新工科背景下高職數學課程數字化實踐研究

［摘 要］ 新工科建設對高職數學教學提出新要求，傳統的教學方法難以滿足新工科人才培養的需要。當前，各大院校以新工科建設為目標展開創新探索，但在高職數學課程數字化建設的過程中仍存在著教學內容更新速度過慢、教學方法單一滯后等現實問題，阻礙了數學課程數字化的轉型。對此，具體分析新工科建設的全新需求，以高職數學課程數字化建設為目標，從教學手段、教學方法、技術手段應用等層面入手，提出具體的創新實踐策略，旨在推動高職數學課程數字化轉型，切實提高新工科數學教學人才培養的質效。

［關鍵詞］ 新工科；數學課程；數字化

［基金項目］ 2023—2024年重慶市高等教育學會高等教育科學研究課題“新工科背景下基于OBE教學理念的高職數學課程數字化實踐研究”（cqgj23061B）；2023年度重慶市職業教育教學改革研究項目“數字化賦能建筑工程技術專業轉型的探索與實踐”（Z233187）；2023年度中國水利教育協會研究課題“巴渝水文化與土建類專業課程思政體系融合研究與實踐”（2023SLZJ36）

［作者簡介］ 王國棟（1981—），男，山西長治人，碩士，重慶水利電力職業技術學院通識教育學院教授，主要從事非線性規劃和非線性系統的穩定性分析及數學教學改革研究；馬建斌（1984—），男，河南正陽人，碩士，重慶水利電力職業技術學院建筑工程學院副教授，主要從事高等教育教學改革研究。

［中圖分類號］ G712 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）46-0141-04 ［收稿日期］ 2024-01-02

引言

新工科建設以工業智能為核心，要求新工科專業能夠圍繞產業需求，對傳統結構進行升級改造，保障人才培養工作能夠對接崗位需求。面對全新的要求，在宏觀和微觀層面開展數學學科數字化的轉型是高職數學改革發展的重大任務。當前制約數學學科高質量發展的重大難題是高職數學內容更新速度過慢及教學方法創新性不足，因此，有必要深入探究新工科對數學教學提出的新要求，聚焦當前數學教學存在的主要問題，以創新思維邏輯構建全新的教學體系。

一、新工科對高職數學課程教學提出的新要求

新工科以全新的工業智能為核心，創新人才培養體系，通過新建人工智能等新工科專業及對傳統學科的升級改造，使工科專業人才培養工作能夠對接崗位需求，為解決復雜性的工程問題提供人才上的支撐。新專業和專業升級改造，對數學課程教學內容和方法提出了新要求。首先，在教學內容上，要對傳統教學內容進行改造，積極引入新工藝、新理念、新科技成果，使數學教學內容能夠滿足新工科建設的需要。其次，在知識內容交叉應用上，各類高新技術的融合發展，產業的跨界融合，需要新工科秉承知識交叉發展的理論，在數學課堂中引入物理、化學、工程學等內容，通過知識內容和教學資源的充分滲透，共同服務學生專業的發展。在人才技能培養上，對學生的創新性、實踐技能、解決復雜問題能力提出了新要求。在“大學數學”教學中，需要拓展實踐教學空間，全面發展學生的創新思維和實踐能力，引導學生將掌握的知識應用在實踐中，不斷積累經驗，實現專業層面的綜合發展。

二、高職數學課程數字化轉型的重要價值

面對新工科建設的要求，落實高職數學課程數字化的轉型變革，能夠突破傳統教學模式的局限，實現教學內容、教學方法、教學路徑的全面更新［1］。首先，數字化課程拓展了知識范圍。在課堂中引入人工智能、大數據、信息化等新型技術手段能夠為學生搜索和下載資源提供多種渠道，網絡資源與課程內容的充分融合彌補了高職數學教材內容上的局限性，教材不再是獲取知識的唯一途徑［2］。其次，數字化課程有利于自主探索和合作學習。傳統課堂由教師主導，學生被動地聽從教師的指令和安排，學生自主思考意識薄弱，導致學習效率較低。學生可在數字化的數學課堂中利用搜索引擎獲取想要的答案，并通過觀看微課、精品課程、教學課件，找到解答問題全新的思路，在充分的交流互動下提高自主學習效率。最后，數字化課程降低了數學學習的難度。高職數學學科有著較強的邏輯性和理論性，將以往本文式的內容以多媒體的方式進行展示，能夠使晦澀的數學知識形象化、具體化、立體化，降低了數學知識理解和接受難度，便于學生更好地吸收和應用。

