工科大学生数学创新能力的培养探究

申思远

（石家庄铁道大学四方学院，河北石家庄 051132）

21世纪人才培养的基本要求就是创新能力的培养，大学生作为国家建设的重要储备人才，大学生的能力素质对我国的经济发展和经济建设产生直接而重要的影响。对于工科学生来说，数学创新能力可以说是工科学生创新能力的基石。新世纪工科教育的目的就在于培养优秀的工程人才，为社会工程科学的发展做好人才培养和人才储备。培养创新能力过硬和道德标准高的工科人才，对满足未来工程科学的发展，推动未来工程科技的进步，带动世界经济发展都至关重要。

1 工科大学生数学创新能力培养现存问题

工科作为自然科学的典型代表，是一门训练学生运用科学技术原理解决工程中实际问题的学科。新世纪工科的培养目标在于培养学生在工程领域进行规划、设计，以及对高级工程技术人员的管理。在实际的工程项目中，工程师需要运用想象力，创造力和推理能力来解决工程项目的问题，并将科学技术应用于自己的设计或操作。目前的大学数学教学缺乏创新能力，主要表现在以下几个方面。

1.1 大学生对数学创新能力的认识不足

目前我国工科大学生，对于数学创新能力的认识度相对不足，学生普遍认为数学的学习只需要上课跟着教师的思路走，学会解题，考试能通过就可以了。对于创新能力方面，没有较高的目标。加之我国传统的应试教育在初高中阶段对当代大学生的影响非常之深，就更加深了目前大学生数学创新能力欠缺的问题。

1.2 缺乏良好的课程支撑和创新能力导入

就我国目前高校工科大学生数学培养的课程建设上来看，课程的设置和课程内容都相对单一。课本的理论讲解过于深奥，老旧的习题多，而缺乏和现实应用相结合的题目。随着电脑技术的发展，对于各类数学应用软件的介绍普及也没有跟上，这就导致学生们普遍对于数学课程缺乏兴趣和钻研精神，进而导致工科学生的创新能力较差。

1.3 教师教学模式缺乏积极互动

目前的数学教学仍以传统的“教师讲，学生听”为主，在课堂教学中，教师占据主导地位，学生只是被动的接收教师传递的知识，学生的主观能动性没有得到充分的发挥，无法使学生提起学习兴趣。在这种教学模式下，学生对于知识的掌握，只能依靠死记硬背。这样，学生便无法将数学知识灵活运用，达不到所学知识来解决实际问题的目的，更不能培养学生的创新意识。

2 培养数学创新能力的重要作用

2.1 有利于培养学生的学习兴趣

在培养学生数学创新能力的过程中，学生会遇到许多课堂上从未遇到的问题。这种模式下有利于学生们的数学能力提升，激发学生们自主解答疑问和探索解题思路的兴趣，使得学生们的学习能力得到增强，让其面对复杂和创新的数学能力问题时不再感到无助，并能够体验自主学习的乐趣，进一步提高他们的学习兴趣。

2.2 培养学生团结协作的能力

数学创新能力为学生提供相互学习和相互合作的机会，共同完成数学模型框架。在活动过程中，他们必须相互学习，相互讨论。在讨论的过程中，不断涌现新思想，有利于充分利用每个人的智慧，有利于工科大学生们学会合作以及培养合作精神。

2.3 提高学生解决问题的能力

现实世界的各种工程技术科学问题，是没有标准答案的。数学创新能力是利用数学知识和其他相关知识建立数学思维框架的过程。培养学生的数学创新能力，可以为他们的想象力和创造力提供广阔的空间，他们必须动脑筋，拓宽思路，具体分析具体问题。从而有助于培养学生解决实际问题的能力，让学生认识到数学知识在解决实际问题中的应用价值。

