胡 真 楊永富 朱永忠
(河海大學 數(shù)學學院,江蘇 南京 211100)
2021 年4 月19 日,習近平總書記在考察清華大學時,強調(diào)要用好學科交叉融合的“催化劑”,加強基礎(chǔ)學科培養(yǎng)能力,打破學科專業(yè)壁壘,對現(xiàn)有學科專業(yè)體系進行調(diào)整升級,瞄準科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域,推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè),加快培養(yǎng)緊缺人才。
2022 年3 月24 日教育部黨組書記、部長懷進鵬在教育部舉行的卓越工程師產(chǎn)教聯(lián)合培養(yǎng)行動座談會上指出,要全方位深層次大力度推進卓越工程師教育培養(yǎng)改革,注重科學基礎(chǔ)、工程能力、系統(tǒng)思維和人文精神的交叉融合,增強關(guān)鍵實踐能力。 2022 年2 月25 日教育部舉行的全國高教處長會議以“深化新教改、打造新形態(tài)、提高新質(zhì)量”為主題,會上強調(diào)要以“四新”建設(shè)為工作統(tǒng)領(lǐng),深化新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè),加快完善以“四新”建設(shè)為代表的高等教育,發(fā)展中國范式,走好人才自主培養(yǎng)之路。
進入新世紀以來,為應(yīng)對新工業(yè)革命帶來的機遇與挑戰(zhàn),推進高等教育高質(zhì)量發(fā)展,培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才,世界各國相繼制定了相關(guān)戰(zhàn)略,抓住新一輪科技革命提供的發(fā)展機遇,推動工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展[1]。 例如,美國的“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”、德國的“工業(yè)4.0 戰(zhàn)略”、英國的“工業(yè)2050戰(zhàn)略”等。 除此之外,據(jù)不完全統(tǒng)計,全世界還有30 多個國家正在實施卓越大學建設(shè)計劃,如法國的“卓越大學計劃”、德國的“卓越計劃”、俄羅斯的“5-100 計劃”、澳大利亞的“G8 聯(lián)盟”、日本的“COE 計劃”等,旨在創(chuàng)建世界頂尖大學,提升高等教育和研究部門的國際競爭力與知名度。 同時,國際著名大學也有針對性地實施高端人才計劃,例如,美國麻省理工學院(MIT)實施了“New Engineering Education Transformation”計劃、 斯坦福大學設(shè)立了“The Stanford Engineering Heroes”計劃等,旨在培養(yǎng)能夠引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)界和社會發(fā)展的領(lǐng)導型工程人才。 我國也非常重視培養(yǎng)服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求且綜合素質(zhì)優(yōu)秀的拔尖人才。2020 年1 月13 日,《教育部關(guān)于在部分高校開展基礎(chǔ)學科招生改革試點工作的意見》印發(fā),決定自2020 年起,在北京大學、復旦大學、蘭州大學、南京大學、中國科學技術(shù)大學、中國人民大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、四川大學、西安交通大學等39 所高校實施“強基計劃”,聚焦國家重大戰(zhàn)略需求,在確保公平公正的前提下,探索建立多維度考核學生的評價模式,逐步形成基礎(chǔ)學科拔尖創(chuàng)新人才選拔培養(yǎng)的有效機制,重點破解基礎(chǔ)學科領(lǐng)軍人才短缺和長遠發(fā)展的瓶頸問題。 2022 年4 月13 日,教育部部長懷進鵬在教育部、財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合召開新一輪“雙一流”建設(shè)推進會上表示:“雙一流”建設(shè)要超常規(guī)培養(yǎng)急需高層次人才。 聚焦培養(yǎng)基礎(chǔ)學科人才,大力培養(yǎng)卓越工程師,有針對性地把科學教育、工程教育的基礎(chǔ)打扎實。
