新工科背景下高等數(shù)學(xué)課程的創(chuàng)新教學(xué)研究

張 珊,曲 波,劉 薇

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130022)

一、研究背景

隨著新工科建設(shè)理念的提出和不斷發(fā)展,對(duì)高校教育改革和人才培養(yǎng)模式提出了新的要求。如何在“問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容,問學(xué)校主體推改革,問學(xué)生興趣變方法,問內(nèi)外資源創(chuàng)條件,問國(guó)際前沿立標(biāo)準(zhǔn)”[1]等方面通過優(yōu)化高校學(xué)科教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才的高質(zhì)量培養(yǎng),是高校教育工作者在日常教學(xué)實(shí)踐中不斷關(guān)注和思考的問題。新工科建設(shè)目前處于新的發(fā)展時(shí)期,而新工科建設(shè)過程中最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的課程之一就是高等數(shù)學(xué)[2],因此有必要在新行動(dòng)和新理念下對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行變革,與新時(shí)代對(duì)標(biāo)要求更加相符。

高等院校中必修課程都包括高等數(shù)學(xué),其主要學(xué)習(xí)的知識(shí)包括一元和多元函數(shù)微積分、空間解析幾何與向量代數(shù)、無窮級(jí)數(shù)和常微分方程等等。高等數(shù)學(xué)教學(xué)是以學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)和計(jì)算方法的掌握為目的,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步對(duì)學(xué)生的邏輯推理、抽象概括、問題的發(fā)現(xiàn)、研究與解決能力的增強(qiáng),以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力進(jìn)行培養(yǎng)。其授課對(duì)象是理工類及部分文史類相關(guān)各專業(yè)的本、?？埔荒昙?jí)的大學(xué)生。當(dāng)前的高等數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)著眼于促進(jìn)創(chuàng)新,將科研成果、教研成果及數(shù)學(xué)建模[3]思想等植入課程的中心,為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、科學(xué)研究工作的開展,以及現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)的獲取奠定必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀

為適應(yīng)新時(shí)代新工科的新要求及解決如何提高高等數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量這一核心問題,多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)促使我們對(duì)高等數(shù)學(xué)課程做出有針對(duì)性的教學(xué)創(chuàng)新。當(dāng)前高等數(shù)學(xué)課程在教學(xué)過程中有很多不足之處,比如理性改革欠缺,傳統(tǒng)觀念并未摒棄,主要體現(xiàn)在課程體系傳統(tǒng)經(jīng)典、教學(xué)理念保守陳舊、教學(xué)效果評(píng)價(jià)單一等方面。

(一) 高等數(shù)學(xué)與專業(yè)課程交叉融合不夠

高等數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容豐富而教學(xué)時(shí)空有限,學(xué)生思維活躍而教學(xué)模式僵化[4]。教學(xué)主體需圍繞學(xué)生展開,不被固有傳統(tǒng)的教學(xué)理念束縛,因此依據(jù)專業(yè)和新工科技術(shù)人才需求實(shí)行因材施教,正確處理教與學(xué)的關(guān)系,接受學(xué)生之間差異的同時(shí)創(chuàng)造出輕松愉悅的課堂氣氛,充分激發(fā)學(xué)生的興趣,提升學(xué)習(xí)效率,由此可有效解決教學(xué)中如何以學(xué)生為中心、教學(xué)模式同一化的問題。

(二) 教學(xué)供給單一與學(xué)生需求多樣的失衡

課程資源有限無法吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將課程教學(xué)搭載于現(xiàn)代信息技術(shù)[5]平臺(tái),一方面提高了課堂的參與度;另一方面實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的智能化,實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳播的雙向性。以“加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論-強(qiáng)化數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐-提升數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)”為主線優(yōu)化課程內(nèi)容,依據(jù)各專業(yè)的教學(xué)目標(biāo),設(shè)置相對(duì)應(yīng)的課程模塊,可有效解決課程資源不充分、課程建設(shè)力度不夠的問題。

(三) 理論深刻性與教學(xué)生動(dòng)性的矛盾

抽象性、理論性是高等數(shù)學(xué)課程的重要標(biāo)志,偏好生動(dòng)性、趣味性又是當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的顯著特點(diǎn),教師對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的偏愛使得課堂教學(xué)以單向知識(shí)傳遞為主。采用“問題鏈”“專業(yè)引例啟發(fā)式”等教學(xué)方法,解決了教師教學(xué)觀念落后、難以真正教學(xué)相長(zhǎng)的問題?！昂窕A(chǔ)、強(qiáng)創(chuàng)新、重實(shí)踐、融思政”,從學(xué)科邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用邏輯,將工程實(shí)例、數(shù)學(xué)建模等融入教學(xué),通過問題與情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與興趣,使學(xué)生對(duì)于發(fā)現(xiàn)、思考、規(guī)劃、探究和總結(jié)等更傾向于思維鍛煉的任務(wù)更有興趣,進(jìn)而積極主動(dòng)地參與進(jìn)來。另外數(shù)學(xué)課程融進(jìn)思政[6-7]元素是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)和藝術(shù)的“化學(xué)反應(yīng)”,可使能力提升、知識(shí)講解和價(jià)值導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)高度統(tǒng)一。

