“工程數學”課程教學改革的若干探索

陳有亮,杜　曦,王蘇然

(上海理工大學 環境與建筑學院,上海 200093)

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“工程數學”課程教學改革的若干探索

陳有亮,杜曦,王蘇然

(上海理工大學 環境與建筑學院,上海 200093)

摘要：“工程數學”作為高等學校工科專業最重要的基礎課之一,一直受到各學校的高度重視。“工程數學”也是絕大多數工科專業研究生從事科研工作的必備基礎知識。近年來,上海理工大學環境與建筑學院在“工程數學”教學方面進行了大膽的探索,特別是在教學方法上進行了改進,提出了多元化教學和媒體化教學,嘗試了實踐和理論相結合的教學辦法。通過教學改革,提高教學效果,應對社會發展所帶來的挑戰,是高校“工程數學”教師所肩負的重要使命。

關鍵詞：工程數學;研究生課程;教學改革;網站建設

一、“工程數學”研究生課程教學現狀

近年來,隨著越來越多的優秀學生選擇出國或進入985、211大學讀研,導致許多非211大學的碩士生生源一定程度上存在著質量下降的問題[1-2]。學生越來越不喜歡比較抽象的數學理論,學生學習數學的興趣越來越低,按往年標準進行考試,成績越來越低,而出于對研究生畢業率和就業率的考慮,學校在提高學生數學成績方面提出了越來越高的要求,通過持續教學改革提高教學質量的呼聲也越來越大[3-4]。

二、教改措施

上海理工大學環境與建筑學院主要進行如下改革:

(1)課程教學由理學院數學系負責改為由數學系監督指導,由環境與建筑學院選派有一定數學基礎的教師執教。采取這一措施的最大優勢是從事工程科學研究的教師更了解工科學生學習的思路和特點。如工科學生更喜歡形象思維,很多東西喜歡以圖示或其他更直接的方式表達,而數學專業的教師和學生更擅長理論推導,因此,由具有一定工程專業背景的教師擔任研究生“工程數學”課程教師,有利于學生更好地將所學數學知識應用于解決工程科學中的實際問題。

(2)學校要求所有研究生課程都建立課程網站,并建立師生網絡交流平臺[5]。基于學校要求,上海理工大學環境與建筑學院建立了“工程數學”課程網站,并建立了網絡答疑和師生交流平臺,加強了教師和研究生的交流,節約了師生的時間。

(3)強化了數學理論的應用與實踐環節。結合研究生不同的專業背景,鼓勵學生發掘自己專業中的一些數學問題進行研究,如將土木工程凍結法施工和巖土工程固結分析中的數理方程定解問題歸納出來用分離變量法、積分變換法和格林函數法分別進行求解,并鼓勵學生將成果以論文的形式投稿發表。鼓勵環境專業研究生將污染物擴散中的偏微分方程定解問題歸納出來,并用所學的解析方法進行求解。通過這一改革,大大加深了學生對數學理論的理解,并提高了學生應用數學理論解決工程問題的能力。除此之外,任課教師還認真收集各種專業中的偏微分方程問題供學生學習和鉆研。在從工程問題中提煉數學模型的過程中,由于采用了簡化和假設,會導致最終計算結果有一定誤差,但這個誤差不能太大,太大了就不能用于分析和解決工程問題,簡化和假設必須適度,這一點學生在學習過程中必須掌握。

(4)加強學生的計算機知識的應用。偏微分方程中的部分內容可以利用Matlab工具箱中的求解工具進行求解,這樣可以大大提高偏微分方程定解問題求解的效率。為此,在“工程數學”學習過程中,將“Matlab”和“常微分方程”作為必備基礎要求學生復習或補習這方面內容[6-8]。學生補習后明顯感到受益匪淺。

(5)為了提高學生撰寫英文論文的能力,學院聘請外國教授來校講授部分內容,如邀請英國Exeter大學Akbar Javadi教授和澳大利亞臥龍崗大學Buddhima Indraratna院士來校講授巖土工程中的部分數學問題,這樣,學生不僅學到了數學知識,還學會了用英語來撰寫相應的偏微分方程定解問題的求解過程,對學生以后從事學術研究工作提供了有利的幫助[9-11]。

