方法描述解决实际应用问题这一过程，该主次关系不能颠倒。没有这些数据结构与程序编码等基础训练，初学者很难规划好一个软件的系统功能与结构。

由于传统的算法语言与数据结构课程教学无数学建模（它决定了解决多种应用问题算法的来源）与软件系统的概念，故传统的算法语言与数据结构课程没有讲清程序设计的基本规律。

4.1.3 传统计算机课程存在教学问题

首先，传统计算机图形学课程存在教学问题，现已被本教学改革有效化解。

其次，软件工程课程存在教学效果空洞抽象等困惑。若把新的计算机图形学课程作为软件工程课程的教学实习对象，可以有效解决该教学困惑。由于新的计算机图形学课程可以讲清程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理，这使软件工程课程的教学从理论上能达到软件全生命周期设计的教学目的。

第三，计算机导论与计算机基础课程存在教学困惑。计算机导论应对计算学科发展的全貌作整体介绍，并理顺计算学科与其他学科之间的关系，引导读者根据自己的需求有效选择学习不同的计算机专业知识。由于此前计算机课程存在以上问题，导致历次获部级奖励的计算机教学改革成果以通过有效载体进入课程教学，致使计算机课程教学体系仍然不够成熟。这往往是行业外人士选修计算机课程的迷惑。因为自牛顿时代以来，用数学的语言描述自然科学取得的新进展，是各自然学科之间相互交流学术思想与成果的通用方法；然而目前其他自然科学工作者学习计算机后，却无法顺利地用计算工具的方法来表达其各自学科建设研究成果的数学模型等。这种计算机课程教学不便于计算机教育与其他自然科学教育进行对等有效的学术交流，并导致计算机基础课程教学出现危机。另计算机教学无计算科学学科结构的概念，即人们没有评判计算机导论教材好坏的客观标准。计算机图形学教学改革取得的新成果――发现计算科学学科结构的客观存在，为重构计算机导论与计算机基础课程提供了重要借鉴。

最后，计算机网络课程存在不足。如该课程介绍网络通信协议较多，却较少介绍网络通信工具的构建与编程使用方法，以及计算机网络通信程序的编程实现，这不利于初学者承担计算机网络计算的重任。

4.2 借鉴计算机图形学的教改成果。归纳计算科学的学科结构

传统计算机核心课程缺少一门计算机的综合运用课程，以总结并提炼计算机程序设计的基本规律与计算机仿真的基本原理。计算机图形学课程可以很好地承担这一重任。有了计算工具的概念与计算机图形学课程后，可以重新分类、归纳已知计算机的多种应用。

成熟的计算机图形学与传统计算机核心课程的教学，使计算科学理论（即计算机的系统理论和专业知识。它需回答：什么能被工具有效地进行自动计算，用什么方法研究该命题并形成哪些结论、成熟的理论与发展方向；满足何种条件的实物装置能实现计算功能，计算装置如何构造实现并使其正常运行、操作使用；可计算性的实现前提是什么，如何用该计算装置实现这种自动计算，如何保证计算结果的正确性和计算装置运行的安全稳定，该计算装置有多强大的计算能力；计算理论与计算机专业各课程的关系等）、工具（算法语言、编译系统、操作系统、计算机系统）与应用（数据存储与检索，数据计算、仿真、符号变换与推理，数据网络通信，数据获取、输出表达与控制即多媒体）3个学科形态得到完整展现。它们是形成计算机专业多个发展方向（如杀毒与网络防火墙、网络存储与查询、网页设计开发工具与网站建设、网络浏览器，即时通信、流媒体与播放器、人工智能与专家系统、计算机嵌入式应用、计算机在通信与自动控制系统中的应用等）与综合（如3D网络游戏）或研发计算机硬件（计算机系统结构与CPU设计、计算机工程）的基础。

因互联网的应用，计算机网络计算有网络理论（在通信理论的支持下，如何可靠、快速、方便、安全地实现计算机信息描述数据的通信；网络计算的理论基础与基本规则是什么，如何利用网络资源进行有效的传输与计算）、网络工具（计算机与互联网、路由器与交换机、调制解调器、Java、html语言、浏览器、Socket、遵循HLA标准的分布式实时仿真工具RTI、网络游戏引擎）与网络应用（如计算机数据通信与监管、电子商务、社交网站、网络游戏、云计算、信息技术与信息系统、物联网、大数据的应用等）。

图1显示了计算科学的学科结构。由计算机仿真的基本原理与可计算性的实现前提，可论证程序设计教学与计算机仿真教学的一致性。

故计算作为一门学科（招生专业）的根据是：①它有自己独立的研究领域。即什么能被有效地用工具进行自动计算以及可靠、安全、快速地传输？②产生专业知识的方法。科学研究与科学思维是产生（创造）多种学科新知识的主要方法，这是研究生阶段的主要学习任务。③由此形成的理论体系与其学科结构。这是本科生学习阶段应掌握的专业知识。④传授知识的法定机构与办学条件。⑤广泛的应用基础。

5 结语