面向新工科的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建與研究

吳延紅

摘 要：自2017年2月“新工科”提出至今，對(duì)“新工科”的研究已經(jīng)涉及其方方面面。大學(xué)數(shù)學(xué)對(duì)新工科專業(yè)人才的培養(yǎng)起到基礎(chǔ)性作用，對(duì)人才的各方面能力培養(yǎng)起到舉足輕重的作用。文章主要研究的是新工科背景下大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系的構(gòu)建問題。分別從大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系構(gòu)建與新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的辯證統(tǒng)一關(guān)系、大學(xué)數(shù)學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)、大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系框架及與此相適應(yīng)的教學(xué)模式的建立幾個(gè)方面對(duì)大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系相關(guān)方面進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：新工科；大學(xué)數(shù)學(xué)；課程體系；線上線下

“回歸工程”“工程教育范式轉(zhuǎn)移”“再造工程教育”等口號(hào)的提出，無一不體現(xiàn)出創(chuàng)新工程教育的一種國際發(fā)展趨勢，在這個(gè)意義上，“新工科”概念在中國的提出即為工程教育的理論與實(shí)踐探索提供了一個(gè)全新的視角，同時(shí)也是對(duì)國際工程教育的改革和發(fā)展作出的本土化回應(yīng)，在很大程度上豐富了工程教育“中國經(jīng)驗(yàn)”和“中國模式”的內(nèi)涵。

“新工科”主要以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為主要特點(diǎn)，新工科專業(yè)以培養(yǎng)創(chuàng)新型和復(fù)合型人才為主，大學(xué)數(shù)學(xué)是工科院校和所有工科專業(yè)一門非常重要的理論基礎(chǔ)課，主要以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力、邏輯思維能力、實(shí)際應(yīng)用能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力為己任，學(xué)生只有掌握大學(xué)數(shù)學(xué)的知識(shí)才可以更好地學(xué)習(xí)各門專業(yè)課，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前很多研究人員和學(xué)者對(duì)新工科的概念、內(nèi)涵、理念做了較為全面的研究，同時(shí)對(duì)新工科背景下各專業(yè)課程的課程體系和模式也有很深入、全面的研究，但目前針對(duì)新工科背景下數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建[1][2]的研究還較少，鑒于大學(xué)數(shù)學(xué)在工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要地位，對(duì)其進(jìn)行深入的研究[3][4]是非常必要的。

一、新工科與大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系的辯證統(tǒng)一關(guān)系

新工科所指的專業(yè)，主要是指以互聯(lián)網(wǎng)和智能化為核心的新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)，對(duì)比傳統(tǒng)工科專業(yè)人才，新工科主要需要的是創(chuàng)新能力較強(qiáng)，有超強(qiáng)實(shí)踐能力的復(fù)合型人才。而隨著“云計(jì)算”、“大數(shù)據(jù)”、“智能化”成為“新工科”的特色和主旋律，新工科專業(yè)人才對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的運(yùn)用會(huì)越來越多，比如對(duì)“大數(shù)據(jù)”的分析、處理、挖掘會(huì)用到統(tǒng)計(jì)學(xué)中很多的知識(shí)，“云計(jì)算”也會(huì)用到許多數(shù)學(xué)的模型的方法。大學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)主要是為工科專業(yè)學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。而新工科的提出，為大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)帶來了機(jī)遇，更加凸顯了數(shù)學(xué)在新工科人才培養(yǎng)中的基礎(chǔ)地位，同時(shí)也為大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代、信息化社會(huì)，只靠書本上的內(nèi)容已經(jīng)無法滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)量的需要，作為高校數(shù)學(xué)教師，需要重新審視大學(xué)數(shù)學(xué)課程中每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，深入挖掘并研究新工科的內(nèi)涵、要求，要通過學(xué)習(xí)和研究找出這些知識(shí)點(diǎn)與新工科專業(yè)之間的最佳契合點(diǎn)，然后對(duì)課程體系構(gòu)建做出設(shè)計(jì)方案，以建立大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系；同時(shí)要對(duì)整個(gè)體系的各個(gè)層面如何在培養(yǎng)新工科人才中起到應(yīng)有的作用進(jìn)行合理規(guī)劃，深入透徹地研究二者之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系。

