高等數(shù)學(xué)與機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)相結(jié)合的教學(xué)研究

王炳濤

(山東英才學(xué)院基礎(chǔ)部，山東濟(jì)南 250104)

高等數(shù)學(xué)是應(yīng)用型本科院校機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)重要工具課和基礎(chǔ)課，目的在于培養(yǎng)工程技術(shù)人才所必備的數(shù)學(xué)素質(zhì)，為培養(yǎng)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)應(yīng)用型人才服務(wù)。高等數(shù)學(xué)教學(xué)的目標(biāo)，不僅在于擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、抽象概括能力、邏輯推理能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。這就對(duì)高等數(shù)學(xué)的教學(xué)提出了更高的要求。

近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì)高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革提出了許多有效的方法[1-3]，在高等數(shù)學(xué)課程改革方面做了不少工作。但真正將高等數(shù)學(xué)與機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)相結(jié)合的教學(xué)方法研究成果卻很少，這就導(dǎo)致很多教師在對(duì)機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)時(shí)不能與專(zhuān)業(yè)相結(jié)合，只是單純講解一些數(shù)學(xué)概念、公式和定理。從而導(dǎo)致很多學(xué)生不能將所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)相結(jié)合，不能學(xué)以致用，削弱了高等數(shù)學(xué)的工具性和實(shí)用性。

本文我們首先分析機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)高等數(shù)學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀及其原因，然后分析機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)，并對(duì)現(xiàn)行教材的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化，最后提出將高等數(shù)學(xué)與機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)相結(jié)合的教學(xué)方法和手段。

1 高等數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及原因

目前高等數(shù)學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，現(xiàn)就機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的情況提出以下問(wèn)題：機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)究竟用到哪些高等數(shù)學(xué)知識(shí)? 會(huì)用到什么數(shù)學(xué)思想，怎樣用？課堂教學(xué)中怎樣才能將高等數(shù)學(xué)與機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)相結(jié)合？這些是目前學(xué)生和老師都非常關(guān)心并感到困惑的問(wèn)題。這些問(wèn)題的出現(xiàn)與我們的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式有很大關(guān)系：

一方面，教學(xué)內(nèi)容不能充分體現(xiàn)數(shù)學(xué)的工具性。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)現(xiàn)行高等數(shù)學(xué)教材大多都重理論，輕實(shí)踐，重基礎(chǔ)，輕應(yīng)用，這些教材適應(yīng)研究型本科院校的教學(xué)需要，但卻不能滿(mǎn)足應(yīng)用型本科院校的教學(xué)要求。應(yīng)用型本科院校旨在培養(yǎng)有較強(qiáng)專(zhuān)業(yè)技能和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的高水平應(yīng)用型人才，這就要求學(xué)生不僅能夠掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還要能將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工作中去。那么，我們?cè)谶x擇教材時(shí)就要求具有實(shí)用性，能夠?qū)?shù)學(xué)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)銜接起來(lái)。

另一方面，進(jìn)行課堂教學(xué)的教師普遍缺乏與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的知識(shí)，不了解機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的課程內(nèi)容。由于數(shù)學(xué)教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)較單一，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)比較熟練，但是對(duì)于機(jī)電一體化的專(zhuān)業(yè)知識(shí)卻知之甚少，這就導(dǎo)致教師在講授高等數(shù)學(xué)時(shí)只注重一些數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)公式，定理，不能將高等數(shù)學(xué)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)課相結(jié)合，也把握不好該講解的重點(diǎn)。而在機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)課程中，用到相當(dāng)多的高等數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)思想，專(zhuān)業(yè)課教師也不能清晰的講解，有的甚至跳過(guò)不講。目前在課堂教學(xué)中，沒(méi)有具體的案例訓(xùn)練學(xué)生的分析、解決問(wèn)題的能力，學(xué)生在課堂上從事數(shù)學(xué)活動(dòng)的機(jī)會(huì)太少。

