“工程數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革的若干探索

陳有亮,杜　曦,王蘇然

(上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院,上海 200093)

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“工程數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革的若干探索

陳有亮,杜曦,王蘇然

(上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院,上海 200093)

摘要：“工程數(shù)學(xué)”作為高等學(xué)校工科專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課之一,一直受到各學(xué)校的高度重視?！肮こ虜?shù)學(xué)”也是絕大多數(shù)工科專業(yè)研究生從事科研工作的必備基礎(chǔ)知識(shí)。近年來(lái),上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院在“工程數(shù)學(xué)”教學(xué)方面進(jìn)行了大膽的探索,特別是在教學(xué)方法上進(jìn)行了改進(jìn),提出了多元化教學(xué)和媒體化教學(xué),嘗試了實(shí)踐和理論相結(jié)合的教學(xué)辦法。通過(guò)教學(xué)改革,提高教學(xué)效果,應(yīng)對(duì)社會(huì)發(fā)展所帶來(lái)的挑戰(zhàn),是高校“工程數(shù)學(xué)”教師所肩負(fù)的重要使命。

關(guān)鍵詞：工程數(shù)學(xué);研究生課程;教學(xué)改革;網(wǎng)站建設(shè)

一、“工程數(shù)學(xué)”研究生課程教學(xué)現(xiàn)狀

近年來(lái),隨著越來(lái)越多的優(yōu)秀學(xué)生選擇出國(guó)或進(jìn)入985、211大學(xué)讀研,導(dǎo)致許多非211大學(xué)的碩士生生源一定程度上存在著質(zhì)量下降的問(wèn)題[1-2]。學(xué)生越來(lái)越不喜歡比較抽象的數(shù)學(xué)理論,學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣越來(lái)越低,按往年標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考試,成績(jī)?cè)絹?lái)越低,而出于對(duì)研究生畢業(yè)率和就業(yè)率的考慮,學(xué)校在提高學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)方面提出了越來(lái)越高的要求,通過(guò)持續(xù)教學(xué)改革提高教學(xué)質(zhì)量的呼聲也越來(lái)越大[3-4]。

二、教改措施

上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院主要進(jìn)行如下改革:

(1)課程教學(xué)由理學(xué)院數(shù)學(xué)系負(fù)責(zé)改為由數(shù)學(xué)系監(jiān)督指導(dǎo),由環(huán)境與建筑學(xué)院選派有一定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的教師執(zhí)教。采取這一措施的最大優(yōu)勢(shì)是從事工程科學(xué)研究的教師更了解工科學(xué)生學(xué)習(xí)的思路和特點(diǎn)。如工科學(xué)生更喜歡形象思維,很多東西喜歡以圖示或其他更直接的方式表達(dá),而數(shù)學(xué)專業(yè)的教師和學(xué)生更擅長(zhǎng)理論推導(dǎo),因此,由具有一定工程專業(yè)背景的教師擔(dān)任研究生“工程數(shù)學(xué)”課程教師,有利于學(xué)生更好地將所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決工程科學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題。

(2)學(xué)校要求所有研究生課程都建立課程網(wǎng)站,并建立師生網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)[5]。基于學(xué)校要求,上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院建立了“工程數(shù)學(xué)”課程網(wǎng)站,并建立了網(wǎng)絡(luò)答疑和師生交流平臺(tái),加強(qiáng)了教師和研究生的交流,節(jié)約了師生的時(shí)間。

