面向理工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的“四步進階”大學數(shù)學教學改革

朱長江 郭艾

摘 要：大學數(shù)學教學對理工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有先導性、全局性、基礎(chǔ)性地位。華南理工大學組建大學數(shù)學教學團隊，以培養(yǎng)理工科創(chuàng)新型人才為目標，構(gòu)建“傳授數(shù)學理論—開展數(shù)學實驗—強化數(shù)學應(yīng)用—引導數(shù)學創(chuàng)新”“四步進階”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新路徑，在師資建設(shè)、資源建設(shè)、考核評價、理工融合、創(chuàng)新驅(qū)動等五個方面采取一系列具體改革舉措，實現(xiàn)了“五個轉(zhuǎn)變”。

關(guān)鍵詞：大學數(shù)學；教學團隊；教學改革；創(chuàng)新能力；人才培養(yǎng)

創(chuàng)新型人才素質(zhì)特征表現(xiàn)在創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力三個方面，而數(shù)學是理工科創(chuàng)新型人才具備創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的前提和基礎(chǔ)，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。大學數(shù)學教學改革在理工類高校教育教學改革中往往具有先導性、全局性、基礎(chǔ)性

地位。

華南理工大學針對學生學習觀念問題、大學數(shù)學課程與專業(yè)（學科）融合問題、學生知識（積累）與能力（發(fā)展）脫節(jié)問題，提出了“啟迪思維、夯實基礎(chǔ)、提升素養(yǎng)、培養(yǎng)能力”的教學理念，構(gòu)建了“傳授數(shù)學理論—開展數(shù)學實驗—強化數(shù)學應(yīng)用—引導數(shù)學創(chuàng)新”“四步進階”頗具特色的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新路徑，著力推進教師教學觀念、教學方法、教學組織、學生學習觀念、課程考核評價方式等方面的大學數(shù)學教學改革，為一流理工科專業(yè)人才培養(yǎng)提供強有力的數(shù)學支撐，全面提升理工科專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

一、加強制度建設(shè)，改革教學觀念，推動教師從重科研、輕教學向教學科研相長的雙優(yōu)型教師轉(zhuǎn)變

重科研、輕教學的教師評價體系和職稱晉升條件，使很多教師疏于教學。為了讓長于教學的教師專心教學，也讓科研能力強的青年教師在做科研的同時愿意投入時間精力于本科教學中，華南理工大學自2000年起通過實施“興華人才工程”，分類開展以教學為主的“教學團隊”和以科研為主的“學科團隊”的教師隊伍建設(shè)，學校制定了《“興華人才工程”學術(shù)團隊及公共教學團隊建設(shè)實施方案》《華南理工大學專業(yè)技術(shù)職務(wù)申報條件》和《華南理工大學本科教學優(yōu)秀獎評選辦法》等相關(guān)配套制度[1]?！芭d華人才工程”實施方案為教學團隊教師制定了優(yōu)于學科團隊10%～40%的崗位津貼分配辦法及績效獎勵制度，專業(yè)技術(shù)職務(wù)申報設(shè)立了以考核教學水平為主的專職教學型教授和副教授崗位。結(jié)合華南理工大學深入開展以教學為主的“教學團隊”建設(shè)的各項制度，數(shù)學學院組建了微積分和工程數(shù)學兩支以教學為主的大學數(shù)學教學團隊，制定團隊考核標準，細化科研和教學任務(wù)，對青年教師提出了教學科研雙優(yōu)的高標準，重獎教學競賽獲獎教師和學生評教優(yōu)秀教師[2-3]。

通過實施多項激勵教學的新制度，提升了一批高水平中青年教師的教學熱情，他們投身于教學一線講授大學數(shù)學基礎(chǔ)課程。目前，大學數(shù)學教學團隊是一支成員構(gòu)成多元化（年齡多元化，學緣多元化，研究方向多元化）、教育理念先進、教師潛心教學、教學科研雙優(yōu)的高素質(zhì)教學團隊。

二、改革教學組織方式，建設(shè)支撐平臺，營造課內(nèi)與課外互動的育人環(huán)境，推動教學空間從以課堂教學為主向課內(nèi)外相結(jié)合轉(zhuǎn)變

團隊教師結(jié)合多年教學實踐，編寫出版了大學數(shù)學課程系列教材，特別是近三年圍繞“以生為本，以學為主”的教學宗旨，建設(shè)大學數(shù)學教學資源，形成支撐理論教學、實驗教學與創(chuàng)新實踐的兩大平臺：廣東省精品資源共享課程“微積分”和廣東省數(shù)學技術(shù)實驗教學示范中心。

