面向新工科創新型人才培養的大學數學課程教學改革探究

摘 要：大學數學課程是新工科建設中各專業的核心基礎課程。新工科建設的新理念和創新型卓越工科人才培養的新需求，對大學數學課程教學提出了更高要求?；谛鹿た频睦砟詈驼n程定位，深入分析大學數學課程教學存在的問題，并據此探索重構教學內容、革新教學模式等有效路徑，旨在提升大學數學課程對專業課程學習和創新思維能力培養的重要支撐作用，以期為大學數學課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：新工科；大學數學課程；創新型；人才培養

為主動應對新一輪科技革命和產業變革，服務創新驅動發展等國家重大戰略，教育部于2017年2月發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，開始全面推進新工科建設，并逐步形成了“問產業需求建專業，問技術發展改內容，問學校主體推改革，問學生志趣變方法，問內外資源創條件，問國際前沿立標準”的新工科建設理念。為有效落實“新的工科專業、工科專業的新要求、交叉融合再出新”的建設要求，2023年6月，河南省教育廳印發了《河南省本科高?！靶鹿た啤睂I重塑升級專項行動實施方案》，聚焦教師、課程、教材、實踐基地等關鍵要素，提出通過3—5年的努力，力爭實現全省工科傳統專業的重塑與升級。

相較于傳統工科，新工科的培養目標在于培育創新能力和實踐能力更為突出且具有國際競爭力的融合創新型人才。數學是自然科學與工程技術的必備基礎，新工科建設對學生的數學知識、學習方法、思維和能力提出了新的要求。大學數學作為工科專業的核心基礎課程，應依據新理念與新需求，開展更加理性且自覺的教學改革，以適應新時代的新特征與新要求。因此，為適應新工科創新型人才培養的需求，系統分析當前大學數學課程教學中存在的制約因素，并有針對性地開展教育教學改革，具有重要理論意義與實踐價值。

一、大學數學課程教學現狀

大學數學作為各工科專業的核心基礎課程，通常包括高等數學、概率論與數理統計、線性代數等。對標“問技術發展改內容”“問學生志趣變方法”的新理念，當前大學數學課程教學主要存在以下兩方面問題。

（一）教學內容對新工科專業人才培養的支撐不足

目前，大學數學課程的教學內容和新工科的專業需求脫節，數學學習與專業學習之間的關聯性較弱，難以有效支撐專業人才培養目標。這主要源于新工科對數學課程的三個新需求：首先，在傳統工程技術領域之外，大數據、人工智能、虛擬現實等以互聯網和工業智能為核心的新工科專業領域，以及新技術驅動下的傳統工科專業升級，使得傳統經典的大學數學知識已難以滿足專業需求；其次，新工科對數學知識的交叉運用提出了更高要求，多學科交叉發展的理論基礎，本質上是數學模型和方法的交叉應用，多學科交叉對數學知識與專業知識的交叉提出了新的需求；最后，數學知識對解決復雜工程問題的支撐作用急需提高。

（二）教學模式對創新實踐能力的培養不足

當前，教師的教學方法和學生的學習方法均顯得傳統且單一，側重于對數學知識的灌輸學習，忽略了對創新思維和實踐能力的培養。新工科建設是高等教育響應國家創新驅動發展的改革行動計劃，所培養的人才應具有較強的創新思維和實踐能力，能夠推動我國新經濟、新產業的發展。而創新型人才培養的關鍵在于創新教育，但要實現創新教育，革新現有教學模式、加強對學生數學創新思維和數學應用能力的培養則是關鍵環節。

二、大學數學課程教學改革的實施路徑

（一）重構課程體系和知識體系

依據新工科創新型人才培養的理念與要求，以支撐專業人才培養為目標，系統梳理新工科專業知識邏輯體系，從新工科專業課程體系和數學課程知識體系兩方面同時發力。對新工科專業而言，按照專業需求對大學數學課程內容進行優化和選擇，構建以項目為鏈條的模塊化課程體系，更加突出應用屬性，為進一步學習專業課程提供必要的知識和應用能力儲備。對數學課程而言，從學生主體認知特點出發，不再固守知識結構的連續性和完備性，而是以新工科專業需求為導向，優化知識結構、增刪教學內容，構建節點化、關聯化的課程體系，增強大學數學課程知識之間的融會貫通。如在概率論與數理統計中，應認真梳理數理統計部分與專業課統計學的教學內容和知識結構，做到既不重復又不遺漏，真正實現融合與互補。

