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        面向新工科的線性代數(shù)新形態(tài)教材建設(shè)探索與實踐

        2020-09-26 13:34:58胡建成楊韌
        黑龍江教育·理論與實踐 2020年10期
        關(guān)鍵詞:新形態(tài)教材數(shù)字資源線性代數(shù)

        胡建成 楊韌

        摘要:在新工科建設(shè)的背景下,線性代數(shù)課程的教學(xué)理念、教學(xué)模式與教學(xué)方法對教材提出了新的要求。文章結(jié)合科學(xué)出版社《線性代數(shù)》教材的編寫,介紹了新形態(tài)教材建設(shè)的探索與實踐,提出在編寫教材過程中要解決的問題和關(guān)注的方面,并對新形態(tài)教材的“紙質(zhì)教材”+“數(shù)字資源”的建設(shè)模式和實踐進行闡述。

        關(guān)鍵詞:新工科;線性代數(shù);新形態(tài)教材;教學(xué)模式;數(shù)字資源

        教材作為教師組織教學(xué)活動和學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動的重要載體,是達成教學(xué)目標(biāo)的基本依據(jù),在內(nèi)容上要保持經(jīng)典性與全面性,在資源上要兼顧時代性與先進性。一系列國家精品課程、國家精品資源共享課、國家精品視頻公開課、國家精品在線開放課程的建設(shè)與推廣,革新了傳統(tǒng)教學(xué)模式和課堂教學(xué)組織,使教材呈現(xiàn)的形式也發(fā)生了日新月異的變化,紙質(zhì)教材與數(shù)字資源融合的教材形式逐步顯現(xiàn)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)思維在教學(xué)中的深度融合,逐漸形成了紙質(zhì)內(nèi)容與數(shù)字化資源一體化的新形態(tài)教材,紙質(zhì)內(nèi)容是核心, 是教學(xué)內(nèi)容的主體;數(shù)字化資源是紙質(zhì)內(nèi)容的補充和擴展, 是適應(yīng)多維度學(xué)習(xí)的重要途徑。

        為了更好的適應(yīng)高等教育創(chuàng)新型人才的培養(yǎng),我?!毒€性代數(shù)》教材建設(shè)團隊積極參與學(xué)校的工程教育改革,配合工程專業(yè)的國際專業(yè)認(rèn)證以及新工科建設(shè)。經(jīng)過多年的教學(xué)改革實踐,總結(jié)、凝練了改革成果編寫教材,并于2017年出版了適用于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的《線性代數(shù)》教材。本教材定位于應(yīng)用型人才培養(yǎng)與教材創(chuàng)新線性代數(shù)體系結(jié)構(gòu),以介紹理論起源或問題導(dǎo)向引入相關(guān)理論,繼而闡述理論并舉例,最后通過案例分析介紹線性代數(shù)知識的應(yīng)用。本教材重視線性代數(shù)理論,突出應(yīng)用性,更符合新工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

        一、教材建設(shè)思路

        根據(jù)高等教育對本科線性代數(shù)課程的要求,結(jié)合工程教育培養(yǎng)目標(biāo),《線性代數(shù)》修訂版以“立足基本理論,側(cè)重方法構(gòu)造,體現(xiàn)綜合應(yīng)用”的教材建設(shè)指導(dǎo)思想,以“理論起源(或問題導(dǎo)向)—理論闡述—綜合應(yīng)用”的教材體系,以“呈現(xiàn)知識、啟發(fā)思維、引導(dǎo)方法”為一體的教材結(jié)構(gòu),建設(shè)靜態(tài)紙質(zhì)資源和動態(tài)數(shù)字資源,建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程和網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)課程。并建成融合線上線下資源,集成文字、聲音、圖像以及網(wǎng)絡(luò)媒介等載體的新形態(tài)教材,全面提升教材質(zhì)量,以不斷豐富和創(chuàng)新教材的新形態(tài)形式,使教材特色鮮明,配套資源豐富,更加體現(xiàn)科學(xué)性、前沿性和時代性。

