MPE-CDIO理念的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

石端銀, 張曉鵬, 李文宇, 張秋杰, 張傳芳(黑龍江科技大學(xué) 理學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

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MPE-CDIO理念的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

石端銀, 張曉鵬, 李文宇, 張秋杰, 張傳芳
(黑龍江科技大學(xué) 理學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

針對(duì)目前高校數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，借鑒和吸收先進(jìn)的CDIO工程教育理念和標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我校“大德育、大工程、大實(shí)踐”三大教育理念下的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)而提出的MPE-CDIO工程教育模式。在此模式下進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，分別從實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念、課程體系、教學(xué)方法和手段、實(shí)驗(yàn)考核及評(píng)定方式等方面進(jìn)行改革與探索。結(jié)果表明在MPE-CDIO教育模式下進(jìn)行數(shù)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，有效提高了學(xué)生的獨(dú)立思考能力、分析綜合能力、編程能力和創(chuàng)新思維能力，從而達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的。

MPE-CDIO； 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)； 教學(xué)改革

0 引 言

隨著社會(huì)信息化和經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)教育界提出了更高的要求，對(duì)人才選擇標(biāo)準(zhǔn)也是日趨苛刻，不但要求理論知識(shí)水平高，而且要實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。當(dāng)然對(duì)數(shù)學(xué)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)和素質(zhì)能力的要求則更高，要求數(shù)學(xué)類專業(yè)的學(xué)生不但精通抽象的數(shù)學(xué)理論，更重要的是要將數(shù)學(xué)理論、精髓、思想、方法等靈活應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題當(dāng)中去，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和信息社會(huì)對(duì)數(shù)學(xué)人才的需求[1]。而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)則是聯(lián)系數(shù)學(xué)理論與實(shí)踐的橋梁和紐帶，但傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、課程體系和教學(xué)方法手段都已很難適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的社會(huì)趨勢(shì)，面對(duì)當(dāng)前局勢(shì)，為了使培養(yǎng)出的數(shù)學(xué)人才具有更高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)轉(zhuǎn)型，由傳統(tǒng)的單純傳授知識(shí)型向培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力等綜合素質(zhì)能力型轉(zhuǎn)變。如何實(shí)現(xiàn)成功轉(zhuǎn)型，是一個(gè)長(zhǎng)期工程，也是目前亟待解決的問(wèn)題。

1 傳統(tǒng)數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)現(xiàn)狀分析

高等院校的大部分?jǐn)?shù)學(xué)類課程都會(huì)涉及到實(shí)驗(yàn)課，教師也意識(shí)到不但要重視學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)，更要加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但是，目前許多數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過(guò)程中仍存在下述問(wèn)題[2]。

1.1 教學(xué)認(rèn)知和學(xué)習(xí)觀念問(wèn)題

(1) 許多教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的不甚明確、教學(xué)認(rèn)知不夠。由于實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)較少，所以許多高校教師對(duì)其重視程度不夠，基本都是先上理論課后上實(shí)驗(yàn)課，這樣導(dǎo)致前后理論實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重。更有甚者，如果最后沒(méi)有足夠?qū)W時(shí)，就直接將其刪掉。

(2) 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)觀念淡薄。在應(yīng)試教育為主題的中學(xué)教育下解放出來(lái)的大學(xué)生，習(xí)慣于被動(dòng)地學(xué)習(xí)，不愿主動(dòng)動(dòng)腦和動(dòng)手，更不想嘗試新的方式方法，缺乏創(chuàng)新意識(shí)和探索精神，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課，有部分學(xué)生認(rèn)為可有可無(wú)，“反正考試不考實(shí)驗(yàn)”，這種學(xué)習(xí)觀念顯然是可怕的。

1.2 數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的課程體系設(shè)置問(wèn)題

在本科生培養(yǎng)方案制定時(shí)，大部分?jǐn)?shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課所分配的學(xué)時(shí)較少，大約4～10學(xué)時(shí)不等，其實(shí)數(shù)學(xué)課程都是工具，不但理論重要，更重要的應(yīng)該是怎么應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課就可以解決此問(wèn)題[3]。

