新工科建設(shè)背景下工程數(shù)學(xué)教學(xué)改革與探索

吳旭

摘要：新工科建設(shè)的目標(biāo)之一是培養(yǎng)符合新時(shí)代要求的新工科人才，而培養(yǎng)新工科人才需要工科學(xué)生具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。文章在新工科建設(shè)背景下，探討了提高工程數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量的六種教學(xué)手段，總結(jié)了新工科人才培養(yǎng)的教學(xué)改革手段和形式，為新工科人才培養(yǎng)提供可能的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：新工科；工程數(shù)學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）30-0088-02

一、引言

為推動(dòng)工程教育改革創(chuàng)新，2017年2月教育部在復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，探討了“新工科”的內(nèi)涵特征、建設(shè)與發(fā)展的路徑，達(dá)成了“新工科建設(shè)復(fù)旦共識(shí)”。“新工科”是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的我國(guó)工程教育改革方向，其內(nèi)涵是以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，以新理念新模式培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的卓越工程人才。相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。2017年4月教育部在天津大學(xué)召開(kāi)工科優(yōu)勢(shì)高校新工科建設(shè)研討會(huì)，發(fā)布《新工科建設(shè)行動(dòng)路線“天大行動(dòng)”》，提出探索建立工科發(fā)展新范式，并提出六問(wèn)，即“問(wèn)產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)，構(gòu)建工科專業(yè)新結(jié)構(gòu)；問(wèn)技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，更新工程人才知識(shí)體系；問(wèn)學(xué)生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式和手段；問(wèn)學(xué)校主體推改革，探索新工科自主發(fā)展、自我激勵(lì)新機(jī)制；問(wèn)內(nèi)外資源創(chuàng)條件，打造工程教育開(kāi)放融合新生態(tài)；問(wèn)國(guó)際前沿立標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)工程教育國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力”。

自“新工科”概念提出以后，國(guó)內(nèi)有關(guān)新工科建設(shè)的理論研究如火如荼，現(xiàn)有研究主要從宏觀層面出發(fā)，探討新工科建設(shè)模式、路徑、方法，力求建立我國(guó)工科發(fā)展新范式。本文擬從微觀角度出發(fā)，討論新工科背景下工程數(shù)學(xué)的教學(xué)改革如何更好地服務(wù)于新工科建設(shè)。

工程數(shù)學(xué)系列課程（主要包含高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、數(shù)值分析）是工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其課程學(xué)習(xí)的好壞直接影響著工科學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，對(duì)工科人才的培養(yǎng)起著基礎(chǔ)性的作用。

二、提高工程數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量手段及探索

在新工科建設(shè)進(jìn)程中，提高工程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量非常重要。傳統(tǒng)方法是讓學(xué)生進(jìn)行純粹數(shù)學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，這種方法相對(duì)比較枯燥乏味；而將專業(yè)知識(shí)背景融入工程數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中，一方面有助于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，另一方面，也有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了將專業(yè)知識(shí)背景融入數(shù)學(xué)課程的教學(xué)，需要教師在講授工程數(shù)學(xué)課程之前，對(duì)學(xué)生的專業(yè)課程框架體系有大致了解，從而在制訂教學(xué)計(jì)劃和撰寫(xiě)課程教案時(shí)，能充分地將專業(yè)背景知識(shí)融入數(shù)學(xué)課程的教學(xué)中來(lái)。

另一方面，數(shù)學(xué)教師可以通過(guò)查看學(xué)生的專業(yè)課程設(shè)置，瀏覽所講課程教材的重點(diǎn)章節(jié)，從而了解這些工程學(xué)科所需要用到的數(shù)學(xué)知識(shí)，對(duì)工科學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)授課時(shí)就更有針對(duì)性。教師在查閱工科專業(yè)課程相關(guān)教材時(shí)，可以有意識(shí)地收集一些與工程數(shù)學(xué)知識(shí)緊密聯(lián)系的部分，以便在課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，將其融入教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。工程數(shù)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)是要讓工科學(xué)生能用自己所學(xué)到的工程數(shù)學(xué)知識(shí)和方法理念，去解決自己專業(yè)方面的某些具體問(wèn)題。因此，必須讓學(xué)生提高自己動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力，做到學(xué)以致用。然而，教師只能在有限的課堂時(shí)間內(nèi)給學(xué)生講授和指導(dǎo)，大量的知識(shí)及各種能力都需要依靠學(xué)生自己去學(xué)習(xí)和掌握。任課教師在課堂教學(xué)過(guò)程中需要預(yù)留一些繼續(xù)探討的實(shí)際問(wèn)題，并留給工科學(xué)生思考和實(shí)踐創(chuàng)新的發(fā)揮空間，以鍛煉和提高工科學(xué)生自學(xué)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

為了進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效率，提升課堂教學(xué)效果，為工科學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，可以從如下教學(xué)手段和教學(xué)方法方面進(jìn)行探索：

