“新基建”背景下中職學校工科專業(yè)數(shù)學教學改革探究

武志鵬

(武漢技師學院機電工程系 湖北武漢 430051)

2020年3月，中共中央政治局常務委員會召開會議提出，要加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進度。新基建不同于舊基建，主要包括以人工智能、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)等高科技產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)而開展的一系列促進國民經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略舉措，將極大地提升人民的生活水平，提升消費質(zhì)量。新型基礎(chǔ)設(shè)施不只是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，更包含數(shù)字基礎(chǔ)、運算基礎(chǔ)，加快計算力支撐非常重要[1]。

一、中職學校對數(shù)學教學的要求

對于中職學校，傳統(tǒng)的工科包括機械制造類、電子電氣類和計算機類。然而，在“新基建”背景下，上述三類被整合成為交叉學科的“智能制造”領(lǐng)域和“人工智能”領(lǐng)域。在這兩個領(lǐng)域中，三個重要的技術(shù)支撐是數(shù)控加工技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算編程技術(shù)。

數(shù)控加工技術(shù)除了包括傳統(tǒng)的數(shù)控車、銑技術(shù)和數(shù)控沖壓等技術(shù)，還包括工業(yè)機器人技術(shù)。雖然“三角函數(shù)”即可滿足多數(shù)計算要求，然而，由于多軸加工技術(shù)的引入，固然可以借助CAD/CAM軟件實現(xiàn)軌跡控制，但是在后處理環(huán)節(jié)卻需要坐標系的空間變換知識。

計算機編程技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的基石[2]，而算法是現(xiàn)代計算機編程技術(shù)的核心?！靶禄ā北尘跋碌母呒寄苋瞬艖邆鋵⑽锢憩F(xiàn)象抽象為數(shù)學模型的能力。在校生應能根據(jù)需要找到和專業(yè)相關(guān)的初等函數(shù)和超越函數(shù)公式，并改寫成高級計算機語言程序。

二、當前數(shù)學教學的痛點

（一）學生學習動力不足

大多數(shù)學生在入學之前，學習數(shù)學的唯一目的就是參加中考或高考。學生極易對數(shù)學的學習產(chǎn)生誤解與偏見，以致學習動力普遍不足[3]，更有甚者抵觸反感，進而提出“數(shù)學無用論”，這對后續(xù)的教學活動產(chǎn)生了較大的負面影響。

（二）教師教學因循守舊

入學后的常規(guī)課堂教學方式難以打破學生早期產(chǎn)生的數(shù)學學習思維定勢。以幻燈片和視頻為主的多媒體教學也難以令人產(chǎn)生新的感官刺激。加之無法突破教材的限制，教學效果不理想。

（三）課程課時安排不足

教學活動不是短期行為，數(shù)學學習不可能一蹴而就，應與專業(yè)課程相生相伴。然而，數(shù)學作為基礎(chǔ)課程，在課時的安排上無法與專業(yè)課比擬。片面的數(shù)學知識點又難以系統(tǒng)地應用，這就更加強化了前述的“數(shù)學無用論”。

（四）學生學習效率低下

對于學習能力強、學習興趣高的學生而言，現(xiàn)有的教學大綱遠遠無法滿足“新基建”背景下對工科專業(yè)的數(shù)學能力要求[4]。除了超綱的知識點，另一個困擾學習效率的問題是，數(shù)值計算與分析需要耗費大量的時間與精力。

三、應對策略

（一）改善教學方法

數(shù)學課是職業(yè)技能教育中的基礎(chǔ)課，其教學活動應該服務于專業(yè)課程的學習。同時，其教學方法也可以參考專業(yè)課，簡要開展理論教學后隨即進入實踐課程，待學生初步掌握該項技能后，再轉(zhuǎn)入更深層次的理論學習，然后進一步地實踐應用。雖然數(shù)學的精髓之一在于推理與證明，但在職業(yè)技能教育中，不妨將數(shù)學這類基礎(chǔ)課程的學習更加“功利化”，對于已經(jīng)證明過的公式和定理，把重點放在公式和定理的物理學意義上，即數(shù)學的學習應服務于專業(yè)課程的學習。對于需要參加技能高考或者“3+2”類的學生，則需要將數(shù)學分化為教育數(shù)學和專業(yè)應用數(shù)學等[3]。

