基于新时代背景下工程数学教学改革思考

郭秀荣

1 研究背景

在“科技强国、教育兴国”的战略方针指导下，在未来人工智能时代对计算思维人才培养的需求下，在工程数学桥梁作用重要性的思考下，在山东“新高考模式”的带动下，如何对工程数学进行教育改革以适应新形势、新时代、新的人才培养需求以及如何对山东“新高考”模式下的本科生进行创新能力的延拓培养尤为重要。

1.1 科教兴国战略地位

习近平总书记5月30日在两院院士大会上指出：“教育作为培养人的事业，具有基础性、先导性、全局性和战略性，也具有鲜明的政治性。培养什么样的人、为谁培养人和怎样培养人是关系党和国家事业发展与前途命运的大问题，教育的地位和作用愈发凸显。坚持科教兴国战略和人才强国战略，一定要坚持把教育放在优先发展的战略位置，才能培养出更多各领域、高层次、有创新、有活力的科技型人才并使之高效投入到新时代建设的浪潮中去。”科教兴国的战略地位再一次让我们感受到教育改革和人才培养的必要性和迫切性。那么，如何在本科教育中有意识地培养个性化、创新型、有活力的人才是当前本科教育改革必须思考的重要问题。

1.2 新时代新形势下的人才培养

人才培养是教育的根本任务。“人才培养的关键在于：培养学生计算思维；开发学生的兴趣；培养主动学习的能力。” 微软（亚洲）研究院首席研发经理邹欣在5月26日举办的“创新中国·未来AI科技领袖峰会”上演讲时提出。其中计算思维的培养是人才培养的关键之重。所谓计算思维，就是培养学生观察问题、提出问题、提炼问题、抽象问题、解决问题、应用问题的能力。如何在大学数学教学中培养学生计算思维、学习兴趣和主动学习的能力是我们工程数学教学改革思考的一个重要问题。

2 大学工程数学教育改革现状

美国的大学经过几十年的大学数学课程内容及教学方式的改革，从应用的角度对数学教材的修订，到教学方法的重新思考，考虑减少班级的规模，着重培养学生概念性的理解能力、解决问题的技巧、分析和举一反三的技能，同时，通过实行新方法减少冗长乏味的计算等。我国大学工科数学教育改革也先后经历了数学素质教育是大学数学教育灵魂的观点、工科数学的一体化实验、数学建模数学文化引入教学、计算机网络技术应用于数学教学、现代化教学手段改革等阶段。

随着网络化时代的发展和计算机技术的不断提高，2012年，一种基于网络、针对大众人群的大规模开放在线课程MOOC （Massive Open Online Courses）井喷式涌现，被媒体称为MOOC之年。它的出现被喻为教育史上一场海啸，一次教育风暴，500年来高等教育领域最为深刻的技术变革。与此同时MOOC存在着“大规模”“大投入”等问题，经过发展变形，现在又进入了‘后MOOC时期”，即SPOC（Small Private Online Course）小规模在线课程。它是哈佛大学继MOOC之后提出的一个新概念，是指使用MOOC的技术平台和教学手段，进行授课的校内课程。国内外MOOC平台有：edX | Free online courses from the world's best universities、学堂在线-最大的中文慕课（MOOC）平台、MOOC 中国、Coursera、FutureLearn、iversity：iversity - Open Online Courses、OpenLearning： Teach and learn online for free等。

3 工程数学学科重要性及教学存在问题

工程数学是工科各专业的必修基础课，是工科专业课程建设与发展的阶梯和桥梁。工程数学对于工科生的重要性不言而喻。在“科技强国、教育兴国”的战略目标下，工程数学必须围绕“创新型”“计算思维”“学习兴趣”“学习能力””这几个关键词进行教学改革。而目前本科工程数学教学中主要存在以下几个问题

（1）重理论轻应用，学生接受难度大；

（2）重知识轻方法，数学素养培养不足；

（3）课程教学内容与专业课程之间存在脱节、不匹配问题；

（4）传统教学模式与现代教学手段的矛盾；

（5）考核机制、评价方式的不完善问题。

4 工程数学教学改革的几点建议

4.1 教学理念：培养学生数学素养的教学理念

对于工科学生而言，数学教育最重要的是培养学生的数学素养和介绍数学的思想。数学不是抽象、散乱、遥远的不可捉摸的，数学也不仅是一个又一个公式、符号、定理、习题，贯穿数学始终的是数学思想、培养学生思维发展的是数学素养，只有在工科数学教学中建立培养学生数学素养为根本任务的教学理念才能有利于培养出时代需要的创新型人才。

