新工科背景下高等數(shù)學課程的創(chuàng)新教學研究

張 珊,曲 波,劉 薇

(長春工業(yè)大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院,吉林 長春 130022)

一、研究背景

隨著新工科建設(shè)理念的提出和不斷發(fā)展,對高校教育改革和人才培養(yǎng)模式提出了新的要求。如何在“問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容,問學校主體推改革,問學生興趣變方法,問內(nèi)外資源創(chuàng)條件,問國際前沿立標準”[1]等方面通過優(yōu)化高校學科教學模式,實現(xiàn)專業(yè)人才的高質(zhì)量培養(yǎng),是高校教育工作者在日常教學實踐中不斷關(guān)注和思考的問題。新工科建設(shè)目前處于新的發(fā)展時期,而新工科建設(shè)過程中最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的課程之一就是高等數(shù)學[2],因此有必要在新行動和新理念下對教學模式進行變革,與新時代對標要求更加相符。

高等院校中必修課程都包括高等數(shù)學,其主要學習的知識包括一元和多元函數(shù)微積分、空間解析幾何與向量代數(shù)、無窮級數(shù)和常微分方程等等。高等數(shù)學教學是以學生基礎(chǔ)理論知識和計算方法的掌握為目的,并以此為基礎(chǔ)進一步對學生的邏輯推理、抽象概括、問題的發(fā)現(xiàn)、研究與解決能力的增強,以及學生自主學習能力進行培養(yǎng)。其授課對象是理工類及部分文史類相關(guān)各專業(yè)的本、專科一年級的大學生。當前的高等數(shù)學教學應(yīng)著眼于促進創(chuàng)新,將科研成果、教研成果及數(shù)學建模[3]思想等植入課程的中心,為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習、科學研究工作的開展,以及現(xiàn)代科學知識的獲取奠定必要的數(shù)學基礎(chǔ)。

二、課程教學現(xiàn)狀

為適應(yīng)新時代新工科的新要求及解決如何提高高等數(shù)學教學質(zhì)量這一核心問題,多年來的教學經(jīng)驗促使我們對高等數(shù)學課程做出有針對性的教學創(chuàng)新。當前高等數(shù)學課程在教學過程中有很多不足之處,比如理性改革欠缺,傳統(tǒng)觀念并未摒棄,主要體現(xiàn)在課程體系傳統(tǒng)經(jīng)典、教學理念保守陳舊、教學效果評價單一等方面。

(一) 高等數(shù)學與專業(yè)課程交叉融合不夠

高等數(shù)學的教學內(nèi)容豐富而教學時空有限,學生思維活躍而教學模式僵化[4]。教學主體需圍繞學生展開,不被固有傳統(tǒng)的教學理念束縛,因此依據(jù)專業(yè)和新工科技術(shù)人才需求實行因材施教,正確處理教與學的關(guān)系,接受學生之間差異的同時創(chuàng)造出輕松愉悅的課堂氣氛,充分激發(fā)學生的興趣,提升學習效率,由此可有效解決教學中如何以學生為中心、教學模式同一化的問題。

(二) 教學供給單一與學生需求多樣的失衡

課程資源有限無法吸引學生的學習興趣。將課程教學搭載于現(xiàn)代信息技術(shù)[5]平臺,一方面提高了課堂的參與度;另一方面實現(xiàn)了課堂教學的智能化,實現(xiàn)知識傳播的雙向性。以“加強數(shù)學基礎(chǔ)理論-強化數(shù)學創(chuàng)新實踐-提升數(shù)學人文素養(yǎng)”為主線優(yōu)化課程內(nèi)容,依據(jù)各專業(yè)的教學目標,設(shè)置相對應(yīng)的課程模塊,可有效解決課程資源不充分、課程建設(shè)力度不夠的問題。

(三) 理論深刻性與教學生動性的矛盾

抽象性、理論性是高等數(shù)學課程的重要標志,偏好生動性、趣味性又是當代大學生學習的顯著特點,教師對傳統(tǒng)教學的偏愛使得課堂教學以單向知識傳遞為主。采用“問題鏈”“專業(yè)引例啟發(fā)式”等教學方法,解決了教師教學觀念落后、難以真正教學相長的問題。“厚基礎(chǔ)、強創(chuàng)新、重實踐、融思政”,從學科邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用邏輯,將工程實例、數(shù)學建模等融入教學,通過問題與情境激發(fā)學生的學習動機與興趣,使學生對于發(fā)現(xiàn)、思考、規(guī)劃、探究和總結(jié)等更傾向于思維鍛煉的任務(wù)更有興趣,進而積極主動地參與進來。另外數(shù)學課程融進思政[6-7]元素是一項充滿挑戰(zhàn)和藝術(shù)的“化學反應(yīng)”,可使能力提升、知識講解和價值導向?qū)崿F(xiàn)高度統(tǒng)一。