二、新工科背景下大學(xué)數(shù)學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè)

在人才培養(yǎng)過程中，教師起著舉足輕重的作用，而教師也是課程體系的實(shí)施者。“新工科”專業(yè)人才與原有工科專業(yè)有很大的不同，原有的教師隊(duì)伍如何在新工科背景下順應(yīng)要求，培養(yǎng)出新工科要求的各種能力的人才，是一個(gè)非常重要的事情。如果想培養(yǎng)出創(chuàng)新型的卓越工程人才，教師首先應(yīng)該培養(yǎng)自身的創(chuàng)新能力。新工科的新理念、新要求和新途徑要求大學(xué)數(shù)學(xué)教師不能再默守陳規(guī)，什么樣的師資隊(duì)伍才是適合新工科的師資隊(duì)伍，需要進(jìn)一步去探討和研究。

一支適應(yīng)“新工科”專業(yè)人才培養(yǎng)的師資隊(duì)伍，首先應(yīng)該掌握扎實(shí)的大學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)體系；其次，應(yīng)該掌握現(xiàn)代信息技術(shù)，并可以將其應(yīng)用在自己的課堂教學(xué)和管理中，比如，在信息化逐漸深入的今天，可以借助信息化手段，將大學(xué)數(shù)學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，采取線上線下相結(jié)合的方式進(jìn)行授課，一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，另一方面可以將更多的知識(shí)通過線上方式輸送個(gè)學(xué)生。教師只有掌握了先進(jìn)的現(xiàn)代化教育手段，才可以在教學(xué)過程中得心應(yīng)手；最后，教師需要有較強(qiáng)的研究能力和創(chuàng)新能力，這樣才可以在教學(xué)過程中對(duì)知識(shí)的把握更準(zhǔn)確，在講解知識(shí)的時(shí)候更深入。

三、建立新工科背景下工科專業(yè)學(xué)生的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系

要想將大學(xué)數(shù)學(xué)與“大數(shù)據(jù)”、“云計(jì)算”產(chǎn)生密切聯(lián)系，與新工科各方面需求人才的能力需要產(chǎn)生聯(lián)系，需要對(duì)現(xiàn)有的大學(xué)數(shù)學(xué)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新構(gòu)建。

一方面，針對(duì)一些考研究生的學(xué)生，可以將大學(xué)數(shù)學(xué)課程分為數(shù)學(xué)一、數(shù)學(xué)二、數(shù)學(xué)三，然后根據(jù)學(xué)生的需求為他們開設(shè)不同的數(shù)學(xué)課程。另一方面，可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)對(duì)數(shù)學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，比如電類專業(yè)需專門開設(shè)《復(fù)變函數(shù)與積分變換》，且因?yàn)楹罄m(xù)專業(yè)課程的需要，在《高等數(shù)學(xué)》的知識(shí)中應(yīng)該拿出較多的課程去講解積分和微分方程的知識(shí)。最后，可以根據(jù)學(xué)生的需要，開設(shè)一些適合學(xué)生的選修課程，比如數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)推斷、數(shù)學(xué)軟件、運(yùn)籌學(xué)等，這些課程的學(xué)習(xí)會(huì)極大地滿足參加學(xué)科競賽學(xué)生的需要。比如參加數(shù)學(xué)建模的時(shí)候，學(xué)校學(xué)生在每年的數(shù)學(xué)建模競賽中很少得到國家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，學(xué)生完成的論文質(zhì)量不高，一個(gè)重要的原因是學(xué)生建立的模型無法運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行求解，指導(dǎo)教師因?yàn)樗鶎W(xué)專業(yè)的限制，數(shù)學(xué)軟件的掌握和運(yùn)用能力也不是很強(qiáng)，教師在這種情況下需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，然后開設(shè)不同的數(shù)學(xué)選修課，通過開設(shè)相應(yīng)的選修課，學(xué)生的應(yīng)用能力和解決問題的能力將會(huì)得到極大地提高，這樣會(huì)改變目前學(xué)校參加數(shù)學(xué)建模競賽的現(xiàn)狀，同時(shí)通過這些課程的學(xué)習(xí)，工科專業(yè)學(xué)生在參加一些學(xué)科競賽的時(shí)候，也會(huì)對(duì)參賽結(jié)果有相應(yīng)程度的優(yōu)化。

