面向理工科创新型人才培养的“四步进阶”大学数学教学改革

朱长江 郭艾

摘 要：大学数学教学对理工科创新型人才培养具有先导性、全局性、基础性地位。华南理工大学组建大学数学教学团队，以培养理工科创新型人才为目标，构建“传授数学理论—开展数学实验—强化数学应用—引导数学创新”“四步进阶”的创新人才培养新路径，在师资建设、资源建设、考核评价、理工融合、创新驱动等五个方面采取一系列具体改革举措，实现了“五个转变”。

关键词：大学数学；教学团队；教学改革；创新能力；人才培养

创新型人才素质特征表现在创新思维、创新精神和创新能力三个方面，而数学是理工科创新型人才具备创新思维、创新精神和创新能力的前提和基础，是创新型人才培养的关键。大学数学教学改革在理工类高校教育教学改革中往往具有先导性、全局性、基础性

地位。

华南理工大学针对学生学习观念问题、大学数学课程与专业（学科）融合问题、学生知识（积累）与能力（发展）脱节问题，提出了“启迪思维、夯实基础、提升素养、培养能力”的教学理念，构建了“传授数学理论—开展数学实验—强化数学应用—引导数学创新”“四步进阶”颇具特色的创新人才培养新路径，着力推进教师教学观念、教学方法、教学组织、学生学习观念、课程考核评价方式等方面的大学数学教学改革，为一流理工科专业人才培养提供强有力的数学支撑，全面提升理工科专业人才培养质量。

一、加强制度建设，改革教学观念，推动教师从重科研、轻教学向教学科研相长的双优型教师转变

重科研、轻教学的教师评价体系和职称晋升条件，使很多教师疏于教学。为了让长于教学的教师专心教学，也让科研能力强的青年教师在做科研的同时愿意投入时间精力于本科教学中，华南理工大学自2000年起通过实施“兴华人才工程”，分类开展以教学为主的“教学团队”和以科研为主的“学科团队”的教师队伍建设，学校制定了《“兴华人才工程”学术团队及公共教学团队建设实施方案》《华南理工大学专业技术职务申报条件》和《华南理工大学本科教学优秀奖评选办法》等相关配套制度[1]。“兴华人才工程”实施方案为教学团队教师制定了优于学科团队10%～40%的岗位津贴分配办法及绩效奖励制度，专业技术职务申报设立了以考核教学水平为主的专职教学型教授和副教授岗位。结合华南理工大学深入开展以教学为主的“教学团队”建设的各项制度，数学学院组建了微积分和工程数学两支以教学为主的大学数学教学团队，制定团队考核标准，细化科研和教学任务，对青年教师提出了教学科研双优的高标准，重奖教学竞赛获奖教师和学生评教优秀教师[2-3]。

通过实施多项激励教学的新制度，提升了一批高水平中青年教师的教学热情，他们投身于教学一线讲授大学数学基础课程。目前，大学数学教学团队是一支成員构成多元化（年龄多元化，学缘多元化，研究方向多元化）、教育理念先进、教师潜心教学、教学科研双优的高素质教学团队。

二、改革教学组织方式，建设支撑平台，营造课内与课外互动的育人环境，推动教学空间从以课堂教学为主向课内外相结合转变

团队教师结合多年教学实践，编写出版了大学数学课程系列教材，特别是近三年围绕“以生为本，以学为主”的教学宗旨，建设大学数学教学资源，形成支撑理论教学、实验教学与创新实践的两大平台：广东省精品资源共享课程“微积分”和广东省数学技术实验教学示范中心。

