新工科建設背景下工程數學教學改革與探索

吳旭

摘要：新工科建設的目標之一是培養符合新時代要求的新工科人才，而培養新工科人才需要工科學生具備扎實的數學基礎。文章在新工科建設背景下，探討了提高工程數學教學質量的六種教學手段，總結了新工科人才培養的教學改革手段和形式，為新工科人才培養提供可能的參考和借鑒。

關鍵詞：新工科；工程數學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）30-0088-02

一、引言

為推動工程教育改革創新，2017年2月教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，探討了“新工科”的內涵特征、建設與發展的路徑，達成了“新工科建設復旦共識”。“新工科”是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向，其內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，以新理念新模式培養未來多元化、創新型具有可持續競爭力的卓越工程人才。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。2017年4月教育部在天津大學召開工科優勢高校新工科建設研討會，發布《新工科建設行動路線“天大行動”》，提出探索建立工科發展新范式，并提出六問，即“問產業需求建專業，構建工科專業新結構；問技術發展改內容，更新工程人才知識體系；問學生志趣變方法，創新工程教育方式和手段；問學校主體推改革，探索新工科自主發展、自我激勵新機制；問內外資源創條件，打造工程教育開放融合新生態；問國際前沿立標準，增強工程教育國際競爭力”。

自“新工科”概念提出以后，國內有關新工科建設的理論研究如火如荼，現有研究主要從宏觀層面出發，探討新工科建設模式、路徑、方法，力求建立我國工科發展新范式。本文擬從微觀角度出發，討論新工科背景下工程數學的教學改革如何更好地服務于新工科建設。

工程數學系列課程（主要包含高等數學、線性代數、概率論與數理統計、復變函數與積分變換、數值分析）是工科專業的基礎課程，其課程學習的好壞直接影響著工科學生后續專業課程學習質量，對工科人才的培養起著基礎性的作用。

二、提高工程數學教學質量手段及探索

在新工科建設進程中，提高工程數學基礎課程的教學質量非常重要。傳統方法是讓學生進行純粹數學理論知識的學習和訓練，這種方法相對比較枯燥乏味；而將專業知識背景融入工程數學教學過程中，一方面有助于學生對所學知識的理解，另一方面，也有助于提高學生的學習興趣。為了將專業知識背景融入數學課程的教學，需要教師在講授工程數學課程之前，對學生的專業課程框架體系有大致了解，從而在制訂教學計劃和撰寫課程教案時，能充分地將專業背景知識融入數學課程的教學中來。

另一方面，數學教師可以通過查看學生的專業課程設置，瀏覽所講課程教材的重點章節，從而了解這些工程學科所需要用到的數學知識，對工科學生進行數學授課時就更有針對性。教師在查閱工科專業課程相關教材時，可以有意識地收集一些與工程數學知識緊密聯系的部分，以便在課程教學設計中，將其融入教學設計環節。工程數學的教學目標是要讓工科學生能用自己所學到的工程數學知識和方法理念，去解決自己專業方面的某些具體問題。因此，必須讓學生提高自己動手解決實際問題的能力，做到學以致用。然而，教師只能在有限的課堂時間內給學生講授和指導，大量的知識及各種能力都需要依靠學生自己去學習和掌握。任課教師在課堂教學過程中需要預留一些繼續探討的實際問題，并留給工科學生思考和實踐創新的發揮空間，以鍛煉和提高工科學生自學和解決實際問題的能力。

為了進一步提高課堂教學效率，提升課堂教學效果，為工科學生后續專業課程學習打下扎實的基礎，可以從如下教學手段和教學方法方面進行探索：

1.轉變教學觀念。教師作為課堂教學的主導者，積極學習最新的教學理念并付諸實踐，將課堂教學從以教師為中心轉變為以學生為中心，將教學視點從教師轉移到學生，關注學生的需要和興趣，不再把學生看作是被動接受知識的對象，而是具有創造性潛能和豐富個性的主體。教師可以在教學過程中采用“討論式教學”、“探究式教學”等各種教學方法，充分發揮學生的主觀能動性和學習積極性，培養學生的創新思維和主動思考的能力。