“數(shù)學是自然科學的基礎(chǔ),也是重大技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)”,2019 年科技部等四部門《關(guān)于加強數(shù)學科學研究工作方案》的通知中如是指出。全球領(lǐng)先的信息與通信公司——華為也非常強調(diào)數(shù)學在研發(fā)中的應(yīng)用。 任正非先生在多個場合強調(diào)數(shù)學事關(guān)國家的核心競爭力。 華為還于2020年在法國巴黎設(shè)立拉格朗日數(shù)學計算中心,旨在促進計算科學和數(shù)據(jù)科學相關(guān)的數(shù)學基礎(chǔ)研究。
數(shù)學乃工科之靈魂,大學數(shù)學基礎(chǔ)課程作為高等學校理、工、經(jīng)、管、農(nóng)、醫(yī)類學生的公共基礎(chǔ)必修課程,提供了學生專業(yè)學習必需的數(shù)學知識,培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力,支撐了學生后續(xù)發(fā)展,為專業(yè)技術(shù)卓越人才培養(yǎng)做出了基礎(chǔ)性的貢獻。 例如,2017 年,我國提出新工科教育理念和工程教育改革,以工程教育專業(yè)認證為抓手,著力培養(yǎng)適應(yīng)未來社會和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才。 中國工程教育專業(yè)認證標準中要求學生畢業(yè)時能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決和分析復雜的工程問題[2-5]。 2019 年,高等教育重點布局新醫(yī)科建設(shè),深入推進卓越醫(yī)生教育培養(yǎng)計劃2.0[6-7]。 2020年6 月教育部臨床醫(yī)學專業(yè)認證工作委員會通過了世界醫(yī)學協(xié)會(WFME)專家組的認定。 其認證標準中要求學生掌握與醫(yī)學相關(guān)的數(shù)學、物理學、生命科學和社會科學等基礎(chǔ)知識和科學方法,并能用于指導未來的學習和醫(yī)學實踐。 新農(nóng)科建設(shè),圍繞鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明建設(shè)等國家戰(zhàn)略,培養(yǎng)服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新時代卓越農(nóng)林人才[8-9],在農(nóng)學專業(yè)人才培養(yǎng)方案中均要求學生具備扎實的數(shù)理化基礎(chǔ)。 2020 年11 月,教育部發(fā)布了《新文科建設(shè)宣言》,以“培育時代新人”為根本任務(wù),以“提升國家話語權(quán)”為時代使命,將傳統(tǒng)人文社會科學與現(xiàn)代信息技術(shù)融合,推進諸如語言學、哲學等與計算科學交叉;將新聞傳播學與大數(shù)據(jù)、人工智能等的結(jié)合,這對新文科人才的培養(yǎng)提出了更高的數(shù)學基礎(chǔ)要求[10]。
綜上,“四新”建設(shè)的核心是拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng),而數(shù)學基礎(chǔ)是創(chuàng)新的源泉,大學數(shù)學課程承擔著高等學校各學科、各專業(yè)數(shù)學知識的培養(yǎng)任務(wù),其課程質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人才培養(yǎng)成效。