為了適應(yīng)信息化的要求，需要掌握各種教育信息化的手段，目前高校用的比較多的就是“雨課堂”、“藍(lán)墨云班課”、網(wǎng)上慕課、微課等，這些軟件和課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)起到很大的推動(dòng)作用，根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生對(duì)于這些軟件和課程是比較感興趣的，所以本次課程體系設(shè)計(jì)就在大學(xué)數(shù)學(xué)原有知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，選取學(xué)生較難理解的知識(shí)做成一些網(wǎng)上慕課MOOC或者微課推送給學(xué)生，讓他們?cè)谡n堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上利用課余時(shí)間自學(xué)掌握。

四、新工科背景下構(gòu)建線上線下相結(jié)合的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)模式

教學(xué)模式是課程體系一個(gè)非常重要的方面，教學(xué)模式的設(shè)計(jì)需要與不同課程的課程體系相匹配，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是課堂上教師講，學(xué)生聽。隨著教學(xué)改革的逐漸深入，許多高校現(xiàn)在也正在大學(xué)數(shù)學(xué)的課堂上選擇一些不同的教學(xué)方法，比如啟發(fā)式教學(xué)法、探究式教學(xué)法和案例教學(xué)法，但是結(jié)合線上教學(xué)的還比較少。本文設(shè)計(jì)在線下教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合“雨課堂”，形成線下線上相結(jié)合的教學(xué)模式，線下講解重點(diǎn)知識(shí)，線上向?qū)W生推送預(yù)習(xí)資料和復(fù)習(xí)資料，同時(shí)將一些選做題推送給學(xué)生，以豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)。

五、新工科背景下基于層次分析的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系綜合評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)是判斷合理性、發(fā)現(xiàn)問題的最佳方式，針對(duì)構(gòu)建的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系，可以通過調(diào)研、訪談等方式研究與之相關(guān)聯(lián)的影響因素，做成評(píng)價(jià)指標(biāo)和因素集，為了得出比較客觀的結(jié)果，選取層次分析法得出權(quán)重，然后根據(jù)綜合評(píng)判即可以得出最后的評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果有針對(duì)性地對(duì)課程體系中存在的問題進(jìn)行整改，使其越來越完善，越來越與學(xué)生培養(yǎng)的實(shí)際情況相吻合。

通過研究“新工科”背景下工科專業(yè)人才培養(yǎng)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程之間的辯證關(guān)系，對(duì)大學(xué)數(shù)學(xué)的課程體系進(jìn)行重構(gòu)，師資隊(duì)伍進(jìn)行重建，教學(xué)模式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與改革，評(píng)價(jià)方式更加多樣化，以此對(duì)大學(xué)數(shù)學(xué)的課程體系進(jìn)行全方位的改革，以使大學(xué)數(shù)學(xué)的課程體系更有利于新工科人才的培養(yǎng)，使培養(yǎng)的人才邏輯思維能力、創(chuàng)新能力更強(qiáng)，并掌握更加豐富的數(shù)學(xué)知識(shí)，以為其更好的發(fā)展和服務(wù)社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬云鵬.課程與教學(xué)論[M].中央廣播電視大學(xué)出版社，2002.

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基金項(xiàng)目：本文為山東華宇工學(xué)院2018年度教育教學(xué)與新工科研究項(xiàng)目“面向新工科的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建”（ 編號(hào)： 2018XGK02） 階段性成果。