        紙質(zhì)版教材的理論體系保持原教材“矩陣為載體,變換為工具”的主線基礎(chǔ),進一步集成工程教育改革積累和凝練的成果,充實相關(guān)知識內(nèi)容,構(gòu)建和完善線性代數(shù)知識結(jié)構(gòu),并建成體系結(jié)構(gòu)完整、知識模塊合理、素材內(nèi)容豐富、邏輯推理嚴(yán)謹(jǐn)、問題闡述清晰、理論聯(lián)系實際的線性代數(shù)紙質(zhì)資源。數(shù)字配套資源方面,設(shè)計與紙質(zhì)資源相匹配的動態(tài)演示,創(chuàng)新數(shù)字資源的內(nèi)容和形式,革新紙質(zhì)資源知識更新滯后的不足,建成結(jié)構(gòu)完整、信息充足、內(nèi)容豐富、形式新穎、拓展創(chuàng)新、實時更新和使用便捷的線性代數(shù)數(shù)字資源庫,并載入紙質(zhì)教材數(shù)字信息,完善教學(xué)視頻的錄制,出版線性代數(shù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程。

        通過新形態(tài)教材建設(shè),使線性代數(shù)教材的內(nèi)容與工程教育相結(jié)合,將抽象理論進行細(xì)化和分解,使之易于理解,使理論內(nèi)容用于實際,教材內(nèi)容體現(xiàn)現(xiàn)代教育技術(shù),使靜態(tài)內(nèi)容動態(tài)化,教學(xué)視頻的錄制呈現(xiàn)更佳效果和更好質(zhì)量。

        二、教材建設(shè)內(nèi)容

        結(jié)合高校雙一流和新工科建設(shè),以及工程教育培養(yǎng)計劃,修訂版《線性代數(shù)》教材并借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀教材的思想,引入系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維理念,融合互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù),優(yōu)化原教材的理論體系結(jié)構(gòu),設(shè)計和建設(shè)適合相關(guān)專業(yè)發(fā)展需要的教學(xué)內(nèi)容;擴展應(yīng)用案例庫和習(xí)題試題庫;拓展學(xué)科前沿知識,建設(shè)《線性代數(shù)》新形態(tài)教材。新形態(tài)教材建設(shè)主要包括如下幾個方面:

        (一)紙質(zhì)資源建設(shè)

        1.優(yōu)化理論體系

        以介紹理論起源和問題驅(qū)動引入線性代數(shù)的基本概念與基本理論,突出以“矩陣為載體,變換為工具”的主線,使初等變換的基本思想貫穿教材內(nèi)容,增強線性代數(shù)知識的系統(tǒng)性和連貫性。

        2.完善理論結(jié)構(gòu)

        基于第一版的理論體系,對部分理論的形成補充追溯和梳理,集合成相應(yīng)的教學(xué)素材;拓展部分理論知識;擴展部分計算方法;設(shè)置有助于理解基本概念,有利于掌握基本理論的思考問題;設(shè)計有益于培養(yǎng)分析問題和解決問題能力的思維途徑,完善理論結(jié)構(gòu)。

        3.建設(shè)案例庫、習(xí)題試題庫

        融入數(shù)學(xué)建模思想方法,優(yōu)化設(shè)計典型案例,側(cè)重線性代數(shù)知識的應(yīng)用和涉及的領(lǐng)域,并在習(xí)題中配套實際問題,供學(xué)生思考與探討;精細(xì)化設(shè)計和增加部分專業(yè)的應(yīng)用案例,積累工程案例資源;有側(cè)重地引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用線性代數(shù)知識建立數(shù)學(xué)模型,了解線性代數(shù)作為工具解決實際問題的思想和方法;優(yōu)化整合配套習(xí)題,設(shè)計形式多樣的試題,補充完善習(xí)題集與試題集,完成習(xí)題試題庫建設(shè)。

        4.處理抽象難點(圖形直觀)

        創(chuàng)新數(shù)形結(jié)合,圖形闡釋結(jié)果。對部分線性代數(shù)基本概念和基本理論設(shè)計圖形,詮釋對應(yīng)抽象理論,構(gòu)造數(shù)字、符號與圖形的有機結(jié)合,讓理論知識更直觀,更易理解。

        (二)數(shù)字資源建設(shè)

        1.難點的處理(動畫分解)

        對部分?jǐn)?shù)學(xué)研究與知識點和抽象難懂的內(nèi)容進行分解,設(shè)計表示邏輯遞進關(guān)系的動態(tài)演示,直觀反映循序漸進的變換過程與理論知識的內(nèi)在聯(lián)系,化解理論難度,加深對線性代數(shù)抽象內(nèi)容與思想方法的理解,增強學(xué)習(xí)實效。