三、高職數學課程教學現狀和問題

（一）教學更新速度慢，難以對接產業需求

新興產業的發展，不但需要工科專業人才培養工作進行重新改造，還需要結合崗位需求變化，不斷引入新工藝和知識內容［3］，幫助學生了解前沿理論、掌握崗位技能要點，強化學生解決復雜工程問題的能力。但傳統工科數學包含線性代數、概率論、數理統計、離散數學、積分變換等知識內容，雖然針對時代不斷變化，教學內容也進行了創新改造，數學學科的教材知識內容愈發完善，但基礎的教學內容變化較小，知識理論創新性不強，數學學科的發展變化和新工科的需求存在較大差距。特別是受到教學條件、課程安排、課程時間等因素的限制，課堂教學過多地參照教學大綱和教材內容，開展的各類教學活動存在嚴重重復性的問題。數學學科知識內容更新速度過慢，仍然局限于課堂中，導致教學內容無法對接產業前沿，人才培養工作不能夠推進產業需求，降低了人才的崗位競爭力，影響了人才的就業和發展。

（二）教學方法過于傳統，教學實踐環節薄弱

在教學實踐過程中，數學理論和工程應用不緊密，傳統課堂中教師重視對數學原理、概念、公式的講解，并采用傳統知識傳授的方法，過度地強調計算和證明的技巧，忽視了對學生思維能力的培養。而在實踐環節，主要圍繞教材中的案例，由教師設置相應的操作方案，學生只需根據具體的安排按部就班地進行模仿就能夠完成實踐任務。這種實踐教學方式使學生處在被動地位，無法了解工程加工的步驟，自身參與實踐的自主性不足，導致學生實踐技能發展緩慢。而很多實踐活動脫離課堂理論的指導則無法達成理論和實踐的統一，導致實踐教學活動開展的價值不高，難以滿足新工科建設提出的多層次要求。

四、新工科背景下高職數學課程數字化實踐路徑

（一）借助數字化技術手段，優化數學教學內容設計

新工科背景下的高質量數學課程數字化改革，需要根據產業轉型升級、社會發展形勢及我國數字化與智慧化發展要求不斷優化教學內容設置，推動教學內容數字化、現代化革新，以便更好地適應新工科發展新形勢與新要求，解決好新工科高職數學教學內容與專業學習相脫節的問題［4］。基于此，應堅持以解決高職數學教學與專業學習之間的脫節問題，促進現有高職數學課程知識之間融會貫通，克服“高等數學”“線性代數”“數理統計”等課程知識彼此不相同的問題為目的。首先，應選擇將新工科專業傳統的數學課程作為不同教學模塊，設置成統一的“大學數學”課程，避免出現基礎知識反復學習的問題。比如，“空間”作為數學學科的基本概念，“高等數學”和“概率論與數理統計”課程均將其作為基礎知識進行講授?？蓪⒋祟惢A性知識進行整合，突破課程壁壘，站在更高角度將教學內容的本源傳授給學生，避免學生反復學習同一知識點。其次，基于數學課程數字化發展新要求，應選擇在現有的高質量數學課程模塊設置中開設數學實驗模塊，指導學生運用所學知識與MATLAB軟件進行建模、分析和解決工程問題，增強學生應用信息技術的能力及解決工程實踐問題的能力。再次，以實現數學課程數字化建設為導向，借助信息技術手段，利用常見教學工具——多媒體技術，將抽象的數學思維用圖片、聲音、動畫、視頻等形式表現出來，將晦澀難懂的數學概念點轉化為圖文并茂的教學課件，更利于學生認識、了解和掌握知識，降低學習難度。應充分發揮教師職能優勢，借助信息技術制作電子教材和電子教案，深入網絡平臺收集整理海量優質教育資源，制作PPT呈現教學內容。插入與教學內容有關的圖片、動畫或視頻，以圖文并茂、聲色俱備的形式，增強數學教學內容吸引力，激發學生學習興趣。最后，還可充分利用微課、慕課、超星學習通等在線學習平臺中的海量教學資源，獲取更優質、更現實、更具實用性的教學案例與素材，豐富高職數學課程教學資源，增強學生知識儲備的同時開拓學生數學視野，強化數學教學效果，助推高職數學課程數字化建設。