這就導(dǎo)致學(xué)生難以將數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用到專(zhuān)業(yè)課程中去，在后續(xù)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課時(shí)，常常出現(xiàn)不會(huì)用基本數(shù)學(xué)知識(shí)與技能、數(shù)學(xué)思想和方法解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的現(xiàn)象。甚至是同一類(lèi)問(wèn)題，專(zhuān)業(yè)課程中換了個(gè)變量表示，學(xué)生就無(wú)法適從了。但是現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展對(duì)高等數(shù)學(xué)課的要求已不能僅停留在向?qū)W生傳授基本理論知識(shí)的層面上了，如何在課堂上有效地引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和知識(shí)解決問(wèn)題、體會(huì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值是對(duì)課堂教學(xué)提出的新要求。

2 機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的基本思路與方法

針對(duì)以上問(wèn)題，我們應(yīng)該探索適合我院學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，重新把握課程的定位，結(jié)合專(zhuān)業(yè)課對(duì)所用教材重新整合，加強(qiáng)基本數(shù)學(xué)思想和應(yīng)用意識(shí)的滲透，突出數(shù)學(xué)課程的工具性及實(shí)用性，運(yùn)用先進(jìn)的教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣和積極性，有效改善教學(xué)效果。

下面以機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)為例從知識(shí)體系設(shè)計(jì)和課程教學(xué)實(shí)施兩個(gè)方面入手分析高等數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)課程在應(yīng)用型本科院校機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)應(yīng)用。

2.1 按照專(zhuān)業(yè)及課程類(lèi)型對(duì)高等數(shù)學(xué)課程重新定位，合理組織教學(xué)內(nèi)容

機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具備專(zhuān)業(yè)技能的高素質(zhì)的技能型專(zhuān)門(mén)人才。高等數(shù)學(xué)作為機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的公共基礎(chǔ)課，旨在為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。主要講授內(nèi)容有：極限，一元函數(shù)微積分學(xué)，常微分方程，行列式及矩陣等。在教學(xué)過(guò)程中要堅(jiān)持“必需，夠用”的原則，體現(xiàn)為專(zhuān)業(yè)服務(wù)的思想。在此基礎(chǔ)上對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行整合分劃，應(yīng)該根據(jù)專(zhuān)業(yè)需求合理地選擇教材上的內(nèi)容，刪除一些理論性太強(qiáng)的數(shù)學(xué)證明，增添與專(zhuān)業(yè)有關(guān)的概念，案例。例如:在函數(shù)部分，可以引入機(jī)電專(zhuān)業(yè)常用的幾個(gè)函數(shù)，如階躍函數(shù)，簡(jiǎn)諧波和矩形波等；在導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用部分，引入電流強(qiáng)度，電動(dòng)勢(shì)，及最大輸出功率的計(jì)算的例子；在常微分方程部分，也可以引入與電學(xué)相關(guān)的例子等等。

在課堂教學(xué)中，可以加入大量與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的例子，同時(shí)，教師在課堂教學(xué)中要注意多講解引入數(shù)學(xué)概念的實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思想及運(yùn)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

教師在課堂教學(xué)中對(duì)于后續(xù)專(zhuān)業(yè)課要用到的內(nèi)容需著重強(qiáng)調(diào)，精講精練，幫助學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而對(duì)于一些理論性太強(qiáng)的定理及證明過(guò)程，則可以簡(jiǎn)單帶過(guò)或者直接不講。

2.2 課堂教學(xué)與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐相結(jié)合

機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)對(duì)高等數(shù)學(xué)知識(shí)的需求主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是要會(huì)用數(shù)學(xué)解析式表示專(zhuān)業(yè)課程中的相關(guān)概念和定律，二是利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課中的一些計(jì)算，能用數(shù)學(xué)方法分析和解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。從這兩個(gè)方面，高等數(shù)學(xué)要想達(dá)到為機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)服務(wù)的教學(xué)目的，在課堂教學(xué)中，教師必須做到要加強(qiáng)數(shù)學(xué)教學(xué)與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐相結(jié)合。那么如何做到課堂教學(xué)與專(zhuān)業(yè)相結(jié)合呢？

