新農科背景下大學數學課程教學改革探索

李 朗，房少梅，張 昕

（華南農業大學數學與信息學院 廣東 廣州 510642）

在新一輪全球科技革命的引領下，中共中央、國務院在《鄉村振興戰略規劃（2018―2022 年）》中明確指出：大力發展數字農業，實施智慧農業工程和“互聯網+”現代農業行動，鼓勵農業生產數字化改造，加強農業遙感、物聯網應用，提高農業精準化水平。為確保國家戰略的順利推進，眾多高校積極響應，在農情信息、農產品溯源、農業大數據、智能感知等智慧農業領域匯聚力量，形成特色和優勢，推動優質農科人才培養與鄉村人才振興的聯動發展。

農業快速發展，鄉村快速振興，高等農業教育的人才支撐必不可少[1]。數學作為農業科學和農業工程技術的基礎，其相關的改革和創新影響著農科教育變革和鄉村人才振興戰略的實施。當前，農業高校的大學數學課程教學與實踐主要存在以下問題：理論教學與實際專業相脫節，教學內容缺乏針對性；學生實踐能力不強，創新能力比較薄弱；理論學時不斷縮減，教學內容不斷縮水；過于關注對學生數學計算能力的培養，缺少數學文化素養的培養等。面對這些問題，對于特色鮮明的農業高校來說，如何讓教師在有限的課時內提高教學質量，保證教學效果，是一個值得關注的問題。

1 新農科背景下大學數學課程的教學改革與實踐

加強新農科建設，大學數學基礎課程建設也必須加強，課程建設水平將會直接影響到創新人才的培養。下面將具體介紹華南農業大學在大學（以下簡稱“我校”）數學課程建設方面所做的工作。

1.1 將數學建模、統計建模融入大學數學類基礎課程

全國大學生數學建模競賽以及最近幾年時興的統計建模競賽對于傳統的數學教學產生了巨大的沖擊，不僅拓展了數學教學的思路，促進了數學教學的發展，同時也更好地回答了學生的疑惑：“為什么要學數學，數學有什么用？”增強了學生對于數學的認識和理解。

我校意識到數學建模對于數學教學以及培養學生創新能力等方面的益處，通過積極編寫數學建模教材，組織學生參加數學建模培訓，并參加各類數學建模競賽，努力擴大學生的受益面。例如：出版關于數學建模的教材兩本，一本是《數學建模競賽優秀案例評析》，另一本是《數學建模——理論、方法及應用》。除此之外，間接在大學數學教材中每一章的后面編寫一節《數學建模實例》，激發學生的學習興趣，提高學生的數學建模能力。在數學建模培訓方面，學校為全校本科生開設了“數學建模”選修課，集中了數學系的骨干教師，從數學知識的講解，到如何分析問題、解決問題的思路講解，再到如何撰寫一篇像模像樣的數學建模論文等，都進行了深入細致的講解。通過實踐反饋可知，參加數學建模競賽的學生視野更加開闊，思維更加活躍，綜合素質更高，更加受到社會歡迎。

1.2 編寫農業版大學數學教材

對于農業高校，一本合適的教材不僅要體現教學內容的高質量和高水平，還要適合農業高校本科生的實際情況。教學內容要具有前瞻性，反映社會和科技發展的最新成果，除了注重概念、性質、方法的來源和發展變化的介紹，還要注重與生命科學、農學、農業工程以及計算機等的結合。

以華南農業大學為例，任課教師對“概率論與數理統計”課程教材進行了深入的探索和改革實踐。從教材案例出發，為了凸顯農業特色，任課教師選取了多年積累的生物數學案例，以實際問題為出發點，讓學生感受到原來“概率論與數理統計”課程離我們如此之近，解釋了“概率論與數理統計”將向哪里去的問題，進一步激發了學生的求知欲和創新潛力。另外，為了讓學生更好地解決實際問題，任課教師在教材后面編寫了“統計軟件的使用”一章，統計軟件從EXCEL、SPSS 到R 語言，任課教師進行了不斷的嘗試和修改，努力讓學生獲得最新和最方便的體驗。《應用概率統計》教材在2018 年被評為全國高等農業院校優秀教材獎，這標志著農業高校大學數學課程教材的理念、做法及效果得到了眾多專家的認可，為培養新一代農業人才，提高學農人才的數學素養奠定了基礎。

1.3 加強數學文化的熏陶，培養人文素養

數學文化的傳播，不僅可以讓學生了解數學的概貌，還可以感受其魅力。數學文化不僅推動著學生的人文訴求，同時也培養了學生的科學素養。數學文化類課程深刻影響著學生的數學觀，發揮著其他數學課程所不能替代的育人作用[2]。

隨著大學數學課時的減少，任課教師需要以更為高效的課堂教學完成教學內容，精心設計教學方法，傳授數學文化，實現培養學生人文素質和科學素質的目標。以我校為例，除開設“數學史”等數學文化類選修課之外，任課教師對部分教學內容進行了一定的拓展，從阿基米德到劉徽，從勾股定理到費馬大定理，從有限到無限，從確定到隨機等等，師生從數學人物、數學典故、數學思想中尋求智慧點，通過智慧點代替知識點，將數學課程知識與其他學科理論融會貫通，使學生主動適應新農科的新變化、新要求，不斷培養其創新思維，以適應新農科教育對人才培養的要求。

1.4 以在線課程平臺為基礎推動混合式教學

目前，我國有關高校和自主機構已經建成10 余個慕課平臺，上線慕課數量達到1 萬余門[3]，這些課程對學生進行自主學習起到了重要作用，同時為教師改善教學方法、提高教學質量提供了有益的參考。

