教育數字化背景下高等數學教學改革探索與實踐

周慧波，陸詩榮，王 智

（哈爾濱師范大學數學科學學院 黑龍江 哈爾濱 150500）

數字化時代，高等教育亟待解決的時代命題是對適應數字轉型中高素質創(chuàng)新人才的迫切需求。在科學技術迅猛發(fā)展的今天，大數據、云計算、人工智能等現代信息技術正在深刻且持續(xù)地改變著人類的生產、生活和思維、學習方式。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》提出，要加快教育信息化進程，要促進教育內容、教學手段和方法現代化，不斷強化、提高教師應用信息技術的水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果。如何借助現有的信息技術，培養(yǎng)學生主動學習的能力，引導學生充分利用現有網絡資源和教學平臺主動思考、能夠發(fā)現問題、解決問題，是廣大教育工作者需要考慮的問題。加速推進信息技術與高等教育的深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，意義重大。

著名數學家華羅庚先生在《數學的用場與發(fā)展》中說：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，生物之謎，日用之繁，無處不用到數學”，5G、芯片的發(fā)展都離不開數學，數學為科技的高速發(fā)展提供了強大動力。當前，我國在科技領域取得了顯著進展，但仍然面臨挑戰(zhàn)。高等數學是理工科、經管類大一新生入學必修的一門公共基礎課，涵蓋微積分、線性代數和概率論，內容多且龐雜艱澀，是所學專業(yè)學生后續(xù)專業(yè)課程的基礎。對學生而言，高等數學的作用不容小覷，它在培養(yǎng)數學素養(yǎng)、提高邏輯思維能力、創(chuàng)新能力以及開闊視野等方面無可替代。高等數學內容多、容量大，同時具有理論性、邏輯性及抽象性的特點，教學枯燥、乏味，學生的學習積極性不高、對內容不理解甚至厭學，這些都嚴重影響高校基礎課程教學的順利開展。如何在學生基礎差異較大、不同專業(yè)人才培養(yǎng)目標對高等數學知識需求不同的情況下，探求高等數學課程教學改革新方法，制定教學目標、教學內容、教學模式、考核方式，提高教學質量，培養(yǎng)適應當今社會需要的復合型人才，成為當前高校教育改革研究的主要課題之一。

自有科舉考試以來，教學的主要方式就是面授，在實際的教學環(huán)境中，通過老師的肢體動作、表情和語言實現一種真情實感的交互體驗，尤其是潛移默化中對學生文化情感和價值觀、人生觀、世界觀的影響是至關重要的。這種群體面授方式符合大眾的社會參與和情感交流的需求，有利于開展多元化、多樣性的教學活動，不僅便于教學管理，而且面對突發(fā)情況能夠及時有效處理。隨著計算機、通信技術的快速發(fā)展，將探索中的線上教學急速拉到大眾面前。線上教學方式的優(yōu)點顯而易見，如快速、及時、不受時空限制、授課過程錄屏及可重復性等。在高速平穩(wěn)的互聯(lián)網的加持下，線上教學平臺和直播軟件功能不斷完善成熟，滿足不同的教學需求。可以實現課程資源共享、可以在課堂上通過網絡視頻實時展示包羅萬象的大千世界和科技發(fā)展，使學生能夠更快更直觀地理解知識和世界先進的文化。而開發(fā)的智能測試系統(tǒng)、實時答疑系統(tǒng)、學習過程參與度的實時數據統(tǒng)計等線上功能，包括學生心理健康監(jiān)測系統(tǒng)，隨時關注學生學習和身心的動態(tài)變化。通過數據分析，有針對性地展開教學活動、提供相關服務。但通過一臺計算機線上教學，缺乏情感互動，沒有面對面的言傳身教，沒有情感的共鳴，單純的線上教學又是缺乏溫度的。所以傳統(tǒng)的面授和線上教學都有各自的優(yōu)勢。如果只堅持面授或只選擇線上教學，顯然已經無法滿足我國科教興國的戰(zhàn)略目標，無法適應社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的迫切需求。而兩種教學方式的優(yōu)勢互補，能更有效地促進教學活動的良性互動。因此，線上線下教學方式的有機融合，共同驅動教育的數字化、信息化、智能化進程，這是未來教育持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。

