辛 巧

(伊犁師范學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，新疆伊寧 835000)

談CDIO工程教育模式在數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程教學(xué)改革中的運(yùn)用

辛 巧

(伊犁師范學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，新疆伊寧 835000)

本文借鑒CDIO工程教育模式，結(jié)合學(xué)院招生的實(shí)際情況以及數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用，面向?qū)I(yè)需求，對數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程進(jìn)行教學(xué)改革方面的探索和實(shí)踐，主要包括班級層次劃分、教學(xué)大綱、教學(xué)方法、教學(xué)評估等，特別增加了能力培養(yǎng)要求和課程項(xiàng)目，以提高我院專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平。

專業(yè)需求；CDIO工程教育；課程教學(xué)改革；能力培養(yǎng)

近年來，本科院校通過提升院級精品課程的建設(shè)數(shù)量和質(zhì)量、加大教學(xué)改革項(xiàng)目資助力度、提高學(xué)生競賽獲獎的獎勵額度等方式，積極探索如何加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程(主要包括數(shù)學(xué)類、英語類、教育教學(xué)類等課程)的建設(shè)和改革，如何進(jìn)一步提高本科教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程作為理工科各專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。因此，提高數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量，對提高專業(yè)人才培養(yǎng)水平和提升人才素質(zhì)具有重要的意義。在當(dāng)前教育教學(xué)改革的大背景下，借鑒國內(nèi)外教育教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合高校實(shí)際情況，積極探索數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革方案，對夯實(shí)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、讓學(xué)生以較高的能力和水平進(jìn)行專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、增強(qiáng)理工科專業(yè)畢業(yè)生的社會競爭力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

CDIO工程教育模式自2005年引入中國，對國內(nèi)高等院校，特別是工科院校的工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)和運(yùn)行(Operator)。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運(yùn)行、維護(hù)和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機(jī)聯(lián)系的課程體系，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程。國內(nèi)高校在借鑒CDIO工程教育理念和模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合各院校的實(shí)際，對CDIO工程教育模式進(jìn)行了不斷的創(chuàng)新和提升。例如：汕頭大學(xué)作為國內(nèi)率先實(shí)施CDIO工程教育改革的試點(diǎn)單位，從2006級本科生開始全面實(shí)施了基于項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的EIP-CDIO工程教育模式[1-4]，并進(jìn)一步積極探索基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”(OBE)的工程教育模式[5]，成都信息工程學(xué)院形成了“以專業(yè)建設(shè)為主線的教育教學(xué)一體化改革”的工程人才培養(yǎng)模式，在人才培養(yǎng)中的專業(yè)設(shè)置和課程教學(xué)方面形成了特色[6]，中國石油大學(xué)(北京)開始了MPC-CDIO(數(shù)理課程群CDIO)教育教學(xué)模式的探索和實(shí)踐[7]，清華大學(xué)提出了聯(lián)結(jié)理論與實(shí)踐的CDIO工程教育模式[8]等。CDIO工程教育模式在一定程度上影響了國內(nèi)很多院校的工科專業(yè)主要包括機(jī)械、土木、電氣和化工四大類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、課程體系、教學(xué)實(shí)施、實(shí)踐環(huán)境、教師考評機(jī)制等的設(shè)置和改革。

我們應(yīng)借鑒和吸收國內(nèi)外CDIO工程教育改革成功的經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)校實(shí)際為基礎(chǔ)，以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，以專業(yè)課程對數(shù)學(xué)知識的需求為底線，以能力培養(yǎng)為改革的方向，綜合考慮學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，有針對性地選擇合適的教材，設(shè)計(jì)與教學(xué)目標(biāo)相匹配的教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃以及采取形式多樣的教學(xué)方法和模式，改變傳統(tǒng)的考核機(jī)制，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)的熱情。此外，數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程是本科一、二年級開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該類課程對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)信心等各個方面有著重要的意義。如何培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)成績，對學(xué)生未來的專業(yè)教育有著深遠(yuǎn)的影響。

