計算方法與MATLAB應用課程思政思考與探索*

付必偉 李翔 陳婷 劉少胡

摘? 要? 計算方法與MATLAB應用是理工科院校的專業(yè)必修課，學生人數(shù)多，課程涉及面廣，可以為思政教育提供有效的授課平臺。同時，該課程融入思政教育，可以將價值塑造和專業(yè)知識傳授有機結合、相互促進，形成較好的協(xié)同效應，提高學生的學習積極性和熱情。從課程問題、教學目標、教學內(nèi)容、課程考核等方面出發(fā)，就如何挖掘思政元素并將其融入思政教育進行思考，并提供新的思路。

關鍵詞? 計算方法與MATLAB應用；課程思政；思政教育；計算工具

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）16-0127-03

0? 引言

2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)，各類課程都要與思政教育同行，形成協(xié)同效應，把立德樹人作為教育的根本任務。2020年，教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》指出：培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人是教育的根本問題，立德樹人是檢驗高校一切工作的根本標準[1]。中共中央、國務院和教育部先后印發(fā)《關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》等文件，提出“三全育人”即全員育人、全過程育人和全方位育人的方針政策。全方位育人強調(diào)培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的人才，明確了專業(yè)知識和思政教育一手抓，協(xié)同共進，提高學生的思想政治覺悟，形成馬克思主義世界觀和價值觀[2]。

由此表明，思政教育已成為大學教育不可或缺的一部分，思政教育與專業(yè)課相結合已成為當代大學教育的趨勢。因此，探究將課程思政融入計算方法與MATLAB應用專業(yè)課程教學，不僅順應了新時代的教育理念，而且有利于學生全面發(fā)展。

課程思政目前是大學思政教育的重要手段。課程思政旨在將思政元素與其他課程內(nèi)容有機結合，使思想政治教育和課程內(nèi)容形成協(xié)同效應，相互促進，不僅能夠達到思政教育的目的，還有利于提高學生課程學習的積極性，增強學習效果。計算方法與MATLAB應用是各大理工科院校本科生和研究生的專業(yè)基礎課，具有理論性強、知識點多、科學性嚴密的特點，同時是一門利用計算機進行實際問題求解的課程，具有很強的實用性。該課程提供理論基礎和現(xiàn)代科學計算工具，是現(xiàn)代科技人才必須掌握的知識。該課程學習人數(shù)眾多、涉及面廣，具有思政教育的現(xiàn)實意義和授課平臺。為此，在該課程中融入思政教育，能夠有效地培養(yǎng)學生的科學精神和意志品質(zhì)。

1? 專業(yè)課融入課程思政存在的問題

1.1? 專業(yè)課存在的問題

學生在學習計算方法與MATLAB應用理論知識的過程中，因?qū)I(yè)知識掌握不牢，不清楚所學理論知識與實際問題的關聯(lián)性，面對實際問題無從下手。而且，教學內(nèi)容煩瑣難懂，教師因?qū)W時較少而對課程基礎理論講解不全面，學生理解較差，一般2～3周課程過后，如果課下不自學和復習，那么很多學生會跟不上教師的上課節(jié)奏，從而出現(xiàn)厭學和棄學的心理。計算方法與MATLAB應用是一門實用性較強的課程，需要學生具備分析實際工程問題并應用專業(yè)軟件MATLAB將數(shù)值求解方法程序化進行求解的能力。但是，許多大二本科生對編程語言不熟悉，對算法理解不深刻，導致他們面對具體問題時不知道如何編程、如何求解。同時，理論學時較少，教師不會在課堂上進行MATLAB編程語言的詳細講解，導致學生面對具體的數(shù)值計算問題時不會程序編寫，學習積極性越來越差，甚至有些學生完全放棄該課程實踐環(huán)節(jié)的學習。

1.2? 課程思政融入存在的問題

1.2.1? 高校教師重專業(yè)教學、輕思想政治教學的現(xiàn)象普遍存在

以往的專業(yè)課只講授專業(yè)基礎知識，很少甚至沒有涉及課程思政教學。并且許多教師認為專業(yè)課和思想政治課是獨立存在的，兩者很難融合，認為思想政治教育不應該在專業(yè)課堂上講授。因此，大學專業(yè)課的課程思政未引起專業(yè)課教師的重視，從而導致課程思政只是應付學校和學院對教師的要求。這種現(xiàn)象不利于幫助學生樹立正確的“三觀”，不利于培養(yǎng)品格和專業(yè)兼優(yōu)的高端人才，不符合高校立德樹人和“三全育人”的理念。

