“三級教育體系”數學實驗教學改革模式的研究與實踐

【摘 要】本文針對非數學專業數學實驗教學模式的“四缺乏”現狀，提出了“三級教育體系”的數學實驗教學改革模式。通過幾年的實踐，使學生的應用能力、科研能力和自主學習能力得到了明顯的提高，教師的教學科研能力不斷得到加強。

【關鍵詞】“三級教育體系” 數學實驗 教學改革 教學模式

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）14-0055-02

黨中央、國務院《關于深化教育改革，全面推進素質教育的決定》中指出：“高等教育要重視培養大學生的創新能力，實踐能力和創業精神。”因此，為了培養創新人才，必須對實驗教學的地位和作用進行重新認識。培養高素質復合型創新人才，理論教學與實驗教學的地位是并行、并重的，兩者應平衡發展、協調發展，否則會影響教學的持續發展。

數學實驗教學對學生的實驗知識、實驗技能、實驗方法、多元化思維，發現問題、提出問題、分析問題和解決問題等能力的培養具有不可替代的作用。

基于以上分析，以培養應用型、研究型、創新型人才為目標，按重實踐、柔性化和系統化的原則，并結合我院實際，在廣泛學習、調研和討論的基礎上，我們分析總結了當前數學實驗教學“四缺乏”的現狀，提出了“三級教育體系”的數學實驗教學改革模式，并加以實踐，取得了較好的效果。

一 數學實驗教學模式“四缺乏”現狀

目前，針對非數學專業開設的數學實驗主要包括數學基礎課程實驗和數學建模實驗。它們在數學實驗教學中發揮了很好的作用。但這兩種普遍采用的數學實驗教學模式也存在一些問題：

1.缺乏趣味性

大部分數學實驗都是簡單數學軟件的使用，實驗過程和方法事先設計好，學生只是單調地重復，沒有給學生自我探索、自我發揮的空間，不利于激發學生的興趣。

2.缺乏實用性

大部分數學實驗都是驗證和計算教材的結論，與實際應用聯系不夠緊密，與實際生活關系不夠密切，尤其是與學生所學專業結合不夠，不利于數學實驗效用的發揮。

3.缺乏創新性

大部分數學實驗都是封閉式的，要求學生獨立完成，學生之間的合作討論交流較少，查找資料、文獻等能力不足，缺乏主動性、自主性和參與性，不利于學生創新意識和科學精神的培養。

4.缺乏專業性

大部分數學實驗沒有充分考慮學生在專業需求、知識積累及興趣愛好等方面的個性化要求，沒有最大限度地滿足學生探求數學知識的欲望，不利于實現以學生為主體的學習模式。

二 “三級教育體系”的數學實驗教學改革模式

1.“三級教育體系”的基本含義

“三級教育體系”是指綜合所有數學類基礎課程中的實驗，將實驗內容按照不同類型、不同性質分成基礎性、綜合性和設計性三類，并分三個階段在教學過程中逐步開展。它伴隨著整個數學類課程教學而展開，是貫穿于學生在校學習的不同階段、不同年級的一種綜合性和開放性的教學模式。

2.“三級教育體系”分級方式及實施辦法

第一，一級教育主要以基礎性實驗為主，包括：（1）第一學年上下學期各開設3個驗證性實驗，主要目的是驗證高等數學中的主要內容。（2）第二學年上學期開設6個驗證性和計算性實驗，主要目的是驗證線性代數和概率論與數理統計等課程中的主要內容。

第二，二級教育主要以綜合性實驗為主，即在第二學年下學期開設5個綜合性實驗，主要目的是驗證計算方法、數學建模等課程中的主要內容。

第三，三級教育主要以設計性實驗為主，即在第三學年上學期開設4個設計性實驗，主要目的是通過數學建模競賽，培養學生綜合運用數學知識解決專業問題的能力，其側重于學生的專業需要。如預測油品需求量、油料運輸優化模型等。

3.“三級教育體系”應注意的問題

第一，應合理安排各階段銜接過渡。“三級教育體系”具有多層次、多階段性的特點，因此，教學計劃也需分層次、按階段分別制訂，以凸顯各個環節的教學指導思想和培養目標，合理安排各階段的銜接和過渡，使學生可以自由選擇、各取所需。同時注重對教學計劃動態調整以適應具體情況的需求，保證開放實驗的教學宗旨貫徹實施。

第二，應合理安排各階段實驗內容。“三級教育體系”適用于開放性實驗教學平臺，開發能激發教師、學生創造性的實驗內容是該項目的核心與研究重點。在實驗內容的編排上要從培養復合型創新人才的需求出發，力求做到覆蓋面廣、重點突出、應用性強和內容新穎。同時，應突破數學學科的內部局限性，從各專業科研開發，凝練出內容新穎、反映學科前沿發展的創新性實驗選題。