近年來,越來越多的教育工作者圍繞“四新”建設(shè)、課程思政等進行了大學數(shù)學課程教學改革的研究和探索。 (1)基于“四新”建設(shè)大學數(shù)學課程教學改革認識:李繼成和趙小艷[11]以線性代數(shù)課程為切入點,探討教學過程中如何通過重構(gòu)教學內(nèi)容、革新教學方法來實現(xiàn)培養(yǎng)學生用數(shù)學語言、數(shù)學知識、數(shù)學技術(shù)去描述、解釋自然現(xiàn)象,從而提升學生數(shù)學思維創(chuàng)新能力、數(shù)學理解創(chuàng)新能力、數(shù)學應(yīng)用創(chuàng)新能力。 黃云清等[12-13]探討了新工科建設(shè)對大學數(shù)學教學提出的新要求、工科大學數(shù)學教學的現(xiàn)狀與問題。 進一步提出通過創(chuàng)新課程體系、優(yōu)化知識模塊、強化數(shù)學實驗、做好角色轉(zhuǎn)換、融入信息技術(shù)、突出能力培養(yǎng)等六位一體的教學內(nèi)容與教學方法改革。 鄭泉水等[14-15]通過梳理高等理科教育國內(nèi)外現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)與機遇,圍繞我國高等理科教育急需解決的頂層設(shè)計、體系建設(shè)、專業(yè)革新、過程優(yōu)化等問題進行了探討。 黃廷祝等[16]通過對“科研育人”新工程教育計劃的再認識與再思考,進一步探討了以高水平科研團隊為主體的項目式教學模式。 張文等[17]從宏觀管理、微觀建設(shè)的角度,闡述了在新工科建設(shè)中加強科學素質(zhì)教育和加強以數(shù)學類課程為代表的自然科學基礎(chǔ)教育的重要性和必要性。 (2)基于“四新”建設(shè)大學數(shù)學課程教學改革實踐:借助黑箱理論,針對教學設(shè)計在知識探索方面提出建議。 陳紹剛與黃廷祝[18]以概率統(tǒng)計課程的特點為基礎(chǔ),從搭建網(wǎng)絡(luò)教學平臺,開創(chuàng)小班教學,鼓勵小論文創(chuàng)作,提高教師熱情,增設(shè)雙語教學5 個方面進行課程教學改革,培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力。 楊威等[19]以國家精品在線開放課程“實用大眾線性代數(shù)”為例,通過課程體系簡潔化、教學內(nèi)容形象化、應(yīng)用實例多樣化、Matlab 深入化及信息技術(shù)全面化等教學理念的應(yīng)用。 黎鎖平等[20-22]結(jié)合教學內(nèi)容和自身的教學實踐,探討了教學改革中如何對學生獲取知識的學習能力、解決問題的認知能力、創(chuàng)新創(chuàng)造的邏輯思維能力和再創(chuàng)造能力進行培養(yǎng),并給出了新工科理念下實現(xiàn)能力培養(yǎng)的具體途徑與措施。
上述文獻均圍繞大學數(shù)學課程對“四新”建設(shè)的支撐進行了具體的理論與實踐探究。 但部分研究停留在探討大學理科基礎(chǔ)課程教學的現(xiàn)狀與問題,提供了大學數(shù)學課程教學改革思路與措施,缺乏具體的實踐。 還有部分研究僅針對一門課程的教學內(nèi)容和自身的教學實踐展開研究,所獲經(jīng)驗未能覆蓋到所有大學數(shù)學課程。
高等教育發(fā)展水平是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦酥尽?習近平總書記指出,“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切,對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈”。 大學數(shù)學是高等學校本科生最重要的公共基礎(chǔ)課,在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著極為重要的基礎(chǔ)作用,而教學改革與教材建設(shè)是提升大學數(shù)學課程人才培養(yǎng)效果的兩項最基本工具。
