基于茶文化视角的大学数学实验教学模式研究

2019-01-06张大林

福建茶叶 2019年5期

张大林，熊梅

（黔南民族师范学院数学与统计学院，贵州都匀 558000）

2015年两会期间，习近平总书记在参加上海代表团审议时提出了“创新是引领发展的第一动力”这一重大论断[1]。中国科学院王元院士强调，计算机和数学软件的使用对培养工科学生的数学学习能力十分重要[2]，把计算机和数学软件作为教学手段和工具，融人到大学数学教学，突出学生的主动参与性，提高学生的探索能力、实践能力、团队协作能力及综合素质是培养创新型人才的重要途径。全国大学生数学建模竞赛不仅培养了学生的创新能力，在一定程度上也提高了指导教师的科研水平，而且也直接推动了大学数学教学改革。“扩大受益面，推动教育改革”始终是教育部高教司领导对我国大学生数学建模竞赛活动的重要指导思想之一。对于21世纪的中国大学生来说，了解、学习和一定程度掌握并应用数学建模和数学实验的思想和方法是十分必要的[3]。以黔南民族师范学院为例，2018年度全国大学生数学建模竞赛获奖名单揭晓，我校学生共获国家二等奖2项，贵州省一等奖4项，二等奖6项。数学建模的发展对数统学院学生乃至学校带来的建设性意义，对学校发展培养创新型人才战略具有积极的助推作用。

1 茶文化对创新思维培养的价值

对世界文化影响比较深远的中国传统文化中，茶文化是其中之一。茶文化包含了丰富的哲学思想，其中就有道家的“天人合一”及儒家“中庸”之道等优秀思想。所以，茶文化中能体现出遵循事物的发展规律，实现人与自然的和谐。这种和谐不是妥协适应，而是各个事物间能相互吸纳融合，使得各个事物间能以恰到好处的状态存在，并且达到一种平衡。茶文化中的这些哲学思想在对社会大众心智的启迪起着非常重要的作用，将茶文化的思想内涵渗透给学生，有利于他们在学习上能戒骄戒躁，踏实稳重，认真务实，树立正确的人生三观。同时，将茶文化的哲学思想融入到教学的各个环节中，可以促进创新培养新方式方法的诞生，对于提高学生的创新水平有着重要的意义[4]。

2 大学数学教学现状

我校自建校以来，一直以师范性、民族性、地方性、应用型为办学特色，统筹兼顾，协调发展。学校现有53个本科专业，其中师范类17个，占32%。隶属文学、理学、教育学、法学、经济学、历史学、管理学、工学、艺术学、农学等十大学科门类。学科门类上来说，非数学理工类专业17个，经管类专业9个，法学类专业2个（社会学和社会工作）都需开设大学数学（包括：大学数学、线性代数、概率论与数理统计）通识基础必修课程。其目的就是通过教学活动使学生们掌握数学的思想和方法，提高学生应用数学思想和方法分析和解决实际问题的能力，增强学生学习数学的自觉性，积极性与主动性。

但我校的大学数学教学大部分都是传统的教学模式，“PPT+教案”是主要的教学手段，依然注重数学理论知识的严密性和教材结构的系统性，教学的主要任务依然是通过板书传授给学生基本概念、基本性质，以及枯燥而抽象的数学方法、技巧和思想。非数学专业的学生感觉学习数学只是为了考试、完成学分、顺利毕业，没有体会到数学知识在日常实际工作生活中的用处。尤其是生物学类和社会学类专业，在研究生入学考试中不涉及大学数学科目，其课时硬是将原本2个学期压缩到一个学期，只能勉强讲解完一元微积分学的基本内容，余下大部分大学数学知识需要学生下去自学。

3 传统教学方法存在的问题

3.1 偏推导和演算，少思想和方法

传统大学数学教学多采用“从概念到定理，再到证明、例题、习题”的严谨、条理的注入式教学模式，教师花费大量的时间用于定理的推导和例题的演算等定性知识的展现，缺乏思想方法、事物规律的揭示，忽视了很多数学概念和知识是来源于生活实践和现实世界的。事实上，在教材中有许多经典模型被用于概念的提出，例如高数上册中，引入经典变速直线运动的瞬时速度模型，给出导数概念；引入变速直线运动的路程模型，给出定积分概念。让学生感觉到数学是有活水源头的，是我们熟悉的自然生活，那些看似枯燥无味的概念、定理和公式并非无木之本、无水之源，也不是凭空想象出来的，而是有其现实背景和来源的，与我们的生活密切相关，是从社会生活实践中抽象出来，用于解决更多实际问题的。学生沿着数学知识的形成过程，自然体悟数学知识的合理性。但在教学中，经典模型往往成为概念、定理引入的敲门砖，用后就被弃之不理，转向重复枯燥的套公式演算模式，没有后续的将所学数学知识进一步在实际模型中升华。