廣東省精品資源共享課程“微積分”教學平臺由大學數(shù)學系列教材、網(wǎng)絡(luò)教學資源和在線考試系統(tǒng)構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)教學資源包括用于教師備課的教學資源和用于“翻轉(zhuǎn)課堂”的課程學習資源，具體包括“教學大綱”“教學日歷”“微積分160學時的教學設(shè)計”“微積分160學時的授課教案”“專題精講20講”“優(yōu)秀教師授課實況錄像160學時”“習題課錄像100學時”“作業(yè)講評錄像64學時”“116個微積分疑難問題解答”“拓展學習”等多個模塊。在線考試系統(tǒng)由大學數(shù)學系列課程試題庫和題庫管理系統(tǒng)、試卷管理系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)、成績管理系統(tǒng)、評卷管理系統(tǒng)、考試管理系統(tǒng)六大子系統(tǒng)組成。在線考試系統(tǒng)具有自動成卷、自動存儲、成績保存等功能，為教師在教學過程進行考核和對學生課外自主學習效果進行檢測提供了便利。

廣東省數(shù)學技術(shù)實驗教學示范中心由基礎(chǔ)層面和應(yīng)用層面多個實驗室構(gòu)成，為學生提供各種數(shù)學軟件、實驗工具和實驗環(huán)境[4]。

兩大支撐平臺為教師教學和學生學習提供了豐富的資源，使得課內(nèi)和課外的教與學緊密結(jié)合，極大地拓展和延伸了課內(nèi)外學習和師生互動的時空，營造了課內(nèi)與課外互動的育人環(huán)境，實現(xiàn)了教學空間從以課堂為主向課內(nèi)外相結(jié)合的轉(zhuǎn)變。

三、改革課程考核評價方式，調(diào)動學生學習內(nèi)驅(qū)力，推動學生從“要我學習”向“我要學習”轉(zhuǎn)變

造成學生學習觀念片面、學習興趣缺失和學習動力不足的主要原因有三點：一是對大學數(shù)學課程的功能認識僅限于其工具性，忽略了數(shù)學是培養(yǎng)理性思維能力和科學思想方法最好的知識載體；二是過度地強調(diào)理論知識的學習，導致學生對數(shù)學的了解不全面，缺乏對數(shù)學文化的認識；三是以結(jié)果評價為主的大學數(shù)學考核制度，由于一次考試失敗就會導致學生該門課程不通過，可能使學生喪失繼續(xù)學習的信心。

針對上述這三點，我們將數(shù)學文化融入課程教學中，并在每年10月定期舉辦持續(xù)時間一個月的數(shù)學文化節(jié)，開展多種豐富多彩的活動，幫助學生初步了解數(shù)學與人類社會發(fā)展的關(guān)系，體會數(shù)學的科學價值、應(yīng)用價值、人文價值、美學價值，開闊視野，激發(fā)學生學習數(shù)學的興趣，改變學習觀念，增進學生對數(shù)學功能的全面認識。同時，構(gòu)建靈活多樣的課程考核方式，采用在線測試、面試、研究報告、開卷考試、期末閉卷統(tǒng)考等多種形式的考核方式，并對數(shù)學競賽獲獎?wù)哌M行加分。“引”（興趣）、“逼”（考

核）、“激”（競賽）并舉，調(diào)動學生學習的內(nèi)驅(qū)力，實現(xiàn)了學生從“要我學習”向“我要學習”的轉(zhuǎn)變。

四、設(shè)立數(shù)學技術(shù)教學實驗室，推動大學數(shù)學課程教學和專業(yè)學科相分割向相融合的轉(zhuǎn)變

我們聯(lián)合電信、土木交通、材料、機械等工科學院，建設(shè)了四個數(shù)學技術(shù)實驗室，以工程問題為導向開設(shè)數(shù)學技術(shù)實驗項目，促進大學數(shù)學與工科專業(yè)的融合，培養(yǎng)學生的數(shù)學應(yīng)用能力[4]。

根據(jù)我校理工結(jié)合、工科見長的特點，依托學?！皬V東省數(shù)學技術(shù)實驗示范中心”，我們把數(shù)學思想、數(shù)學方法、數(shù)學知識、工程專業(yè)知識和數(shù)學軟件應(yīng)用等有機地結(jié)合起來。在數(shù)學實驗技術(shù)教學中，為促進大學數(shù)學理論與工程學科的交流和合作交叉，選擇“數(shù)字信號”“材料力學”“高分子物理”“機械原理”四門對數(shù)學要求較高的工程課程，共同開發(fā)數(shù)學技術(shù)實驗案例。通過教師講授演示、學生分組討論、師生共同學習、個別輔導、學生自主探索等多種教學方式，教會學生能夠用數(shù)學技術(shù)去解決工科專業(yè)中的工程問題，加深學生對數(shù)學知識的深刻領(lǐng)會與運用，促進數(shù)學知識向?qū)I(yè)學習的有機滲透和融合，實現(xiàn)了大學數(shù)學課程教學和專業(yè)學科相分割向大學數(shù)學課程教學和專業(yè)基礎(chǔ)課教學相協(xié)助、數(shù)學與工程專業(yè)相融合的轉(zhuǎn)變。