三、教學(xué)創(chuàng)新實(shí)施方法

教學(xué)創(chuàng)新的實(shí)施途徑按照“教學(xué)模式的改變-組織方式的更新-方法手段的運(yùn)用-評(píng)價(jià)方式的改善”來逐一實(shí)現(xiàn)。以導(dǎo)入、教學(xué)目標(biāo)、預(yù)測(cè)、參與、測(cè)評(píng)和總結(jié)為主要教學(xué)模式,充分突出學(xué)生主體地位。根據(jù)“教學(xué)準(zhǔn)備-課前導(dǎo)學(xué)-課中研學(xué)-課后復(fù)習(xí)”組織教學(xué),使學(xué)生由“被動(dòng)接受知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)答疑解惑”。在線教學(xué)資源豐富化,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化交互平臺(tái)的構(gòu)建,將線上教學(xué)與線下教學(xué)有效結(jié)合,實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與效果的不斷改進(jìn)。另外要對(duì)課程考核方式進(jìn)行重組,不定期增加多形式多過程的考核,比如撰寫讀書報(bào)告、進(jìn)行單元測(cè)驗(yàn)或題庫練習(xí)等,將學(xué)生全過程的學(xué)習(xí)表現(xiàn)綜合納入考評(píng)范圍內(nèi)。

(一) 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,促進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)

新工科背景下高等數(shù)學(xué)的教學(xué)需要不斷適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求,因此持續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容成為目前亟待解決的問題。一是要處理好高等數(shù)學(xué)教學(xué)與專業(yè)課程之間的交叉融合問題。高等數(shù)學(xué)知識(shí)和專業(yè)能力提升并沒有緊密的聯(lián)系,由此教學(xué)效果也就不盡如人意。因此對(duì)于課程之間的聯(lián)系可通過教學(xué)改革來進(jìn)一步推進(jìn),使高等數(shù)學(xué)為其他專業(yè)課程提供更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二是對(duì)標(biāo)專業(yè)要求對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。根據(jù)高等數(shù)學(xué)課程的科學(xué)性和知識(shí)結(jié)構(gòu)的合理性,對(duì)所有專業(yè)提供的基本的、必需的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,同時(shí)有針對(duì)性地為學(xué)生提供數(shù)學(xué)思維和能力的訓(xùn)練,重視學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的提升,積極運(yùn)用新技術(shù)、新方法、新內(nèi)容和新理念,打造優(yōu)質(zhì)課堂。具體落實(shí)如下:

1.打破學(xué)科壁壘,重構(gòu)課程體系

高校各專業(yè)在開設(shè)高等數(shù)學(xué)課程時(shí),應(yīng)根據(jù)專業(yè)目標(biāo)和專業(yè)能力發(fā)展,結(jié)合學(xué)生創(chuàng)新能力[8]培養(yǎng),將不同專業(yè)下課程的教學(xué)內(nèi)容綜合考慮,以實(shí)現(xiàn)課程體系本質(zhì)上的優(yōu)化重組。

2.優(yōu)化知識(shí)模塊、更新教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化建模思想

依托重點(diǎn)教改項(xiàng)目的研究,實(shí)施分層次培養(yǎng),開設(shè)與各專業(yè)相匹配的課程模塊,將數(shù)學(xué)建模思想與方法[9]融入課堂教學(xué),保證更深層次的學(xué)習(xí)有充足的知識(shí)和更好的能力,實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與能力、科研和實(shí)踐能力的不斷提升。

(二) 豐富教學(xué)方法,提升教學(xué)效果

部分學(xué)生的初等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱,因此對(duì)課程內(nèi)容的知識(shí)儲(chǔ)備相對(duì)欠缺,同時(shí)學(xué)生的自覺能力相對(duì)較差,對(duì)學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的必要性和迫切性認(rèn)識(shí)不夠。另外學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)還有相對(duì)消極的一面,即外部原因促使其學(xué)習(xí),比如來自考研數(shù)學(xué)的壓力等等。因此在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí),需著重在知識(shí)目標(biāo)中滲透高等數(shù)學(xué)的思想和方法,增強(qiáng)他們的數(shù)學(xué)意識(shí)和數(shù)學(xué)素養(yǎng);在能力目標(biāo)中注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行定性定量分析的能力,從而激發(fā)他們的創(chuàng)新精神;確定素養(yǎng)目標(biāo)是基于學(xué)生為主體的理念以及德育為先的教學(xué)理念,對(duì)立德樹人和育人的途徑進(jìn)行挖掘。在課堂教學(xué)中教師引入“BOPPPS”模型[10],其核心是學(xué)生全方位參與互動(dòng),從而強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性地位。第一階段可以理解為“熱身暖場(chǎng)”,主要用提出的相關(guān)問題引起學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),吸引他們的注意力,本階段可采用背景式、引導(dǎo)式等教學(xué)方法。第二階段要明確說明本章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo),使學(xué)生掌握在課程中所要學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和應(yīng)用能力。第三階段教師可通過啟發(fā)式、連接對(duì)比式等方法布置提問、考試或作業(yè)來了解學(xué)生的先備知識(shí)和能力,從而適度調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。第四階段教師運(yùn)用教學(xué)策略提出新課問題或模擬情境使學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行參與式學(xué)習(xí),本階段要注重分層次、互動(dòng)式教學(xué)手段的運(yùn)用。第五階段利用課后作業(yè)、報(bào)告心得或問卷等形式來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成效以及是否達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。最后綜合整理課程內(nèi)容,幫助學(xué)生歸納總結(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)。