教學改革研究通過提高教育質(zhì)量、推動教育創(chuàng)新、改進教學方法,對培養(yǎng)適應(yīng)未來社會需求的有能力的學生具有重要意義。 它有助于發(fā)現(xiàn)和探索更有效的教學方法、策略和資源;有助于適應(yīng)新的技術(shù)、學科發(fā)展和教育理念,滿足學生的需求和時代的要求;有助于教師了解最新的研究成果和教育趨勢,不斷提升自己的專業(yè)知識和教育能力;有助于建立可持續(xù)的研究基礎(chǔ),推動了教育理論的發(fā)展和實踐的創(chuàng)新。 新中國成立到現(xiàn)在,我國大學數(shù)學課程建設(shè)與教學改革已有七十多年的歷史[23],于2009 年6 月創(chuàng)建的面向全國高校開放的教學研究機構(gòu)“高等學校大學數(shù)學教學研究與發(fā)展中心” 至今也已資助了200 余所(次)高校大學數(shù)學教師開展了500 余項教改項目[24]。 2018年初,《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面深化新時代教師隊伍建設(shè)改革的意見》(中央4 號文件)明確指出,要“著力提高教師專業(yè)能力,推進高等教育內(nèi)涵式發(fā)展,搭建校級教師發(fā)展平臺,組織研修活動,開展教學研究與指導、推進教學改革與創(chuàng)新,加強院系教研室等學習共同體建設(shè),建立完善傳幫帶機制。”
教材是學校教育教學的基本依據(jù),也是落實立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵要素和重要載體,它直接關(guān)系到黨的教育方針的貫徹落實和教育目標的達成實現(xiàn)。 教材是將知識傳遞給學生的主要工具之一,包含了各種學科的基本概念、理論和實踐內(nèi)容,幫助學生了解學科的核心內(nèi)容和基本原理;為教師提供了組織教學內(nèi)容和制定課程計劃的基礎(chǔ),教師可以根據(jù)教材的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容來設(shè)計教學活動,確保課程的連貫性和完整性。 好的教材可以激發(fā)學生的興趣,促進深層次的學習,并在整個學習體系中起到統(tǒng)一和發(fā)展的作用。 高等教育出版社緊隨時代發(fā)展,長期關(guān)注出版優(yōu)秀的大學數(shù)學課程教材[25]。 習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出,“教材建設(shè)是育人育才的重要依托。 建設(shè)什么樣的教材體系,核心教材傳授什么內(nèi)容、倡導什么價值,體現(xiàn)國家意志,是國家事權(quán)”。
但是目前教學改革研究和教材建設(shè)在提升大學數(shù)學人才培養(yǎng)成效上還存在部分不足,比如:
長期以來,大多情況下大學數(shù)學課程的教學處于經(jīng)驗性重復的狀態(tài),少有教師將課程教研成果融入課程教學過程中,進而改變和提升自我的教學能力和教學質(zhì)量。 自發(fā)狀態(tài)下的傳統(tǒng)經(jīng)驗型教學以其固有的慣性力量存在著,拒絕正視大學數(shù)學教育的國際化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化等一系列變革所帶來的改變與挑戰(zhàn),在盲目和混沌中制約和影響學生高質(zhì)量發(fā)展。
教材是課程教學內(nèi)容的重要載體,是落實育人要求的重要抓手,對提高教育教學水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量發(fā)揮了關(guān)鍵性支撐作用。 傳統(tǒng)的大學數(shù)學教材“千校一面”,沒有體現(xiàn)出不同高校在培養(yǎng)目標、專業(yè)特色、教學資源上的諸多差異,沒有與時俱進、推動內(nèi)容形式的不斷創(chuàng)新,沒有體現(xiàn)出教學研究的成果,對培養(yǎng)時代新人與提升學生創(chuàng)新能力的支撐不夠。
傳統(tǒng)的大學數(shù)學課程教學和教材編寫過于注重知識傳授,忽略了價值觀的塑造,以及能力和科學精神的培養(yǎng)。 在進行課程思政教育時,教師的主動意識不足,融入教學的方式較為生硬。 此外,也未考慮到不同專業(yè)之間的差異,以及學生個體的特點和興趣。 因此,未能將“有意義”的教育融入“有意思”的教學中,造成思政教育效果不彰。