1.2.2? 課程創(chuàng)新不足，教學模塊缺乏思政元素

計算方法與MATLAB應用主要講授如何將實際連續(xù)性方程變?yōu)殡x散迭代格式并求解的基礎理論，包括算法與誤差、非線性方程、線性方程組和微分方程求解等。課程知識點抽象、理論性強，專業(yè)教師采用多媒體和板書的方法，大量的數(shù)學理論和公式不易理解，難免會使學生感到內(nèi)容煩瑣乏味，很容易讓學生感到枯燥，甚至產(chǎn)生抵觸心理。同時，教師在教學過程中通常采用較傳統(tǒng)的講授方式，缺少創(chuàng)新形式的教學法。專業(yè)教師在專業(yè)課上很少挖掘思政元素，沒有形成系統(tǒng)性的思政元素剖析，很難達到思政教育的目的。

1.2.3? 欠缺規(guī)范、詳細的考核機制，師生評價

體系不完善? 雖然各高校都在強調(diào)課程思政的重要性，但是沒有具體的課程思政目標和詳細的課程思政的執(zhí)行及考核政策，導致學生和教師沒有足夠重視課程思政的學習和教學。因此，形成課程思政在平時過程考核和期末考試中體現(xiàn)的考核方法，對于重視和加強課程思政教育非常重要。

2? 計算方法與MATLAB應用課程融入課程思政的方法

2.1? 課程目標中融入思政目標，提出全新課程目標體系

計算方法與MATLAB應用課程可從思政目標和課程目標兩個方面提出全新的課程目標體系，作為課程思政和教學內(nèi)容建設的指導方向。

2.1.1? 思政目標

1）通過了解和對比國內(nèi)外數(shù)值計算方法及相應科學計算工具的發(fā)展歷史，讓學生認識到自己所承擔的社會責任，激發(fā)愛國情懷。

2）通過對方程求解、函數(shù)插值與曲線擬合等內(nèi)容的學習，培養(yǎng)學生科學計算能力和數(shù)學建模思想，結合實際工程，增強學生尊重科學、追求真理的意識。

3）通過對MATLAB應用學習以及國內(nèi)科學計算工具的應用，激發(fā)學生開發(fā)及完善國內(nèi)計算工具的熱情。

2.1.2? 課程目標

1）掌握二分法、迭代法、消去法等數(shù)值計算方法的基本知識，能夠理解多項式、非線性方程、線性方程組等數(shù)學問題的求解原理。

2）熟練應用插值與擬合等數(shù)值計算方法，對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析，得到合理有效的結論。

3）熟練應用MATLAB科學計算模塊，并能對多項式、非線性方程、線性方程組等數(shù)學問題進行計算與分析。

4）針對多項式、非線性方程、線性方程組等數(shù)學問題，選用滿足特定要求的數(shù)值計算方法，預測、模擬與分析數(shù)值模型并能夠分析其局限性。

2.2? 深入挖掘思政元素，全面重構課程教學內(nèi)容

結合機械專業(yè)計算方法與MATLAB應用這門課的專業(yè)知識教學內(nèi)容，針對如何在每個章節(jié)中引入課程思政元素進行如下思考與探索。

2.2.1? 第一章：算法與誤差

講授算法時通過簡介我國數(shù)學發(fā)展歷史，融入我國古代秦九韶算法降低計算量和十進制算法簡化計算的案例，突出我國數(shù)學家對推動計算方法的貢獻，體現(xiàn)古代科學家的智慧，增強學生的民族自豪感，培養(yǎng)學生的愛國情懷。講授誤差時，以實際問題求解一定存在誤差，只要在允許的誤差范圍內(nèi)，認為數(shù)值計算結果是可信的為參照，映射生活中很多事情沒有絕對的正確與錯誤，只要在可接受的范圍內(nèi)，任何結果都是被允許的，引導學生避免鉆牛角尖，學會辯證地看待生活中存在的問題。

2.2.2? 第二、三章：非線性方程求解和線性方程組的解法

在對迭代方法的可行性和可靠性的講授過程中融入辯證思維，培養(yǎng)學生多思考、多方位看待問題的能力。通過講解著名數(shù)學家的故事，培養(yǎng)學生樹立正確的“三觀”。同時，結合牛頓在歐洲黑死病肆虐期間創(chuàng)造的科學奇跡，提高學生在家里和學校高效自學的熱情[3]，也借此講述我國的抗疫成就，介紹鐘南山、李蘭娟等科學家的事跡和貢獻，激發(fā)學生努力學習、報效祖國的愛國熱情[4]。

2.2.3? 第四章：函數(shù)插值與曲線擬合

講述函數(shù)插值與曲線擬合時，融入計算方法在現(xiàn)代科技中的應用案例，比如在天氣預報、疫情發(fā)展預測、飛機機翼設計、“嫦娥”四號探測器等中的應用，培養(yǎng)學生對課程的興趣以及對科學研究和探索的向往。介紹我國數(shù)學家的貢獻，提及元代數(shù)學家朱世杰所著《四元玉鑒》中的高次內(nèi)插法，它早于拉格朗日插值數(shù)百年，由此激發(fā)學生的愛國主義情懷[5]。

