加強實驗中心建設 提升數學類專業學生創新能力

孟品超 周林華

[摘 要] 隨著社會經濟的發展和科學技術的進步，社會對高等教育人才培養質量的要求越來越高，對拔尖創新人才的需求越來越多。數學類專業建設過程中也必須關注社會需求，探索教學體系優化，教學內容更新，教學模式改革的有效途徑，改善實驗設備和條件，加強學生創新能力的培養。

[關鍵詞] 數學類專業;創新能力;實踐教學;教學改革

[基金項目] 吉林省本科高等教育教學改革立項課題（201840-02）;數學省級實驗教學示范中心“融合創新，深度開放”實踐平臺建設

[作者簡介] 孟品超（1978—），女，吉林省吉林市人，碩士，副教授，研究方向為計算數學。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）37-0387-02? ? [收稿日期] 2019-12-24

一、引言

數學類專業受基礎類學科與專業特點的影響，人才培養目標普遍強調厚基礎、寬口徑，在強化數學基礎的同時，提升學生的動手實踐能力。實踐教學中存在重理論輕實踐的短板，制約著數學類人才培養質量和創新能力的提高。因此，加強數學實驗教學中心建設，遴選優秀的數學類課程實踐項目，推動實踐教學體系改革，促進學生通過自主學習，參與科研項目訓練，自由探索知識，將有效提高數學類專業人才的創新能力，提升自主創新思維。

二、背景與現狀

筆者所在的學校是地方性理工科院校，肩負著為地方經濟發展培養應用創新型人才的重任，因此非常重視學生理論基礎和創新能力的培養，尤其是著力培養一批拔尖創新性人才。從現實情況看，我校數學類專業起步于20世紀90年代，現有數學與應用數學、信息與計算科學兩個本科專業，并于2014年建成了吉林省數學實驗教學示范中心。

2018年我們改版了新的本科教學人才培養方案，新的人才培養方案加大了實踐教學的占比，推動了實踐教學模式的改變，教學條件的完善。目前兩個數學類本科專業實踐類教學內容，占總教學內容的30%以上，主要實踐類教學內容包含三個方面：一是課內實驗。如數值代數、數值逼近、微分方程數值解等課程中有1/3的學時安排了實驗教學，學生在實驗過程中加深對數值計算理論的理解;統計計算、智能計算、復雜系統分析與建模等課程有1/2的學時安排了實驗教學，學生在實驗過程中不僅理解現代計算方法的理論，更能將計算方法和實際問題碰撞產生新的思想。二是集中實踐環節。如課程設計和計算機實習，采用集中實踐的方式，利用相關理論較完整的解決實際問題，從問題提出、問題分析、模型建立、模型求解等方面系統的進行理論梳理和動手實踐;科研訓練和創新研究實踐則是在前期各種實踐訓練的基礎上自主選題，通過文獻檢索和文獻研讀，深入、系統地分析和研究某學科、某領域或某各方面的研究成果，培養學生應用專業知識提出問題、分析問題、解決問題的能力，自主分析和研究，并形成方案的能力，及培養學生自主學習能力和終身學習的意識。三是課外實踐環節。如大學生創新創業訓練計劃項目、大學生數學建模競賽、大數據分析與挖掘競賽、大學物理實驗競賽、物理學術競賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽，等。

三、數學實驗中心的建設

培養學生創新能力的核心是培養學生的創新意識和發現知識的能力。數學實驗教學中心以培養學生掌握數學理論基礎知識和創新能力為目標，因此在實踐教學體系、實踐教學模式、實踐教學環境等方面加強建設。

1.構建零起點、全程化的數學類專業學生創新實踐體系。我們為數學類專業學生構建了“零起點四層次三維度全過程”大學生創新實踐體系。大一新生入學，無論是專業知識還是實踐能力幾乎是零基礎，我們針對不同年級學生設置了四個層次的實踐教學體系，同時從課內實驗、集中實踐、課外創新活動和競賽三個維度提升學生的創新實踐能力，構成了零起點、四層次、三維度、全過程的數學類專業本科生創新實踐體系。建立了實驗教學中心研究項目、大學生創新創業訓練計劃項目、大學生課外學術科技作品競賽、大數據分析與挖掘競賽、數學建模競賽的項目鏈條，滿足了不同層次學生參加不同創新訓練項目的需求。