1.轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念。教師作為課堂教學(xué)的主導(dǎo)者，積極學(xué)習(xí)最新的教學(xué)理念并付諸實(shí)踐，將課堂教學(xué)從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，將教學(xué)視點(diǎn)從教師轉(zhuǎn)移到學(xué)生，關(guān)注學(xué)生的需要和興趣，不再把學(xué)生看作是被動(dòng)接受知識(shí)的對(duì)象，而是具有創(chuàng)造性潛能和豐富個(gè)性的主體。教師可以在教學(xué)過(guò)程中采用“討論式教學(xué)”、“探究式教學(xué)”等各種教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和主動(dòng)思考的能力。

2.改革教學(xué)內(nèi)容，注重素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。結(jié)合學(xué)生具體專業(yè)，將數(shù)學(xué)知識(shí)和學(xué)生將要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程聯(lián)系起來(lái)，提高數(shù)學(xué)教學(xué)的針對(duì)性，當(dāng)然這也需要教師對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的內(nèi)容有所了解。另外適當(dāng)增加一些具有實(shí)際背景的應(yīng)用問(wèn)題，以增強(qiáng)數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用性和趣味性，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望。

3.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。盡可能地為學(xué)生提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)，訓(xùn)練他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)、搜集處理信息的能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)新工科人才的目標(biāo)。

4.挖掘工程案例，開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)?，F(xiàn)場(chǎng)工程案例是培養(yǎng)工科學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)資源，尤其是工程一線的經(jīng)典案例更是培養(yǎng)工程師的最好素材。教師應(yīng)將最新的工程案例引入課堂，結(jié)合經(jīng)典案例進(jìn)行有針對(duì)性的分析教學(xué)，著重開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，從而激發(fā)未來(lái)工程師學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，提高其工程創(chuàng)新實(shí)踐能力。

5.開(kāi)展數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。華東交通大學(xué)理學(xué)院每年利用寒暑假針對(duì)學(xué)校本科生和研究生免費(fèi)開(kāi)辦數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)班，學(xué)生自愿報(bào)名參加，通過(guò)一段時(shí)間的培訓(xùn)后，組織學(xué)生參加校內(nèi)的數(shù)學(xué)建模選拔賽，經(jīng)過(guò)選拔的同學(xué)參加江西省大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽以及美國(guó)（國(guó)際）大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，每年都取得了很好的成績(jī)。通過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科研寫(xiě)作能力和創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

6.教學(xué)方法創(chuàng)新方面，任課教師可以采用多種教學(xué)方法如類比式教學(xué)法、案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、設(shè)問(wèn)式教學(xué)法等等。嘗試探索師生互動(dòng)式教學(xué)，利用現(xiàn)代化先進(jìn)的教學(xué)手段（如電子課件、計(jì)算機(jī)軟件、多媒體網(wǎng)絡(luò)等）與傳統(tǒng)教學(xué)（黑板、粉筆）進(jìn)行優(yōu)化組合，提升課堂教學(xué)效果。在具體實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)手段。在傳授與課堂反饋效果等方面，傳統(tǒng)的黑板教學(xué)要比多媒體教學(xué)占有優(yōu)勢(shì)，能通過(guò)教師與學(xué)生的直接面對(duì)面交流，把數(shù)學(xué)思維的原態(tài)、建構(gòu)、演化過(guò)程等“原味原汁”地傳授給學(xué)生，更有利于培養(yǎng)工科學(xué)生的抽象思維能力。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)法相比有自己的優(yōu)點(diǎn)，形式生動(dòng)形象，動(dòng)畫(huà)展示可以將一些抽象、立體的內(nèi)容直觀地演示出來(lái)，使學(xué)生易于吸收和理解。

以上這些教學(xué)手段和方法方面的嘗試和探索，需要結(jié)合學(xué)校的具體情況來(lái)開(kāi)展，盡量爭(zhēng)取到學(xué)校各級(jí)部門(mén)特別是教務(wù)部門(mén)的支持，以便能夠?yàn)檫@些教學(xué)嘗試和探索提供更好的服務(wù)和保障工作，保障任課教師的教學(xué)改革與嘗試能夠順利開(kāi)展。

三、結(jié)語(yǔ)

新工科背景下的工程數(shù)學(xué)教學(xué)改革是一個(gè)需要長(zhǎng)期探索和實(shí)踐的過(guò)程，為新工科建設(shè)培養(yǎng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)、數(shù)學(xué)能力突出的優(yōu)秀工科學(xué)生是工程數(shù)學(xué)教學(xué)改革的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，亦是工程數(shù)學(xué)教學(xué)改革成功與否的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。工程數(shù)學(xué)的教學(xué)改革探索還可以從案例式教學(xué)、教師教材、班級(jí)分級(jí)教學(xué)設(shè)計(jì)等各個(gè)角度進(jìn)行探討，只要工程數(shù)學(xué)教師解放思想，大膽探索，勇于實(shí)踐和創(chuàng)新，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，就能尋找到行之有效的方法，為新工科建設(shè)的順利進(jìn)行奠定一定的教學(xué)基礎(chǔ)。

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