（二）提升教師專業(yè)能力

一方面是數(shù)學專業(yè)能力，教師要積極擴建數(shù)學知識體系，構(gòu)建符合“新基建”要求的數(shù)學知識架構(gòu)。同時，應注重數(shù)學素養(yǎng)的提升，包括知識點的背景知識、人物介紹和歷史典故，把公式化的數(shù)學學習轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥宋臍庀⒌臄?shù)學文化學習。另一方面是數(shù)學應用能力的提升，專職數(shù)學老師也應參與專業(yè)實習課教學，依照專業(yè)特點安排教學內(nèi)容，設(shè)計教學案例，采用案例式教學，項目式教學，與專業(yè)教師合作，編纂案例集，針對具體的工程案例，開發(fā)成項目式教學課例。

（三）深化課程改革

1.明確工科應用數(shù)學知識體系

針對不同專業(yè)，擬定知識體系框架。例如，對于工業(yè)控制類專業(yè)，勢必要開展微積分教學，除了上文所述的PID是以微積分為基礎(chǔ)外，更進一步地，還應對積分變換具有一定認識，雖然可以不要求學生會進行拉普拉斯變換，但是應能明白拉氏變換的意義與功能，并且能認出拉氏變換。對于數(shù)控加工專業(yè)，固然CAD/CAM軟件提供了較為成熟的刀具路徑解決方案，但是隨著多軸加工技術(shù)的逐步普及，程序后處理將是數(shù)控技術(shù)高端人才無法回避的問題，這將需要線性代數(shù)、矩陣變換和解析幾何方面的知識，同樣地，對中職學生而言，掌握這些知識是有難度的，但了解這些知識卻是意義重大的。

2.數(shù)學與計算機基礎(chǔ)課程融合

職業(yè)技能教育中的計算機課程不應僅限于辦公軟件的教學?！靶禄ā北尘跋碌墓こ虒I(yè)必然要借助計算機實現(xiàn)工程應用。對于數(shù)值的計算和分析，可以嘗試交由計算機完成，借助具有圖形化功能的計算機軟件從幾何意義的角度去分析數(shù)值。從軟件資源的角度來看，當前有大量的免費開源軟件可以利用，通用的如python和C語言編譯器，專業(yè)的如MATLAB。從硬件資源來看，不必建立專用的計算機房，因為幾乎每個學生都有一部智能手機，python和C語言編譯以及MATLAB均能在智能手機上運行。這種利用智能手機開展數(shù)學教學的方式不僅能解決學習軟硬件柔性化的問題，還能為解決學生沉迷手機游戲提供一種解決方案。

四、結(jié)束語

從職業(yè)技能教學法的存在性和可行性來看，并不是工程實踐都需要先具備深厚的理論知識，以具體的應用作為切入點，先學怎么用，再學為什么。同理，并非所有的工程實踐都是先做嚴謹?shù)臄?shù)學推理與證明，沒有系統(tǒng)的數(shù)學理論知識也能掌握具體的數(shù)學算法，而這些算法對于提升底層的技術(shù)工作能效非常有用。比如，三角函數(shù)在工業(yè)機器人料庫系統(tǒng)中的應用、參數(shù)方程在宏程序中的應用。在傳統(tǒng)的職業(yè)技能教育中，數(shù)學教學從集合的概念開始，到向量的點積叉積計算等，教學活動中與專業(yè)知識交集少甚至無交集，導致后期再開設(shè)專業(yè)數(shù)學，如數(shù)控數(shù)學，這無形中又增加了課程冗余度，因此，中職數(shù)學教學改革勢在必行。