(3)強(qiáng)化了數(shù)學(xué)理論的應(yīng)用與實(shí)踐環(huán)節(jié)。結(jié)合研究生不同的專業(yè)背景,鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)掘自己專業(yè)中的一些數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究,如將土木工程凍結(jié)法施工和巖土工程固結(jié)分析中的數(shù)理方程定解問(wèn)題歸納出來(lái)用分離變量法、積分變換法和格林函數(shù)法分別進(jìn)行求解,并鼓勵(lì)學(xué)生將成果以論文的形式投稿發(fā)表。鼓勵(lì)環(huán)境專業(yè)研究生將污染物擴(kuò)散中的偏微分方程定解問(wèn)題歸納出來(lái),并用所學(xué)的解析方法進(jìn)行求解。通過(guò)這一改革,大大加深了學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)理論的理解,并提高了學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)理論解決工程問(wèn)題的能力。除此之外,任課教師還認(rèn)真收集各種專業(yè)中的偏微分方程問(wèn)題供學(xué)生學(xué)習(xí)和鉆研。在從工程問(wèn)題中提煉數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中,由于采用了簡(jiǎn)化和假設(shè),會(huì)導(dǎo)致最終計(jì)算結(jié)果有一定誤差,但這個(gè)誤差不能太大,太大了就不能用于分析和解決工程問(wèn)題,簡(jiǎn)化和假設(shè)必須適度,這一點(diǎn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中必須掌握。

(4)加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)的應(yīng)用。偏微分方程中的部分內(nèi)容可以利用Matlab工具箱中的求解工具進(jìn)行求解,這樣可以大大提高偏微分方程定解問(wèn)題求解的效率。為此,在“工程數(shù)學(xué)”學(xué)習(xí)過(guò)程中,將“Matlab”和“常微分方程”作為必備基礎(chǔ)要求學(xué)生復(fù)習(xí)或補(bǔ)習(xí)這方面內(nèi)容[6-8]。學(xué)生補(bǔ)習(xí)后明顯感到受益匪淺。

(5)為了提高學(xué)生撰寫英文論文的能力,學(xué)院聘請(qǐng)外國(guó)教授來(lái)校講授部分內(nèi)容,如邀請(qǐng)英國(guó)Exeter大學(xué)Akbar Javadi教授和澳大利亞臥龍崗大學(xué)Buddhima Indraratna院士來(lái)校講授巖土工程中的部分?jǐn)?shù)學(xué)問(wèn)題,這樣,學(xué)生不僅學(xué)到了數(shù)學(xué)知識(shí),還學(xué)會(huì)了用英語(yǔ)來(lái)撰寫相應(yīng)的偏微分方程定解問(wèn)題的求解過(guò)程,對(duì)學(xué)生以后從事學(xué)術(shù)研究工作提供了有利的幫助[9-11]。

(6)對(duì)教學(xué)輔助手段進(jìn)行了改革。以前的“工程數(shù)學(xué)”教學(xué)中主要采用教學(xué)課件和黑板,通過(guò)教學(xué)改革,進(jìn)一步豐富了教學(xué)輔助手段。先后增加了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)答疑等手段,并引進(jìn)了部分名師錄像供學(xué)生課外學(xué)習(xí),此外,還為外國(guó)留學(xué)生開設(shè)了該課程的英語(yǔ)教學(xué),通過(guò)改進(jìn)教學(xué)手段,進(jìn)一步改善了學(xué)習(xí)效果[12-14]。

(7)對(duì)少量教學(xué)內(nèi)容采用以學(xué)生講解為主,教師進(jìn)行補(bǔ)充和總結(jié)的模式,提高了學(xué)生的參與度和關(guān)注度,活躍了課堂教學(xué)的氣氛。

三、存在的問(wèn)題

雖然上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院“工程數(shù)學(xué)”研究生課程改革取得了許多成果,但仍然存在一些瓶頸問(wèn)題需要解決,這些問(wèn)題包括:

(1)在目前研究生招生競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的情況下,如何吸收具有良好學(xué)習(xí)習(xí)慣和較強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣的優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院讀研是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

(2)要進(jìn)一步提高“工程數(shù)學(xué)”的教學(xué)效果,提高研究生學(xué)習(xí)該課程的積極性非常重要。鼓勵(lì)研究生結(jié)合導(dǎo)師課題學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),并利用該課程的知識(shí)和方法解決老師項(xiàng)目中的實(shí)際問(wèn)題,從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到該課程的重要性和實(shí)用價(jià)值,將是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段。當(dāng)然,要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)還有很多工作要做。