由于課時所限，我校以智慧樹為平臺，對“線性代數”課程進行了混合式教學改革。任課教師在上課之前精心準備材料錄制視頻，視頻內容結合農科特色，里面穿插講述了許多在農業工程、經濟方面的例子，極大地吸引了學生的觀看興趣。通過課下看視頻，線上做題目，結合課堂講解，保證了學習的有效性。除此平臺外，不少任課教師結合課程教學需求，自發建立了支持課堂教學互動的QQ群、微信群、B 站視頻號等信息技術工具輔導教學。通過混合式教學的實踐，學生的學習自主性得到顯著加強，學生與教師的關系更為融洽和平等，教師在此過程中積累了更多的教學經驗，提高了信息化教學水平，解決了大學數學課程學時偏少的難題。

2 針對大學數學課程教學改革的反思與建議

在立德樹人、交叉融合、創新發展的培養目標下，許多農業院校結合自身優勢和專業背景，圍繞大學數學一流課程建設標準，進行了一系列改革，然而在改革的過程中，出現了一些促使人們反思的新問題。下面針對教學改革過程中遇到的痛點問題，探究一流課程建設、一流農科人才培養的必要路徑。

2.1 制訂科學的教師發展方案，點燃教師的教育教學熱情

一流課程的建設關鍵在教師。不少數學教師從剛入職時的激情四射，到若干年后的冷漠安靜，產生工作倦怠。具體表現為：越來越不愿與學生交流，上課匆匆而來，下課急急而去，PPT 數十年如一日。

為了保證正常教學效果，高校需要對部分教師進行干預和幫助，制訂科學的發展方案，重燃教師教學熱情。針對部分教師教學態度不良的情況，一方面要探討其成因，努力解決其不當的教學行為。另一方面高校也應制訂相關的政策法規，加大對高校教師教學技能、情緒管理、課堂信息化能力的培訓，強調教學和科研的平等地位，增強教師和學生之間情感的交流，提高人工智能的利用率，優化作業布置、提交、批改等環節，提升教學效率，激發教師教學熱情。

2.2 注重課堂教學創新，開展以學生為中心的教學模式

一流課程的建設，要注重課堂教學創新。課堂教學創新包括教學內容的創新和教學形式的創新，一方面要求教學內容有時代性、前沿性，教學結果具有探究性，另一方面要求教學形式有先進性和互動性[4]。

在教學內容上，高校數學教師除了應具有高水平的專業知識，對所講的內容了然于胸，應對自如外，還需要適應時代的發展，積極探索大數據、人工智能、物聯網等領域，并根據學生的專業需求，尋找可結合的切入點，從數學的角度分析處理具體問題，以此保證教學內容的時代性、前沿性。但多數教師在結果的探究性、培養學生的高階性思維能力上做得還不夠。

在教學形式上，相當多的教師選擇PPT作為常規教學方式，但PPT教學無法確保每一個學生都能得到良好的教學體驗，不利于學生的個性化發展。現在的大學生更習慣也更擅長通過互聯網獲取信息、學習知識，傳統的課堂授課教學方式無法引領現在大學生的學習方式。

針對這些問題，教師應加強對信息化教學平臺和技術的使用，不僅可以從中學習先進的教學理念、教學方法，反哺傳統教學，實現課堂教學創新，還可以促進“互聯網+教育”的發展，深入開展以學生為中心的新型教學形式。

2.3 增加應用統計類課程的開設，推進實踐創新人才的培養

統計學作為大數據、人工智能最重要的理論基礎之一，具有廣泛的應用背景，例如，精準農業無人機作業關鍵裝置研究、畜禽高效安全養殖信息化技術研發、基于深度學習的稻田雜草種類識別等，都需要統計學的支撐。雖然目前大部分農業高校都開設了“概率論與數理統計”作為公共數學基礎課程，但隨著人工智能的崛起，需要更多的應用統計類課程進入本科生的課堂，這些課程將對農業工程、農林經濟管理等專業的改革創新產生積極的影響，也將促進農業高校的發展壯大。

增加應用統計類課程的開設，積極推進課程教學改革與實踐，一要加快教學資源的建設進程，積極推進教學內容的重新整合和設計；二要在應用統計類課程中增加統計機器學習、統計計算等內容，增加農業背景的實踐類課題；三要讓不同專業的學生坐在一起，共同選修應用統計類課程，共同學習、共同探討、共同研究，碰撞思維，促進學科的交叉融合，提升學生的創新意識、合作意識以及應用實踐能力，助力新農科實踐創新人才的培養。

3 結語

以大數據、物聯網、人工智能等為代表的信息技術深刻影響著社會的經濟、政治、文化、生態文明建設，人們的需求已從基本的物質文化需要轉化為對美好生活的向往，農業高校傳統的人才培養模式、課程建設等已經無法適應新時代新農科的發展要求[5]。本文以華南農業大學的教學研究和教學實踐為例，探討了新農科建設背景下農業高校的一些可為和應為之處。教學改革的過程是漫長而艱巨的，還有許多工作需要去做，比如，如何進行科學的教學評價？如何收集更多更好的教學案例？如何更好地促進多學科交叉融合發展？都是值得關注的問題，這需要我們堅持不懈，不斷地實踐探索，努力為鄉村振興戰略服務，為新農科建設服務，為更多農業高校進入一流大學、一流學科、一流本科、一流專業服務。