培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索

馬元魁

摘要：本文在高校開(kāi)展科研創(chuàng)新活動(dòng)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，從培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的角度來(lái)對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革問(wèn)題進(jìn)行探討和研究。本文依據(jù)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的指導(dǎo)思想，結(jié)合學(xué)校數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革實(shí)踐，就該課程的課程內(nèi)容、教學(xué)方法、如何擴(kuò)展學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)空間等方面進(jìn)行了研究。實(shí)踐證明，此項(xiàng)改革激發(fā)了學(xué)生參與科研創(chuàng)新活動(dòng)的積極性，提高了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，而且使得學(xué)生的科研創(chuàng)新能力可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；科研創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）12-0095-02

根據(jù)《教育部財(cái)政部關(guān)于“十二五”期間實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見(jiàn)》和《教育部關(guān)于批準(zhǔn)實(shí)施“十二五”期間“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”2012年建設(shè)項(xiàng)目的通知》，教育部決定在“十二五”期間實(shí)施國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃[1]。通過(guò)實(shí)施國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，促進(jìn)高等學(xué)校轉(zhuǎn)變教育思想觀念，改革人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練，增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新能力和在創(chuàng)新基礎(chǔ)上的創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才[1]。而數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的一門重要課程。在當(dāng)前高等教育大眾化的背景下，在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中全面實(shí)施素質(zhì)教育、開(kāi)展研究性教學(xué)，對(duì)于提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，促進(jìn)大學(xué)生全面、可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。

隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵得到了豐富和發(fā)展，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的水平達(dá)到了一個(gè)新高度，數(shù)學(xué)家的工作方式也得到了極大地改變，數(shù)學(xué)的性質(zhì)正在被計(jì)算機(jī)改變；數(shù)學(xué)正在成為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的完善和普及，各種功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件平臺(tái)隨之出現(xiàn)，如：Matlab、Mathematica、MathCAD等，這些軟件不但可以基于函數(shù)作圖，進(jìn)行符號(hào)代數(shù)運(yùn)算，而且可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探索問(wèn)題，為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。

在國(guó)外，1989年，美國(guó)Mount Holyoke College的數(shù)學(xué)系開(kāi)設(shè)了當(dāng)時(shí)稱為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課，并經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，于1997年出版了《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室》一書(shū)。這本書(shū)很好地體現(xiàn)了用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)學(xué)教育的指導(dǎo)思想。1991年《實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)》季刊的問(wèn)世也推動(dòng)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。

在國(guó)內(nèi)，1995年在國(guó)家教委“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”中“理科非數(shù)學(xué)類專業(yè)的數(shù)學(xué)課程體系和內(nèi)容改革項(xiàng)目”的總體構(gòu)想報(bào)告中把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)列為高校非數(shù)學(xué)類專業(yè)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課之一。在這樣的背景下，國(guó)內(nèi)一些高校如中國(guó)科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京師范大學(xué)等積極創(chuàng)造條件，準(zhǔn)備開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課，將這項(xiàng)改革付諸實(shí)踐[3，4]。2000年，在教育部高教司主持編纂出版的《高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃系列報(bào)告》的《高等數(shù)學(xué)改革研究報(bào)告》中，把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)列為高校理科類專業(yè)的基礎(chǔ)課之一，并明確指出了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)在數(shù)學(xué)教學(xué)體系中的作用和地位等[5]。實(shí)踐證明，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)在數(shù)學(xué)教育，特別是數(shù)學(xué)素質(zhì)教育中的重要地位，越來(lái)越多的人接受了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)這種新的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)及研究方法。

一、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)狀況及現(xiàn)存問(wèn)題

目前，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力方面至少還存在以下亟待解決的問(wèn)題。

1.在教學(xué)理念上，學(xué)校普遍比較重視傳授基本知識(shí)和技能，而不夠重視數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在拓展素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力方面所起到的作用。學(xué)校往往把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程看作是次要課程或理論課程的練習(xí)版，而忽略了其在人才培養(yǎng)中的地位和作用，更談不上制定其對(duì)學(xué)生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的總體目標(biāo)和要求，所以數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)的作用得不到充分體現(xiàn)。

2.在教學(xué)內(nèi)容上，主要以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)，對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)以及拓展性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)課時(shí)少；普遍強(qiáng)調(diào)對(duì)程序語(yǔ)言、程序內(nèi)容、程序步驟的細(xì)節(jié)性描述，很少有程序思想、程序設(shè)計(jì)思路等內(nèi)容。

3.在教學(xué)方法上，主要針對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生普遍在教師示范下進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，或者根據(jù)教材自我練習(xí)。學(xué)生練習(xí)過(guò)程中缺乏獨(dú)立解決問(wèn)題的意識(shí)與能力，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，教師往往直接傳授解決辦法，而缺乏引導(dǎo)，這樣，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的作用和效果就無(wú)法體現(xiàn)。另外，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏教與學(xué)的自由度，過(guò)分強(qiáng)調(diào)教學(xué)要求的統(tǒng)一性，忽略學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，從而制約了學(xué)生主動(dòng)性的發(fā)揮和創(chuàng)新能力的表現(xiàn)，一些學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)想很難實(shí)現(xiàn)。

