基于Living Lab理念的體驗式教學設計與應用研究

摘 要：針對傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學存在抽象理論難以理解、實踐應用環(huán)節(jié)欠缺、學習興趣普遍不高和教學質量效果不佳等問題，提出采用Living Lab理念的體驗式教學方法作為課堂教學的補充和改進方案。Living Lab理念強調在真實環(huán)境中進行學習和研究，以實地考察、實踐操作和數(shù)學建模等活動為載體，將抽象的數(shù)學理論與實際生活和工程問題相結合，促進學生對數(shù)學知識的理解和應用。Living Lab理念的體驗式教學為改進高等數(shù)學課程教學提供了新思路和新方法，有助于提高教學質量和激發(fā)學生的學習動力。

關鍵詞： Living Lab理念；教學設計；高等數(shù)學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）10-0077-04

“高等數(shù)學”課程是職業(yè)本科專業(yè)基礎課程，對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和邏輯思維能力至關重要。傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學偏重理論，缺乏實踐應用環(huán)節(jié)，因而學生對數(shù)學知識的理解和應用存在局限性，尤其是在抽象概念和復雜理論方面，學生難以找到實際應用的意義，從而導致學習興趣不高、學習效果不佳等問題[1-3]。海南自貿(mào)港的建設和發(fā)展亟需大量具備數(shù)學建模、數(shù)據(jù)分析和邏輯思維能力的技能型人才，以支撐其經(jīng)濟、金融、科技等各個領域的發(fā)展。在這樣的背景下，傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程的教學改進和提升變得尤為迫切。

Living Lab理念作為一種將真實環(huán)境融入到學習和研究過程中的方法論，強調通過在真實環(huán)境中進行學習和研究，使學生能夠在實踐中獲得知識、技能和體驗，為改進“高等數(shù)學”課程教學提供了新思路和新方法[4-5]。

本文提出Living Lab理念的體驗式教學設計和實踐，以彌補傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學偏重理論缺乏實踐活動的不足，從而促進“高等數(shù)學”課程的教學改進和提升，探索如何將Living Lab理念融入到“高等數(shù)學”課程教學中，設計符合實際環(huán)境的體驗式教學活動，通過實踐應用加深學生對高等數(shù)學知識的理解，拓展Living Lab理念在“高等數(shù)學”課程教學中的應用前景。

一、傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學現(xiàn)狀

（一）抽象理論難以理解

“高等數(shù)學”課程中的理論知識對于高職院校學生來說是抽象且難以理解的，如微積分中的極限、導數(shù)、積分等，要求學生具有較強的數(shù)學思維和邏輯推理能力才能理解和掌握，對于基礎較差的高職院校學生而言，理論的抽象性會造成理解上的困難。傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課堂教學側重于結論的證明和公式的推導，缺乏直觀的示例分析和實際的應用場景，學生難以將抽象的數(shù)學理論與實際生活中的問題聯(lián)系起來，缺乏對數(shù)學知識實際應用的認識和體驗。另外，傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學注重培養(yǎng)學生的數(shù)學技能，忽視了數(shù)學思維的培養(yǎng)。數(shù)學思維是一種抽象思維和邏輯推理能力，它不僅能幫助學生理解和應用數(shù)學知識，還能促進其在其他領域的學習和思考能力提升。然而，傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課堂教學往往缺乏對數(shù)學思維的訓練和引導，導致學生難以適應抽象的數(shù)學理論。當學生接觸數(shù)學新概念時，常常難以理解其背后的實際意義和應用場景，導致學習興趣不高，學習效果不佳。

（二）缺乏實踐應用環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學偏重于理論知識的傳授，而缺乏與實際生活和工程實踐相關的實踐應用環(huán)節(jié)。學生感到理論知識與實際應用之間存在較大的脫節(jié)，難以獨立將所學知識應用到實際問題中，導致學生對數(shù)學課程的學習興趣不足，從而影響其學習動機和學習效果。缺乏實踐應用環(huán)節(jié)就意味著學生缺乏與實際問題相結合的學習經(jīng)驗，無法培養(yǎng)和提升解決實際問題的能力。學生在面對實際問題時感到無所適從，缺乏應對困難挑戰(zhàn)的能力。“高等數(shù)學”課程是學生學習專業(yè)知識的基礎課程，但如果缺乏實踐應用環(huán)節(jié)，學生就無法將所學知識與實際工作場景相結合，導致學生畢業(yè)后的就業(yè)競爭力不足。在現(xiàn)實生活和工作中，企業(yè)更加看重職業(yè)院校學生的實際應用能力和解決問題的能力，而非單純的理論知識。

