邊穎 滕勇 王帥

【摘要】新工科是新時代工程教育改革的新方向.數(shù)學作為基礎學科，對培養(yǎng)學生的工程思維具有不可替代的重要作用.文章以工科類院校的數(shù)學課程教學改革為研究對象，以培養(yǎng)高素質復合型工程科技人才為目標，從教學理念、教學設計、課程實踐、創(chuàng)新特色等幾方面，提出加強與工科教師交流、介紹更多數(shù)學應用實例、引入具有挑戰(zhàn)的題目、增大過程性評價占比、增加多媒體互動頻率和方式、強化美育教育等一系列教學改革措施.

【關鍵詞】新工科；數(shù)學課程；學生中心；工程思維；教學改革

引 言

現(xiàn)如今，在產(chǎn)學研高度融合的時代背景下，高校持續(xù)為社會發(fā)展提供教育服務、人才支撐和智力支持.人才培養(yǎng)要靠教育，科技創(chuàng)新也離不開教育.教育是軟實力，教育是助推器.教育對社會發(fā)展的推動力量、對國計民生的促進作用.

在中國高等教育體系中，工程教育的地位舉足輕重.新一輪產(chǎn)業(yè)革命和科技革命，對高等教育特別是工程教育提出了更高的要求.新工科建設是以新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟對高等工程教育改革的強烈需求.新工科建設是高等工程教育為應對科技日新月異的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級帶來的全新挑戰(zhàn)，而采取的積極行動.與以往的工科相比，新工科的“新”體現(xiàn)在更加順應歷史發(fā)展規(guī)律、更加符合社會進步需求.新工科突出新形勢、新理念、新要求、新行動，是其核心要義.對工科院校而言，新工科建設勢必會推動學科建設和工程教育共同發(fā)展、同向同行.

《高等數(shù)學》《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》《線性代數(shù)》三門課程是工科類院校重要的公共基礎課程，它們是學好《運籌學》《計算方法》以及后續(xù)工科類專業(yè)課程的基礎和工具，是學生建立和培養(yǎng)工程思維、強化和提升工程實踐能力的有力保障.數(shù)學是研究事物數(shù)量、結構、空間、信息等概念的一門學科.在人類社會發(fā)展的歷史過程中，數(shù)學發(fā)揮著不可替代的推動作用.毫無疑問，離開了數(shù)學，現(xiàn)代科學技術的發(fā)展將寸步難行.在自然科學、社會科學、工程技術、軍事和工農業(yè)生產(chǎn)等領域中，數(shù)學都有著廣泛的應用.科技發(fā)展離不開數(shù)學，而科學技術的日益進步又推動了數(shù)學的不斷發(fā)展.

新工科建設要培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、高素質的各類交叉復合型卓越工程科技人才.根據(jù)新工科建設目標和數(shù)學類課程的學科特點，課程組堅持不懈地狠抓教學改革.各教學環(huán)節(jié)的開展，應以學生發(fā)展為中心，以人才培養(yǎng)目標達成為目的.教師應注重提高學生抽象思維能力、邏輯分析能力和空間想象能力，注重知識傳授、能力訓練和素質培養(yǎng)的有機結合.教師旨在培養(yǎng)品德高尚、基礎扎實、實踐能力強、綜合素質高的應用型高級專門人才，為人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)和“新工科”建設提供堅實的基礎理論支撐和強勁的實踐能力支撐.

一、教學理念更新

高等教育是超前的、創(chuàng)新的教育.因此，高等教育理念要新、內容要新、標準要新、方法要新.只有積極踐行教育新思想，構建課程新體系，才能適應新技術、新產(chǎn)業(yè)對“新工科”人才培養(yǎng)的新要求.面向新工科的數(shù)學類課程不僅要突出學生的主體地位，提高教師的教學質量，還要不斷增強學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，努力培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人.

首先，新工科具有多學科交叉融合的特征，這就決定著新工科建設必須具有全局思維，要結合專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)需求，整體、系統(tǒng)地進行，從課程體系的設計到教學內容的選擇，要統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調聯(lián)動.

其次，新技術、新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)、新材料的快速發(fā)展，需要不斷審視培養(yǎng)計劃、課程設置和教學方案，以便適時做出動態(tài)調整.

最后，面向新工科的教育教學模式改革，必須從新工科專業(yè)的培養(yǎng)目標和數(shù)學課程教學內容要求出發(fā)，最終目標是培養(yǎng)滿足行業(yè)需要的創(chuàng)新型、復合型工程科技人才，要著力提高學生的學習興趣、自主學習能力和工程實踐能力.

