面向新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的大學數(shù)學課程教學改革探究

摘 要：大學數(shù)學課程是新工科建設中各專業(yè)的核心基礎課程。新工科建設的新理念和創(chuàng)新型卓越工科人才培養(yǎng)的新需求，對大學數(shù)學課程教學提出了更高要求?；谛鹿た频睦砟詈驼n程定位，深入分析大學數(shù)學課程教學存在的問題，并據(jù)此探索重構教學內容、革新教學模式等有效路徑，旨在提升大學數(shù)學課程對專業(yè)課程學習和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的重要支撐作用，以期為大學數(shù)學課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：新工科；大學數(shù)學課程；創(chuàng)新型；人才培養(yǎng)

為主動應對新一輪科技革命和產業(yè)變革，服務創(chuàng)新驅動發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略，教育部于2017年2月發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，開始全面推進新工科建設，并逐步形成了“問產業(yè)需求建專業(yè)，問技術發(fā)展改內容，問學校主體推改革，問學生志趣變方法，問內外資源創(chuàng)條件，問國際前沿立標準”的新工科建設理念。為有效落實“新的工科專業(yè)、工科專業(yè)的新要求、交叉融合再出新”的建設要求，2023年6月，河南省教育廳印發(fā)了《河南省本科高?！靶鹿た啤睂I(yè)重塑升級專項行動實施方案》，聚焦教師、課程、教材、實踐基地等關鍵要素，提出通過3—5年的努力，力爭實現(xiàn)全省工科傳統(tǒng)專業(yè)的重塑與升級。

相較于傳統(tǒng)工科，新工科的培養(yǎng)目標在于培育創(chuàng)新能力和實踐能力更為突出且具有國際競爭力的融合創(chuàng)新型人才。數(shù)學是自然科學與工程技術的必備基礎，新工科建設對學生的數(shù)學知識、學習方法、思維和能力提出了新的要求。大學數(shù)學作為工科專業(yè)的核心基礎課程，應依據(jù)新理念與新需求，開展更加理性且自覺的教學改革，以適應新時代的新特征與新要求。因此，為適應新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，系統(tǒng)分析當前大學數(shù)學課程教學中存在的制約因素，并有針對性地開展教育教學改革，具有重要理論意義與實踐價值。

一、大學數(shù)學課程教學現(xiàn)狀

大學數(shù)學作為各工科專業(yè)的核心基礎課程，通常包括高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)等。對標“問技術發(fā)展改內容”“問學生志趣變方法”的新理念，當前大學數(shù)學課程教學主要存在以下兩方面問題。

（一）教學內容對新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的支撐不足

目前，大學數(shù)學課程的教學內容和新工科的專業(yè)需求脫節(jié)，數(shù)學學習與專業(yè)學習之間的關聯(lián)性較弱，難以有效支撐專業(yè)人才培養(yǎng)目標。這主要源于新工科對數(shù)學課程的三個新需求：首先，在傳統(tǒng)工程技術領域之外，大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新工科專業(yè)領域，以及新技術驅動下的傳統(tǒng)工科專業(yè)升級，使得傳統(tǒng)經典的大學數(shù)學知識已難以滿足專業(yè)需求；其次，新工科對數(shù)學知識的交叉運用提出了更高要求，多學科交叉發(fā)展的理論基礎，本質上是數(shù)學模型和方法的交叉應用，多學科交叉對數(shù)學知識與專業(yè)知識的交叉提出了新的需求；最后，數(shù)學知識對解決復雜工程問題的支撐作用急需提高。

（二）教學模式對創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)不足

當前，教師的教學方法和學生的學習方法均顯得傳統(tǒng)且單一，側重于對數(shù)學知識的灌輸學習，忽略了對創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)。新工科建設是高等教育響應國家創(chuàng)新驅動發(fā)展的改革行動計劃，所培養(yǎng)的人才應具有較強的創(chuàng)新思維和實踐能力，能夠推動我國新經濟、新產業(yè)的發(fā)展。而創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的關鍵在于創(chuàng)新教育，但要實現(xiàn)創(chuàng)新教育，革新現(xiàn)有教學模式、加強對學生數(shù)學創(chuàng)新思維和數(shù)學應用能力的培養(yǎng)則是關鍵環(huán)節(jié)。

二、大學數(shù)學課程教學改革的實施路徑

（一）重構課程體系和知識體系

依據(jù)新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的理念與要求，以支撐專業(yè)人才培養(yǎng)為目標，系統(tǒng)梳理新工科專業(yè)知識邏輯體系，從新工科專業(yè)課程體系和數(shù)學課程知識體系兩方面同時發(fā)力。對新工科專業(yè)而言，按照專業(yè)需求對大學數(shù)學課程內容進行優(yōu)化和選擇，構建以項目為鏈條的模塊化課程體系，更加突出應用屬性，為進一步學習專業(yè)課程提供必要的知識和應用能力儲備。對數(shù)學課程而言，從學生主體認知特點出發(fā)，不再固守知識結構的連續(xù)性和完備性，而是以新工科專業(yè)需求為導向，優(yōu)化知識結構、增刪教學內容，構建節(jié)點化、關聯(lián)化的課程體系，增強大學數(shù)學課程知識之間的融會貫通。如在概率論與數(shù)理統(tǒng)計中，應認真梳理數(shù)理統(tǒng)計部分與專業(yè)課統(tǒng)計學的教學內容和知識結構，做到既不重復又不遺漏，真正實現(xiàn)融合與互補。

