高職水利專業工程數學教學改革與探索

2016-04-29 00:00:00謝艷云

知音勵志·社科版 2016年3期

隨著生源的多樣化的出現，傳統教學方法很難適應課堂教學，本文以高職院校水利專業作為研究對象，根據學生的實際情況，結合水利專業需求，對高職工程數學的教學改革進行改革和探索，特別在教學內容、教學手段、教學方法、教學考核上進行了行之有效的改革。

【關鍵詞】高職工程數學；教學改革；水利專業

隨著高職教育擴大發展，高職教育向著大眾教育的轉變，招生政策也隨之發生改變，生源出現多樣化，2016年重慶市高職招生生源的60%來源于自主招生，并將逐年深化，比例將變更到80%。學生的整體素質發生了非常大的變化，以前主要生源來源于統招，現在生源只要來自于自主招生。招生情況在變，高職教育應適應新情況，改革傳統的教學方法，因此高職院校的數學教學改革迫在眉睫，并且碰到了從未出現過的困難。大部分高職學生的學習動力不足、數學底子差、自主學習能力的不強。同時工程數學是水利專業的一門重要的專業基礎課，水利專業的很多專業課中需要用到微積分、線性代數、統計等知識點。這些知識點的理論性強、內容較多，這些情況與學生的基礎嚴重不協調。

1 教學內容改革

傳統教學內容的安排貫徹深入淺出、由易到難、由具體到抽象、循序漸進的原則，并兼顧數學的系統性與科學性。傳統水利系的數學課不分專業全部上一樣的內容和一樣的課時（64+64學時），分上下兩學期執行，第一學期學高等數學上冊，知識點主要包含初等函數、極限、導數（包含復合函數、反函數、隱函數以及參數函數的求導）、函數的微分、導數的應用（包含洛必達法則、函數單調性判斷、函數的極值、函數的最值、曲線的凹凸性及拐點）、不定積分（包含直接積分法、換元積分法、分部積分法）、定積分（積分上限函數、換元積分法、分部積分法、廣義積分、定積分的應用）。第二學期學高等數學下冊，知識點主要包含微分方程（包含可分離變量的微分方程、一階線性微分方程、二階常系數齊次線性微分方程）、線性代數（包含行列式、矩陣、矩陣的秩、矩陣的逆、線性方程組）。

水利專業人才培養目標主要是培養能滿足社會主義建設需要的、德智體全面發展的與本專業相關的職業素質和高技能人才。業務培養要求學生比較系統的掌握本專業所必須的數學基礎理論知識。因此對于水利專業的學生來講，學習數學應與應用能力的培養和專業課的需求相結合，為了更好地讓數學應用于專業之中、服務于專業，培養學生的邏輯思維能力。數學的改革不僅是所講授的知識點應適應專業的需求，而且在課堂上所講授的例題也應該與專業相結合。

數學教學改革注意與專業課程的銜接，以“必需、夠用”為度，輕理論重應用，并堅持適應性原則。根據學生的實際認知水平、學習習慣合理地重新組織教學內容，做到“突出方法、簡化計算、淡化概念”，經過和專業課老師的反復交流，數學教育堅持適應性原則，并注重學生學習習慣、實際認知水平，重新整合和確定教學內容，最后確定水利系數學必修課部分只上上學期，課時安排64學時，內容根據水利系的兩個大專業（水利工程相關專業和水利管理相關專業）來選擇不同的授課內容，水利工程相關專業所學的數學相關知識點包含導數、積分、微分方程、線性代數、數值計算；水利管理相關專業簡單介紹導數、積分和微積分，主要介紹線性代數和概率、數值計算。

2 教學手段的改革

傳統的數學教學就是一老師、一粉筆、一黑板、一群學生，數學內容有很多的公式、定理、性質、例題等，這些全都板書到黑板上需要浪費很多的時間，這個時間段學生的注意力就容易轉向他的電子設備或者其他事情上去。因此在教學手段的選則上，可借助投影儀、電腦、音箱、幻燈片和視頻、光標筆等現代化的教學設備。運用現代化教學手段，譬如利用動畫演示曲線的走向，能幫助教師形象的展開教學內容，這樣不僅可以引起學生上課的注意，還可以提高學生對學習的興趣。但使用現代化教學手段也是有度的，不能用機器代替教師，同樣需要老師們精心準備每一節課，用心去和學生交流，用自己的學識去感染學生，用幽默去啟迪學生的智慧。因此恰當采用板書和多媒體課件相結合的教學手段，既有利于提高學生對學習的興趣，又有利于教師形象生動地講授教學內容，從而提高課程教學效率。

3 教學方法的改革

數學教育主要是培養學生的數學素養，注重培養學生分析、思考和解決問題的能力，引導學生解決專業課相關的問題，近年來現實情況是學生的數學基礎差、基本素質也不高、數學課的課時又在大大縮減，而數學教研室老師是一支絕大部分老師是研究生學歷以上的、數學功底扎實、對網絡和計算機比較熟練、敢于不斷嘗試新方法的中青年教師組成，因此在選擇教學方法時，可以淡化數學的嚴密性和系統性。教學方法的改革應該以學生為中心，從有助于學生學習工程數學的角度出發，建立具有高職水利專業特色的混合課堂教學模式。

