面向大數(shù)據(jù)專業(yè)的高等數(shù)學(xué)教學(xué)研究與實踐

朱 玉

(馬鞍山學(xué)院，安徽 馬鞍山 243100)

進(jìn)入21世紀(jì)，大數(shù)據(jù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域，如智慧城市、智慧交通、智慧醫(yī)療、輿情分析等。全國很多高校都在積極開設(shè)大數(shù)據(jù)專業(yè)，以培養(yǎng)時代發(fā)展所需要的人才。我院是安徽省首家成立了“騰訊云大數(shù)據(jù)學(xué)院”的一所本科高校，將計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為大數(shù)據(jù)學(xué)院的四大主要專業(yè)。大數(shù)據(jù)專業(yè)的學(xué)生在大一所修的公共基礎(chǔ)課有大學(xué)英語類課程、大學(xué)物理類課程、思想政治類課程以及數(shù)學(xué)類課程。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課以高等數(shù)學(xué)為主，學(xué)分高達(dá)11.5，必須加強高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)，為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展夯實基礎(chǔ)。

一、根據(jù)大數(shù)據(jù)專業(yè)的特點設(shè)置課程內(nèi)容

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)是基于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)理論和方法，運用計算機技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模計算、分析和應(yīng)用的眾多學(xué)科交叉的一門新興學(xué)科，與數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)密切相關(guān)。美國數(shù)據(jù)科學(xué)家Rachel Schutt指出，數(shù)據(jù)科學(xué)的知識結(jié)構(gòu)按重要性依次為：統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化、溝通技巧和領(lǐng)域知識[1]。

我們根據(jù)本專業(yè)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，同時參考國內(nèi)相關(guān)高校大數(shù)據(jù)專業(yè)課程設(shè)置體系，制定了符合我學(xué)院學(xué)情的課程體系。課程體系主要包含公共基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、學(xué)科核心課程以及學(xué)科選修課程。學(xué)生在大一所修的公共基礎(chǔ)課程大部分都是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課，而且大數(shù)據(jù)學(xué)院的數(shù)學(xué)課比其它專業(yè)的要求更加嚴(yán)格，學(xué)生在大一不僅要學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)A1、高等數(shù)學(xué)A2，在大一下學(xué)期就會開設(shè)線性代數(shù)，比其它專業(yè)的學(xué)生早一個學(xué)期，就是由數(shù)學(xué)在其后期課程中的重要性決定的。通過合理安排數(shù)學(xué)課程，并改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，使其適應(yīng)發(fā)展的需要，和大數(shù)據(jù)的其他專業(yè)課相輔相成，以達(dá)到良好的效果。同時，結(jié)合專業(yè)的實際制訂新的教學(xué)計劃、教學(xué)大綱，合理地調(diào)整了課程內(nèi)容。明確在大學(xué)數(shù)學(xué)的教授過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和基本的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。具體到教學(xué)中如極限的定義等一些概念性的內(nèi)容做簡單介紹，主要要求學(xué)生掌握各種求極限的方法。在積分學(xué)這一部分要加強理論教學(xué)，增加課時讓學(xué)生多練多做，使學(xué)生不僅要理解微元法還要掌握好基本的積分方法，為后期學(xué)習(xí)概率論與數(shù)理統(tǒng)計做好鋪墊。

二、優(yōu)化教師隊伍、合理配置教學(xué)資源

教師除應(yīng)轉(zhuǎn)變教育思想、觀念外，還應(yīng)特別關(guān)注課程改革創(chuàng)新和自身素質(zhì)提升[2]。教學(xué)是核心，提升教師素養(yǎng)是關(guān)鍵。所以作為面向大數(shù)據(jù)專業(yè)的數(shù)學(xué)教師應(yīng)增強大數(shù)據(jù)思維，了解大數(shù)據(jù)專業(yè)的基本知識結(jié)構(gòu)，合理安排課程內(nèi)容。我院數(shù)學(xué)教師都積極參與學(xué)校的大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)，將數(shù)學(xué)運用到大數(shù)據(jù)項目的同時，也提高了自身的專業(yè)知識素養(yǎng)。與此同時，我院計劃在暑期選派教師參加企業(yè)產(chǎn)學(xué)研活動，并鼓勵教師組織學(xué)生參加形式多樣的大數(shù)據(jù)創(chuàng)新競賽，以提高教師的理論水平和實踐教學(xué)能力。此外，我院鼓勵并資助教師參加各級各類教學(xué)研究項目，并制定相關(guān)激勵措施引領(lǐng)企業(yè)的大數(shù)據(jù)專業(yè)人才參與教學(xué)，承擔(dān)實踐課程的教學(xué)改革，共同優(yōu)化教師隊伍，提高教學(xué)質(zhì)量。

引導(dǎo)學(xué)生充分利用學(xué)校的實驗室等公共資源。我院建有數(shù)學(xué)實驗室和大數(shù)據(jù)實驗室，滿足學(xué)生的各種實踐操作，讓學(xué)生更為直觀地體會到數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值，感受到數(shù)學(xué)對推動社會發(fā)展的作用。在實際的教學(xué)中，教師引入Matlab、Mathematica等軟件輔助學(xué)生計算極限、導(dǎo)數(shù)、積分以及微分方程，讓學(xué)生感受不同的教學(xué)資源帶來的便利。