（三）學習興趣普遍不高

傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程過于注重理論知識的傳授，學生在課堂上是被動式學習，被灌輸數(shù)學原理和公式，缺乏實際解決問題和應用數(shù)學的機會，這使得學生難以將數(shù)學知識與實際生活和職業(yè)中的場景聯(lián)系起來，導致學習興趣不高。對于職業(yè)院校學生來說，“高等數(shù)學”的概念和理論相對抽象，這些抽象的概念和理論與學生的日常經(jīng)驗和生活實踐存在脫節(jié)，難以激發(fā)學生的興趣和好奇心。此外，傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學采用較為單一的課堂講授和演示教學方法，學生缺乏足夠的互動和參與機會，課堂內容枯燥乏味，缺乏吸引力和挑戰(zhàn)性，加劇了學生學習興趣和動力的下降。加之受到課程考試制度的壓力和功利性思維的影響，部分學生將學習“高等數(shù)學”視為一種應付考試和拿學分績點的手段，無法形成對數(shù)學知識和技能的真正理解和應用，這種功利性的學習態(tài)度削弱了學生對“高等數(shù)學”的興趣。

（四）教學質量效果不佳

傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程常常采用單向的講授式教學模式，教師主導組織教學，學生被動接受知識，單一的教學模式難以激發(fā)學生的學習興趣和積極性，容易造成學生的學習倦怠和厭學情緒。而目前“高等數(shù)學”課程存在如教材內容陳舊、課件設計簡單、實驗器材有限等問題，導致教師教學過程缺乏足夠的支持和幫助，難以激發(fā)學生的學習興趣和主動性。而且傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程中教學評估方式相對單一，主要以考試和作業(yè)為主，極易造成對學生綜合能力的片面評價，無法全面了解學生的學習情況和問題所在，從而影響教師的教學質量和學生的學習效果。隨著社會發(fā)展和教育改革的不斷推進，社會對“高等數(shù)學”課程教學的質量和學習效果提出了更高的要求，傳統(tǒng)的教學方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教育的需求，亟須尋找一種更加有效的教學方法，以提高“高等數(shù)學”課程教學質量和學習效果。

二、Living Lab理念的體驗式教學內涵

Living Lab理念融入“高等數(shù)學”課程是一種創(chuàng)新的教學方式，可以使數(shù)學的抽象概念更加具體化和實用化，讓學生在實際場景中探索數(shù)學的應用，提高學生的學習興趣和理解深度。Living Lab理念的體驗式教學是基于真實的學習環(huán)境和工作環(huán)境進行創(chuàng)新實踐，使得教學活動更貼近實際需求和場景[6]。與傳統(tǒng)的教學方式不同，Living Lab提供了真實的教育環(huán)境，可以讓學生在課堂之外進行實踐和探索。這種實踐體驗是課堂教學的補充，讓學生親身感受和應用課堂上所學知識，從而更加深入地理解和掌握。

Living Lab理念的體驗式教學強調學生參與和驅動創(chuàng)新，將學生視作教學的核心參與者和合作伙伴。在“高等數(shù)學”課程教學中，將Living Lab理念的體驗式教學作為課堂教學的補充。教師為學生提供更加豐富、實踐性強的學習體驗，如實地考察、實踐操作和數(shù)學建模等第二課堂實踐活動，將課堂上的抽象數(shù)學理論與實際生活和工程問題緊密聯(lián)系起來，提高學生對數(shù)學知識的理解和應用能力，使學生理解數(shù)學在工程領域中的應用價值。通過與學生共同設計、實踐和評估教學活動，教師能夠更好地理解學生的學習需求，從而提供更貼近學生真實需求的教學方案。Living Lab理念的體驗式教學鼓勵跨學科合作與交流，整合不同領域的專業(yè)知識和技能，促進創(chuàng)新的跨界融合。Living Lab涉及多個學科領域的合作，課堂上結合實踐經(jīng)驗進行跨學科的討論和交流，讓學生將Living Lab的實踐經(jīng)驗與不同學科的理論知識相結合，拓展學生的知識視野。