三、教學創(chuàng)新實施方法

教學創(chuàng)新的實施途徑按照“教學模式的改變-組織方式的更新-方法手段的運用-評價方式的改善”來逐一實現(xiàn)。以導入、教學目標、預(yù)測、參與、測評和總結(jié)為主要教學模式,充分突出學生主體地位。根據(jù)“教學準備-課前導學-課中研學-課后復(fù)習”組織教學,使學生由“被動接受知識”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃哟鹨山饣蟆薄Ｔ诰€教學資源豐富化,實現(xiàn)系統(tǒng)化交互平臺的構(gòu)建,將線上教學與線下教學有效結(jié)合,實現(xiàn)教學設(shè)計與效果的不斷改進。另外要對課程考核方式進行重組,不定期增加多形式多過程的考核,比如撰寫讀書報告、進行單元測驗或題庫練習等,將學生全過程的學習表現(xiàn)綜合納入考評范圍內(nèi)。

(一) 優(yōu)化教學內(nèi)容,促進教學設(shè)計

新工科背景下高等數(shù)學的教學需要不斷適應(yīng)社會發(fā)展的需求,因此持續(xù)優(yōu)化教學內(nèi)容成為目前亟待解決的問題。一是要處理好高等數(shù)學教學與專業(yè)課程之間的交叉融合問題。高等數(shù)學知識和專業(yè)能力提升并沒有緊密的聯(lián)系,由此教學效果也就不盡如人意。因此對于課程之間的聯(lián)系可通過教學改革來進一步推進,使高等數(shù)學為其他專業(yè)課程提供更堅實的基礎(chǔ)。二是對標專業(yè)要求對教學內(nèi)容進行重構(gòu)。根據(jù)高等數(shù)學課程的科學性和知識結(jié)構(gòu)的合理性,對所有專業(yè)提供的基本的、必需的教學內(nèi)容進行整合,同時有針對性地為學生提供數(shù)學思維和能力的訓練,重視學生數(shù)學建模能力的提升,積極運用新技術(shù)、新方法、新內(nèi)容和新理念,打造優(yōu)質(zhì)課堂。具體落實如下:

1.打破學科壁壘,重構(gòu)課程體系

高校各專業(yè)在開設(shè)高等數(shù)學課程時,應(yīng)根據(jù)專業(yè)目標和專業(yè)能力發(fā)展,結(jié)合學生創(chuàng)新能力[8]培養(yǎng),將不同專業(yè)下課程的教學內(nèi)容綜合考慮,以實現(xiàn)課程體系本質(zhì)上的優(yōu)化重組。

2.優(yōu)化知識模塊、更新教學內(nèi)容、強化建模思想

依托重點教改項目的研究,實施分層次培養(yǎng),開設(shè)與各專業(yè)相匹配的課程模塊,將數(shù)學建模思想與方法[9]融入課堂教學,保證更深層次的學習有充足的知識和更好的能力,實現(xiàn)學生創(chuàng)新意識與能力、科研和實踐能力的不斷提升。