隨著信息技術的快速發(fā)展和互聯(lián)網在教育領域的廣泛應用，傳統(tǒng)的教學模式逐漸顯現出它的很多弊端，移動互聯(lián)時代教育技術的進步已足以從根本上改變大學基本教學模式。

2008 年以來哈佛、耶魯、普林斯頓大學及西雅圖太平洋大學等眾多國外高校進行了轟轟烈烈的教學改革，在信息技術與教學融合的發(fā)展進程中已走在了世界前列，這也引起了我們的高度重視。2003 年，中國開發(fā)教育資源協(xié)會成立，啟動了精品視頻課程建設項目；2011 年，國家精品開放課程正式上線；2013 年，清華大學、北京大學成了MOOC的積極倡導者和實踐者，分別加入了edX、Coursera 平臺，上線課程面向全球開放。到2019 年，《中國教育現代化2035》的發(fā)布，強調要進一步加快信息化時代的教育變革，信息技術與教學的深度融合和創(chuàng)新，已成為現階段的重要命題。2022 年，中國教育部啟動實施了教育數字化戰(zhàn)略行動。同年3 月，建設上線了全球最大的國家高等教育智慧平臺，平臺訪問總量292 億次，選課學習接近5 億人次。為實現教學相長，當務之急是盡快搭建教師的“教”與學生的“學”相互作用的“智慧立交橋”，使之成為覆蓋高等教育人才培養(yǎng)全過程的綜合資源服務平臺。本文探討如何使高等數學教學方式緊跟時代需求，利用數字技術實現線上線下教學的深度融合教學模式。

1 更新高教學理念，變革教育模式

當今世界，百年未有之大變局正加速演進，教育數字化是高質量發(fā)展的必然趨勢。全球教育系統(tǒng)的教育損失及其深層次的結構性缺陷問題亟須解決，更新教育理念、變革教育模式是大勢所趨。

理念是行動的先導，指引實踐的方向，教師需要理念和實踐的高位結合。本著堅持“育人為本，育德為先，學生中心，成果導向，持續(xù)改進課程體系和評價體系”的教學新理念。著力推動數字化學習和轉型，促進高等數學的教學更具包容性、公平性、有效性、相關性和持續(xù)性。打破傳統(tǒng)的“教師為主體，教學為中心，重教輕學，重結果輕過程”的教學方式。滲透“互聯(lián)網+”思維，針對教與學脫節(jié)的課程“痛點”，關注學生需求和課堂反饋，及時調整教學策略。

2 豐富教學內容，優(yōu)化教學設計

目前，大多數高校開設的“高等數學”課程內容主要體現數學自身學科的理論性、嚴謹性和邏輯性，教材內容幾乎相同，沒有基于不同專業(yè)的發(fā)展需求進行內容設置。無法讓學生感受到高等數學知識對于專業(yè)學習的重要性，易使學生對數學課程產生厭倦情緒，學習動力不足，從而影響教學效果。為滿足新工科背景下人才發(fā)展的需求，教學設計應以專業(yè)導向為著力點，將高等數學課程與專業(yè)課程進行交叉融合，對高數課程內容進行適當增減，及時將相關專業(yè)的知識、學術研究、科技發(fā)展的前沿成果引入課堂，激發(fā)學生的學習熱情和對本專業(yè)知識的興趣，使課堂教學達到事半功倍的效果。

教學設計要以所教專業(yè)為基礎完善知識體系，考查知識應用能力有機融合，培養(yǎng)學生具備解決實際問題的高級思維與綜合能力。促進文理交融，彰顯課程溫度，力求“常講常新、有血有肉”，提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。同時多方位挖掘課程中的思政元素，將源遠流長的中華文明潛移默化地融入課堂，發(fā)揮課程育人的主渠道，培養(yǎng)學生的人文素養(yǎng)、家國情懷和社會責任感。實現知識傳授與思政育人的有機結合，著力培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的新時代社會主義建設者和接班人。