三、Living Lab理念的體驗式教學設計

Living Lab理念的體驗式教學設計將傳統(tǒng)的理論教學與實踐活動相結合，旨在為學生提供一個既具有理論深度又能夠身臨其境的學習環(huán)境。在教學設計中，理論教學被融入各種實踐活動中，與學生實際的探索和應用緊密結合，相輔相成，共同構建起學生的數(shù)學學習體驗。一方面，理論知識作為教學的基礎，為學生提供了系統(tǒng)的數(shù)學知識框架和方法論。通過課堂教學，教師可以向學生傳授數(shù)學的基礎理論知識和方法，讓學生建立起對數(shù)學概念的理解和認識。這些理論知識為學生后續(xù)的實踐活動提供了堅實的基礎，使學生能夠更好地應用數(shù)學方法解決實際問題。另一方面，體驗式教學為學生提供了一個具體的場景，讓學生在實踐中感知和應用數(shù)學。在實地考察、實踐操作、數(shù)學建模等活動中，學生需要運用課堂所學的理論知識，與真實環(huán)境相結合，解決實際的數(shù)學問題。體驗式的學習過程不僅能夠加深學生對數(shù)學概念的理解，還能夠培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。通過親自動手和實踐操作，學生深入地探索數(shù)學的應用場景，從而增強對數(shù)學知識的實際感知和理解。此外，體驗式教學強調學生的主動參與和合作，在團隊項目或實驗中，學生共同合作、討論和解決實際問題，不僅培養(yǎng)了其團隊合作能力，還促進了學生之間的互動和思想碰撞。與此同時，教師在實踐活動中起到引導和指導的作用，及時給予學生反饋和指導，幫助學生理清思路、發(fā)現(xiàn)問題、尋找解決方案。Living Lab理念的體驗式教學設計實現(xiàn)了理論知識與實踐活動的有機融合。理論知識為實踐提供了基礎和指導，而實踐活動則為學生提供了一個具體、真實的學習場景，這種有機融合不僅使數(shù)學學習更加具體和實用，也培養(yǎng)了學生的實踐能力、創(chuàng)新思維和團隊合作精神。

（一）確定課程目標

確定課程目標是教學設計的基礎，明確目標才能有效地指導教學實踐，確保教學活動的有效開展。在確定課程目標時，需要綜合考慮“高等數(shù)學”課程的教學目標及學生的學習需求。課程目標具體而明確，能夠客觀地反映出學生在本次教學活動中應該達到的核心能力和技能水平。目標一：加強學生對“高等數(shù)學”知識的深刻理解和靈活應用能力。通過課程教學，學生不僅要能夠理解數(shù)學概念和理論，還要能夠靈活運用這些知識解決實際問題，將數(shù)學應用于不同領域和情境中。目標二：培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。通過課程教學，學生應該具備通過實踐探索和創(chuàng)新解決問題的能力，能夠靈活運用數(shù)學方法和工具分析并解決現(xiàn)實生活中的復雜問題。目標三：強化學生在數(shù)學領域的自主學習和探索能力。通過課程教學，學生具備自主學習和獨立思考的能力，能夠主動探索和發(fā)現(xiàn)數(shù)學知識的深層內涵，不斷拓展自己的數(shù)學視野和思維方式。

（二）設計實踐環(huán)節(jié)

實踐環(huán)節(jié)的設計應緊密圍繞著課程目標展開，以便為學生提供與數(shù)學知識在實際環(huán)境中的聯(lián)系和應用體驗。通過設計形式多樣的實踐性活動，例如實地考察、實踐操作等，學生將有機會親身體驗數(shù)學在現(xiàn)實生活中的應用場景和應用價值。實踐教學活動不僅能夠幫助學生將抽象的數(shù)學理論與實際問題相聯(lián)系，還能夠激發(fā)學生的學習興趣和學習動力，提高學習效果。例如，設計實地考察建筑結構的活動，讓學生通過觀察和分析現(xiàn)實建筑中的結構特點，探索數(shù)學在建筑設計和工程實踐中的應用。通過實踐教學活動，學生不僅能夠加深對數(shù)學概念的理解，還能夠培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。此外，還可以設計數(shù)學建模和仿真實驗等活動，讓學生運用數(shù)學方法和工具模擬和解決實際問題，從而提高學生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。總之，實踐環(huán)節(jié)的設計具有一定的靈活性和創(chuàng)新性，能夠有效地激發(fā)學生的數(shù)學學習興趣和主動性，提高學生的數(shù)學素養(yǎng)和實踐能力。

（三）準備教學資源

為了支持教學活動的順利進行，需要充分準備與課程內容相關的教學資源。教學資源包括但不限于多媒體課件、實驗器材、計算機軟件等。教學資源的選擇應與教學目標和實踐活動相匹配，確保能夠有效地支持學生的學習和實踐。例如，針對數(shù)學建模活動，需要準備適用于建模的軟件工具，如MATLAB、Mathematica等，以及相關的數(shù)據(jù)集和案例；對于實地考察活動，需要提前安排，并準備好必要的測量工具或設備。在選擇教學資源時，充分考慮資源的更新性和適用性，確保能夠滿足學生對最新科技和工具的需求。同時，還需要保證教學資源的充足和有效性，以滿足學生的學習需求。例如，對于多媒體課件，需要確保其內容豐富、清晰，并具有一定的交互性，以便更好地吸引學生的注意力和提高學生的學習效果；對于實驗器材，需要確保其齊全、安全，并且能夠滿足實驗活動的要求；對于計算機軟件，需要確保其穩(wěn)定性和易用性，以便學生能夠順利地進行操作和實踐。教學資源的準備要充分考慮教學需要和學習需求，確保能夠為教學活動的順利開展提供有力的支持和保障。