3 教学改革成果主要内容

培养和发展学生良好的数学创新能力是每个数学教育工作者的追求和责任。基于现阶段我国工科数学创新能力培养的问题和重要性，课题组对该校的数学课程进行了教学改革，目的在于培养学生的数学创新能力，使课程设置和教学内容更合理，促进教师掌握更多灵活的教学方法，改革内容主要体现在以下几个方面。

3.1 调整教学计划 更新课程建设

为适应不同学科专业的培养目标，以及各专业学生考研时对三大数学主干课程的要求，课题组在2018—2019年第一学期，对于电气系四个专业的《线性代数》课程，进行了培养计划的改革。电子信息工程专业，轨道交通等专业的专业课程中，对于矩阵的运算，线性方程组的解法等内容的要求比较多，如电子信息工程的专业课《数字图像处理》中对大矩阵的应用特别多，故将电气系四个专业的《线性代数》课程重新修订了教学课时，培养计划及教学大纲。对此，基础学科部又统一对任课教师进行了更为专业的培训，对教学进度，教学内容都进行了统一调整。改革前，学院的《线性代数》课程分为两个培养层次，改革后，共分为三个培养层次，更体现了因材施教的教学理念，课程内容也与各个专业的培养目标联系更为紧密。课题组还面向全校2018 级大一新生举办了如何学好大学数学的系列讲座，让大一新生更加了解了大学数学的学习内容，学习方法，与高中数学学习深度与广度的不同，做好了数学学习的衔接过渡。

3.2 数学课程教材改革

对于独立学院的工科学生来说，数学是为专业课服务的，“够用就行”，更多的是培养适应社会的创新应用型人才。我院电气工程系是全院的王牌院系，学生将近2 000 人，毕业生多工作于铁路或交通运输部门。对于全系的数学必修课《积分变换》，课题组在教学过程中发现，原课本较重视理论推导，而缺少实际专业的应用背景，学生们也普遍反映理解起来有困难。课题组在参考电气工程系专业课如《电路》，《信号与系统》等课程后，编写了由中国铁道大学出版社出版的供独立院校学生使用的《积分变换与场论》一书，并于2017—2018年第一学期在个别专业使用了该教材。在取得了学生的良好反馈后，经过再修订，于2018—2019年第一学期在电气系四个专业普遍推广使用了该教材。这本教材与专业课联系更为紧密，很多例题都是采用了电路中的例子。例如，在Fourier 变换的性质一节中，采用了一个求具有电动势的RLC 电路中电流的例子，这就会用到《电路》中的基尔霍夫定律及电阻、电流等概念。在数学教材中加入专业课的知识，不仅可以使学生看到数学的应用价值和学习数学的重要性，更展示了数学与专业课程的交叉渗透，大大激发了数学学习的兴趣。

3.3 整合教学内容，升级教学手段

在教学内容的设置上，课题组结合各专业的特点进行调整，使之满足后继专业课程的需要，为后继专业课程的学习打下扎实的理论和实践基础，以适应各专业对人才培养的要求。如电子信息工程专业的《线性代数》课程，多讲解了一些有关“正交变换”的内容，因为正交变换具有保持几何形状不变的优良特性，这个性质在后继的专业课程《数字图像处理》中常常用到。又如测绘工程的专业课《误差理论与测量平差基础》中，会运用概率统计的方法消除观测值中由误差引起的矛盾，从而求得最可靠的结果，因此在上《概率论与数理统计》这门课时，加强了“正态分布”“协方差”的教学，使学生认识到和专业课的联系，也更加深了对理论知识的理解。

4 结语

随着时代的发展，对于大学生创新能力的培养越来越受到关注和重视。作为创新能力培养的重要学科，数学学科的创新能力培养能够推动大学生自主学习、团队合作精神等。经过两年的深入研究，课题组取得了一系列改革成果，使该校的数学课程逐步形成具有先进教育理念、 现代化的教学手段和优质教学效果的课程体系，并建立了能够充分调动工科学生学习数学积极性的教学运行机制。通过该文的研究和报告，可以为我国工科学生的数学思维模式的构建及大学生创新能力的培养提供有效的研究保障。