（二）編寫應用教學案例庫

教學案例作為人才培養(yǎng)的重要教學資源，是連接數(shù)學基礎學習和專業(yè)學習的橋梁。在面向新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的背景下，數(shù)學課程學習應更加突出實務性與應用性，而案例教學無疑是最有效的教學手段之一。教師通過教學案例的分析、討論和實踐，引導學生在掌握數(shù)學知識的同時，運用獨立思考、集體討論的方式，借助數(shù)學知識尋求解決問題的方法，從而實現(xiàn)理論知識向實踐能力的轉化。為此，可以選擇大學數(shù)學課程中的某個知識點（群）或者某個數(shù)學方法等內容，研究設計該內容在航空航天、信息技術、醫(yī)學圖像、特征識別、人工智能等新工科領域中的應用案例，并逐步積累優(yōu)化，構建起應用教學案例庫。例如，在高等數(shù)學課程中，以中國天眼反射面面積的計算為例，教師組織學生分小組開展討論，使學生在學會曲面面積計算這一重要知識的同時，掌握解決實際問題的思路和方法。

（三）強化課程思政教學

為進一步加強對工科專業(yè)人才的價值塑造，在數(shù)學專業(yè)知識講授之外，將蘊含人文精神的思政元素融入數(shù)學課程中，潛移默化地對學生的思想意識、行為產生積極影響，實現(xiàn)育人與育才的統(tǒng)一，促進學生的全面發(fā)展。在課程思政的融入方式上，應避免為了思政而思政，注重吸納和積累工科專業(yè)領域最新研究成果和實踐成果，凸顯前沿性、交叉性與綜合性的教學內容，同時注重提煉本土案例，弘揚大國工匠精神，以鹽溶于水的形式融入數(shù)學課程教學之中，實現(xiàn)科學精神與人文素養(yǎng)的融會貫通。自2019年以來，筆者所在的高等數(shù)學課題組，針對重要知識點，通過分工合作逐個挖掘思政案例，并在課堂教學中不斷豐富、打磨、優(yōu)化，最終建立了思政案例庫。該課程也入選了河南省首批課程思政樣板課程。

（四）加強實踐應用教學

當前大學數(shù)學課程的教學普遍重理論而輕實踐，大多僅注重數(shù)學概念、定理、公式和模型的介紹，以及簡單數(shù)學知識的運用，而新工科更需要創(chuàng)新型、應用型人才。因此，加強實踐教學和推動學生參與學科競賽，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力具有極大的促進作用。一方面，在課堂教學中加強數(shù)學實驗和數(shù)學建模的教學。比如，在大學數(shù)學教學中增設數(shù)學實驗模塊，結合MATLAB、Python等專業(yè)數(shù)學統(tǒng)計軟件，開展課內實踐教學。同時，結合應用案例，重點開展數(shù)學建模教學，以培養(yǎng)學生解決問題的創(chuàng)新思維和應用能力。另一方面，鼓勵學生積極參與大學生數(shù)學建模競賽等活動，實現(xiàn)以賽促學、以賽促創(chuàng)，培養(yǎng)學生運用數(shù)學知識和思維去發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題的能力，切實做到學以致用。

（五）推進研究性教學

研究性教學作為一種教學理念和教學模式，著重培養(yǎng)學生獨立思考、自主學習和研究創(chuàng)新的能力。在教學過程中，教師通過設計精巧的研究性教學環(huán)節(jié)，使學生在知識、能力、素質等方面得到全面提升，從而培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新潛能的創(chuàng)造性人才。在大學數(shù)學課程教學中，應革新傳統(tǒng)的教學模式，全面推進研究性教學，結合學生的認知水平及新工科專業(yè)的特點，引導學生主動參與并真正融入教學過程，提升學生創(chuàng)造性地分析和解決問題的能力。自2022年起，筆者所在學校全面啟動了研究性教學改革，依托專題教改項目，營造濃厚的研究性教學氛圍，引領研究性、創(chuàng)新性教風學風持續(xù)優(yōu)化，逐步構建起有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的文化生態(tài)，研究性教學改革取得了顯著成效。

三、結語

在新工科建設背景下，創(chuàng)新卓越工科人才的培養(yǎng)需求對大學數(shù)學課程教學提出了新的要求，而當前大學數(shù)學課程教學中存在教學內容與專業(yè)需求脫節(jié)、教學模式忽視創(chuàng)新能力培養(yǎng)的制約因素。本研究結合新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求和大學數(shù)學課程特點，提出了重構教學內容和革新教學模式的具體實施路徑，全面提升數(shù)學課程對專業(yè)學習的支撐作用，并加強對學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，使學生體驗到“數(shù)學+專業(yè)+創(chuàng)新”的獨特魅力。

參考文獻：

[1]張大良.新工科建設的六個問題導向[N].光明日報，2017-04-18.

[2]黃云清.基于新工科理念推進大學數(shù)學教學改革[J].中國大學教學，2020（Z1）.

[3]魏淑清.新工科背景下大學數(shù)學課程教學改革的若干思考[J].牡丹江教育學院學報，2023（2）.

[4]柯麗珊.新工科背景下我國高等學校學科基礎課程跨學科教學改革探索[J].高教探索，2024（3）.

責編：應 圖