（四）安排教學過程

在安排教學過程時，首先，根據(jù)教學目標和學生的實際情況，設計合適的教學活動和任務。教學活動和任務應當緊密貼合課程目標，既能夠促進學生對數(shù)學知識的理解和應用，又能夠培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維。其次，需要合理安排教學活動的順序和時間分配。根據(jù)教學內容的復雜程度和學生的學習進度，確定教學活動的先后順序和時長。一般采用由淺入深、由易到難的原則，循序漸進地進行教學。最后，需要合理控制教學時間，避免過長或過短，以確保教學過程的高效性和學習效果的達成。

在教學過程中，通過設置合適的教學活動，采用恰當?shù)慕虒W方法，激發(fā)學生的學習熱情和積極性。例如，通過小組討論、問題解決、案例分析等形式，增加學生的參與度和互動性，提高學生的學習興趣和學習動力。將Living Lab體驗式教學融入教學實踐中，結合課堂理論教學和體驗式教學，學生在課堂中建立起數(shù)學知識的基礎和理論框架后，通過實地考察、實踐操作和數(shù)學建模等環(huán)節(jié)，深化了對數(shù)學概念的理解和應用，提高了實踐能力和創(chuàng)新思維。此外，根據(jù)學生的反饋和表現(xiàn)，靈活地進行教學調整和優(yōu)化。通過及時反饋和指導，幫助學生克服學習困難，提高學習效果和成績。安排教學過程時應充分考慮教學內容和學習目標的需要，確保教學過程的順利進行和學習效果的達成。

（五）教學評估與反饋

教學評估與反饋環(huán)節(jié)是教學過程中至關重要的一環(huán)，通過科學有效的評估和反饋機制，可以不斷改進教學方法，提升教學質量，促進學生的學習效果。首先，采用問卷調查的方式，讓學生就教學內容、教學方法、教師表現(xiàn)等方面進行匿名評價。其次，觀察記錄學生在教學過程中的表現(xiàn)和反應，包括學生的參與度、學習態(tài)度、問題解決能力等方面。最后，通過課堂測驗、作業(yè)評定等形式對學生的學習情況進行定量評估，以獲取更具體的數(shù)據(jù)和信息。評估結果可以作為教學反饋的重要依據(jù)，幫助教師更準確地把握學生的學習水平和需求。在收集和分析評估數(shù)據(jù)的基礎上，教師能夠及時對教學進行調整和改進。例如，針對學生反饋的問題和意見，教師可以調整教學內容和教學方法，提供更貼近學生需求的教學方案。同時，通過向學生提供針對性的反饋和指導，幫助學生克服學習困難，提高學習效果。

四、Living Lab理念的體驗式教學實踐

在開展Living Lab理念體驗式教學實踐環(huán)節(jié)之前，學生已經(jīng)在教師的理論課堂講解和指導下建立了數(shù)學知識的基礎和理論框架，為后續(xù)的實踐活動提供了必要理論基礎和條件。在Living Lab理念的體驗式教學實踐中，每一個實踐環(huán)節(jié)都緊密結合課堂知識要點，從而使學生能夠將理論知識與實際應用相結合，加深對數(shù)學概念的理解和應用。

（一）實地考察

在實地考察環(huán)節(jié)，學生可通過親身體驗探索數(shù)學知識在實際環(huán)境中的應用情況，從而加深對數(shù)學概念的理解和應用能力。教師在設計實地考察的內容和場景時，要結合課堂學習的數(shù)學知識要點，讓學生將所學理論知識應用到實際中去。教師可選擇不同類型的實地場景，包括建筑工地、自然風景區(qū)等，讓學生從不同角度去觀察和理解數(shù)學在實際生活中的應用。例如，在建筑工地考察中，學生可以了解建筑結構中的幾何形狀、力學原理等數(shù)學知識。通過觀察不同類型的建筑物，如橋梁、高樓等，學生可以探索其中所蘊含的數(shù)學規(guī)律，從而加深對數(shù)學概念的理解。在自然風景區(qū)考察中，學生可以觀察自然界中的地形、地貌等現(xiàn)象，探索其中隱藏的數(shù)學規(guī)律和關系。例如，通過解讀地形圖、分析地質構造等活動，學生可以理解地理空間中的數(shù)學意義，從而將數(shù)學知識與實際地理環(huán)境相結合。