(6)對教學輔助手段進行了改革。以前的“工程數學”教學中主要采用教學課件和黑板,通過教學改革,進一步豐富了教學輔助手段。先后增加了網絡教學、網絡答疑等手段,并引進了部分名師錄像供學生課外學習,此外,還為外國留學生開設了該課程的英語教學,通過改進教學手段,進一步改善了學習效果[12-14]。

(7)對少量教學內容采用以學生講解為主,教師進行補充和總結的模式,提高了學生的參與度和關注度,活躍了課堂教學的氣氛。

三、存在的問題

雖然上海理工大學環境與建筑學院“工程數學”研究生課程改革取得了許多成果,但仍然存在一些瓶頸問題需要解決,這些問題包括:

(1)在目前研究生招生競爭越來越激烈的情況下,如何吸收具有良好學習習慣和較強學習興趣的優秀學生進入上海理工大學環境與建筑學院讀研是一個亟需解決的問題。

(2)要進一步提高“工程數學”的教學效果,提高研究生學習該課程的積極性非常重要。鼓勵研究生結合導師課題學習數學,并利用該課程的知識和方法解決老師項目中的實際問題,從而使學生認識到該課程的重要性和實用價值,將是提高學生學習興趣的有效手段。當然,要實現這一點還有很多工作要做。

(3)目前,迫于學生就業、留學等方面的需求和壓力,個別課程的考試模式出現了一些問題，如考試內容越來越簡單，考試題目和考試內容透明度偏高等,主要原因是老師擔心學生考試成績偏低會影響學生的未來,其實這是一種誤解。從長遠來看,通過單純提高學生的分數來提高學生的就業競爭力會傷害學校的競爭力,對學生的長遠利益也會造成傷害。最重要的是要找到一種更加合理的評價學生學習效果的模式和方法,通過這種調整引導學生更加有效地掌握一些未來需要的有用的知識和能力,以便更好地適應社會和面對未來的挑戰,是目前亟需解決的問題。

(4)結合目前上海理工大學環境與建筑學院研究生現狀,編寫一本水平、內容相適應,能夠更好地滿足學生課堂學習和課外提高的“工程數學”教材,也是目前需要解決的問題之一。

四、結束語

“工程數學”作為土木工程和環境工程等專業研究生的基礎課,其教學效果的好壞直接影響學生未來從事學術研究的能力以及學生利用基礎知識解決工程技術中復雜疑難問題的能力。不斷提高教學效果,不斷提高研究生學習“工程數學”的興趣,通過提出課程能帶來的好處及可運用的實際工程來提高研究生學習“工程數學”的興趣，用此種方法提高教學效果，將是以后“工程數學”教學需要持續改善的要點，也是所有理論課程都將遇到并且需要解決的問題。同時,教師也要不斷提高自己的專業和教學水平以及使用多元化的授課方式,以應對國際、國內教學課程網絡化帶來的挑戰。

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(編輯: 鞏紅曉)

Exploration on the Teaching Reform of Engineering MathematicsChen Youliang,Du Xi,Wang Suran

(School of Environment and Architecture,University of Shanghai for

Science and Technology,Shanghai 200093,China)

Abstract：Engineering Mathematics as one of the most important basic courses has been highly valued by all universities.Engineering Mathematics is an essential foundation for the vast majority of engineering graduate students who are engaged in research work.In recent years,School of Environment and Architecture,University of Shanghai for Science and Technology,make some explorations in teaching of engineering mathematics,especially in the aspect of teaching method.Diversification of teaching method and medium teaching method are used.The combination of practice with theory have been tried.It is an important mission for the engineering mathematics in universities to meet the challenges of social development by reform of teaching.

Keywords：engineering mathematics;postgraduate courses;teaching reform;website construction

DOI:10.13256/j.cnki.jusst.sse.2015.04.015

中圖分類號：G 642

文獻標志碼：A

文章編號：1009-895X(2015)04-0375-03

作者簡介：陳有亮(1966-),男,教授。研究方向： 巖土力學教學與科研。E-mail:chenyouliang2001@163.com

基金項目：上海市精品課程(滬教委高[2015]13);上海市重點課程(滬教委高[2015]37);上海理工大學研究生課程建設項目(雙語教學課程:城市地下工程);上海市專業學位研究生實踐基地建設項目(土木工程)

收稿日期：2014-10-06