1 教育教學(xué)現(xiàn)狀剖析

教育部在新疆地區(qū)普遍實(shí)施了民、漢融合的辦學(xué)模式，民族學(xué)生漢語水平和基礎(chǔ)知識相對于往屆的民族學(xué)生已經(jīng)有了明顯提高，但由于語言差異性、語言習(xí)慣等原因，民族學(xué)生對數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程中的基本概念的理解依然不夠，且民族學(xué)生(包括民考漢的學(xué)生)與漢族學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差異依然顯著。目前，我院在數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程教學(xué)中主要存在以下問題：

第一，理工科專業(yè)對于數(shù)學(xué)的需求差異大。課時安排雖多樣化，但針對不同專業(yè)的教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃以及教學(xué)案例的差異性仍然不大，無法針對專業(yè)有效開展教學(xué)活動。以高等數(shù)學(xué)課程為例，我院現(xiàn)開設(shè)高等數(shù)學(xué)課程的理工科專業(yè)主要有物理、電子科學(xué)、電氣工程、教育學(xué)、化學(xué)工程、旅游管理、環(huán)境科學(xué)等。根據(jù)專業(yè)的不同，第一學(xué)期授課學(xué)時分為96學(xué)時、80學(xué)時、64學(xué)時、48學(xué)時四種類型，第二學(xué)期授課學(xué)時分為108學(xué)時、90學(xué)時、72學(xué)時、54學(xué)時四種類型，主要采用同濟(jì)大學(xué)的《高等數(shù)學(xué)》或四川大學(xué)的《高等數(shù)學(xué)》教材，而教學(xué)計(jì)劃的差異性主要體現(xiàn)在知識點(diǎn)和計(jì)算的難易程度。此外，授課內(nèi)容在專業(yè)課程教育服務(wù)方面不具備明顯特色，這導(dǎo)致學(xué)生感覺數(shù)學(xué)類課程跟專業(yè)關(guān)系緊密性不夠，學(xué)習(xí)的積極性和主動性明顯不足。

第二，教學(xué)班級層次多樣，同一班級中學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差距明顯。教學(xué)班級層次多樣，首先體現(xiàn)在錄取批次的區(qū)別：聯(lián)合一本、二本、大專；其次是專業(yè)區(qū)別：師范類和非師范類；最后是班級中的民漢學(xué)生比例差別：民班、民漢合班、漢班三種班級類別。對于不同類型的教學(xué)班級，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)呈現(xiàn)比較顯著的階梯型變化，民漢合班中的民族學(xué)生與民班的學(xué)生相比數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好，與漢族同學(xué)相比數(shù)學(xué)相對薄弱。另外，民漢合班中民族學(xué)生的成績普遍較差。在教學(xué)過程中，很難制定合適的同時適應(yīng)于漢族學(xué)生和民族學(xué)生的教學(xué)計(jì)劃。因此，現(xiàn)有的教學(xué)計(jì)劃必然導(dǎo)致基礎(chǔ)較好的學(xué)生感覺課堂講授較慢，不能滿足他們將來進(jìn)一步深造的需要，而基礎(chǔ)差的學(xué)生總感覺課堂上一頭霧水，進(jìn)而造成全體學(xué)生的學(xué)習(xí)效果差異顯著，期末考試成績差距明顯，兩級分化嚴(yán)重。

第三，教學(xué)模式單一，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不夠濃厚。在教學(xué)過程中，與內(nèi)地高校學(xué)生相比，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍薄弱，數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程主要以板書講授為主，教師在課堂上重視基本知識的講授以及基本計(jì)算技巧的傳授。除了教學(xué)模式單一以外，知識的講授與專業(yè)銜接程度不夠，導(dǎo)致學(xué)生感覺數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程枯燥乏味，缺乏學(xué)習(xí)興趣和激情。

第四，教師和學(xué)生的考核機(jī)制不夠完善。數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程考試采取全院統(tǒng)考的模式，教考分離，閉卷考試，考試試卷從試卷庫中隨機(jī)抽取。同樣以高等數(shù)學(xué)課程為例，試題主要分為兩類,即多學(xué)時和少學(xué)時考試試卷，而沒有針對四種類型的授課學(xué)時、專業(yè)差異性進(jìn)行命題。期末考試卷面成績占期末考試總評成績的70%，平時成績占30%，平時成績的考核主要由任課教師根據(jù)出勤率、課后作業(yè)完成情況、課堂表現(xiàn)等給定。不同專業(yè)學(xué)生的考核內(nèi)容和體制完全一致，導(dǎo)致教、學(xué)和考核沒有面向?qū)I(yè)需求，課堂講授只注重基本知識的傳授，甚至根據(jù)考試內(nèi)容講授知識，學(xué)生平時學(xué)習(xí)完全以考試為導(dǎo)向，教師的考核機(jī)制完全看學(xué)生成績及格率。這不僅影響數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果，而且不利于學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和能力的提高。