        2. PPT的升級

        利用現(xiàn)代信息技術(shù),按教學(xué)單元優(yōu)化整合與豐富教材配套的PPT,采用Flash開發(fā)動畫演示,分專業(yè)補充相關(guān)應(yīng)用案例,使PPT體現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)思想和教學(xué)設(shè)計,并且內(nèi)容豐富、形式多樣、案例新穎、圖文并茂、清晰美觀,能夠真正適用于不同專業(yè)的課堂教學(xué)。

        3.拓展外延

        創(chuàng)新拓展資源,介紹線性代數(shù)與相關(guān)學(xué)科專業(yè)發(fā)展和專業(yè)技術(shù)的前沿成果,拓寬理論視野;介紹學(xué)習(xí)線性代數(shù)抽象思維和邏輯思維的方法,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力,提升學(xué)習(xí)能力;介紹涉及線性代數(shù)知識的實際問題,引導(dǎo)發(fā)散思維建立線性代數(shù)模型,強調(diào)方法,突出應(yīng)用。

        4.數(shù)字在線課程

        要求視頻內(nèi)容充實,信息量大;闡述問題條理清晰,概念準(zhǔn)確,重點突出;分析問題深入淺出,啟發(fā)學(xué)生積極思維。錄制前反復(fù)演練,錄制中集體協(xié)作,錄制后制作視頻,反復(fù)推敲比較,選取效果最好的作為新形態(tài)教材的視頻資源,展現(xiàn)團隊成員的最佳狀態(tài)和最好水平,追求嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精,完成教學(xué)視頻的錄制和制作,出版線性代數(shù)數(shù)字在線課程。

        三、教材的特色與創(chuàng)新

        教材的特色與創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

        (一)理論起源介紹

        教材追溯理論淵源,使教學(xué)內(nèi)容的數(shù)學(xué)背景更清晰,更有利于學(xué)生了解理論產(chǎn)生的過程,從中獲得激勵和學(xué)習(xí)積極性。

        (二)問題導(dǎo)向

        教材以問題解決為導(dǎo)向,融入數(shù)學(xué)建模思想,介紹線性代數(shù)知識的應(yīng)用,反映基礎(chǔ)與應(yīng)用相輔相成。引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和探索知識,有利于學(xué)生理解線性代數(shù)理論,了解應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的途徑,掌握解決實際問題的方法,增加了可讀性。

        (三)數(shù)形結(jié)合

        教材通過繪制幾何圖形和設(shè)計動畫,表示基本概念的形成過程和抽象結(jié)果的幾何解釋,直觀闡釋抽象理論的實際意義,化解理論難度,加深學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度,充實更新純理論的教學(xué)內(nèi)容,增加了易讀性。

        (四)教材融合網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)課程

        教材與配套的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程和網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)課程相輔相成,相得益彰,超越傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方式,使學(xué)習(xí)更具靈活性和時效性。

        四、結(jié)語

        國家新工科建設(shè)項目的提出,對高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)起到了促進作用,同時也對線性代數(shù)課程的教學(xué)提出了新的要求。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力,教師在教學(xué)過程中,不僅要給學(xué)生打下扎實的理論基礎(chǔ),同時也要兼顧理論與實踐并重,將理論基礎(chǔ)知識與實際問題深度融合,利用先進的教育信息化技術(shù),依托優(yōu)質(zhì)的課程資源,將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與在線教學(xué)有機結(jié)合,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和創(chuàng)新教學(xué)模式,構(gòu)建體現(xiàn)現(xiàn)代教育理論的線性代數(shù)教材,切實解決當(dāng)前課堂教學(xué)的問題,提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率,為新工科建設(shè)和一流課程建設(shè)提供有力支撐和保障。

        參考文獻:

        [1]蘭瑩瑩.線性代數(shù)與空間解析幾何新形態(tài)教材建設(shè)的實踐與思考[J].大學(xué)數(shù)學(xué),2018,34(2):48—52.

        [2]林健.新工科建設(shè),強勢打造“卓越計劃”升級版[J].高等工程教育研究,2017,(3):13—20.

        [3]王洋,劉鵬飛,王玉杰.新工科數(shù)學(xué)類課程體系構(gòu)建和教材建設(shè)[J].高師理科學(xué)刊,2019,(5):64—67.

        [4]李艷馥,李曉鵬.創(chuàng)新出版模式,助力大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革[J].大學(xué)數(shù)學(xué),2015,181(5):47—50.

        編輯∕姜雯

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