(二) 豐富教學方法,提升教學效果

部分學生的初等數(shù)學基礎(chǔ)薄弱,因此對課程內(nèi)容的知識儲備相對欠缺,同時學生的自覺能力相對較差,對學習高等數(shù)學的必要性和迫切性認識不夠。另外學生的學習動機還有相對消極的一面,即外部原因促使其學習,比如來自考研數(shù)學的壓力等等。因此在制定教學目標時,需著重在知識目標中滲透高等數(shù)學的思想和方法,增強他們的數(shù)學意識和數(shù)學素養(yǎng);在能力目標中注重培養(yǎng)學生對實際問題進行定性定量分析的能力,從而激發(fā)他們的創(chuàng)新精神;確定素養(yǎng)目標是基于學生為主體的理念以及德育為先的教學理念,對立德樹人和育人的途徑進行挖掘。在課堂教學中教師引入“BOPPPS”模型[10],其核心是學生全方位參與互動,從而強調(diào)學生的主體性地位。第一階段可以理解為“熱身暖場”,主要用提出的相關(guān)問題引起學生的學習動機,吸引他們的注意力,本階段可采用背景式、引導式等教學方法。第二階段要明確說明本章節(jié)的學習目標,使學生掌握在課程中所要學習的重點、難點和應(yīng)用能力。第三階段教師可通過啟發(fā)式、連接對比式等方法布置提問、考試或作業(yè)來了解學生的先備知識和能力,從而適度調(diào)整教學內(nèi)容。第四階段教師運用教學策略提出新課問題或模擬情境使學生積極主動地進行參與式學習,本階段要注重分層次、互動式教學手段的運用。第五階段利用課后作業(yè)、報告心得或問卷等形式來了解學生的學習成效以及是否達到學習目標。最后綜合整理課程內(nèi)容,幫助學生歸納總結(jié)學習要點。

(三) 充實網(wǎng)絡(luò)資源,完善學習平臺

線上和線下方式對課程資源進行補充和豐富,為學生提供更廣闊的思維發(fā)散空間,在課堂上沒有理解消化的知識可以借助慕課、微課、學習通等線上平臺進行內(nèi)化和補充,并且以智慧教學為基礎(chǔ),鼓勵學生積極參與,使學生從被動學習向主動學習進行轉(zhuǎn)變。

在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動下,搭載于現(xiàn)代信息技術(shù)平臺的新技術(shù)、新模式、新方法和新思維等不斷涌現(xiàn),實現(xiàn)了融教學內(nèi)容、課程體系和教學方法為一體的課程教學模式[11]。目前應(yīng)用信息化手段已建設(shè)了豐富多樣的在線教學資源,搭建了全方位全時空的互動交流平臺,借助軟件技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的形象材料進行深層次的思維探索,使學生的學習主動性得到穩(wěn)步提升。同時采取有針對性的線上線下混合式教學方法,對學習反饋的數(shù)據(jù)進行采集和分析,獲取學情統(tǒng)計,優(yōu)化教學設(shè)計,激發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力。

(四) 創(chuàng)新評價方式,激發(fā)創(chuàng)造活力

基于多維的信息系統(tǒng)構(gòu)造教與學的數(shù)據(jù)鏈,改善傳統(tǒng)的教學考核評價方式,采取多段多方式的考核方法,激發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力。對傳統(tǒng)的考核與作業(yè)布置方法進行創(chuàng)新,理論和技能同等重要。學習和考核可利用課堂探討、競賽比賽、上機實踐、論文撰寫以及理論考核等方式進行。逐步推行過程化考核模式[12],尤其重視視角獨特、研究深入全面、觀點新穎的論文。教學評價的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在兩方面:第一,測評技術(shù)由單一紙筆測試轉(zhuǎn)變?yōu)槔闷脚_和智慧教學工具進行線上+線下、課前+課中+課后全過程的評價;第二,由原來的注重理論學習成績的評價方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合學習行為、學習體驗、學習態(tài)度與學習績效的過程性綜合評價方式[13]。

(五) 注重教學反思,成就卓越課堂

教學反思是指教師對教學過程中教學目標是否達成、教材創(chuàng)造性應(yīng)用是否實現(xiàn)、教學是否以學生特征的差異性地適應(yīng)展開等進行反思,經(jīng)過長時間的積累,最終可把結(jié)果進行分類整理,一方面對今后的教學提供必要的參考;另一方面也有利于課堂教學水平的提高,對高等數(shù)學課堂教學改革[14]理念和思路的創(chuàng)新和發(fā)展都有積極作用。

四、結(jié)束語

高等數(shù)學教學改革工作并不是一蹴而就的。針對工科院校特點和專業(yè)需求,依托學科文理優(yōu)勢、借助學校各級平臺、吸收高等數(shù)學教學成果,不斷創(chuàng)新教學方式,優(yōu)化教學內(nèi)容,豐富教學資源,提升教學團隊,轉(zhuǎn)變教與學的理念與范式,吸收多元的教學方法與策略,運用現(xiàn)代化教育技術(shù)理念與前沿思想,關(guān)注教學效果實踐反饋,成就卓越教學。