2.改革教學內容，注重素質教育和創新能力的培養。結合學生具體專業，將數學知識和學生將要學習的專業課程聯系起來，提高數學教學的針對性，當然這也需要教師對學生后續專業課程的內容有所了解。另外適當增加一些具有實際背景的應用問題，以增強數學知識的應用性和趣味性，激發學生主動學習的欲望。

3.加強實踐教學，培養學生的實踐動手能力。盡可能地為學生提供實踐的機會，訓練他們的創新思維和實踐能力，培養學生獨立獲取知識、搜集處理信息的能力，發現問題、分析問題和解決問題的能力，從而提高教學質量，達到培養高素質新工科人才的目標。

4.挖掘工程案例，開展啟發式教學。現場工程案例是培養工科學生創新能力的教學資源，尤其是工程一線的經典案例更是培養工程師的最好素材。教師應將最新的工程案例引入課堂，結合經典案例進行有針對性的分析教學，著重開展啟發式教學，引導學生深入思考，從而激發未來工程師學習數學的興趣，提高其工程創新實踐能力。

5.開展數學建模競賽活動，提高學生創新能力。華東交通大學理學院每年利用寒暑假針對學校本科生和研究生免費開辦數學建模培訓班，學生自愿報名參加，通過一段時間的培訓后，組織學生參加校內的數學建模選拔賽，經過選拔的同學參加江西省大學生數學建模競賽和全國大學生數學建模競賽以及美國（國際）大學生數學建模競賽，每年都取得了很好的成績。通過數學建模競賽培養了學生的學習能力、科研寫作能力和創新能力及團隊協作精神。

6.教學方法創新方面，任課教師可以采用多種教學方法如類比式教學法、案例教學法、啟發式教學法、設問式教學法等等。嘗試探索師生互動式教學，利用現代化先進的教學手段（如電子課件、計算機軟件、多媒體網絡等）與傳統教學（黑板、粉筆）進行優化組合，提升課堂教學效果。在具體實踐教學過程中，根據教學內容選擇不同的教學手段。在傳授與課堂反饋效果等方面，傳統的黑板教學要比多媒體教學占有優勢，能通過教師與學生的直接面對面交流，把數學思維的原態、建構、演化過程等“原味原汁”地傳授給學生，更有利于培養工科學生的抽象思維能力。多媒體教學與傳統教學法相比有自己的優點，形式生動形象，動畫展示可以將一些抽象、立體的內容直觀地演示出來，使學生易于吸收和理解。

以上這些教學手段和方法方面的嘗試和探索，需要結合學校的具體情況來開展，盡量爭取到學校各級部門特別是教務部門的支持，以便能夠為這些教學嘗試和探索提供更好的服務和保障工作，保障任課教師的教學改革與嘗試能夠順利開展。

三、結語

新工科背景下的工程數學教學改革是一個需要長期探索和實踐的過程，為新工科建設培養數學基礎扎實、數學能力突出的優秀工科學生是工程數學教學改革的出發點和落腳點，亦是工程數學教學改革成功與否的檢驗標準。工程數學的教學改革探索還可以從案例式教學、教師教材、班級分級教學設計等各個角度進行探討，只要工程數學教師解放思想，大膽探索，勇于實踐和創新，不斷總結教學經驗和教訓，就能尋找到行之有效的方法，為新工科建設的順利進行奠定一定的教學基礎。

參考文獻：

[1]張鐸，廖敏，唐春霞.工程數學教學改革與研究[J].教育現代化，2018，5（26）：21-22.

[2]余高鋒.基于數學建模競賽的創新創業人才培養模式探索[J].教育教學論壇，2018，11（45）：115-116.

[3]江登英，余玲，王龍.基于創新能力培養的工程數學教學模式改革[J].教育與職業，2017，4（8）：94-97.