二、教學設計改革

（一）目標導向，持續(xù)改進

大數(shù)據(jù)時代，人工智能、云計算對海量數(shù)據(jù)的挖掘、采集、存儲、處理和使用，必須借助數(shù)學工具.而智慧交通、智慧物流、智慧醫(yī)療、智慧課堂等研發(fā)和應用場景，離不開簡潔、清晰的數(shù)學語言.數(shù)學應用進入了一個全新的階段.高校數(shù)學類課程的教學不能固守成規(guī)、一成不變，要積極回應現(xiàn)實的挑戰(zhàn)，抓住新工科建設契機，主動構建基于傳統(tǒng)教學模式并順應時代發(fā)展需要的新范式.

教師應以提升教學效果為目的創(chuàng)新教學方法，以提高學生工程實踐能力為核心設計科學合理的教學過程，以新工科建設為引領促進現(xiàn)代信息技術和教學內容的深度融合.學校應建立完善的制度體系，通過指導教師制度、助課制度、集體備課制度、教考分離制度和聽課制度，保證教學活動的順利開展和不斷改進.教師應通過面向新工科的數(shù)學教學改革培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維，提高學生的人文修養(yǎng)，增強學生面對復雜工程問題協(xié)作克服困難的能力，為學生終身學習和自主學習奠定堅實的基礎.

（二）需求導向，知識探究

“新”是新工科的內涵和本質.不論是傳統(tǒng)學科專業(yè)升級改造而成的新工科專業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)催生的新工科專業(yè)，都體現(xiàn)了學科專業(yè)發(fā)展的新動向和新范式，反映了高等工程科技人才的新規(guī)格和新要求，體現(xiàn)了對國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求的積極回應、對新科技革命和新產(chǎn)業(yè)革命的積極響應，以及對“雙一流”建設的積極呼應.

事實上，作為工程學科不可或缺的基礎，數(shù)學類基礎課具有抽象性強、應用面廣的特點.正是由于形式上的抽象性，才使得數(shù)學具有應用上的廣泛性.一方面，因為數(shù)學類課程理論性較強，相對抽象，讓學生覺得難于掌握；另一方面，由于沒有開始后繼專業(yè)類課程的學習，學生又無法體會到數(shù)學的“有用”.在具體教學實踐中，教師應力爭突出重點、分散難點.引入新內容時，教師應為學生講述數(shù)學發(fā)展史上科學家克服困難、潛心研究的科研故事和數(shù)學應用推動科技進步的經(jīng)典案例，讓學生體會到數(shù)學在社會發(fā)展和生產(chǎn)力提高過程中發(fā)揮的巨大威力，增強學生的學習興趣，使學生建立學習自信.

（三）發(fā)展導向，因材施教

教師應以教練或者導師的身份融入教學，而不是知識供應商.與此同時，學生的角色應是積極的知識構建者，而不是知識的接受者或者復制者.數(shù)學的許多分支之間、數(shù)學與其他學科之間，相互交叉、融合、滲透，使得數(shù)學成為探索和創(chuàng)新的必備素養(yǎng).我們沒有能力為學生提供“終身夠用”的數(shù)學知識，但是可以教會學生“學會學習”.會學習的學生才能與時俱進、不斷成長，跟上時代發(fā)展的腳步.

數(shù)學類課程突出學生的主體地位，引導學生主動思考，鍛煉學生的抽象思維能力，助力學生學習習慣的養(yǎng)成.教師應鼓勵學生觀察現(xiàn)象、簡化問題、抽象概念、給出假設、明確目標、提出論點、有效闡述、邏輯推理、實踐檢驗.

三、課程教學實踐

（一）教學方法

課程組堅持啟發(fā)式教學，綜合運用講授、演示、討論等多種教學方法，將“傳授知識”與“數(shù)學思想升華”融為一體，引導學生深思考、善提問、勤實踐.比如，我們精心設計第一次課的教學方案，不僅通俗、宏觀地描述課程的內容、思想、方法及地位作用，而且盡量多地聯(lián)系生活實際.這讓學生不單對課程有了比較全面的認識，還產(chǎn)生了興趣，打消了畏難情緒.

（二）教學過程

新工科人才培養(yǎng)過程中，教學由課堂教學和課外學習兩個有機部分組成，它們相輔相成、互為補充.一方面通過線上學習（包括預習、課堂學習和復習等環(huán)節(jié)）提高課堂教學的有效性，另一方面鼓勵并創(chuàng)造條件引導學生積極參與社團活動、科技競賽、創(chuàng)新實踐等活動，讓學生將理論聯(lián)系實際，學以致用.數(shù)學教師同工科課程任課教師共同起草、修訂教學大綱，聯(lián)手培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新思維和動手能力.