3.2 教师知识更新不够，人才培养意识不强

数学实验融入数学教学中要求将计算机技术、数学软件穿插于教学过程中，并结合当前出现的最新的社会环境、经济、医疗、生物、物理、化学、天文、军事等实际问题，根据所学数学知识分析问题，建立数学模型，利用所学计算机和数学软件知识进行编程、计算、绘图，最终解决问题，得出结论并揭示问题的本质，给出建设性建议，进一步预测、猜想新的成果，从而提高学生分析问题、解决问题、提出问题的能力及创新能力。这对教师运用综合知识能力有一个更高的要求，特别是对于基础课单一知识结构的教师而言，要掌握计算机技术和至少一门数学软件，是对教师的一个挑战。要把数学实验、数学建模思想融人到教学中，就需要教师不仅具有较强的数学专业知识，更要具备丰富的综合知识应用和解决实际问题的能力，迫使教师了解、掌握更多的综合知识，并和各学科教师整合知识，及时了解更新前沿知识、提高业务能力和科研能力。

4 茶文化视角下实施数学实验教学

4.1 茶文化对研究思路的启示

数学实验是以实际问题为载体，把数学知识、数学建模、数学软件和计算机有机结合起来，以数学理论知识作为原理，以软件编程、图形演示和数值计算等为实验内容，以实际生活问题和数学教材为实验对象，以计算机作为工具，以分析建模、模拟仿真、软件求解和总结推广为主要实验方法。在茶文化的哲学思想的启迪下，道法自然，启迪智慧。强调学生的主体地位，培养学生动手能力。采用“探索——实践——总结——修正——再实践”的方式进行教学实践，在教师引导下查阅文献资料，引导学生将实际问题转化为数学模型与实践，再运用现代的计算机技术和数学专业软件来进行数学推演和数值计算，求出实验结果。用所学的数学知识和计算机技术，借助适当的数学软件（如SPSS，MATLAB）来分析解决一些实际问题，并撰写实验报告或论文，从而增强学生学习数学的兴趣，培养学生的主动探索精神、综合应用能力和创新意识。

4.2 茶文化对实验教学的思考

4.2.1 增加数学实验环节

在大学数学教学内容的安排上，保持大学数学原有基础知识内容与结构体系完整性，将数学实验、数学建模思想融入大学数学教学过程，但不能喧宾夺主。在每一章节，根据内容增加数学实验内容，在相关内容学习时介绍MATLAB的符号运算功能、图像绘制功能；同时根据各章安排至少2课时上机实验，引导学生利用课余时间继续实验验证、探索定理证明及数学猜想，并写出实验报告。

4.2.2 做好课程设置

增强课程的合理性，提高学生对大学数学的兴趣，看到大学数学的应用性，将数学实验和数学建模融入大学数学教学中，在一定程度弥补传统教学中数学应用意识的不足。随着计算机的普及，多数高校也引入了数学实验，但实际操作过程中，数学实验和大学数学是分家的两个课程，出现一方面数学实验教师只管数学实验的软件操作部分，不管大学数学知识，甚至不了解大学数学知识；另一方面，大学数学教师只管大学数学理论知识的讲解，不懂将理论和实践结合运用。为此，科学合理的课程设置成为关键.从而提高综合素质。需要教师改变传统模式，重新考虑制定教学计划、教学大纲、编写教案；组织课堂讨论、搜集编写综合实验案例、引导学生搜集查阅文献、指导建立数学模型方法步骤、指导实验与课题设计、批阅实验报告。确保数学实验、建模思想有成效的引入高数课堂教学。

4.2.3 制定科学的考核方式

数学实验的考核应重视实践的全过程，着重考核学生的创新思维能力和数学素养在实践过程中的体现。根据学生实验前的准备情况、实验过程的操作情况、实验报告的完成情况进行全面考核。学生成绩按大学数学知识成绩×40%+实验成绩×40%+平时成绩×20%的比例，卷面考试成绩，采用传统考试模式，重点考察基本概念、定理性质、数学思想方法的理解；实验成绩，试题前半部分给出大学数学知识的计算题目，让学生独立上机利用所学数学软件完成计算，试题后半部分给出探索应用题目，学生独立上机完成探索、简单建模问题，并写出简单的上机实验报告；对于综合实验问题，给出生活实际问题，将学生分成3人一组，成立若干建模小组，模拟数学建模比赛模式，分工协作，共同完成搜集文献，建立模型，设计算法，上机实现，完成建模论文的实验过程。