（二）利用數字化教學軟件，優化數學實驗教學模式

新工科背景下的高職數學課程具有較強實踐性特征，若僅憑課堂單一的理論知識講解和灌輸，很難讓學生真正理解數學概念并掌握數學知識與技能應用方法。所以，應堅持以推進高職數學課程數字化建設為目的，積極引進科學的數字化教學軟件，優化創新數學實驗教學模式，增強理論與實踐結合，讓學生在數字化設計實驗中逐漸獲得良好的數學應用能力，成為社會所需的高端技能型人才。堅持以問題驅動為導向，構建“教—學—做”一體化教學過程，形成基于數學實驗下的高質量數學實踐教學體系，突出理論與實踐相結合的教學要求。應緊密結合高端技能型人才培養目標的通用要求，根據高職數學課程人才培養特殊性，依照“定位職業，注重簡潔直觀，強化應用意識，培養數學思想”的教學原則，積極引入數字化教學軟件，創新設計數學實驗教學內容與形式。借助數學軟件，將理論知識與數學實驗相結合，以模型內容為基礎，以學生為中心，以問題為主線，以培養學生分析和解決問題的能力為目標，對數學實驗內容、實驗形式、實驗方法進行改革與優化。例如，可選擇引進當前應用較為普遍的MATLAB教學軟件，該軟件具有數值計算基礎、符號數學計算、基本圖形處理功能及矩陣運算等多元實驗功能。通過此軟件向學生介紹數學實驗基礎案例與綜合案例，借助計算機引導學生圍繞數學問題展開實驗操作和數學計算，引導學生運用所學知識建立數學模型，根據數學模型逐一解答數學問題，提高學生數學素質和綜合能力。MATLAB具有極其強大的計算功能與數據可視化能力，能夠實現科學計算的可視化與圖像處理。在講解概率統計這一知識點時，可通過利用計算機與MATLAB教學軟件建設數學模型，動態演示拋硬幣擲骰子的實驗，讓學生掌握概率統計相關知識點，強化學習效果。另外，還可利用此軟件制作搶答器，在每臺電腦上都設置搶答按鍵，搶到答題權可得到相應加分，答對題后再次加分，增加課堂趣味性，充分調動學生學習積極性與主動性。

（三）應用數字化教學模式，創新數學課堂教學方法

推進新工科高職數學課程數字化建設，可積極引進數字化教學模式，創新課堂教學方式方法，提高數學教學趣味性與吸引力，增強學生學習興趣，鞏固教學效果。第一，充分利用現代教育技術創設數學教學情境，提高學生學習興趣［5］。新工科背景下的高職數學教學具有高度抽象性、邏輯性和應用性特征，利用現代教育技術能夠將文本、圖像等靜態素材與音頻、動畫等動態素材相結合。利用數學軟件創設有聲有色、生動逼真的數學情景，更好地激發學生求知欲望，促進學生建立新的認知結構。第二，采取案例導入教學法，利用信息技術搜索與數學知識有關的真實案例，用直觀生動的視頻動畫引出專業案例，增強學生對數學知識點的理解和認識。為更好地讓學生了解課程教學知識點，可選擇利用多媒體播放相關視頻導入教學案例。例如，策劃員要在有限資源下完成運輸任務：某快遞公司擬用貨車托運甲、乙、丙三種產品，甲類產品每件體積為3 米3，重量為一噸，可獲利20萬元；乙類產品每件體積為5 米3，重量為三噸，可獲利40萬元；丙類產品每件體積為4 米3，重量為兩噸，可獲利30萬元。貨車整體容量為40 米3，如何裝載可獲得最大利潤？借助視頻提出相關問題，引發學生思考，要求學生以小組合作學習方式，帶著任務進入學習情境，進行數學計算，探索解決問題的正確答案，以此使數學學習過程更加直觀化、形象化，增強學生學習興趣與學習效率。