广东省精品资源共享课程“微积分”教学平台由大学数学系列教材、网络教学资源和在线考试系统构成。网络教学资源包括用于教师备课的教学资源和用于“翻转课堂”的课程学习资源，具体包括“教学大纲”“教学日历”“微积分160学时的教学设计”“微积分160学时的授课教案”“专题精讲20讲”“优秀教师授课实况录像160学时”“习题课录像100学时”“作业讲评录像64学时”“116个微积分疑难问题解答”“拓展学习”等多个模块。在线考试系统由大学数学系列课程试题库和题库管理系统、试卷管理系统、用户系统、成绩管理系统、评卷管理系统、考试管理系统六大子系统组成。在线考试系统具有自动成卷、自动存储、成绩保存等功能，为教师在教学过程进行考核和对学生课外自主学习效果进行检测提供了便利。

广东省数学技术实验教学示范中心由基础层面和应用层面多个实验室构成，为学生提供各种数学软件、实验工具和实验环境[4]。

两大支撑平台为教师教学和学生学习提供了丰富的资源，使得课内和课外的教与学紧密结合，极大地拓展和延伸了课内外学习和师生互动的时空，营造了课内与课外互动的育人环境，实现了教学空间从以课堂为主向课内外相结合的转变。

三、改革课程考核评价方式，调动学生学习内驱力，推动学生从“要我学习”向“我要学习”转变

造成学生学习观念片面、学习兴趣缺失和学习动力不足的主要原因有三点：一是对大学数学课程的功能认识仅限于其工具性，忽略了数学是培养理性思维能力和科学思想方法最好的知识载体；二是过度地强调理论知识的学习，导致学生对数学的了解不全面，缺乏对数学文化的认识；三是以结果评价为主的大学数学考核制度，由于一次考试失败就会导致学生该门课程不通过，可能使学生丧失继续学习的信心。

针对上述这三点，我们将数学文化融入课程教学中，并在每年10月定期举办持续时间一个月的数学文化节，开展多种丰富多彩的活动，帮助学生初步了解数学与人类社会发展的关系，体会数学的科学价值、应用价值、人文价值、美学价值，开阔视野，激发学生学习数学的兴趣，改变学习观念，增进学生对数学功能的全面认识。同时，构建灵活多样的课程考核方式，采用在线测试、面试、研究报告、开卷考试、期末闭卷统考等多种形式的考核方式，并对数学竞赛获奖者进行加分。“引”（兴趣）、“逼”（考

核）、“激”（竞赛）并举，调动学生学习的内驱力，实现了学生从“要我学习”向“我要学习”的转变。

四、设立数学技术教学实验室，推动大学数学课程教学和专业学科相分割向相融合的转变

我们联合电信、土木交通、材料、机械等工科学院，建设了四个数学技术实验室，以工程问题为导向开设数学技术实验项目，促进大学数学与工科专业的融合，培养学生的数学应用能力[4]。

根据我校理工结合、工科见长的特点，依托学校“广东省数学技术实验示范中心”，我们把数学思想、数学方法、数学知识、工程专业知识和数学软件应用等有机地结合起来。在数学实验技术教学中，为促进大学数学理论与工程学科的交流和合作交叉，选择“数字信号”“材料力学”“高分子物理”“机械原理”四门对数学要求较高的工程课程，共同开发数学技术实验案例。通过教师讲授演示、学生分组讨论、师生共同学习、个别辅导、学生自主探索等多种教学方式，教会学生能够用数学技术去解决工科专业中的工程问题，加深学生对数学知识的深刻领会与运用，促进数学知识向专业学习的有机渗透和融合，实现了大学数学课程教学和专业学科相分割向大学数学课程教学和专业基础课教学相协助、数学与工程专业相融合的转变。

五、构建“传授数学理论—开展数学实验—强化数学应用—引导数学创新”“四步进阶”的人才培养路径，着力培养学生应用数学解决各类各级工程问题的能力

针对大学数学对理工科创新型人才培养的关键作用，我们在大学数学教学改革实践中，提出了“传授数学理论—开展数学实验—强化数学应用—引导数学创新” 的“四步进阶”的人才培养路径。

（1）传授数学理论。“以教师为主导”设计大学数学课程教学过程，采用案例式教学培养学生发现、探究、分析、解决问题并获得结论的能力，给学生打好数学基本理论的基础，培养自主学习数学知识的能力。