在實地考察過程中，教師可引導學生運用數(shù)學工具和方法進行數(shù)據(jù)收集和分析，從而加深對數(shù)學知識的理解和應用。例如，通過測量建筑物的尺寸、角度等數(shù)據(jù)，學生可以運用幾何知識進行分析和計算；通過采集地形圖上的高程數(shù)據(jù)，學生可以運用數(shù)學模型進行地形分析和地質解釋。

（二）實踐操作

在實踐操作環(huán)節(jié)，學生可通過動手操作來理解和掌握數(shù)學概念，從而提高學生的實踐能力和應用水平。教師設計的實踐活動與課堂上學習的數(shù)學知識要點密切相關，要能夠讓學生將理論知識轉化為實際技能。例如，在建筑結構的實踐操作中，學生可以根據(jù)課堂上學習的幾何知識和力學原理，如利用硬紙板、小竹條等簡易材料，按照教師提供的設計方案搭建模型建筑結構。在搭建過程中，學生運用數(shù)學幾何知識和力學原理，合理安排結構的支撐點和構造形式，以確保模型的穩(wěn)定性和堅固性。通過實際操作，學生能夠理解建筑結構的穩(wěn)定性原理，掌握相關的數(shù)學概念和應用技巧。同時，教師還可以引導學生在不同條件下對模型建筑結構進行測試和觀察，以探究結構在不同情況下的穩(wěn)定性變化。例如，通過改變支撐點的位置、調整結構的形狀等方式，學生可以觀察和比較結構在不同條件下的表現(xiàn)，進而深入理解數(shù)學原理在實際應用中的作用和意義。通過實踐操作活動，不僅可以增強學生的團隊合作能力和動手能力，還能夠讓其在實踐中理解數(shù)學知識，提高應用知識的體驗感和實際操作能力，激發(fā)學習興趣。

（三）數(shù)學建模

在數(shù)學建模環(huán)節(jié)，學生將實踐中獲取的數(shù)據(jù)和觀察結果轉化為數(shù)學模型，從而提升學生對數(shù)學知識的理解和實際應用能力。基于課堂學習的數(shù)學知識要點開展數(shù)學建模，讓學生將所學的理論知識應用到實際問題的解決中。例如，在建筑結構的數(shù)學建模中，學生小組首先進行實地測量，記錄建筑物的支撐柱長度、樓板高度等相關數(shù)據(jù)。其次，運用所學的統(tǒng)計學方法對這些數(shù)據(jù)進行處理和分析，從而建立建筑結構的數(shù)學模型。最后，運用微積分等數(shù)學知識，對建筑結構的受力情況進行分析和計算，探究結構在不同外力作用下的穩(wěn)定性。同時，學生可以借助MATLAB等數(shù)學軟件對數(shù)學模型進行求解和優(yōu)化，提出建筑結構的優(yōu)化設計方案。在這個過程中，教師充當著指導者和引領者的角色，而學生小組則完全獨立負責整個數(shù)學建模的過程。這樣的學習方式能夠激發(fā)學生的自主學習和創(chuàng)新能力，使學生在實踐中理解建筑結構中蘊含的數(shù)學原理和規(guī)律。同時，通過合作、探索和解決實際問題的過程，學生的團隊合作意識、溝通協(xié)作能力等都得到有效提升。

五、結束語

“高等數(shù)學”課程作為高職本科教育的專業(yè)基礎課程，承載著培養(yǎng)職業(yè)本科學生科學素養(yǎng)和邏輯思維能力的根本任務。傳統(tǒng)“高等數(shù)學”課程教學存在著抽象理論難以理解、實踐應用環(huán)節(jié)欠缺、學習興趣不高和教學質量效果不佳等問題。為了解決這些問題，本文提出了基于Living Lab理念的體驗式教學方法，在理論教學環(huán)節(jié)之外引入實踐活動，并指出了相應的教學設計方案。以實地考察、實踐操作和數(shù)學建模等活動為載體，將抽象的數(shù)學理論與實際生活和工程問題相結合，為學生提供了更加豐富的學習體驗和更深層次的學習機會，不僅可以提高學生數(shù)學學科能力，還能夠培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和創(chuàng)新思維，從而更好地適應未來社會的需求，為海南自貿(mào)港建設培養(yǎng)更多專業(yè)人才奠定堅實的數(shù)學功底。

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