2 教育教學(xué)改革實(shí)踐

借鑒和吸收CDIO工程教育模式，針對現(xiàn)有教學(xué)存在的問題，在近兩年的教學(xué)過程中，主要采取了如下舉措進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐。

2.1 教學(xué)計(jì)劃和能力培養(yǎng)大綱

結(jié)合我院實(shí)際，數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)始終堅(jiān)持以基本知識傳授為基礎(chǔ)，加大學(xué)生能力培養(yǎng)力度，面向教學(xué)班級實(shí)際情況、面向?qū)I(yè)學(xué)習(xí)需求和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，制定多層次的教學(xué)計(jì)劃和能力培養(yǎng)計(jì)劃。

以我院物理與科學(xué)技術(shù)學(xué)院為例，其現(xiàn)有專業(yè)設(shè)置：物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)；班級層次：與南京大學(xué)聯(lián)合一本、普通二本漢班(含民考漢學(xué)生)、普通二本民班。根據(jù)往年的招生情況，教學(xué)班級通常分為四個類型的班級：一本班(與南京大學(xué)聯(lián)合辦學(xué))、二本漢班、二本民漢混合班、二本民班。

依據(jù)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、人才培養(yǎng)方案、課程體系以及數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程在人才培養(yǎng)中的地位和作用，為了達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)并提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，對物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)和不同層次的班級，在修訂數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合CDIO工程教育理念，除了傳統(tǒng)教學(xué)對于基礎(chǔ)知識的要求外，增加數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的能力培養(yǎng)目標(biāo)，并通過課堂教學(xué)和課程項(xiàng)目等方式實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)。數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程的能力目標(biāo)平衡矩陣可參見表1。依照布盧姆學(xué)習(xí)目標(biāo)的分類法，將能力目標(biāo)的達(dá)到程度劃分成六個要求等級，分別以數(shù)字1、2、3、4、5、6來表示，其中數(shù)字1表示最低要求，數(shù)字6表示最高要求。

表1 數(shù)學(xué)類公共基礎(chǔ)課程能力目標(biāo)平衡矩陣(部分)

現(xiàn)以物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)一本班的復(fù)變函數(shù)與數(shù)學(xué)物理方法課程為例，其教學(xué)大綱及能力培養(yǎng)目標(biāo)見表2。其中知識學(xué)習(xí)目標(biāo)根據(jù)學(xué)習(xí)的程度的不同，主要劃分為理解、掌握、了解三個層次。

表2 教學(xué)大綱和能力培養(yǎng)目標(biāo)(部分)

2.2 教學(xué)方法

我院學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍較差，在教學(xué)方法上，依然以課堂板書講授為主，輔以多媒體教學(xué)，并根據(jù)專業(yè)需求增加適當(dāng)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容。此外，要求師范類專業(yè)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中根據(jù)所學(xué)教材制作多媒體課件，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，擇優(yōu)讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行試講，并進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)。

此外，針對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)成績較差的學(xué)生，結(jié)合課程內(nèi)容，指導(dǎo)他們通過圖書資料和網(wǎng)絡(luò)查找數(shù)學(xué)文化方面的資料，根據(jù)自己的興趣和愛好，撰寫數(shù)學(xué)史或數(shù)學(xué)文化方面的小論文，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并在課程結(jié)束后，組織學(xué)生通過語言描述或者多媒體課件進(jìn)行交流，不斷提高學(xué)生的口頭表達(dá)能力和人際交往能力。