2.2.4? 第五章：數(shù)值積分和常微分方程的解法

講授數(shù)值積分時，講述微觀與宏觀之間的聯(lián)系、量與質(zhì)的關系，強調(diào)平時積累的重要性。講授常微分方程的解法時，結合課題組具體的相關科研項目，理論聯(lián)系實際，突出計算方法在科學研究中不可或缺的地位，提高學生的學習積極性和創(chuàng)新意識。

2.2.5? 上機課程

講授MATLAB及卡脖子技術，以美國對我國MATLAB專業(yè)軟件使用的限制為例，激發(fā)學生開發(fā)國內(nèi)專業(yè)科學計算軟件的理想信念、學習積極性和愛國情懷。

在計算方法與MATLAB應用課程教學實踐中始終以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目標，不斷更新教學內(nèi)容，改革教學方法和手段，在教學內(nèi)容設計、案例選取等各方面融合思政元素，讓德育貫穿教學全過程，培養(yǎng)學生的科學探索精神、辯證思考習慣、科學創(chuàng)新意識。

2.3? 課程考核中融入課程思政，突出課程思政的重要性

2.3.1? 對學生的考核

在計算方法與MATLAB應用課程中融入課程思政，需要建立新的評價體系和考核機制。以往評價體系和考核機制都沒有考慮思政元素，導致學生認為課程思政是走過場而已，并沒有引起重視。為凸顯課程思政的重要性，可以在平時考核中引入思政主題，按小組進行討論和思考，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新精神、工匠精神等職業(yè)素養(yǎng)，激發(fā)學生對課程思政的思考[6]。新的評價體系中平時考核和期末考試都需要考查課程思政，體現(xiàn)課程思政在專業(yè)課中的重要性，督促學生養(yǎng)成勤于思考課程思政的習慣。

2.3.2? 對教師的考核

在課堂上，教師是引導者，教學方法與內(nèi)容對學生有很大的影響，因此，教師應加強課程思政的自我學習與培訓，重視課程思政教學。只有具備較高的思政素養(yǎng)，對思政教育有足夠的重視，教師才能在專業(yè)課程中有機融入課程思政元素，增強課程思政教育效果。同時，還需對教師的課程思政教學進行考核，實現(xiàn)對教師課程思政的監(jiān)督機制。可以從問卷星的學生評價和學院督導部門督導兩個方面進行，督促教師加強專業(yè)課知識和思政元素的有機結合，做到“潤物細無聲”，避免生搬硬套。相關部門應建立系統(tǒng)的獎懲機制，對完成較好的教師給予獎勵，提高教師工作積極性。

3? 結束語

計算方法與MATLAB應用課程包括誤差分析、非線性方程求解、線性方程組求解、插值擬合、數(shù)值積分和數(shù)值微分等。該課程不僅具有傳統(tǒng)數(shù)學的嚴密性和抽象性，還與實際問題緊密結合，具有較強的實用性。學習該課程可以培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、分析和解決復雜實際工程問題和科研創(chuàng)新的能力。同時，計算方法與MATLAB應用課程是工科院校的必修專業(yè)課，涉及面廣、學生數(shù)量多，給思政教育提供了一個較好的平臺。該課程的每個章節(jié)都能找到豐富的思政元素，可以“潤物細無聲”地將思政元素融入專業(yè)基礎知識的講授當中，幫助學生樹立正確的“三觀”，激發(fā)學生的愛國情懷和學習積極性，培養(yǎng)品學兼優(yōu)的人才，達到立德樹人、“三全育人”的教育目標。

參考文獻

[1] 教育部關于印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知[A/OL].（2020-05-28）[2021-10-17].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

[2] 劉鶴，石瑛，金詳雷.課程思政建設的理性內(nèi)涵與實施路徑[J].中國大學教學，2019（3）：59-62.

[3] 程瑤，馬茹茹，宋傳靜，等.“計算方法”課程思政教學的思考與探索[J].科教文匯，2021（7）：78-80.

[4] 張雅晶，鮑官培，郝名望，等.計算方法課程教學的案例分析[J].電子技術，2021，50（5）：74-75.

[5] 黃政閣，崔靜靜.計算方法課程教學中融入思政教育的探索與思考[J].科技風，2021（1）：44-47.

[6] 李大舟，高巍.課程思政融入計算機實踐教學：以Python語言課程設計為例[J].電腦知識與技術，2021，17（31）：265-267.

*項目來源：中國高校產(chǎn)學研創(chuàng)新基金新一代信息技術創(chuàng)新項目（2019ITA04001）。

作者：付必偉，長江大學，講師，研究方向為數(shù)值計算方法；李翔，長江大學，副教授，研究方向為MATLAB應用的教育技術；陳婷，長江大學，講師，研究方向為課程思政與計算方法的融入方法；劉少胡，長江大學，教授，研究方向為數(shù)值計算方法應用技術（434020）。