“四新”建设背景下的开放式实验实践教学体系研究——以数学课程为例

熊寿遥 熊 璇 黄创霞

（[1]长沙理工大学数学与统计学院 湖南·长沙 410114；[2]益阳师范学校附属小学 湖南·益阳 413000）

随着我国高等教育从大众化教育阶段步入普及化教育阶段，新的发展历史定位赋予了教育发展新的历史使命，以“新工科、新农科、新医科、新文科”建设为代表的高等教育质量革命正式步入我国教育改革与创新快车道。“四新”建设的主要目的是要推动形成覆盖全部学科门类的中国特色、世界水平的一流本科专业集群。“四新”建设理念着重强调学科建设的实用性、交叉性和综合性，数学作为“四新”建设的第一批改革专业，在新时代高等教育质量革命中承担了极为重要的作用。

研究认为，教学质量的提高、教学效果的加强和高素质人才的培养离不开与理论教学同等重要的实践教学。[1]然而，我国本科实践教学明显滞后于经济的快速增长和人才市场需求的快速变化，[2]特别是在数学教育教学实践中，数学实验实践教学的重要性远远没有得到体现，无论是数学实践教育的理念、校企合作实践教育的发展现状，还是数学实践教学教师队伍的建设等方面，都与我国快速发展的经济现状和国家对综合应用型人才的需求不匹配。调查发现，我国不少应用型大学数学实验教学课时数明显偏少，实践教学仍被当做是理论教学的辅助手段，对数学理论进行验证的验证性实验占比过大，校企合作松散、部分流于形式，数学实践教学教师队伍缺少企业和工程实践经验等等。

事实上，数学实验实践教学是搭建数学理论知识和实际问题的重要桥梁，是高校学生从数学理论到实际模型并最终指导实践的必由之路。因此，从理论上和实践中厘清数学实验实践教学的基本定位和路径，具有极为重要的意义。

1 开放式数学实验实践教学的理论基础与内涵

学习理论是教学设计的理论基础，自20 世纪50 年代以来，学习理论历经行为主义、认知主义、建构主义[3]和人本主义等不同发展阶段。行为主义和认知主义强调事物及事物之间联系的客观性，对这种客观性的认识形成知识，以最有效的方式向学习者传授知识是基于行为主义和认知主义的基本教学目的，在这类教学系统中，教师的主导作用得到强化，教学效率较高，但学生的主动性和积极性受到一定程度的限制。

建构主义和人本主义学习理论强调个体认知的差异性，也强调学习效果的不可预知性。基于建构主义和人本主义的教学设计不是为了控制学习，而是为了强调促进知识建构学习环境的设计，并强调以学生为中心、促进学生的学习。因此，这类教学系统中的学习者，一般以问题为导向，借助与周围环境的交互来解决问题，并最终提升基本技能。研究认为，随着学习者认知能力的提高，在逐渐丰富的学习资源环境下，面对更为复杂的学习任务，最适合学习者的学习理论从行为主义向认知主义到建构主义[3]和人本主义逐渐转化。

数学实验实践教学的目标在于促使学生把相关的数学知识运用到实际问题中。因此，在开设数学实验实践教学课程之前，学生已系统了解了相关的数学理论和方法，至少对于抽象化的数学题型，具备了较好的认知能力和解答能力。学生所缺乏的、需要加强训练的能力，在于怎样把企业和工程中的实际问题，内化为系统的数学问题，并最终运用数学的理论和方法解决问题和指导实践。

基于此，以行为主义和认知主义为基础的教学体系并不适应现阶段数学实验实践教学，而以建构主义和人本主义学习理论为基础的教学体系，为提升数学实验实践教学效果，奠定了坚实的基础。建立在建构主义和人本主义理论基础上的数学实验实践教学模式，其内涵就是实验实践教学的开放性，无论是实验实践教学的目标、主体，还是实验实践教学的方式、内容和资源，都应该是开放的。[4]开放式实验教学模式已经成为高校教育教学改革的重要内容之一，是深化实验教学改革的重要途径。[5]

2 开放式数学实验实践教学体系的构建

数学实验实践教学体系的构建，既要有其依赖的理论基础，也要着眼于我国现阶段人才培养的需求，要着眼于学生就业岗位和个人发展需要，围绕专业人才综合素质和实践能力培养的要求来构建。[6]

2.1 教学模式

实践表明，混合式学习模式能够有效克服传统教学难以为学生提供更多合作学习机会的不足，[7]是未来教育技术的发展趋势。[8]特别是几年来，随着精品课程、大规模开放在线课程（MOOC）的快速建设，优质的网络教学资源不断丰富。以数学类网络教学资源为例，已建成的公共系列数学课程资源包括《高等数学》、《概率论与数理统计》、《线性代数》、《复变函数与积分变换》等，专业课程更是多种多样，这些优质的在线教学资源为线上/线下混合式教学提供了重要的保障。但是，这些优秀的网络教学资源缺乏面对面的交流，不能提供完整的学习体验，而SPOC（小规模私有在线课程）控制一定的授课规模，以学生自主学习和教师辅助的方式推进教学，弥补了MOOC 较之传统教学的局限。[9]

基于此，开放式数学实验实践课程的教学，可以采用SPOC模式的翻转课堂进行教学。这类教学模式的开展，关键在于学习共同体的建设和维护，教师、学生和线上/线下教学资源是这个学习共同体的基本元素，教师的主要作用在于维护保障学习共同体的顺利运行，学生与学生之间、学生与教师之间通过合作式学习，借助合作、互动、反思、发现的基本历程，更好、更快、更多的完成具有一定挑战的学习任务，并促进学生综合能力的显著提升。

2.2 资源建设

开放式数学实验实践教学的开展，离不开相应线上/线下实验实践教学资源的打造与整合，总体来说，包含理论教学资源和应用教学资源两大模块。

理论教学资源主要针对数学学科主要应用方向所涉及的理论、方法和软件，各个学校培养人才的侧重点不同，相应建设的理论教学资源模块也不一定相同。以长沙理工大学为例，优势的工科学科包含水利、电力、路桥、交通、机械等方向，因此，可以结合本校人才培养的优势和社会经济发展的需求，面向水利、电力、轨道交通、机械制造、大数据及人工智能等行业人才需求，系统打造相应的数学理论教学模块。

应用模块教学资源的建设包含几个层次，一是学院实验实践中心教学资源的建设，主要围绕几个主要的应用研究方向，建设相应的模型构建与运算实验室，实验室的基本功能是结合行业特点和数学方法分类，借助有行业背景的经典问题，让学生熟悉从实际问题到数学模型的基本思路和方法；二是学校实验实践教学资源的建设，根据学院实验实践教学不同的行业定位，主动对接学校各个专业实践教学培养基地，通过不同专业实践人才培养的协同，促使学生更主动的接触相应应用专业的知识，提高发现问题和解决问题的能力；三是校外实践教学基地的建设，企业的发展需求，特别是产业龙头企业的发展需求，给人才培养和技术发展提供了层出不穷的研究课题，学校和企业可加强相应领域人才培养的战略合作，以项目攻关等方式加大加强实践教学力度，最终促进学校和企业在人才培养方面的同向同行。

3 结语

“四新”建设背景下的数学实验实践教学承载了人才培养全新的历史使命，以学习共同体的打造为基本目标的线上/线下混合式教学为数学实验实践教学提供了新的路径，也在实践中提出了众多的挑战，随着开放式数学实验实践教学模式的不断探索，必将在促进人的全面发展等方面提供有益的参考。