三、根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點選擇教學(xué)手段

在高等數(shù)學(xué)的教學(xué)中，黑板和多媒體課件仍然是兩個主要的教學(xué)手段。在實際的教學(xué)中選擇哪一個手段，或者怎樣分配好它們的角色，都應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合實際教學(xué)內(nèi)容特點，只有選擇了正確的教學(xué)形式，才能夠產(chǎn)生好的教學(xué)效果。平時教學(xué)中我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容傳遞的信息特點，把教學(xué)內(nèi)容主要分為陳述性內(nèi)容、程序性內(nèi)容和方法性內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，選擇適合的教學(xué)手段。

所謂陳述性內(nèi)容，即回答是什么的內(nèi)容，主要指的是概念性的定義和部分定理。例如，導(dǎo)數(shù)的定義、定積分概念等。方法性內(nèi)容，主要是指怎樣去利用所學(xué)的知識來解決問題。這兩種形式的內(nèi)容，我們以多媒體課件為主，黑板板書為輔。程序性內(nèi)容主要是指怎么解決問題的。比如純技巧性的不定積分的計算，我們以黑板板書為主，詳細(xì)給學(xué)生講解。

課堂教學(xué)也是一個動態(tài)的過程，教師對教學(xué)媒介的使用也是影響課堂教學(xué)效果的一個因素。在使用多媒體時，應(yīng)注意播放課件控制好播放節(jié)奏，根據(jù)教學(xué)需要有條理地逐條播放。例如在講解例題時，教師可以先播放出題目，給出適當(dāng)?shù)臅r間讓學(xué)生思考。同時也要結(jié)合內(nèi)容把握翻頁速度，重要定義定理的播放時間可以稍長，簡單易懂的內(nèi)容可適當(dāng)加快翻頁速度。同時還要注意課堂上與學(xué)生的互動，通過多媒體播放、教師講解以及板書對學(xué)生進(jìn)行生動的傳授知識。一個好的教學(xué)手段能為優(yōu)質(zhì)的課堂教學(xué)提供強有力的保障。

四、采取多樣化的教學(xué)方法和考核方式提高教學(xué)效果

我們還采取多種方法來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生把主要精力放在學(xué)習(xí)上。例如，在課堂教學(xué)過程中采用分組學(xué)習(xí)，將學(xué)生按成績分成若干個興趣小組，每個小組內(nèi)成績梯形搭配，形成小組內(nèi)互相幫助、小組之間互相競爭的學(xué)習(xí)氛圍。 同時，我們還采取分層次教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)不同，要求不同，專業(yè)所需不同，因材施教，應(yīng)需施教。此外在習(xí)題課的過程中，多讓學(xué)生上黑板做題，把問題顯露出來，然后教師和學(xué)生一起討論并糾正錯誤。充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)交流的作用，建立課程QQ群、微信群，學(xué)生課后有問題可以發(fā)到群里，教師及時給予解決，教師可以在學(xué)習(xí)群里布置作業(yè)，上傳課件和學(xué)習(xí)資料幫助學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)[3]。

細(xì)化教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)生的總體課程成績設(shè)計成“態(tài)度考勤”“參與答題”“平時作業(yè)”“考試成績”等多部分的綜合評分，從而全面準(zhǔn)確考察學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的實際狀況。

依托我校騰訊云大數(shù)據(jù)學(xué)院建設(shè)的大數(shù)據(jù)實驗室，在實踐教學(xué)改革后，為了檢驗改革的成果，我們利用實驗室的大數(shù)據(jù)分析平臺去收集、處理、分析學(xué)生的考試成績等數(shù)據(jù)，從而得到學(xué)生成績的分布情況，比較改革前后成績的差異，分析成績和專業(yè)、教師、學(xué)風(fēng)之間的關(guān)系，從而讓教師根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整自己的教學(xué)方法，優(yōu)化資源配置。在“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)背景下，教師不僅要利用前沿技術(shù)來改進(jìn)教學(xué)，還要引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中查找與數(shù)學(xué)相關(guān)的前沿信息，引導(dǎo)學(xué)生以發(fā)展的視角來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，找到基礎(chǔ)學(xué)科和專業(yè)課程之間的聯(lián)系，從而提升對數(shù)學(xué)的認(rèn)知度[4]。高等數(shù)學(xué)作為大學(xué)理工學(xué)科的一門重要的必修課，它不僅是初等數(shù)學(xué)的一個延續(xù)，也是后續(xù)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，教師一定要盡心盡責(zé)，選擇多樣化的教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用大數(shù)據(jù)分析平臺，增強教學(xué)效果。

五、結(jié)語

高等數(shù)學(xué)的課程改革是一個長期持續(xù)的過程，要實現(xiàn)以社會和市場需要的素質(zhì)和能力為導(dǎo)向，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、適應(yīng)社會發(fā)展的人才。要面對環(huán)境的變化，跟上計算機科學(xué)發(fā)展的步伐，堅持“知識、能力、素質(zhì)一體化”的指導(dǎo)思想，將多種教學(xué)手段方法結(jié)合，針對數(shù)學(xué)教學(xué)中隨時可能出現(xiàn)的、影響學(xué)生學(xué)習(xí)有效性問題不斷探索可行性方法和對策。