1.3 數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法和手段

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法和手段只是符合應(yīng)試教育，首先教師講實(shí)驗(yàn)原理講解，學(xué)生仿照教材中的例子做一遍，許多程序都是現(xiàn)成的，很少又學(xué)生按照自己的想法編寫(xiě)程序，然后將教師布置的作業(yè)寫(xiě)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，整個(gè)過(guò)程完全是機(jī)械地去做，這種模式無(wú)法真正達(dá)到開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的目的，不能提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)精神。所以，這種教學(xué)方法和手段急需改革[4]。

1.4 數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的考核和評(píng)定方式

目前，各高校關(guān)于數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的考核和評(píng)定方式不太一樣，但大部分都是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式完成，占總成績(jī)的5%～10%之間，在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)許多雷同的現(xiàn)象，因?yàn)楹芏鄬W(xué)生想投機(jī)取巧、應(yīng)付差事，根本不用心去獨(dú)自完成。因此，為了提高數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，必須重新制定考核方案和評(píng)定方式。

2 MPE-CDIO工程教育理念

2.1 CDIO工程教育思想

CDIO工程教育模式自2005年引入中國(guó)以來(lái)，對(duì)中國(guó)的工程教育及人才培養(yǎng)模式產(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(Operate)。它以產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、運(yùn)行到廢棄和再利用的全生命過(guò)程為載體，讓學(xué)生以自主的、實(shí)踐的、課程一體化的學(xué)習(xí)知識(shí)和提高自身綜合素質(zhì)和能力。此模式采用“做中學(xué)、學(xué)中做”的方法，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和興趣，符合應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的規(guī)律，是先進(jìn)教學(xué)方法的典范[5-7]。

2.2 “大德育、大工程、大實(shí)踐”三大教育理念

我校自2006年提出了“大德育、大工程、大實(shí)踐”(Moral Practice Engineering)的工程教育理念[8]，所謂“大德育”，對(duì)學(xué)生而言是使其成人的教育，對(duì)學(xué)校而言就是全員、全過(guò)程、全方位育人；所謂“大工程”，是以工程應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，以工程為背景和主線，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力；所謂“大實(shí)踐”是以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為最終目標(biāo)，將實(shí)踐鍛煉貫穿于教育的全過(guò)程，讓學(xué)生在“學(xué)中做，做中學(xué)”，真正將知識(shí)和理論轉(zhuǎn)化為能力和素質(zhì)?！叭蠼逃砟睢笔且粋€(gè)有機(jī)整體，不可分割。

2.3 MPE-CDIO工程教育模式

MPE-CDIO教育模式是將CDIO工程教育理念和我校提出的三大教育理念有機(jī)結(jié)合，統(tǒng)一思想，并在學(xué)生的每個(gè)階段的培養(yǎng)，將大德育、大工程、大實(shí)踐與構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)相互融合所產(chǎn)生的一種新型的教育模式，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“素質(zhì)高、水平高、能力強(qiáng)”的專業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

3 MPE-CDIO教育理念下數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革

結(jié)合MPE-CDIO工程教育理念，數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革① 要改變教學(xué)理念和學(xué)習(xí)觀念，實(shí)行“走出去、請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的方式[9]，不斷提高教師和學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)知水平和重視程度。② 要進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)課的課程體系，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。③ 要改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，從“教師講”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生做”，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能和自主學(xué)習(xí)意識(shí)，培養(yǎng)其動(dòng)腦和動(dòng)手能力。④ 要重新制定實(shí)驗(yàn)課的考核方案和評(píng)定方式，使其能真正提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，達(dá)到開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的[10]。

3.1 提升教學(xué)認(rèn)知、革新學(xué)習(xí)觀念

為了提升教師對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)知水平，搞清楚數(shù)學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域，每學(xué)期委派不同數(shù)學(xué)課程的骨干教師去名校聽(tīng)課，去對(duì)口企業(yè)比如計(jì)算機(jī)軟件公司、證券公司等實(shí)踐實(shí)習(xí)，并與多家公司有相關(guān)合作，這些骨干教師回校之后，及時(shí)做匯報(bào)、發(fā)感想、和同行教師一起交流，共同探討下一步的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革計(jì)劃。這種做法，真正體現(xiàn)了“走出去”的開(kāi)放思想[11-12]。