(三) 充實(shí)網(wǎng)絡(luò)資源,完善學(xué)習(xí)平臺(tái)

線上和線下方式對(duì)課程資源進(jìn)行補(bǔ)充和豐富,為學(xué)生提供更廣闊的思維發(fā)散空間,在課堂上沒有理解消化的知識(shí)可以借助慕課、微課、學(xué)習(xí)通等線上平臺(tái)進(jìn)行內(nèi)化和補(bǔ)充,并且以智慧教學(xué)為基礎(chǔ),鼓勵(lì)學(xué)生積極參與,使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下,搭載于現(xiàn)代信息技術(shù)平臺(tái)的新技術(shù)、新模式、新方法和新思維等不斷涌現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了融教學(xué)內(nèi)容、課程體系和教學(xué)方法為一體的課程教學(xué)模式[11]。目前應(yīng)用信息化手段已建設(shè)了豐富多樣的在線教學(xué)資源,搭建了全方位全時(shí)空的互動(dòng)交流平臺(tái),借助軟件技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的形象材料進(jìn)行深層次的思維探索,使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到穩(wěn)步提升。同時(shí)采取有針對(duì)性的線上線下混合式教學(xué)方法,對(duì)學(xué)習(xí)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析,獲取學(xué)情統(tǒng)計(jì),優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì),激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

(四) 創(chuàng)新評(píng)價(jià)方式,激發(fā)創(chuàng)造活力

基于多維的信息系統(tǒng)構(gòu)造教與學(xué)的數(shù)據(jù)鏈,改善傳統(tǒng)的教學(xué)考核評(píng)價(jià)方式,采取多段多方式的考核方法,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。對(duì)傳統(tǒng)的考核與作業(yè)布置方法進(jìn)行創(chuàng)新,理論和技能同等重要。學(xué)習(xí)和考核可利用課堂探討、競(jìng)賽比賽、上機(jī)實(shí)踐、論文撰寫以及理論考核等方式進(jìn)行。逐步推行過程化考核模式[12],尤其重視視角獨(dú)特、研究深入全面、觀點(diǎn)新穎的論文。教學(xué)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在兩方面:第一,測(cè)評(píng)技術(shù)由單一紙筆測(cè)試轉(zhuǎn)變?yōu)槔闷脚_(tái)和智慧教學(xué)工具進(jìn)行線上+線下、課前+課中+課后全過程的評(píng)價(jià);第二,由原來的注重理論學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)價(jià)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)習(xí)績(jī)效的過程性綜合評(píng)價(jià)方式[13]。

(五) 注重教學(xué)反思,成就卓越課堂

教學(xué)反思是指教師對(duì)教學(xué)過程中教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成、教材創(chuàng)造性應(yīng)用是否實(shí)現(xiàn)、教學(xué)是否以學(xué)生特征的差異性地適應(yīng)展開等進(jìn)行反思,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累,最終可把結(jié)果進(jìn)行分類整理,一方面對(duì)今后的教學(xué)提供必要的參考;另一方面也有利于課堂教學(xué)水平的提高,對(duì)高等數(shù)學(xué)課堂教學(xué)改革[14]理念和思路的創(chuàng)新和發(fā)展都有積極作用。

四、結(jié)束語

高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革工作并不是一蹴而就的。針對(duì)工科院校特點(diǎn)和專業(yè)需求,依托學(xué)科文理優(yōu)勢(shì)、借助學(xué)校各級(jí)平臺(tái)、吸收高等數(shù)學(xué)教學(xué)成果,不斷創(chuàng)新教學(xué)方式,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,豐富教學(xué)資源,提升教學(xué)團(tuán)隊(duì),轉(zhuǎn)變教與學(xué)的理念與范式,吸收多元的教學(xué)方法與策略,運(yùn)用現(xiàn)代化教育技術(shù)理念與前沿思想,關(guān)注教學(xué)效果實(shí)踐反饋,成就卓越教學(xué)。