大一學生在專業知識零起點的情況下，首先進行專業認識實習和“面向對象程序設計”課程設計，對所學專業有初步的認識并掌握基本的編程基礎;大二學生進行“Matlab軟件應用”計算機實習和“數據結構與算法”課程設計，為后續的專業實踐儲備足夠的軟件設計基礎;專業基礎較好的同學可以參加大學生創新創業訓練計劃項目及大學生數學建模競賽等實踐活動，得到更多的鍛煉和提高;大三學生已具備初步的專業實踐的理論和軟件基礎，信息與計算科學專業會進行“數值分析”課程設計和“數據處理與分析”計算機實習，數學與應用數學專業會進行“多元統計分析”和“數據挖掘”課程設計，這些實踐內容專業性更強，在此基礎上，學生更具實力參與大數據分析與挖掘競賽和課外學術科技作品競賽;經過三個學年的專業知識學習和專業能力積累，第七學期開展了“實用辦公軟件”計算機實習、科研訓練、學術活動和創新研究實踐，“實用辦公軟件”計算機實習強調報告和論文的專業規范訓練，通過科研訓練，強化學生搜集文獻資料的能力，熟悉專業文獻資料查找和資料積累方法，提高對文獻資料的歸納、分析綜合能力，學術實踐是科學研究的重要基礎環節，學術活動是學術實踐的一部分，通過創新研究實踐項目的完成，使學生了解專業知識在科研活動過程當中的重要性，培養學生應用專業知識提出問題、分析問題、解決問題的能力，及自主分析和研究，并形成方案的能力。

2.推進研究性教學，拓展學生自主學習空間。經過多年的教學改革，重數學理論教學，輕能力培養的問題已經得到很好的改善，但作為基礎學科，難以避免的在教學中仍存在學生被動學習，接受教師灌輸知識的現象，在某種程度上扼殺了學生自主學習和發現知識的能力。研究性教學是以知識教育為依托，以能力培養為主要內容，把學習、研究、實踐有機地結合，引導學生的高度參與及主動性的充分發揮，并且創造性地運用知識和能力，主動地發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維，培養高層次、復合型、多樣化的高素質創新型應用人才的一種教學方法。

我們積極探索研究性教學方式改革，尤其在實踐教學過程中，通過研討式教學、探究式學習、問題討論小組、科研項目小組等形式，鼓勵學生自主學習和研究性學習，探索“以學生自主學習能力發展為主線、以學生創新能力培養為核心”的教學方法改革途徑。如在智能計算課內實驗中，學生組成5人左右的討論小組后選擇感興趣的智能計算領域內的問題，在老師的指導下開展小組討論，分析和尋找解決問題的有效途徑，最終小組協作解決該問題后撰寫項目報告，并進行口頭答辯。在問題選擇中，可能是同一個實際問題，但不同小組對應不同的方法，也可能是同一種方法，不同小組對應不同問題。通過這種小組內的研討和探究，拓寬學生的知識視野、提升理論思維能力，讓他們獲得發現知識的樂趣，養成自主學習的習慣。在專業知識教學中，突出科研創新能力培養，增強學生學術發展潛力。

3.公共實驗平臺共享環境建設。我們轉換管理和服務理念，以教學實驗中心網站為平臺，開展專業課程及實踐教學的信息化建設。將信息管理系統分門別類，進行模塊化管理。實驗教學管理模塊預約實驗項目，日常信息管理模塊發布信息，自學助手管理模塊提供自主學習網絡環境，學習資源共享模塊共享各種資源。信息化建設統籌規劃，模塊實施，提升管理和學習效率。實驗中心實現對教師和學生全天24小時的開放共享，大幅度提高現有實驗設施用于人才培養的利用率，給學生提供自由寬松的創新實踐環境。

參考文獻

[1]劉存霞，呂文，宋瀟.地方高校數學類專業實踐教學的幾點思考[J].課程教育研究，2019（45）：140-143.