（二）編寫應用教學案例庫

教學案例作為人才培養的重要教學資源，是連接數學基礎學習和專業學習的橋梁。在面向新工科專業人才培養的背景下，數學課程學習應更加突出實務性與應用性，而案例教學無疑是最有效的教學手段之一。教師通過教學案例的分析、討論和實踐，引導學生在掌握數學知識的同時，運用獨立思考、集體討論的方式，借助數學知識尋求解決問題的方法，從而實現理論知識向實踐能力的轉化。為此，可以選擇大學數學課程中的某個知識點（群）或者某個數學方法等內容，研究設計該內容在航空航天、信息技術、醫學圖像、特征識別、人工智能等新工科領域中的應用案例，并逐步積累優化，構建起應用教學案例庫。例如，在高等數學課程中，以中國天眼反射面面積的計算為例，教師組織學生分小組開展討論，使學生在學會曲面面積計算這一重要知識的同時，掌握解決實際問題的思路和方法。

（三）強化課程思政教學

為進一步加強對工科專業人才的價值塑造，在數學專業知識講授之外，將蘊含人文精神的思政元素融入數學課程中，潛移默化地對學生的思想意識、行為產生積極影響，實現育人與育才的統一，促進學生的全面發展。在課程思政的融入方式上，應避免為了思政而思政，注重吸納和積累工科專業領域最新研究成果和實踐成果，凸顯前沿性、交叉性與綜合性的教學內容，同時注重提煉本土案例，弘揚大國工匠精神，以鹽溶于水的形式融入數學課程教學之中，實現科學精神與人文素養的融會貫通。自2019年以來，筆者所在的高等數學課題組，針對重要知識點，通過分工合作逐個挖掘思政案例，并在課堂教學中不斷豐富、打磨、優化，最終建立了思政案例庫。該課程也入選了河南省首批課程思政樣板課程。

（四）加強實踐應用教學

當前大學數學課程的教學普遍重理論而輕實踐，大多僅注重數學概念、定理、公式和模型的介紹，以及簡單數學知識的運用，而新工科更需要創新型、應用型人才。因此，加強實踐教學和推動學生參與學科競賽，對于培養學生的創新實踐能力具有極大的促進作用。一方面，在課堂教學中加強數學實驗和數學建模的教學。比如，在大學數學教學中增設數學實驗模塊，結合MATLAB、Python等專業數學統計軟件，開展課內實踐教學。同時，結合應用案例，重點開展數學建模教學，以培養學生解決問題的創新思維和應用能力。另一方面，鼓勵學生積極參與大學生數學建模競賽等活動，實現以賽促學、以賽促創，培養學生運用數學知識和思維去發現、提出、分析和解決實際問題的能力，切實做到學以致用。

（五）推進研究性教學

研究性教學作為一種教學理念和教學模式，著重培養學生獨立思考、自主學習和研究創新的能力。在教學過程中，教師通過設計精巧的研究性教學環節，使學生在知識、能力、素質等方面得到全面提升，從而培養具有創新精神、創新意識和創新潛能的創造性人才。在大學數學課程教學中，應革新傳統的教學模式，全面推進研究性教學，結合學生的認知水平及新工科專業的特點，引導學生主動參與并真正融入教學過程，提升學生創造性地分析和解決問題的能力。自2022年起，筆者所在學校全面啟動了研究性教學改革，依托專題教改項目，營造濃厚的研究性教學氛圍，引領研究性、創新性教風學風持續優化，逐步構建起有利于創新型人才培養的文化生態，研究性教學改革取得了顯著成效。

三、結語

在新工科建設背景下，創新卓越工科人才的培養需求對大學數學課程教學提出了新的要求，而當前大學數學課程教學中存在教學內容與專業需求脫節、教學模式忽視創新能力培養的制約因素。本研究結合新工科創新型人才培養需求和大學數學課程特點，提出了重構教學內容和革新教學模式的具體實施路徑，全面提升數學課程對專業學習的支撐作用，并加強對學生創新實踐能力的培養，使學生體驗到“數學+專業+創新”的獨特魅力。

參考文獻：

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責編：應 圖