第三，應合理安排各階段教學形式。“三級教育體系”是以學生為中心、以問題為先導的一種綜合性和開放性的教學模式。因此，需要根據實際要求，采取多種靈活的教學組織形式，主要體現在實驗的教學方式采用課內實驗和課外實驗相結合、安排實驗時間和不安排實驗時間相結合、在實驗室做實驗和不在實驗室做實驗相結合、指定實驗項目和自選實驗項目相結合、教師指導和學生自行討論相結合，這對習慣于集中式管理教學模式的教師和學生將是一種全新的嘗試和挑戰。

三 “三級教育體系”數學實驗教學改革模式的實踐成果

近年來，我們通過引入和強化數學實驗教學，根據“三級教育體系”的數學實驗教學模式，在教學中進行了一些實踐和探索，取得了較好的效果。

1.優化實驗教學內容，使學生應用能力顯著增強

通過“三級教育體系”教學，逐步優化了數學實驗教學內容，形成了開放性和創新性數學實驗平臺，提高了學生學習數學的積極性和解決實際問題的創造性，強化了數學應用的意識，訓練了學生的數學應用思維，鍛煉了學生的表達能力。2008年以來，學生參加全國大學生數學建模競賽取得了良好成績，獲全國大學生數學建模競賽一等獎7項，二等獎9項，重慶市賽區一等獎18項，參加軍隊數學建模競賽，獲軍隊特等獎1項、一等獎10項、二等獎32項。

2.調整實驗教學方法，使學生的科研能力明顯提高

通過“三級教育體系”教學，逐步調整了數學實驗教學方式，形成了系統的數學實驗教學方法，使得學生的科研能力明顯加強。我們指導的本科生參加學院“求實杯”比賽，獲一等獎3項，二等獎2項；優秀畢業論文一等獎2項，二等獎3項；學生積極踴躍參加學院網頁設計比賽和程序設計比賽，提高了設計能力，并設計出了較好的作品。我院參加重慶市首屆大學生物理創新競賽獲得一、二等獎的學生也曾參加過數學建模競賽。

3.完善實驗教學手段，使學生自主學習能力不斷增強

通過“三級教育體系”教學，逐步完善了數學實驗教學手段，創新了數學實驗教學模式，不斷提高學生自主學習的積極性，自主學習能力不斷增強。尤其是數學建模課程教學，很多學生反映數學建模訓練讓他們體會到數學不再是單純的一種計算，而是在社會實踐中能夠真正解決實際問題的工具。通過查閱大量的資料，使他們接觸到了許多其他學科的知識，激發了求知欲，也鍛煉了計算機應用能力，擴大了知識面，用數學方法解決實際問題，在小組共同討論，學會了合作與妥協，明確了合作的重要性。2012年我院推薦免試攻讀碩士研究生的26名學生中，有18位參加過數學建模競賽，所占比例近70%，且成績優異。

4.整合實驗教學資源，使教師的教學科研能力不斷加強

通過“三級教育體系”教學，逐步優化了教學科研人員配置，形成了良好的學科人才優勢。實驗教學內容不再是預先設定的內容，很多教學內容都需要查資料和討論才能完成。通過幾年的教學實踐，教師的教學科研取得了很好的成績。2008年以來，3人獲院教學質量一等獎，5人被評為院優秀教員，1人參加總后教學比武競賽，1人獲全國大學生數學建模競賽優秀指導教師；發表教改論文25篇；出版教材2部，主編講義3本；參與重慶市高等教育教學改革研究項目7項，院教學改革研究項目6項；獲軍隊院校數學教學立項課題一等獎1項，二等獎2項，院實驗室建設成果獎1項，三等獎1項，院教改二等獎1項、三等獎1項。我們主編、高等教育出版社出版的《數學建模與數學實驗》以學院排名第一推薦參加“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。

四 小結

第一，“三級教育體系”數學實驗教學改革模式從我院數學實驗的特點出發，對提高基礎類實驗教學水平具有重要的借鑒和指導意義，具有現實針對性。

第二，“三級教育體系”數學實驗教學改革模式從提高學生數學綜合素質和應用創新能力的培養目標出發，能有效兼顧、協調和優化教學內容、教學方法和教學手段三者之間的關系，很好地體現了創新源于實踐的科學理念。

第三，通過我校幾年來的研究和實踐，“三級教育體系”數學實驗教學改革模式已逐漸成熟完善，教學效果明顯。

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〔責任編輯：龐遠燕〕