新工科背景下高职院校高等数学教学研究

朱利强

(江西应用工程职业学院 基础教学部,江西 萍乡 337042)

高等职业教育顺应新时代国家工业与信息技术融合发展需求,增设了与新兴产业紧密结合的新工科专业,譬如工业机器人、智能控制技术、无人机应用技术、虚拟现实技术、区块链技术等,其特点是多门学科知识交叉、相互渗透,融合度高,综合性强。随着新工科专业的广泛推行,高等数学在培养学生逻辑推理能力和科学分析解决问题能力方面具有独特的优势,在新工科专业课程教学中的支撑作用日益增强,高职院校高等数学教学面临挑战[1]63-65。基于新工科人才培养的迫切需要进行教学改革,发挥高等数学的基础性支撑作用,可以提高学生的核心职业能力和综合素质。

1 教学现状

高职院校工科专业的高等数学在培养和训练学生数学思维能力、开拓创新能力,帮助学生更好更快地掌握专业课程理论知识等方面至关重要[1]63-65。随着新工科专业建设发展,高等数学教学亟待改革创新。

1.1 教学观念陈旧

传统教学“以教师为中心”,教师大多缺乏专业背景,仅简单地视高等数学为纯粹传授数学知识的课程,偏重数学的逻辑推导,强调计算和解题技巧演示,未能针对专业课程教学增加相关内容以解决实际问题,导致高等数学教学与专业学习有所脱节,这不利于培养学生运用基本数学思维方法分析和解决专业问题的能力[2]。教学方式习惯于“满堂灌”,缺少师生互动的教学反馈,未能充分发挥学生的主观能动性,以致提及高等数学,学生普遍存在“害怕”“厌学”情绪。“填鸭式”教学挫伤了学生的积极性和主动性。

1.2 教学模式需改进

高职院校高等数学教学模式大多停留在课堂理论教学上。虽然高等数学教材中增设了数学软件应用的相关内容,但在实际教学中,一方面,部分教师信息技术素养不高,软件操作应用能力薄弱,培养学生熟练掌握数学软件应用能力的效果大打折扣;另一方面,教师对专业知识理解有限,又缺乏专业实践工作经验,难以将高等数学与专业有机衔接,尤其是运用高等数学知识解决专业问题的典型例题融入教学的举措很少。高等数学的实践性训练不足,导致学生用高等数学知识理解、消化专业知识的获得感不强。

1.3 教学内容与专业脱节

教师习惯于从高等数学的学科特点出发,而不是针对专业教学需要选取教学内容,取舍、排序、组合相关知识点,因此大部分工科专业的高等数学教学内容大同小异,缺乏专业适应性和针对性。高等数学教学设计强调理论知识的系统性和严密性[3],忽视专业特点,“教非所学、学非所用”。教学内容与专业需要有所脱节,很难让学生体验到高等数学对专业的作用。

1.4 缺少创新创业教育

在高等数学教学中,忽视创新创业教育融入,没有充分挖掘重要概念、定理等蕴藏的创新教育内容,没有与创新创业教育形成联动,学生难以发挥自身优势和潜能,学习效果和职业能力发展难以达到预期目标[3]。

2 教学改革实践探索

新工科专业当前处于内涵建设新阶段。高等数学作为新工科专业人才培养中非常重要的基础课程之一,教师要认真把握新工科专业人才培养的目标价值,落实立德树人根本任务,以服务新工科需求为导向,积极推进教学改革,确保教学目标契合新工科人才培养目标。

2.1 创新教学理念

面对新工科专业的新要求,首先,教师要提高为专业教学服务的认识,加强同专业教师和学生的沟通交流,了解专业知识,了解专业课程对高等数学知识的应用需求,聚焦学生逻辑思维能力和创新意识培养。其次,创设情境,展开探究式、讨论式自主学习[4],教师主导设计问题,引导学生自主分析、讨论和解决问题,变传统的灌输课堂为师生对话的课堂,提高学生的兴趣,激发学生的潜能,提高学生运用高等数学知识消化、理解专业知识,解决专业实际问题的能力。

2.2 改革教学模式

基于新工科专业人才培养目标,侧重培养学生的逻辑思维能力、实践应用能力和创新思维能力。在总课时不变的情况下,采用线上线下混合式教学模式。

课前,教师通过学习通、云课堂等平台发布学习任务,学生线上自主探究学习并参与测试,教师根据学习动态及测试结果进行数据分析、评价,调整教学策略。

课中,教学分为4个环节,相互衔接,讲授知识,培养能力。

1) 提出问题。结合专业实际,设置启发性问题,引入新课。

2) 知识讲解。细致讲解,类比分析,让学生体会高等数学的内在魅力,提高对高等数学反哺专业学习的认知。

3) 分析和解决问题。选择带有专业背景的典型例题,引导学生运用所学高等数学知识展开小组讨论,自主探究,分析和解决问题,提高知识和方法迁移能力。

4) 总结提升。师生讨论、归纳知识运用,学生在掌握教学内容的同时知晓对职业能力有促进作用的基本思维方法,如试验假设、合理猜想、逻辑推理等,为职业能力发展奠定基础[4]。