為了進一步轉變教育思想，更新教學理念，數(shù)學類課程應重視基礎，加強應用，將教學研究和教學實踐相結合，綜合考慮，整體優(yōu)化.教師應在授課過程中體現(xiàn)現(xiàn)代化，淡化解題技巧，突出數(shù)學問題的實際背景，注意拓寬知識面，滲透數(shù)學建模思想、局部線性化思想、離散化思想、優(yōu)化思想和變換思想，加強培養(yǎng)學生的理性思維、邏輯思維和運用數(shù)學解決實際問題的能力，從而發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的學習潛能，提高學生的數(shù)學素養(yǎng).

教師通過研究性學習、分組學習、項目學習、興趣小組學習、以賽帶練等形式提高學生學習的參與度，通過共享優(yōu)質在線教育資源、實施混合式教學等方式提高教學效果，通過以能力培養(yǎng)為導向的教學設計提高學生的綜合能力和職業(yè)素養(yǎng)，力求整個教學過程目標明確、設計合理、方法得當、內容充實、反饋及時、材料規(guī)范、評價客觀、教學效果良好.在近三年的學生評教中，課程組教師成績均為優(yōu)秀.

（三）教學評價

優(yōu)化評價體系，改革評價方式.教師應將線上考試與線下考試相結合，章節(jié)作業(yè)、階段性測試與期末綜合測試相結合，課上學習與課外閱讀相結合；以激發(fā)學習動力和學業(yè)志趣為著力點，完善評價制度，將質量標準落實到教學各環(huán)節(jié)；加大過程考核力度，使其的成績占比從原來的占總成績的20%提高到30%.在課程內容設置上，教師應增加階段測試環(huán)節(jié)并計入評價體系，為學生布置更新、更難、更綜合的挑戰(zhàn)性題目.教師布置的作業(yè)分為必答題目和選做題目（具有一定挑戰(zhàn)度），可以不斷提高學生的創(chuàng)新能力和解決復雜綜合問題的能力.

教師應注重過程、回歸常識，以學生的“學習效果”為中心來評價教學效果.教師可以通過教研活動、公開課、隨機聽課、督導聽課、學生調研、師生座談等方式，找出教學中存在的問題，對學生課堂內外、線上線下的學習過程進行更加科學、完整的評價.

四、創(chuàng)新特色

（一）理念創(chuàng)新

數(shù)學類課程把“課程思政”建設作為落實立德樹人根本任務的關鍵環(huán)節(jié)，堅持知識傳授與價值引領相統(tǒng)一、顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一.教師應引導學生培育和踐行社會主義核心價值觀，鑄就理想信念、錘煉高尚品格.

（二）模式創(chuàng)新

教師可以通過校內“網(wǎng)絡教學平臺”提供的一鍵簽到、開放式作業(yè)、在線討論答疑、在線測試等模塊，實現(xiàn)“師生互動、生生互動”.教師應利用課件、微視頻、模擬題等在線資源，充分調動學生學習的主動性和積極性.目前，配套的在線課程訪問量已逾萬次.

與此同時，微信群、QQ群等的使用，使得直播答疑成為可能，學生參與度很高，互動效果良好.這也成了課堂教學的有益補充.

（三）實踐創(chuàng)新

實踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新主要有三方面.一是組建興趣小組，提高學生動手解決實際問題的能力.二是微信群推送“學習強國”平臺上的數(shù)學發(fā)現(xiàn)、數(shù)學之美、數(shù)學家傳記、數(shù)學與人文等相關內容，對學生進行美育教育.三是在每章結尾都安排Matlab軟件的趣味實驗教學.

五、教學成果

數(shù)字技術為線上線下混合式教學提供了有力的技術保障.通過一系列教育教學模式的改革，學生的學習積極性有明顯的提高，歸納思維、類比思維、聯(lián)想思維有所增強，抽象思維、推理思維、邏輯思維不斷提升，直覺思維、發(fā)散思維、逆向思維更加活躍.這為學生形成具有建構性、創(chuàng)造性和系統(tǒng)性的工程思維，奠定了堅實的基礎，使得學生的數(shù)學基本功扎實，考研意愿強烈，考研率將穩(wěn)步提升.課外興趣小組的學生多次在全國數(shù)學建模競賽和東三省數(shù)學建模競賽中獲獎.

結 語

國家正在實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“網(wǎng)絡強國”等一系列重大發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)有科學基礎、工程能力強、綜合素質高的工程科技人才，對于支撐服務以新技術、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義，也是建設制造強國和創(chuàng)新型國家的重要前提.世界政治經(jīng)濟格局的重構和調整，必將深刻影響高等教育的人才培養(yǎng)模式和知識生產(chǎn)模式.

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