學(xué)生厭學(xué)的一大原因就是他們不知道所學(xué)的知識(shí)到底何用，沒(méi)有壓力就沒(méi)有動(dòng)力。為了改變學(xué)生的這種學(xué)習(xí)觀念，我校不惜重金邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外前沿學(xué)者、成功企業(yè)家等來(lái)我校講學(xué)，傳播國(guó)內(nèi)外前沿科學(xué)、學(xué)習(xí)方式方法以及企業(yè)家的成功經(jīng)歷等等，當(dāng)然，其中有不少應(yīng)用數(shù)學(xué)類和計(jì)算數(shù)學(xué)類專家，他們不但傳授前沿?cái)?shù)學(xué)知識(shí)，更重要他們將國(guó)內(nèi)外名校新的認(rèn)知和學(xué)習(xí)理念帶給同學(xué)們，讓同學(xué)們懂得數(shù)學(xué)“無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不有”以及“學(xué)好數(shù)學(xué)走遍天下”的真理，這種做法也真正體現(xiàn)了“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的先進(jìn)思想，無(wú)論學(xué)生還是教師都受益匪淺[13-15]。

3.2 完善課程體系、更新教學(xué)內(nèi)容

積極響應(yīng)我校以培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，結(jié)合MPE-CDIO教育理念，進(jìn)一步完善數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程體系，將課程分為專業(yè)數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)，而且要增加數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)，具體每一門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)都分為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)三類，每類實(shí)驗(yàn)要爭(zhēng)取至少做三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，不同類型的實(shí)驗(yàn)采取不同的教學(xué)方法，分門(mén)別類，以學(xué)生為主，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦習(xí)慣。不斷更新教學(xué)內(nèi)容，一方面，要保留原有經(jīng)典的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)之上，融入新的教學(xué)案例，賦予它新的應(yīng)用價(jià)值；另一方面，根據(jù)當(dāng)前形勢(shì)和專業(yè)學(xué)生的需求，適當(dāng)增設(shè)新的實(shí)驗(yàn)，并將這些實(shí)驗(yàn)直接應(yīng)用到實(shí)踐問(wèn)題和專業(yè)學(xué)習(xí)當(dāng)中，發(fā)揮積極的作用[16]。

3.3 改革教學(xué)方法、改變教學(xué)手段

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課對(duì)教師和學(xué)生的要求都比較高，它是對(duì)理論知識(shí)理解的進(jìn)一步升華、提煉，也是對(duì)計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用能力、編程能力以及結(jié)果分析能力的一種考驗(yàn)。它屬于實(shí)踐教學(xué)研討活動(dòng)，即強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，又展現(xiàn)他們之間的協(xié)作能力、研討能力以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)應(yīng)對(duì)的反應(yīng)能力。整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)該在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，顯然“網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室”是必備的硬件條件，教學(xué)過(guò)程中以理論和算法為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)軟件(Matlab和Mathematica)為主要工具和手段，以算法的應(yīng)用和解決實(shí)際問(wèn)題為主要目的，在教師的指引下，由學(xué)生獨(dú)立完成基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，三人小組協(xié)作完成綜合設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)。每一次實(shí)驗(yàn)都當(dāng)做是一次數(shù)學(xué)建模的過(guò)程，首先從實(shí)際問(wèn)題中提煉加工建立數(shù)學(xué)模型、到模型的算法設(shè)計(jì)、再到算法程序的編寫(xiě)、運(yùn)行、最后到輸出結(jié)果以及結(jié)果的誤差和穩(wěn)定性分析等，然后以論文或報(bào)告的形式上交大作業(yè)，整個(gè)過(guò)程都可以與老師進(jìn)行交流、研討，但是老師不能越俎代庖。不論什么實(shí)驗(yàn)、何種方式完成，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程都要遵循“教師主導(dǎo)+學(xué)生主體”的原則，這樣即提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，又能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