课后,利用学习平台、资源库、精品课程网站等,推荐学生学习适应新工科专业发展需要的高等数学内容(如最优化理论、算法思维等),通过线上交流答疑解惑,拓宽学生的知识面,开阔学生的视野,提高学生的数学素养。

2.3 优化教学内容

从新工科专业人才培养目标入手,以服务专业为导向,淡化理论灌输,增强与专业课程的关联度。尝试选用专业课教师承担高等数学教学任务,以便有针对性地根据学生基础和新工科专业核心课程的需求,兼顾学生基本素质的提高,优化课程教学内容。遵循“必需、够用、实用”原则[5],按照专业课程需求细分高等数学教学模块。以工业机器人专业为例,高等数学课程内容可分为四大模块,即微积分、概率论与数理统计、矩阵应用、数学实验。微积分、概率论与数理统计、矩阵应用主要是提高学生的数学素养和创新思维能力,帮助学生运用高等数学知识学习、理解、消化、吸收工业机器人专业课程内容;数学实验主要提高学生数学软件操作能力、在数学建模活动中解决工程实际问题的能力[4]。同时,收集、整理与创新意识培养密切相关的数学案例,让学生深刻领悟数学思想、数学方法、数学精神、数学价值等,实现能力和素质同步提高,更好地服务专业课程学习。

2.4 重视实践教学

在教学中既要重视纯理论教学,又要重视教学实践活动,有意识强化学生的实践性训练。

首先,重视实验课教学。以探究为基础,寓教于研,将高等数学知识与专业课程实践应用紧密结合,强化理论服务实践,提高学生理解能力、相关数学软件应用能力、利用所学知识分析解决实际问题的能力[6]。

其次,重视技能大赛。组织学生积极参加各级各类数学建模技能大赛,通过构建实际问题的数学模型,引导学生发现问题、分析问题和解决问题,通过有针对性地进行实践教学内容的职业化设计,让学生切身感受利用高等数学知识解决工程实际问题的过程和方法,提高学习的实效性,增强学习动力,提高职业能力和综合素质。

2.5 强化创新创业教育

新工科专业强调人才的创新创业能力培养,高等数学在培养学生创新意识和创业能力方面具有不可或缺的作用。高等数学蕴含高度的创新性、严密的逻辑性等,为学生创新意识和创业能力的培养提供了很好的锻炼机会。因此,在教学中要根据课程标准梳理知识点,深度挖掘创新创业教育元素,从教学设计、教学内容、考核评价等环节入手,充分发挥高等数学的“启智”功能[6],提升学生的职业能力。理论和实践相结合,强化学生的创新意识和创业能力,为学生的全方位发展提供帮助。

3 教学反思

新工科专业既要为当下传统产业转型升级培养人才,又要为未来新兴产业培育发展培养人才。因此,适应新工科专业发展的高等数学教学改革是系统工程,需要用系统思维理解新工科专业的需求和变化,遵循教师、教材、教学“三教”改革原则,解决实际问题,提高教学质量。

3.1 优化教师知识结构

为适应新工科专业发展,教师要完善知识结构,具有深厚的高等数学功底,熟悉专业课程、专业背景,精通计算机语言,具有跨专业教育和信息技术应用能力,帮助学生运用高等数学知识内化专业知识、解决专业实际问题。

3.2 强化实验教学

借助计算机技术,把纯粹的数学计算交给计算机处理,让学生将更多精力用于解决专业问题,从实际问题中抽象数学概念,构建数学模型,并使用计算机求解。选择合适的教学方法,帮助学生提高知识和方法迁移能力[6]。

3.3 开发校本教材

目前缺少适合专业教学改革、体现专业特点的高等数学教材。要解决教材瓶颈问题,可以按照专业技能标准组织编写适应新工科专业、为专业教学服务的高等数学活页式校本教材。

4 结束语

我国高等职业教育正处于高质量发展的黄金时期,科技进步和产业转型升级催生新工科专业在高职院校落地生根,办好新工科专业是彰显高等职业教育特色的重要抓手。高等数学作为服务新工科专业发展的重要基础课,在培养高端技术技能人才中的作用越来越显著。遵循高等职业教育的规律,加快高等数学课程改革步伐,与专业课程融通,增强高等数学课程对专业课程教学的适应性,可以促使新工科专业更快、更高、更好的发展。