五、構(gòu)建“傳授數(shù)學理論—開展數(shù)學實驗—強化數(shù)學應(yīng)用—引導數(shù)學創(chuàng)新”“四步進階”的人才培養(yǎng)路徑，著力培養(yǎng)學生應(yīng)用數(shù)學解決各類各級工程問題的能力

針對大學數(shù)學對理工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵作用，我們在大學數(shù)學教學改革實踐中，提出了“傳授數(shù)學理論—開展數(shù)學實驗—強化數(shù)學應(yīng)用—引導數(shù)學創(chuàng)新” 的“四步進階”的人才培養(yǎng)路徑。

（1）傳授數(shù)學理論?！耙越處煘橹鲗А痹O(shè)計大學數(shù)學課程教學過程，采用案例式教學培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、探究、分析、解決問題并獲得結(jié)論的能力，給學生打好數(shù)學基本理論的基礎(chǔ)，培養(yǎng)自主學習數(shù)學知識的能力。

（2）開展數(shù)學實驗?！耙越處煘檩o導”，通過驗證性的基礎(chǔ)層數(shù)學實驗訓練學生基本的數(shù)學統(tǒng)計方法、計算方法和對數(shù)學軟件的熟練使用，并掌握基本的數(shù)學建模方法。

（3）強化數(shù)學應(yīng)用?！耙越處煘橹笇А?，以專業(yè)基礎(chǔ)課為切入點開展應(yīng)用層的數(shù)學實驗，強化學生的數(shù)學應(yīng)用能力。

（4）引導數(shù)學創(chuàng)新?！耙越處煘檩o助”進行科研訓練，學生利用數(shù)學技術(shù)開展數(shù)學建?；顒樱⑼ㄟ^鼓勵學生參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學生系列科技學術(shù)競賽、全國大學生數(shù)學建模競賽、美國大學生數(shù)學建模競賽等各類科技創(chuàng)新競賽及各種科學實踐活動[5-6]，培養(yǎng)學生有效應(yīng)用數(shù)學技術(shù)創(chuàng)新性地解決專業(yè)技術(shù)問題的能力。

在踐行大學數(shù)學教學遞進式、提升式的發(fā)展路徑中，有效解決了學生知識積累與能力發(fā)展相脫節(jié)的問題，在促進學生數(shù)學基礎(chǔ)理論水平提高的同時，培養(yǎng)了學生應(yīng)用數(shù)學知識解決各類工程問題的能力，提升了學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)了教師從以傳授知識、問題解惑為主向傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素養(yǎng)相結(jié)合的轉(zhuǎn)變。

通過踐行面向理工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的“四步進階”大學數(shù)學教學改革，學生對數(shù)學理論的理解以及運用數(shù)學思想和數(shù)學方法解決實際問題的能力明顯提高，大批創(chuàng)新人才脫穎而出。自2011年以來，華南理工大學學生獲得全國大學生數(shù)學競賽廣東賽區(qū)一等獎123項、二等獎133項，特別是在歷屆的一等獎項中均包攬了廣東省前5名，并代表廣東省參加全國大學生數(shù)學競賽決賽，在決賽中獲得一等獎5項、二等獎11項、三等獎12項；學生獲得全國大學生數(shù)學建模競賽一等獎6項，二等獎25項；獲得美國大學生數(shù)學建模競賽特等獎1項，特等獎提名4項，一等獎48項，二等獎156項。多名本科生運用大學數(shù)學理論、數(shù)學方法、數(shù)學軟件等數(shù)學工具發(fā)表高水平論文180多篇，特別是“華工-華大基因組科學創(chuàng)新班”同學分別以第一作者、并列第一作者或署名作者身份在Nature、Science、Cell等國際頂尖學術(shù)雜志上發(fā)表SCI論文70多篇、CNS論文46篇，受到校內(nèi)外專家的贊揚。

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[基金項目：2014.1–2016.12：國家級精品資源共享課“偏微分方程”，教高司函【2013】115號；2015.9–2018.12：數(shù)學與應(yīng)用數(shù)學專業(yè)綜合改革試點，廣東省本科高校教學質(zhì)量與教學改革工程立項建設(shè)項目，粵教高函【2015】133號；2014.1–2017.12：依托教學團隊，實施“以生為本，多元融合”的大學數(shù)學教育改革，廣東教育教學成果獎（高等教育）培育項目，粵教高函〔2015〕72號；2015.9–2018.12：大學數(shù)學課程改革與建設(shè)，廣東省教育教學改革項目，粵教高函【2015】173號；2014.1–2018.12：流體力學方程的數(shù)學理論，國家自然科學基金重點項目，批準號：11331005；2014.1–2016.12：非線性偏微分方程及相關(guān)問題的研究，教育部“創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”項目，批準號：IRT13066]

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