4.2 教学内容：课堂教学内容与实验教学内容有机融合

课堂教学内容：根据工科各专业的专业课程需要重新编制教学大纲，然后对线性代数和概率统计实行节点化知识分割，根据教学大纲和节点化知识点，整合重组成适应专业学科建设需求的教学内容。

实验教学内容：数学知识来自于实际，也要应用于实践，尤其对于工科生而言，学习数学的目的除了建立数学思维之外，还要培养应用数学解决实际问题。在课堂教学之外，对工程数学引入软件教学和小型数学建模的实践教学。

4.3 教学目标：培养工科生“用数学”的数学思想和数学思维为教学目标

对于工科生而言，数学首先是个工具，数学产生于实践，也要应用于实践，工程数学教学改革要培养用数学解决实际问题的能力；教學过程中要注意培养学生的数学思想和数学素养，培养学生以数学的角度思考问题、抽象问题、分析问题和解决问题的能力。

4.4 教学方法：四种教学方法“相结合”

① “现代”与“传统”相结合的教学方法

目前，很多高校存在着要么大量使用在线课程教学，要么仍然以传统的教学方式授课。现代化的教学模式有：SPOC教学、碎片化教学、翻转课堂等；传统的教学模式：“黑板”+“粉笔”。现代化教学模式和传统教学模式各自的过分使用都存在其弊端，只有将二者恰当的、有机的结合起来，才能更好的服务于教学。

② “研究”与“实践”相结合的教学方法

“研究性”教学是开展以研究为特征的教学活动方式，在教师设置问题的引导下，学生围绕问题收集资料、整理分析资料，应用知识解决问题，同时，不断发现新的问题，解决完善其过程。研究性教学是与实践性教学紧密结合不可分割的，二者的融合充分体现了“用数学”的思想，在数学教学中探讨“研究”与“实践”相结合教学方法，是培养具有“计算思维”的人才的有效途径。

③ “科学”与“思辩”相结合的教学方法

数学是一切学科的基础，它以严格的方式、缜密的逻辑、高度的抽象、精确的形式展現，然而任何一个看似完美的定义、定理也是从粗糙的状态经过多年来科学家不断修正、雕琢才形成的。教学中既要培养学生对待问题的科学性也要具有思辩的观点，要引导学生大胆的设想，勇于表达自己的观点，要辩证的看待科学的问题，唯有培养学生的“批判”精神，才能为其埋下创新和科研的种子。教学中，注重数学“源”文化的输入，另外，发扬课题组的“科研促教学”，介绍数学在多领域内、多方向上的发展情况，让学生不仅知其“源”还要知其“远”。

④ “严谨”与“发散”相结合的教学方法

数学是一门抽象的学科，而严谨的过程是数学抽象的关键。但严谨不代表僵化、刻板，教学过程中除了培养学生严密的数学思维，还应培养学生多角度、多方位构思问题的能力，比如线性代数中看到矩阵就要想到向量组，想到方程组等。教学中应该注重延伸拓宽式的教学法，引导学生广开思路，发散思维，探求多种解法，以此训练和培养学生思维的创造性。

5 工程数学教学改革的意义

新形势、新时代对创新型人才的培养提出了刻不容缓的要求，而工程数学是本科工科生创新能力培养的基础学科，同时也是与工科专业课程建设紧密连接的学科。通过分析当前工科教育中工程数学教学存在的问题，结合目前的教学模式和教学手段，整合工程数学教学方法，充分先进的教学理念，恰当结合现代化的教学手段与传统的教学模式，在实践性的数学教育理念和研究型的人才培养目标指导下，探讨适应新形势下人才培养要求的工程数学教学改革方案。

【基金项目】本文为“泰安市社会科学课题重点课题（项目编号：18-ZD-005），山东科技大学教学拔尖人才培养计划项目（项目编号：BJRC20170509），山东科技大学群星计划项目（项目编号：QX2018M91）”的研究成果。

（作者单位：山东科技大学基础课部）