（四）依托數字化教學平臺，優化創新教學評價體系

依托數字化教學平臺，優化創新新工科背景下的高職數學教學評價體系，需要積極轉變傳統以期末考試成績為主要評價標準的評價形式［6］，注重過程性評價與終結性評價相結合，優化設置教學評價體系。平時表現占評價體系的30%，涵蓋上課考勤、課堂參與度、小組合作學習積極性與配合程度、作業完成情況；自主學習情況占20%，包括數學小論文的撰寫、數學建模實踐活動的參與及制作PPT并演講；數學軟件的使用情況占據20%，包括學生利用數學軟件作圖和計算數據；期末成績占30%［7］。通過構建評價標準體系，突出教學評價的綜合性與全面性，保證評價結果客觀、真實、可靠。同時，創新評價方式，應分別采取教師點評、學生自評、生生互評及利用數字化平臺進行線上打分點評等方式活躍課堂氛圍，提高師生互動率，降低學生對教學評價的抵觸思想，更好地反饋教學效果。

結語

總而言之，新工科建設提出以學生為中心，面向崗位需求，通過多學科交叉融合，強化學生實踐能力的新要求。在日后的工作中，需要積極地應用數字化教學軟件，利用全新的技術手段，優化課堂教學模式。同時開展第二課堂，依托數字化的教學平臺，不斷拓展知識范圍，使學生能夠進行主動的思考和探索，不斷強化自身的知識與技能水平，從而滿足全新產業人才需求。

參考文獻

［1］陳翠玲，羅荔齡.新工科背景下的“高等數學”課程建設探究：以問題驅動和專業導向為著力點［J］.教育教學論壇，2023（25）：71-74.

［2］宋超，劉建新，柳艷.新工科背景下服務學生專業發展的大學數學類課程教學研究：以“少教多學”理念為指導［J］.大學教育，2023（16）：91-94.

［3］李建軍.高職數學課程“眾→精→尖”梯次建設，促進“人人皆可成才”的探索與實踐［J］.才智，2022（21）：149-152.

［4］閆熙.信息化條件下的高職院校高等數學教學改革與實踐探索：以“定積分的概念”一節為例［J］.科技視界，2022（18）：143-145.

［5］孫文鑫.產教融合背景下高職院校數學課程“三教”現狀與對策：以重慶水利電力職業技術學院為例［J］.產業與科技論壇，2021，20（17）：172-173.

［6］熊敏，彭霞，李有慧.混合式教學模式在高職數學課程教學中的應用研究：以成都航空職業技術學院《高等數學》課程教學為例［J］.成都航空職業技術學院學報，2021，37（2）：31-33+59.

［7］柴彥紅.基于“互聯網+教育”的高職數學課程信息化教學資源庫建設與實踐探索：以寧夏財經類高職數學（經濟類）課程在線教學實踐為例［J］.中國管理信息化，2021，24（6）：219-221.

Research on Digital Practice of Mathematics Curriculum in Higher Vocational Education under the Background of Emerging Engineering Education

WANG Guo-donga， MA Jian-binb

（a. General Education Institute， b. Architectural Engineering Institute， Chongqing Water Resources and Electric Engineering College， Chongqing 402160， China）

Abstract： The construction of new engineering disciplines has put forward new requirements for higher vocational mathematics teaching， making traditional teaching methods difficult to meet the needs of talent cultivation in new engineering disciplines. Currently， major universities are exploring innovation with the goal of building new engineering disciplines. However， in the process of digitizing higher vocational mathematics courses， there are still practical problems such as slow updating of teaching content and single and lagging teaching methods， which hinder the transformation of mathematics course digitization. In this regard， this article specifically analyzes the new requirements for the construction of new engineering disciplines， with the goal of digitizing vocational mathematics courses. Starting from the aspects of teaching tools， teaching methods， and technological application， specific innovative practical strategies are proposed to promote the digital transformation of vocational mathematics courses and effectively improve the quality and efficiency of talent cultivation in new engineering mathematics teaching.

Key words： emerging engineering education; Mathematics courses; digitization