河海大學大學數(shù)學團隊以教學改革研究和教材建設(shè)為抓手,直面大學數(shù)學課程教育教學的困境與現(xiàn)狀,基于J.Thomas 的項目驅(qū)動理論創(chuàng)建了成果導向、持續(xù)改進,基于“教改+教材”雙驅(qū)動的大學數(shù)學教學創(chuàng)新模式(見圖1)。
圖1 “教改+教材”雙驅(qū)動的大學數(shù)學教學創(chuàng)新模式
該模式首先通過解構(gòu)教育對象的人才培養(yǎng)目標來確立大學數(shù)學課程的教學目標,其次以“教改課題研究”“教材建設(shè)”為雙驅(qū)動組織教學活動,并根據(jù)培養(yǎng)目標達成度來分析檢驗教學效果,并持續(xù)改進。 踐行以學生為中心、成果導向、持續(xù)改進的理念。 模式的具體內(nèi)容如下:
1. 搭建四級聯(lián)動教改研究體系,促進教學質(zhì)量全面提升
團隊依托江蘇省“工人先鋒號”——“工科數(shù)學教學團隊”和江蘇省優(yōu)秀基層教學組織——“大學數(shù)學課程群”,構(gòu)建國家—省—?!核募壜?lián)動教改課題研究體系。 由江蘇省教學名師、寶鋼教育獎優(yōu)秀教師獎獲得者、嚴愷教育獎獲得者、徐芝綸教學獎獲得者等名師牽頭,組織申報國家級教改課題;由經(jīng)驗豐富的教師牽頭,組織申報江蘇省教改課題;由有想法的教師牽頭,組織申報校級教改課題;為鼓勵青年教師參與教研,積累教改經(jīng)驗,要求人人申報院級教改課題。 以此形成傳幫帶機制,構(gòu)建全方位的教改課題研究與實踐體系,促進教學質(zhì)量全面提升。
2. 從教學難點痛點問題出發(fā),設(shè)計基于實際的教研課題
基于“以學生為中心、成果導向、持續(xù)改進”的認證理念,參照J.Hill 的實證教育模式,通過對大學數(shù)學教學全過程中的難點痛點進行分類分解,針對教學目標設(shè)定、教學方法改進、學習評價體系改革、教學目標達成度分析中存在的重點問題開展系列教學研究,形成可遷移的解決方案。這包括:(1)以學生為中心,實踐反向設(shè)計,根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標確立大學數(shù)學課程教學目標。(2)強化學情分析,找準學習需要,發(fā)掘授課內(nèi)容與專業(yè)知識聯(lián)系,把握好“邏輯起點”。 (3)以成果為導向,由學生學習內(nèi)容確定教學設(shè)計,創(chuàng)設(shè)線上線下混合式學習環(huán)境和以學生為主體的深度學習過程,建立多元化學習評價和反饋機制。 (4)堅持持續(xù)改進,通過建立大學數(shù)學課程培養(yǎng)目標與授課學生專業(yè)畢業(yè)要求的達成度評價體系,并在每一輪教學中進行縱向比較,促進大學數(shù)學課程教學活動的不斷改進與提升。
3. 圍繞國家教育發(fā)展戰(zhàn)略主題,推動前瞻性教改研究
針對國家高等教育發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措,包括新時代全面振興本科教育、打造高等教育“質(zhì)量中國”的新工科、新農(nóng)科、新文科、新醫(yī)科建設(shè),與國際工程教育接軌的工程教育專業(yè)認證,打造中國特色世界水平的卓越工程師培養(yǎng)體系,推進新型工業(yè)化的數(shù)字中國理念等等,團隊預(yù)先布局,開展前瞻性的大學數(shù)學課程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的相關(guān)教學改革研究與實踐。
1. 深化內(nèi)涵建設(shè),實施精品戰(zhàn)略,將前沿成果融入高水平教材建設(shè)
通過策劃布局來突顯教材的獨特特點,利用教研活動和學科發(fā)展來推動教材內(nèi)容的持續(xù)更新。 借助教學改革來促進教材體系的不斷完善,及時將最新的教研成果、學科資源優(yōu)勢以及高水平的科技成果轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的教學資源。 以教學改革成果為基礎(chǔ),通過整合、概括、總結(jié)、提升,不斷更新教材內(nèi)容、創(chuàng)新教材體系、完善教材系列,以凸顯學校的優(yōu)勢和特色。