（2）开展数学实验。“以教师为辅导”，通过验证性的基础层数学实验训练学生基本的数学统计方法、计算方法和对数学软件的熟练使用，并掌握基本的数学建模方法。

（3）强化数学应用。“以教师为指导”，以专业基础课为切入点开展应用层的数学实验，强化学生的数学应用能力。

（4）引导数学创新。“以教师为辅助”进行科研训练，学生利用数学技术开展数学建模活动，并通过鼓励学生参加“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、全国大学生数学建模竞赛、美国大学生数学建模竞赛等各类科技创新竞赛及各种科学实践活动[5-6]，培养学生有效应用数学技术创新性地解决专业技术问题的能力。

在践行大学数学教学递进式、提升式的发展路径中，有效解决了学生知识积累与能力发展相脱节的问题，在促进学生数学基础理论水平提高的同时，培养了学生应用数学知识解决各类工程问题的能力，提升了學生的科学素养和创新能力，实现了教师从以传授知识、问题解惑为主向传授知识、培养能力、提高素养相结合的转变。

通过践行面向理工科创新型人才培养的“四步进阶”大学数学教学改革，学生对数学理论的理解以及运用数学思想和数学方法解决实际问题的能力明显提高，大批创新人才脱颖而出。自2011年以来，华南理工大学学生获得全国大学生数学竞赛广东赛区一等奖123项、二等奖133项，特别是在历届的一等奖项中均包揽了广东省前5名，并代表广东省参加全国大学生数学竞赛决赛，在决赛中获得一等奖5项、二等奖11项、三等奖12项；学生获得全国大学生数学建模竞赛一等奖6项，二等奖25项；获得美国大学生数学建模竞赛特等奖1项，特等奖提名4项，一等奖48项，二等奖156项。多名本科生运用大学数学理论、数学方法、数学软件等数学工具发表高水平论文180多篇，特别是“华工-华大基因组科学创新班”同学分别以第一作者、并列第一作者或署名作者身份在Nature、Science、Cell等国际顶尖学术杂志上发表SCI论文70多篇、CNS论文46篇，受到校内外专家的赞扬。

参考文献：

[1] 李元元，王光彦，等.高等学校教师绩效评价指标研究[J].高等教育研究，2007（7）：59-65.

[2] 朱长江，郭艾，杨立洪.以生为本 多元融合 推进大学数学教学改革[J].中国大学教学，2015（5）：59-62.

[3] 朱长江，郭艾.建设高水平大学数学教学团队[J].中国大学教学，2016（7）：48-51.

[4] 朱长江，郭艾，等.数学技术实验教学体系的构建与实验内容的设计[J].数学教育学报，2016（2）：28-30.

[5] 李正，项聪，等.华南理工大学创新创业人才培养实践与探索[J].中国大学教学，2014（12）：29-31.

[6] 李正，项聪.实践驱动的工程教育课程体系探索与思考[J].高等工程教育研究，2016（2）：74-79.

[基金项目：2014.1–2016.12：国家级精品资源共享课“偏微分方程”，教高司函【2013】115号；2015.9–2018.12：数学与应用数学专业综合改革试点，广东省本科高校教学质量与教学改革工程立项建设项目，粤教高函【2015】133号；2014.1–2017.12：依托教学团队，实施“以生为本，多元融合”的大学数学教育改革，广东教育教学成果奖（高等教育）培育项目，粤教高函〔2015〕72号；2015.9–2018.12：大学数学课程改革与建设，广东省教育教学改革项目，粤教高函【2015】173号；2014.1–2018.12：流体力学方程的数学理论，国家自然科学基金重点项目，批准号：11331005；2014.1–2016.12：非线性偏微分方程及相关问题的研究，教育部“创新团队发展计划”项目，批准号：IRT13066]

[责任编辑：夏鲁惠]