“新基建”背景下中職學校工科專業數學教學改革探究

武志鵬

(武漢技師學院機電工程系 湖北武漢 430051)

2020年3月，中共中央政治局常務委員會召開會議提出，要加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。新基建不同于舊基建，主要包括以人工智能、大數據中心、工業互聯等高科技產業為基礎而開展的一系列促進國民經濟發展的戰略舉措，將極大地提升人民的生活水平，提升消費質量。新型基礎設施不只是網絡基礎，更包含數字基礎、運算基礎，加快計算力支撐非常重要[1]。

一、中職學校對數學教學的要求

對于中職學校，傳統的工科包括機械制造類、電子電氣類和計算機類。然而，在“新基建”背景下，上述三類被整合成為交叉學科的“智能制造”領域和“人工智能”領域。在這兩個領域中，三個重要的技術支撐是數控加工技術、自動控制技術和計算編程技術。

數控加工技術除了包括傳統的數控車、銑技術和數控沖壓等技術，還包括工業機器人技術。雖然“三角函數”即可滿足多數計算要求，然而，由于多軸加工技術的引入，固然可以借助CAD/CAM軟件實現軌跡控制，但是在后處理環節卻需要坐標系的空間變換知識。

計算機編程技術是現代工業技術的基石[2]，而算法是現代計算機編程技術的核心。“新基建”背景下的高技能人才應具備將物理現象抽象為數學模型的能力。在校生應能根據需要找到和專業相關的初等函數和超越函數公式，并改寫成高級計算機語言程序。

二、當前數學教學的痛點

（一）學生學習動力不足

大多數學生在入學之前，學習數學的唯一目的就是參加中考或高考。學生極易對數學的學習產生誤解與偏見，以致學習動力普遍不足[3]，更有甚者抵觸反感，進而提出“數學無用論”，這對后續的教學活動產生了較大的負面影響。

（二）教師教學因循守舊

入學后的常規課堂教學方式難以打破學生早期產生的數學學習思維定勢。以幻燈片和視頻為主的多媒體教學也難以令人產生新的感官刺激。加之無法突破教材的限制，教學效果不理想。

（三）課程課時安排不足

教學活動不是短期行為，數學學習不可能一蹴而就，應與專業課程相生相伴。然而，數學作為基礎課程，在課時的安排上無法與專業課比擬。片面的數學知識點又難以系統地應用，這就更加強化了前述的“數學無用論”。

（四）學生學習效率低下

對于學習能力強、學習興趣高的學生而言，現有的教學大綱遠遠無法滿足“新基建”背景下對工科專業的數學能力要求[4]。除了超綱的知識點，另一個困擾學習效率的問題是，數值計算與分析需要耗費大量的時間與精力。

三、應對策略

（一）改善教學方法

數學課是職業技能教育中的基礎課，其教學活動應該服務于專業課程的學習。同時，其教學方法也可以參考專業課，簡要開展理論教學后隨即進入實踐課程，待學生初步掌握該項技能后，再轉入更深層次的理論學習，然后進一步地實踐應用。雖然數學的精髓之一在于推理與證明，但在職業技能教育中，不妨將數學這類基礎課程的學習更加“功利化”，對于已經證明過的公式和定理，把重點放在公式和定理的物理學意義上，即數學的學習應服務于專業課程的學習。對于需要參加技能高考或者“3+2”類的學生，則需要將數學分化為教育數學和專業應用數學等[3]。

（二）提升教師專業能力

一方面是數學專業能力，教師要積極擴建數學知識體系，構建符合“新基建”要求的數學知識架構。同時，應注重數學素養的提升，包括知識點的背景知識、人物介紹和歷史典故，把公式化的數學學習轉變為具有人文氣息的數學文化學習。另一方面是數學應用能力的提升，專職數學老師也應參與專業實習課教學，依照專業特點安排教學內容，設計教學案例，采用案例式教學，項目式教學，與專業教師合作，編纂案例集，針對具體的工程案例，開發成項目式教學課例。

（三）深化課程改革

1.明確工科應用數學知識體系

針對不同專業，擬定知識體系框架。例如，對于工業控制類專業，勢必要開展微積分教學，除了上文所述的PID是以微積分為基礎外，更進一步地，還應對積分變換具有一定認識，雖然可以不要求學生會進行拉普拉斯變換，但是應能明白拉氏變換的意義與功能，并且能認出拉氏變換。對于數控加工專業，固然CAD/CAM軟件提供了較為成熟的刀具路徑解決方案，但是隨著多軸加工技術的逐步普及，程序后處理將是數控技術高端人才無法回避的問題，這將需要線性代數、矩陣變換和解析幾何方面的知識，同樣地，對中職學生而言，掌握這些知識是有難度的，但了解這些知識卻是意義重大的。

2.數學與計算機基礎課程融合

職業技能教育中的計算機課程不應僅限于辦公軟件的教學。“新基建”背景下的工程專業必然要借助計算機實現工程應用。對于數值的計算和分析，可以嘗試交由計算機完成，借助具有圖形化功能的計算機軟件從幾何意義的角度去分析數值。從軟件資源的角度來看，當前有大量的免費開源軟件可以利用，通用的如python和C語言編譯器，專業的如MATLAB。從硬件資源來看，不必建立專用的計算機房，因為幾乎每個學生都有一部智能手機，python和C語言編譯以及MATLAB均能在智能手機上運行。這種利用智能手機開展數學教學的方式不僅能解決學習軟硬件柔性化的問題，還能為解決學生沉迷手機游戲提供一種解決方案。

四、結束語

從職業技能教學法的存在性和可行性來看，并不是工程實踐都需要先具備深厚的理論知識，以具體的應用作為切入點，先學怎么用，再學為什么。同理，并非所有的工程實踐都是先做嚴謹的數學推理與證明，沒有系統的數學理論知識也能掌握具體的數學算法，而這些算法對于提升底層的技術工作能效非常有用。比如，三角函數在工業機器人料庫系統中的應用、參數方程在宏程序中的應用。在傳統的職業技能教育中，數學教學從集合的概念開始，到向量的點積叉積計算等，教學活動中與專業知識交集少甚至無交集，導致后期再開設專業數學，如數控數學，這無形中又增加了課程冗余度，因此，中職數學教學改革勢在必行。