對于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識掌握較扎實(shí)的學(xué)生，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)不同層次的項(xiàng)目進(jìn)行能力培養(yǎng)。根據(jù)項(xiàng)目的難易程度，主要分為三個層次：知識點(diǎn)項(xiàng)目(個人項(xiàng)目)、課程項(xiàng)目(2～3人項(xiàng)目)、綜合性項(xiàng)目。因課程教學(xué)改革正在實(shí)施當(dāng)中，下面主要給出近兩年學(xué)生參與的部分項(xiàng)目。

知識點(diǎn)項(xiàng)目：(1)數(shù)項(xiàng)級數(shù)：銀行存款問題(高等數(shù)學(xué))；(2)定積分：圖形面積以及在機(jī)械加工中的應(yīng)用(高等數(shù)學(xué))；(3)概率分布：圖像分割問題(概率統(tǒng)計(jì))；(4)熱傳導(dǎo)方程、傅里葉變換：圖像復(fù)原問題(數(shù)學(xué)物理方法)。

課程項(xiàng)目：(1)伊犁州HIV、肺結(jié)核(耐藥)的傳染病模型(微分方程、數(shù)理統(tǒng)計(jì))；(2)伊犁州回族人口分布及遷移的數(shù)學(xué)模型(微分方程、數(shù)理統(tǒng)計(jì))；(3)伊犁地區(qū)察布查爾縣錫伯語言文化保護(hù)機(jī)制研究(概率統(tǒng)計(jì)、微分方程)。

綜合性項(xiàng)目：主要是鼓勵學(xué)生積極參加數(shù)學(xué)建模競賽，在掌握數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識、數(shù)學(xué)軟件等基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、數(shù)學(xué)建模能力等。

2.3 考核機(jī)制

期末試卷由課程組根據(jù)專業(yè)情況，安排任課教師專門進(jìn)行命題，并在學(xué)期開始時提供考試大綱要求，對每一個知識點(diǎn)，對其學(xué)習(xí)的程度分為四個等級：掌握、理解、熟悉、了解。在考核評分體制上，依然以閉卷考試為主，對于非師范類專業(yè)，期末考試成績占50%，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)成績占30%，平時成績占20%。對于師范類專業(yè)，期末考試成績占50%，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)成績占20%，多媒體課件占10%，平時成績占20%。此外，對撰寫數(shù)學(xué)文化小論文的同學(xué)，若在課程上進(jìn)行了交流，則根據(jù)實(shí)際情況給予15～25分的額外成績。對參加課程項(xiàng)目和數(shù)學(xué)建模競賽的同學(xué)，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目完成情況和數(shù)學(xué)建模成績，給予20～30分的額外成績。

從近兩年的教學(xué)實(shí)際情況來看，學(xué)生認(rèn)可新的考核計(jì)分方法，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和課堂參與度明顯改善。在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，一部分學(xué)生的期末考試成績不理想，但是他們的動手能力、主動學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作等方面表現(xiàn)比較優(yōu)異。通過該部分的教學(xué)，大幅度地提高了很多學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂教學(xué)參與程度，并且使學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本計(jì)算技能的考核成績也有很大程度的提升。因此，新的考核機(jī)制在推動教學(xué)質(zhì)量提升方面具有一定的積極意義。

3 結(jié)語

近兩年的教學(xué)改革在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣以及提升個人能力等方面具有一定的意義。為更好地結(jié)合專業(yè)設(shè)置和CDIO工程教育模式，處理好數(shù)學(xué)類課程與專業(yè)課程之間的關(guān)系，讓數(shù)學(xué)類課程更好地貼切專業(yè)，為專業(yè)學(xué)習(xí)服務(wù)，還需不斷進(jìn)行數(shù)學(xué)類課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐。

此外，對民族學(xué)生的數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課程的授課計(jì)劃、授課方式、課程考核等方面進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。但是，在預(yù)科教育中開設(shè)高中數(shù)學(xué)課程、實(shí)施民、漢雙語授課和預(yù)科班數(shù)學(xué)課程考核等方面依然存在很多的問題。因此，有必要進(jìn)一步探索民族學(xué)生課程教學(xué)改革問題。

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2016-09-27

伊犁師范學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目“高等數(shù)學(xué)教學(xué)模式探討”(JG201327)。

辛 巧(1981- )，男，副教授，博士，從事高等數(shù)學(xué)教學(xué)及教育改革研究。

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2095-7602(2017)02-0115-05