(3)目前,迫于學(xué)生就業(yè)、留學(xué)等方面的需求和壓力,個(gè)別課程的考試模式出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如考試內(nèi)容越來(lái)越簡(jiǎn)單，考試題目和考試內(nèi)容透明度偏高等,主要原因是老師擔(dān)心學(xué)生考試成績(jī)偏低會(huì)影響學(xué)生的未來(lái),其實(shí)這是一種誤解。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,通過(guò)單純提高學(xué)生的分?jǐn)?shù)來(lái)提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)傷害學(xué)校的競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益也會(huì)造成傷害。最重要的是要找到一種更加合理的評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的模式和方法,通過(guò)這種調(diào)整引導(dǎo)學(xué)生更加有效地掌握一些未來(lái)需要的有用的知識(shí)和能力,以便更好地適應(yīng)社會(huì)和面對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn),是目前亟需解決的問(wèn)題。

(4)結(jié)合目前上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院研究生現(xiàn)狀,編寫一本水平、內(nèi)容相適應(yīng),能夠更好地滿足學(xué)生課堂學(xué)習(xí)和課外提高的“工程數(shù)學(xué)”教材,也是目前需要解決的問(wèn)題之一。

四、結(jié)束語(yǔ)

“工程數(shù)學(xué)”作為土木工程和環(huán)境工程等專業(yè)研究生的基礎(chǔ)課,其教學(xué)效果的好壞直接影響學(xué)生未來(lái)從事學(xué)術(shù)研究的能力以及學(xué)生利用基礎(chǔ)知識(shí)解決工程技術(shù)中復(fù)雜疑難問(wèn)題的能力。不斷提高教學(xué)效果,不斷提高研究生學(xué)習(xí)“工程數(shù)學(xué)”的興趣,通過(guò)提出課程能帶來(lái)的好處及可運(yùn)用的實(shí)際工程來(lái)提高研究生學(xué)習(xí)“工程數(shù)學(xué)”的興趣，用此種方法提高教學(xué)效果，將是以后“工程數(shù)學(xué)”教學(xué)需要持續(xù)改善的要點(diǎn)，也是所有理論課程都將遇到并且需要解決的問(wèn)題。同時(shí),教師也要不斷提高自己的專業(yè)和教學(xué)水平以及使用多元化的授課方式,以應(yīng)對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)教學(xué)課程網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

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(編輯: 鞏紅曉)

Exploration on the Teaching Reform of Engineering MathematicsChen Youliang,Du Xi,Wang Suran

(School of Environment and Architecture,University of Shanghai for

Science and Technology,Shanghai 200093,China)

Abstract：Engineering Mathematics as one of the most important basic courses has been highly valued by all universities.Engineering Mathematics is an essential foundation for the vast majority of engineering graduate students who are engaged in research work.In recent years,School of Environment and Architecture,University of Shanghai for Science and Technology,make some explorations in teaching of engineering mathematics,especially in the aspect of teaching method.Diversification of teaching method and medium teaching method are used.The combination of practice with theory have been tried.It is an important mission for the engineering mathematics in universities to meet the challenges of social development by reform of teaching.

Keywords：engineering mathematics;postgraduate courses;teaching reform;website construction

DOI:10.13256/j.cnki.jusst.sse.2015.04.015

中圖分類號(hào)：G 642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-895X(2015)04-0375-03

作者簡(jiǎn)介：陳有亮(1966-),男,教授。研究方向： 巖土力學(xué)教學(xué)與科研。E-mail:chenyouliang2001@163.com

基金項(xiàng)目：上海市精品課程(滬教委高[2015]13);上海市重點(diǎn)課程(滬教委高[2015]37);上海理工大學(xué)研究生課程建設(shè)項(xiàng)目(雙語(yǔ)教學(xué)課程:城市地下工程);上海市專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐基地建設(shè)項(xiàng)目(土木工程)

收稿日期：2014-10-06