2. 緊跟國家戰(zhàn)略,利用現(xiàn)代科技,將數(shù)字化等新元素融入教材建設(shè)
數(shù)字化時代,科學和技術(shù)的不斷突破為教育領(lǐng)域帶來了教學形式和方法的新變化,同時也推動了教材形態(tài)的不斷演進。 團隊緊隨國家教育數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略,借鑒P.Gilster 的數(shù)字化素養(yǎng)理論,為適應(yīng)信息社會的發(fā)展需求,積極借助現(xiàn)代信息技術(shù),大力發(fā)展數(shù)字化教材,推動教材形式的持續(xù)創(chuàng)新。 這不僅使教材更加生動活潑,提高了教師的教學效果和學生的認知效果,還拓展了學生學習的深度和廣度,持續(xù)增強了教材的育人功能。
3. 堅持立德樹人,凸顯價值引領(lǐng),將思政教育貫穿教材建設(shè)全過程
教材在解決課程思政“最先1 公里”轉(zhuǎn)化和引入問題方面具有重要作用。 團隊基于C.Gillens 的社會情感學習理論,結(jié)合大學數(shù)學課程特點,提出課程思政建設(shè)的內(nèi)容、重點和方向。深入挖掘思政元素,注重在潛移默化中堅定學生的理想信念、培養(yǎng)愛國情感、強化品德修養(yǎng)、拓展知識視野、培養(yǎng)奮斗精神,提升學生的綜合素質(zhì)。
將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體,充分發(fā)揮教材培根鑄魂、啟智增慧的作用。
在長期的實踐過程中,團隊成員針對“四新”建設(shè)、工程教育專業(yè)、案例庫建設(shè)、課程思政、數(shù)字化課程建設(shè)、教學模式創(chuàng)新等大學數(shù)學教學中亟待解決問題,開展了大量的教學改革研究(見表1)。
表1 近年來大學數(shù)學團隊主持的教學改革研究項目單位:項
針對新時期數(shù)字化教育對教材建設(shè)的要求,團隊成員持續(xù)更新大學數(shù)學教材(見表2)。
表2 近年來大學數(shù)學團隊的教材建設(shè)成果單位:部
在“成果導向、持續(xù)改進,基于‘教改+教材’雙驅(qū)動的大學數(shù)學教學創(chuàng)新模式”的培養(yǎng)下,近年來學生在全國大學生數(shù)學競賽和江蘇省高等數(shù)學競賽中取得了優(yōu)異成績,高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)3 門課程的平均分與通過率也逐年上升。 教師的教學水平也不斷提升,多名教師在省級以上教學競賽中獲獎(見表3、表4)。
表3 近年來學科競賽成績列表單位:項
表4 近年來獲得教學榮譽列表
面對“四新”建設(shè)背景下大學數(shù)學課程面臨的挑戰(zhàn)和機遇,本文研究提出了“成果導向、持續(xù)改進,基于‘教改+教材’雙驅(qū)動的大學數(shù)學教學創(chuàng)新模式”。 該模式基于“以學生為中心、成果導向、持續(xù)改進”的OBE 教育理念,面向國家教育發(fā)展戰(zhàn)略主題,從教學難點痛點問題出發(fā),構(gòu)建基于實際的國家—省—?!核募壜?lián)動教改課題研究體系,為將教學研究活動和成果融入課程教學環(huán)節(jié)提供了河海解決方案。 同時該模式強化開展融入教研新成果和時代新元素的教材體系建設(shè)工作,通過以問題為導向、以案例分析為抓手,在線上教學平臺和充足線上資源的輔助下,創(chuàng)設(shè)出學生課前學習、課上合作探究、課后擴展深化的線上線下混合式學習環(huán)境和以學生為主體的深度學習模式。 團隊要求教師人人有責、一個不落,從院級教改課題起步,在實踐中嘗試解決,積累成果與經(jīng)驗后,鼓勵有想法的教師由點及面、牽頭申報校級教改課題拓展研究的深度與廣度,實踐后由經(jīng)驗豐富的教師牽頭申報省級教改課題,將河海經(jīng)驗推廣全省,取得成效后由名師牽頭申報國家級教改項目,向全國高校介紹河海成果,發(fā)揮引領(lǐng)示范作用。