二、培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

1.改革教學(xué)內(nèi)容。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，而創(chuàng)新是學(xué)生對(duì)知識(shí)深度和廣度的進(jìn)一步拓展，興趣與創(chuàng)新互為因果，相輔相成。因此，在國(guó)家號(hào)召大學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的大環(huán)境下，我們?cè)谥v授基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)讓學(xué)生重點(diǎn)學(xué)習(xí)探究性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)以及拓展性實(shí)驗(yàn)，即在講授程序語(yǔ)言、程序內(nèi)容、程序步驟的基本知識(shí)的同時(shí)，注重程序思想、程序設(shè)計(jì)思路等內(nèi)容的引導(dǎo)。我國(guó)大學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)的形式主要有參與教師的科研項(xiàng)目、大學(xué)生課外科技活動(dòng)、大學(xué)生自主申請(qǐng)的研究項(xiàng)目三種。為了培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，需要把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與大學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)緊密結(jié)合。把大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目引入探究性實(shí)驗(yàn)，把數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽賽題引入應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，把教師的科研項(xiàng)目引入拓展性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自主、開(kāi)放、探究、合作式的研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

2.改革教學(xué)方法。在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的具體教學(xué)過(guò)程中，要打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，尊重學(xué)生興趣和個(gè)體差異，突出學(xué)生的主體地位。除去基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以外，學(xué)生可以充分展現(xiàn)自我，分組討論，討論對(duì)象自由結(jié)合，討論時(shí)間自由選擇，課下可以延續(xù)課堂的討論。在課堂上，要使用不同的教學(xué)方式進(jìn)行不同類型的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，我們結(jié)合數(shù)學(xué)建模課程，從中選取學(xué)生感興趣的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生親身體驗(yàn)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的全過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)模型的魅力。對(duì)于探究性實(shí)驗(yàn)，我們結(jié)合已有的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，教師從中提出問(wèn)題，學(xué)生大膽猜想，教師引導(dǎo)學(xué)生朝著預(yù)先設(shè)計(jì)的方向提出實(shí)驗(yàn)方案，預(yù)測(cè)可能的結(jié)果，然后學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想，讓學(xué)生在探究過(guò)程中理解數(shù)學(xué)、獲得知識(shí)。對(duì)于拓展性實(shí)驗(yàn)，我們結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，提高學(xué)生創(chuàng)新研究的層次和水平。教師從科研項(xiàng)目中提出問(wèn)題，學(xué)生收集處理和分析數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，最后找出正確的實(shí)驗(yàn)方案或者最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案，得出結(jié)論。這種模式重點(diǎn)不再是獲得正確的結(jié)論，而是對(duì)過(guò)程和結(jié)論的探索和創(chuàng)造，學(xué)生以一種發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)問(wèn)題的方式進(jìn)行發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不但為學(xué)生參加各種形式的科研創(chuàng)新活動(dòng)打下了良好的理論基礎(chǔ)，而且讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)了各種形式的科研創(chuàng)新活動(dòng)，感受到了它們的魅力，激發(fā)了學(xué)生對(duì)科研創(chuàng)新活動(dòng)的興趣以及積極性，形成了一種科研創(chuàng)新與能力提高的良性循環(huán)，使學(xué)生逐步成長(zhǎng)為適應(yīng)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才。

近兩年，我校理學(xué)院每年近90%以上的二年級(jí)學(xué)生踴躍報(bào)名參加了校級(jí)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，選撥出的優(yōu)秀學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，其中國(guó)家獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)率以及總體獲獎(jiǎng)率在逐年上升并連續(xù)創(chuàng)歷史新高。每年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的申報(bào)數(shù)量也在逐年上升，并且省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目以及國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的獲批項(xiàng)數(shù)也在逐年上升。另外，部分學(xué)生會(huì)積極主動(dòng)參與本科生導(dǎo)師的科研項(xiàng)目研究，在更高層次上鍛煉自己的創(chuàng)新能力、書(shū)面表達(dá)能力，以及與他人分工合作能力等，提高自身的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.擴(kuò)展學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)空間。為了滿足部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生鉆研實(shí)驗(yàn)，我們建立了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，由學(xué)習(xí)興趣小組輪流指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課外實(shí)驗(yàn)研究，幫助學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為學(xué)生的科研創(chuàng)新活動(dòng)提供時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)條件的自由度。

針對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特殊性，我們重新全面確立課程考核體系，使課程考核從單純對(duì)課堂教學(xué)過(guò)程的考核，向既考核教學(xué)過(guò)程又考核第二課堂過(guò)渡，從單純考核知識(shí)掌握的程度，向既考核知識(shí)又考核能力的綜合性考核過(guò)渡。目前，我們的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系由三部分組成，第一部分是筆試成績(jī)，第二部分是實(shí)驗(yàn)考查與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，第三部分是課外科研創(chuàng)新活動(dòng)，此部分屬于附加分值，在總成績(jī)的基礎(chǔ)上直接加分，即參與大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目以及導(dǎo)師的科研課題等，根據(jù)參與程度與級(jí)別直接加分。這樣強(qiáng)化了學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新的原動(dòng)力，而且突出了學(xué)生的主體地位，從另一方面擴(kuò)展了學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)空間，學(xué)生可以根據(jù)自身自由選擇科研創(chuàng)新活動(dòng)的內(nèi)容。實(shí)踐證明，這種改革讓學(xué)生不會(huì)只對(duì)書(shū)本知識(shí)進(jìn)行機(jī)械記憶，而是普遍認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)素質(zhì)、數(shù)學(xué)應(yīng)用能力以及創(chuàng)造力培養(yǎng)的重要性。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部關(guān)于做好“本科教學(xué)工程”國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃實(shí)施工作的通知[Z].新華網(wǎng)，2012.

[2]鄭毓信，王憲昌，蔡仲著.數(shù)學(xué)文化學(xué)[M].成都：四川教育出版社，2001.

[3]姜啟源.數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，1999，（5）.

[4]熊萍.談智能教育軟件《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室——立體幾何》[J].數(shù)學(xué)教育學(xué)報(bào)，2003，12（3）.

[5]陳慧.數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2007，（12）.