3 創(chuàng)新教學方法，開展深度融合教學

打破傳統(tǒng)的以教師、教材、教室為中心的“滿堂灌”式教學方法，教學過程中充分體現學生的主體性，教師由知識傳遞者轉變?yōu)閷W生學習的伙伴、學習的設計者、支持者和促進者。形成以學生為中心的問題驅動+BOPPPS 教學模式，從課前、課中、課后三個階段開展線上線下、課內課外深度融合式教學。

課前，提出問題和學生需要達到的目標，在雨課堂平臺發(fā)布需要預習的MOOC 視頻或PPT，并通過前測試題、留言和數據分析實現精準定教。不僅關注學生對知識的理解吸收程度，更應關注學生對所學知識的遷移應用能力作為教學目標的設計導向。

課中，開展師生雙向交互研討式教學，設置進階性問題，不再以講練測為主的行為認知主義教學為主，也不是形式上的“假探究”。在教學過程中，通過雨課堂實時小測，關注學生的課堂參與度，分析答題情況看學生掌握情況，及時調整教學側重點。調動學生課堂學習的主動性，提高分析問題、解決問題的能力，進而循序漸進地提高學生對數學的興趣，培養(yǎng)數學思維和應用能力。

課后，不僅關注共性知識、標準答案，更關注每位學生對知識的不同認知，鼓勵學生從不同角度理解與探究不同方法，明確個體差異，為不同學生提供適應性的教學支持。利用微信群實時交流探討，圍繞實際問題與情境，形成生生之間、師生之間的參與式、協(xié)作式學習，形成多元的交互網絡。抓住數字時代的機遇，構建線上線下深度融合的教學模式，培養(yǎng)個性化、符合專業(yè)需求的創(chuàng)新型人才。

4 設計多元考評體系，打破重結果輕過程的考試制度

以往的考核主要以期末一張試卷為主，導致學生不注重平時學習積累，到期末又通宵達旦地突擊復習應付考試，所學知識囫圇吞棗無法內化為自身能力。所以，設計多元化的考評體系勢在必行。

改革作業(yè)和考試制度。將平時成績細分為：筆頭作業(yè)（10%），從上交的11 次作業(yè)中選擇成績最高的10 次計分；課前MOOC預習+小測（5%）；課中每節(jié)課雨課堂小測3 道小題（適合學生現學現賣）+四次（課后）章節(jié)小測（15%），由雨課堂系統(tǒng)根據參與程度和正確率自動統(tǒng)計，答對全部練習題的90%即可獲得本部分滿分；期中考試（20%），期末考試（50%）。同時，用雨課堂的“彈幕”和“投稿”功能，統(tǒng)計參與討論積極的20 名同學，期末總成績+2 分（總成績不超過100 分）。通過雨課堂平臺數據和留言，可關注學生參與學習活動的親身感受，對課程的興趣、態(tài)度，學習過程中的表現，以及學習效果，進而有針對性地開展教學以及個性化輔導。將知識學習融入眾多細小的考評中，促進學生學習的主動性。

5 結語

教育數字化是教育現代化發(fā)展的必然趨勢，數字技術的使用可以使教育更具包容性，擴大獲取信息和知識的機會。未來的高等數學教學改革中必將是不斷引入數字技術，以專業(yè)導向為著力點，將專業(yè)知識融入高等數學教學內容中，更新教學理念，優(yōu)化教學設計，以學生為主體，針對不同基礎的學生設置對應的教學目標，激發(fā)學生的學習興趣。讓學生從學習的被動者變?yōu)閷W習及教學的主導者，讓教師轉為問題的設計者和引導者，從旁協(xié)助學生從探索未知，到思考整合，再到掌握知識，真正培養(yǎng)有創(chuàng)新精神、符合時代需求的人才。