3.4 重訂考核方案、更新評(píng)定方式

實(shí)驗(yàn)課程考核作為教學(xué)改革的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，建立新的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方案和評(píng)定體系是必要的。學(xué)生的課程成績(jī)不能只依靠期末考試一張?jiān)嚲韥?lái)評(píng)定，那只是針對(duì)部分理論知識(shí)的考核，并不能完全體現(xiàn)學(xué)生的真正能力，當(dāng)今教育已經(jīng)由傳統(tǒng)的應(yīng)試教育向素質(zhì)教育成功轉(zhuǎn)型，社會(huì)對(duì)人才的要求不僅僅是理論知識(shí)扎實(shí)，更重要的是實(shí)踐應(yīng)用創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)強(qiáng)。所以，實(shí)驗(yàn)考核應(yīng)完全納入課程考核范圍當(dāng)中，而且所占份額比例應(yīng)當(dāng)加碼，達(dá)到20%～40%不等，這樣一來(lái)，一套完整的全面的多元化的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定體系顯得尤為重要。大體分為這樣幾個(gè)考核環(huán)節(jié)：① 是“平時(shí)考核”，占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的10%，包括出勤和課堂表現(xiàn)，重在考查學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度；② 是“實(shí)驗(yàn)作業(yè)考核”，占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%，其中包括實(shí)驗(yàn)的原理分析、算法設(shè)計(jì)思想、算法程序編寫(xiě)、結(jié)果的分析、小論文或報(bào)告的書(shū)寫(xiě)等，重在考查學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；③ 是“上機(jī)操作考核”，包括程序的運(yùn)行及調(diào)試、結(jié)果的輸出等，主要考查學(xué)生的數(shù)學(xué)軟件的應(yīng)用能力、動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力；④ 是“答辯成績(jī)考核”，包括學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體思路、算法理論分析等，重在考查學(xué)生的綜合分析問(wèn)題的能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和及時(shí)應(yīng)對(duì)能力等。

4 結(jié) 語(yǔ)

在數(shù)學(xué)類實(shí)驗(yàn)課中融入MPE-CDIO教育理念，改革數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，符合我校創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，它能帶給學(xué)生一種全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，也有效地解決了教育與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)、理論與實(shí)際脫節(jié)的問(wèn)題，它能重新點(diǎn)燃學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力，滿足了社會(huì)對(duì)人才的需求，最終實(shí)現(xiàn)了學(xué)校、學(xué)生、社會(huì)“三贏”的良好局面，何樂(lè)而不為呢？

[1] 謝治州，嚴(yán)忠權(quán)，羅曉賓.數(shù)學(xué)類專業(yè)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012,31(2):109-112.

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Mathematics Experiment Curriculum Teaching Reform Based on MPE-CDIO

SHIDuan-yin,ZHANGXiao-peng,LIWen-yu,ZHANGChuan-fang
(College of Science, Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin 150022, China)

In response to the current problems in math experiment teaching in universities, in order to learn and absorb advanced concepts and standards of CDIO engineering education, and to combined with application-oriented training objectives of our school, we proposed MPE-CDIO engineering education model. Mathematical teaching experiment has been reformed in this mode, and the reform and exploration were carried out from parts of experimental teaching, curriculum, teaching methods and means, experimental evaluation and assessment methods. The results showed that the MPE-CDIO model of experimental teaching mathematics effectively improved the students' ability to think independently, comprehensive analyzing capabilities, programming capabilities and innovative thinking ability, so as it achieves the purpose of application-oriented talents.

MPE-CDIO; math experiment; teaching reform

2014-03-21

黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題(GBB1213013-318); 黑龍江科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(JY14-132)

石端銀(1980-)，女，山東菏澤人，碩士，講師，研究方向：圖論、算法、優(yōu)化建模。

Tel.：15846363758; E-mail:shiduanyin2012@163.com

O 13; G 420

A

1006-7167(2015)02-0185-03