新工科背景下高等数学课程的创新教学研究

张 珊,曲 波,刘 薇

(长春工业大学 数学与统计学院,吉林 长春 130022)

一、研究背景

随着新工科建设理念的提出和不断发展,对高校教育改革和人才培养模式提出了新的要求。如何在“问产业需求建专业,问技术发展改内容,问学校主体推改革,问学生兴趣变方法,问内外资源创条件,问国际前沿立标准”[1]等方面通过优化高校学科教学模式,实现专业人才的高质量培养,是高校教育工作者在日常教学实践中不断关注和思考的问题。新工科建设目前处于新的发展时期,而新工科建设过程中最基础也是最关键的课程之一就是高等数学[2],因此有必要在新行动和新理念下对教学模式进行变革,与新时代对标要求更加相符。

高等院校中必修课程都包括高等数学,其主要学习的知识包括一元和多元函数微积分、空间解析几何与向量代数、无穷级数和常微分方程等等。高等数学教学是以学生基础理论知识和计算方法的掌握为目的,并以此为基础进一步对学生的逻辑推理、抽象概括、问题的发现、研究与解决能力的增强,以及学生自主学习能力进行培养。其授课对象是理工类及部分文史类相关各专业的本、专科一年级的大学生。当前的高等数学教学应着眼于促进创新,将科研成果、教研成果及数学建模[3]思想等植入课程的中心,为学生后续专业课程的学习、科学研究工作的开展,以及现代科学知识的获取奠定必要的数学基础。

二、课程教学现状

为适应新时代新工科的新要求及解决如何提高高等数学教学质量这一核心问题,多年来的教学经验促使我们对高等数学课程做出有针对性的教学创新。当前高等数学课程在教学过程中有很多不足之处,比如理性改革欠缺,传统观念并未摒弃,主要体现在课程体系传统经典、教学理念保守陈旧、教学效果评价单一等方面。

(一) 高等数学与专业课程交叉融合不够

高等数学的教学内容丰富而教学时空有限,学生思维活跃而教学模式僵化[4]。教学主体需围绕学生展开,不被固有传统的教学理念束缚,因此依据专业和新工科技术人才需求实行因材施教,正确处理教与学的关系,接受学生之间差异的同时创造出轻松愉悦的课堂气氛,充分激发学生的兴趣,提升学习效率,由此可有效解决教学中如何以学生为中心、教学模式同一化的问题。

(二) 教学供给单一与学生需求多样的失衡

课程资源有限无法吸引学生的学习兴趣。将课程教学搭载于现代信息技术[5]平台,一方面提高了课堂的参与度;另一方面实现了课堂教学的智能化,实现知识传播的双向性。以“加强数学基础理论-强化数学创新实践-提升数学人文素养”为主线优化课程内容,依据各专业的教学目标,设置相对应的课程模块,可有效解决课程资源不充分、课程建设力度不够的问题。

(三) 理论深刻性与教学生动性的矛盾

抽象性、理论性是高等数学课程的重要标志,偏好生动性、趣味性又是当代大学生学习的显著特点,教师对传统教学的偏爱使得课堂教学以单向知识传递为主。采用“问题链”“专业引例启发式”等教学方法,解决了教师教学观念落后、难以真正教学相长的问题。“厚基础、强创新、重实践、融思政”,从学科逻辑转变为应用逻辑,将工程实例、数学建模等融入教学,通过问题与情境激发学生的学习动机与兴趣,使学生对于发现、思考、规划、探究和总结等更倾向于思维锻炼的任务更有兴趣,进而积极主动地参与进来。另外数学课程融进思政[6-7]元素是一项充满挑战和艺术的“化学反应”,可使能力提升、知识讲解和价值导向实现高度统一。

三、教学创新实施方法

教学创新的实施途径按照“教学模式的改变-组织方式的更新-方法手段的运用-评价方式的改善”来逐一实现。以导入、教学目标、预测、参与、测评和总结为主要教学模式,充分突出学生主体地位。根据“教学准备-课前导学-课中研学-课后复习”组织教学,使学生由“被动接受知识”转变为“主动答疑解惑”。在线教学资源丰富化,实现系统化交互平台的构建,将线上教学与线下教学有效结合,实现教学设计与效果的不断改进。另外要对课程考核方式进行重组,不定期增加多形式多过程的考核,比如撰写读书报告、进行单元测验或题库练习等,将学生全过程的学习表现综合纳入考评范围内。

(一) 优化教学内容,促进教学设计

新工科背景下高等数学的教学需要不断适应社会发展的需求,因此持续优化教学内容成为目前亟待解决的问题。一是要处理好高等数学教学与专业课程之间的交叉融合问题。高等数学知识和专业能力提升并没有紧密的联系,由此教学效果也就不尽如人意。因此对于课程之间的联系可通过教学改革来进一步推进,使高等数学为其他专业课程提供更坚实的基础。二是对标专业要求对教学内容进行重构。根据高等数学课程的科学性和知识结构的合理性,对所有专业提供的基本的、必需的教学内容进行整合,同时有针对性地为学生提供数学思维和能力的训练,重视学生数学建模能力的提升,积极运用新技术、新方法、新内容和新理念,打造优质课堂。具体落实如下:

1.打破学科壁垒,重构课程体系

高校各专业在开设高等数学课程时,应根据专业目标和专业能力发展,结合学生创新能力[8]培养,将不同专业下课程的教学内容综合考虑,以实现课程体系本质上的优化重组。

2.优化知识模块、更新教学内容、强化建模思想

依托重点教改项目的研究,实施分层次培养,开设与各专业相匹配的课程模块,将数学建模思想与方法[9]融入课堂教学,保证更深层次的学习有充足的知识和更好的能力,实现学生创新意识与能力、科研和实践能力的不断提升。

(二) 丰富教学方法,提升教学效果

部分学生的初等数学基础薄弱,因此对课程内容的知识储备相对欠缺,同时学生的自觉能力相对较差,对学习高等数学的必要性和迫切性认识不够。另外学生的学习动机还有相对消极的一面,即外部原因促使其学习,比如来自考研数学的压力等等。因此在制定教学目标时,需着重在知识目标中渗透高等数学的思想和方法,增强他们的数学意识和数学素养;在能力目标中注重培养学生对实际问题进行定性定量分析的能力,从而激发他们的创新精神;确定素养目标是基于学生为主体的理念以及德育为先的教学理念,对立德树人和育人的途径进行挖掘。在课堂教学中教师引入“BOPPPS”模型[10],其核心是学生全方位参与互动,从而强调学生的主体性地位。第一阶段可以理解为“热身暖场”,主要用提出的相关问题引起学生的学习动机,吸引他们的注意力,本阶段可采用背景式、引导式等教学方法。第二阶段要明确说明本章节的学习目标,使学生掌握在课程中所要学习的重点、难点和应用能力。第三阶段教师可通过启发式、连接对比式等方法布置提问、考试或作业来了解学生的先备知识和能力,从而适度调整教学内容。第四阶段教师运用教学策略提出新课问题或模拟情境使学生积极主动地进行参与式学习,本阶段要注重分层次、互动式教学手段的运用。第五阶段利用课后作业、报告心得或问卷等形式来了解学生的学习成效以及是否达到学习目标。最后综合整理课程内容,帮助学生归纳总结学习要点。

(三) 充实网络资源,完善学习平台

线上和线下方式对课程资源进行补充和丰富,为学生提供更广阔的思维发散空间,在课堂上没有理解消化的知识可以借助慕课、微课、学习通等线上平台进行内化和补充,并且以智慧教学为基础,鼓励学生积极参与,使学生从被动学习向主动学习进行转变。

在信息技术和互联网技术的发展推动下,搭载于现代信息技术平台的新技术、新模式、新方法和新思维等不断涌现,实现了融教学内容、课程体系和教学方法为一体的课程教学模式[11]。目前应用信息化手段已建设了丰富多样的在线教学资源,搭建了全方位全时空的互动交流平台,借助软件技术所创设的形象材料进行深层次的思维探索,使学生的学习主动性得到稳步提升。同时采取有针对性的线上线下混合式教学方法,对学习反馈的数据进行采集和分析,获取学情统计,优化教学设计,激发学生的创新思维能力。

(四) 创新评价方式,激发创造活力

基于多维的信息系统构造教与学的数据链,改善传统的教学考核评价方式,采取多段多方式的考核方法,激发学生的创新思维能力。对传统的考核与作业布置方法进行创新,理论和技能同等重要。学习和考核可利用课堂探讨、竞赛比赛、上机实践、论文撰写以及理论考核等方式进行。逐步推行过程化考核模式[12],尤其重视视角独特、研究深入全面、观点新颖的论文。教学评价的创新主要体现在两方面:第一,测评技术由单一纸笔测试转变为利用平台和智慧教学工具进行线上+线下、课前+课中+课后全过程的评价;第二,由原来的注重理论学习成绩的评价方式转变为结合学习行为、学习体验、学习态度与学习绩效的过程性综合评价方式[13]。

(五) 注重教学反思,成就卓越课堂

教学反思是指教师对教学过程中教学目标是否达成、教材创造性应用是否实现、教学是否以学生特征的差异性地适应展开等进行反思,经过长时间的积累,最终可把结果进行分类整理,一方面对今后的教学提供必要的参考;另一方面也有利于课堂教学水平的提高,对高等数学课堂教学改革[14]理念和思路的创新和发展都有积极作用。

四、结束语

高等数学教学改革工作并不是一蹴而就的。针对工科院校特点和专业需求,依托学科文理优势、借助学校各级平台、吸收高等数学教学成果,不断创新教学方式,优化教学内容,丰富教学资源,提升教学团队,转变教与学的理念与范式,吸收多元的教学方法与策略,运用现代化教育技术理念与前沿思想,关注教学效果实践反馈,成就卓越教学。