首先，課堂教學(xué)中在講解數(shù)學(xué)概念時(shí)，要與專(zhuān)業(yè)課中的相關(guān)概念結(jié)合起來(lái)。

理解數(shù)學(xué)概念是學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)的前提，而數(shù)學(xué)教材中對(duì)于數(shù)學(xué)概念的描述是較抽象的，學(xué)生難以將其運(yùn)用到所學(xué)專(zhuān)業(yè)中去。這就要求教師在講解數(shù)學(xué)概念時(shí)不僅要用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述，而且要用專(zhuān)業(yè)的語(yǔ)言來(lái)描述，通過(guò)專(zhuān)業(yè)例子解釋數(shù)學(xué)概念，用數(shù)學(xué)概念結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí)去分析、認(rèn)識(shí)一些專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。也就是說(shuō)，要使學(xué)生能夠?qū)C(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的相關(guān)概念與對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)概念進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。例如，導(dǎo)數(shù)概念與電流變化率之間的相互轉(zhuǎn)換等。

其次，課堂教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建能力，使學(xué)生能根據(jù)專(zhuān)業(yè)中的實(shí)際問(wèn)題建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后用數(shù)學(xué)工具來(lái)解決問(wèn)題。將數(shù)學(xué)建模思想融入到數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中去，這就要求教師在講解一些數(shù)學(xué)概念時(shí)要聯(lián)系它的實(shí)際背景，同時(shí)注重知識(shí)的應(yīng)用。高等數(shù)學(xué)不僅要教授學(xué)生一些數(shù)學(xué)知識(shí)，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思想、數(shù)學(xué)素養(yǎng)，使他們能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

最后，在課堂教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)計(jì)算能力、利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。高等數(shù)學(xué)作為一門(mén)重要的工具課，它在專(zhuān)業(yè)課中的一個(gè)非常重要的應(yīng)用就是計(jì)算。在課堂上，教師要結(jié)合具體的專(zhuān)業(yè)實(shí)例，分析并講解各個(gè)數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用，例如，利用導(dǎo)數(shù)、微分等概念進(jìn)行電流強(qiáng)度、測(cè)量誤差的近似計(jì)算等。

這些都要求教師打破傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，改變固有的教學(xué)模式，根據(jù)應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型技能人才的培養(yǎng)目標(biāo)，形成新的教育理念。不能一味地講解數(shù)學(xué)理論，只注重知識(shí)的傳授，而忽視學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，偏離高等數(shù)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)也對(duì)數(shù)學(xué)教師提高自身素質(zhì)提出更高的要求，要求數(shù)學(xué)教師在熟練把握數(shù)學(xué)理論體系的同時(shí)，還應(yīng)該不斷擴(kuò)大自己的知識(shí)面，與專(zhuān)業(yè)課教師多多交流，熟悉相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要概念及需用數(shù)學(xué)思維解決的實(shí)際問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)中用到的高等數(shù)學(xué)知識(shí)非常多，學(xué)好高等數(shù)學(xué)是學(xué)好專(zhuān)業(yè)課的重要的理論基礎(chǔ)。知識(shí)體系設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)實(shí)施是高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，二者相輔相成，缺一不可。在合理地對(duì)高等數(shù)學(xué)知識(shí)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)的前提下，有效地將課堂教學(xué)與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐相結(jié)合，才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)為專(zhuān)業(yè)服務(wù)的目標(biāo)，為培養(yǎng)應(yīng)用型高技能人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]楊金英，趙學(xué)華.加強(qiáng)高等數(shù)學(xué)的應(yīng)用教學(xué),提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力[J].呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報(bào),2004，(12).

[2]王榮琴.高職數(shù)學(xué)課程改革的研究與實(shí)踐[J].昆明大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 19(4):100～105.

[3]黃裕建.高等數(shù)學(xué)在高職機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用分析——以機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)為例[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)社會(huì)科學(xué)版,2011，(21).

[4]王海榮.高職院校數(shù)學(xué)教學(xué)改革的實(shí)踐與探索[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012，(7).