3.1 問題驅動法

問題驅動法的特點是“以問題為導線、以學生為主體、以教師為主導”，是一種讓學生主動參與教學的學習模式。問題驅動法中問題的選取最好以與專業背景緊密結合的實際問題，問題的選取應以學生現有的知識水平是可以理解的，與此同時還應該與要介紹的新知識緊密結合，一步步引導學生去提出問題和思考問題、分析問題、提煉數學模型、講解數學知識、討論交流、最后總結新知識點。問題驅動法可以將學生被動學習變為主動學習，從而鼓勵學生從思考中學習數學，從而激發學習數學的興趣。譬如在講極限的概念時，可以先讓學生理解“一尺之錘，日取其半，萬世不竭”之意，再提問學生如此下去桿子的長度是怎么變化的，最后引導學生歸納出極限的概念。在學習定積分概念時，可以通過計算不規則器皿所裝液體的體積情境，激發學生思考如何計算，同時提醒聯系曲邊梯形的面積的計算，喚起他們的積分與極限認知結構。形象、直觀的問題能激發學生的思考，讓學生體驗如何從表象、經驗中獲得新知識，從而提高學生解決實際問題的能力。

3.2 分層次教學法

分層次教學法能應對生源多元化問題，學生的基礎相差懸殊，再用“一刀切”、“齊步走”的教學模式，課堂上都會出現一大片不聽課的現象，要么基礎好的學生覺得“不夠用”不想聽，要不就是基礎太差聽不懂。而分層次教學法可以解決這種一現象，使不同認識水平的學生都能得到不同層次的發展。具體實施如下，先根據學生的單招數學成績或者高考數學成績以及專業大致分為基礎班和提高班，如果同一專業不夠分層，可以將相近專業合并再分層，同時在實施課程的過程中容許學生自己根據學生的接受程度調整自己所分的不同層次的班級，如果基礎班的學生覺得上課吃不飽可以申請換到同專業的提高班中，如果提高班的學生發現自己學習吃了，也可以申請調換到基礎班。然后教學目標要分層，基礎班的教學目標是能讓學生掌握最基本的知識點和數學思想，能達到數學課程標準和專業人才培養方案的最低標準就可以；提高班的教學目標是掌握基本知識的點同時還要提高學生應用數學知識解決實際問題的能力，并達到數學課程標準和專業人才培養方案的基本要求。最后是教學過程要分層，這是分層教學法中的關鍵環節，兩個層次的班級采用的教學方法，所選例子，以及所留的作業都要有區別，如果學校條件容許實施翻轉課堂能幫助分層次教學法的更好實施，能實現真正意義上的分層。

3.3 混合教學法

水利專業學生對工程數學應該掌握的知識點很多，而工程數學的課時在減少，因此在課堂上我們可以介紹工程數學知識點的基本概念以及最基本的簡單計算，將計算量大的內容可以借用數學軟件來實現，而且90后大學生對信息技術的接收特別快并且有興趣學，從而學生既能了解基本理念，計算又會利用軟件來實現。最常見的數學軟件有Matlab、Mathematical、Maple、Lingo、Spss、Excel等軟件，這些軟件功能比較多，但每種軟件有其特色，其中Matlab和Lingo是數值計算類軟件，Mathematical和Maple以符號運算和公式推導為主，Spss是數理統計類軟件，Excel可以計算線性代數問題。教師可以根據需求選擇一個或者兩個數學軟件來計算學生學習的知識點，在這里主要介紹一下Excel在線性代數中的應用，因為Excel是office自帶的一個軟件，學生熟悉快、操作也簡便，學生比較容易接受。Excel可以利用“=MDETERM（起始元素：最后一個元素）”這個命令計算行列式的值，同時還可以計算矩陣的常見運算：譬如可以求轉置矩陣、矩陣的加減法、矩陣的數乘；利用Mmult（array1，array2）函數計算距陣和矩陣的乘法；調用Minverse（array）函數求矩陣的逆；利用行列式的計算算出D、D1、D2、…、Dn，再根據克萊姆法則計算方程個數和方程未知數的個數相同的線性方程組；也可以利用矩陣方程求解計算方程個數和方程未知數的個數相同的線性方程組，例如求AX=B，可以先將原方程化為X=A-1B，先計算A的逆，再求A-1B；方程個數和方程未知數的個數不相同的線性方程組，可以采用Excel進行初等行變換將矩陣化為階梯型矩陣，從而得到方程組的通解和基礎解系。

4 教學考核的改革

教學在改革，教學考核的方式也需要隨之而改，考核標準應能起到提高學生參與教學的積極性，對學生的評價也應該能做到公平、公開、公正。工程數學教學考核原則應堅持如下三方面的原則：

（1）過程考核和目標考核相結合，不僅關注學生的學生學習的最后結果，更要關注學習過程發展、變化狀態，使之不斷得到調節和完善。

（2）評價主體多元化，采用學生自評、學生互評和教師評價相結合的多元評價方式。

（3）評價內容是全方位、多層次的，包括非智力因素。

工程數學考核評價應根據平時表現（包括課堂參與活動、作業、出勤情況、上機、學習任務單）、期末考試成績綜合評價，體現知識、能力和素質的全方位的考核，旨在更好的培養學生的核心能力，其中過程考核占50%，其中課堂參與活動、出勤情況等占10%、學習任務單占25%、作業占15%，目標考核以期末考試的形式出現，目標考核占50%。學生每項得分等于各項所占比例乘以各項所得的分數，而工程數學的最終成績等于各項分數加總得到。

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