新工科背景下對大學數學教學模式的探索

摘 要：新工科這一教學理念自提出以來，在教育界意義重大。本文旨在深入分析當前大學教育所面臨的問題，從教材內容的設置、教學方法以及學業考核方式等方面進行總結，以揭示大學教育的痛點，并在此基礎上對教學改革提出深刻的見解。為了推動教學創新，本研究引入了STEM理念，對大學數學課程進行了創新設計，并開展了豐富的實踐活動。這些活動不僅關注研究目標的明確性，還注重教學方法的探索性和特點的展現性。通過結合線上與線下的多種教學模式，本研究在實踐中積累了寶貴的經驗，尤其關注大學生數學學習的實際性、可行性和高效性。綜上所述，本文不僅對大學教育的現狀進行了全面的剖析，還提出了切實可行的教學改革建議，為提升教學質量和學生學習效果提供了有力的支持。

關鍵詞：新工科；STEM；教學模式；教學方法；教學改革

1 新工科的含義

新工科的基本內涵是“以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才”，而《華盛頓協議》所倡導的則是以學生為中心、產出導向、持續改進的三大教育理念。仔細分析不難看出，新工科的主要思想內容與《華盛頓協議》的具體內容在高等工程技術教育的思想上是相同的，即創新的高等工程技術教育以適應引領社會的需要，根據社會需要制定培養目標，使專業教育由基于專業辦學（精英教育）變為面向社會的辦學（大眾化教育）。簡單地從普通高等學校教育本科生的視角來看，按照目前業已確定的研究生層次工程人才的基本定位，是為提高畢業生解決復雜工程難題的初步技能，以及培育未來為我國發展新興產業與經濟社會建設急切需要的，工程應用技術多、創新能力高、具備一定國際競爭力的高級技術復合型人才。新工科是我國工程教育改革的方向，自2016年這一概念提出至今，在教育部組織下，多所綜合類高校及工科優勢高校進行了深入研討，凝練成“復旦共識”［1］“天大行動”［2］和“北京指南”［3］，提出了人才培養的新路徑，并積極探索了我國工科高教改革的新方法。

2 大學數學教育現存的問題

2.1 理論性過強，與實際問題難以結合

當前工科數學課程體系偏重理論推導和計算技巧訓練，缺乏與工程實踐的結合。教師在講授線性代數、概率統計等內容時，往往局限于紙筆計算，未能引入MATLAB等計算工具的實際應用案例。這種“重理論輕實踐”的教學方式，導致學生難以將數學知識轉化為解決工程問題的能力。

2.2 教學方式單一，創新型教學缺失

課堂教學仍以傳統“填鴨式”講授為主，多媒體課件質量參差不齊，普遍存在照搬教材、簡化推導過程的現象。部分教師雖然采用PPT輔助教學，但缺乏動態演示和互動環節，使得抽象的數學概念更加晦澀難懂。這種單一的教學模式既影響課堂效果，也不利于培養學生的數學思維。

2.3 考核方式片面，論文質量堪憂

現有的考核方式過度側重知識點，學生為應付考試而死記硬背，考后知識遺忘率高。同時，科研訓練環節薄弱，學生普遍缺乏文獻檢索、數學建模和學術寫作等基本科研能力，導致畢業論文質量不高，創新性不足。這種評價體系難以真實反映學生的數學應用能力和創新水平。

3 對于教學改革的幾點思考

3.1 豐富教學成果評價方式

引入點卯簽到系統，旨在加強對學生復習質量的嚴格把控。首先，我們高度重視質量評價，特別關注學生的平時成績與學習態度，確保每個細節都得到充分考量。其次，進行階段性考核，依據學生在某一時期內線上線下活動的參與情況、課中課后的表現以及單元測試成績，進行全面而細致的量化評估。最后，我們不僅考查學生對物理知識點的靈活運用能力，還通過小課題的形式，深入檢驗他們對數學知識的實際應用水平。這種全面的評估體系，不僅關注學生在線上線下數學學習過程中的成果，以及數學知識的實際運用能力，還能及時發現問題，靈活調整和完善課程內容，從而不斷提升課堂教學質量。

3.2 夯實教師自身業務能力，提升教學水平

設立完善的教師培養方案與考核制度，以確保師資培養的高質量。各院校應積極創造條件，提供適當的時間，引導年輕的高等數學教師參與相關進修課程的學習。首先，我們推行導師制，組織教師形成督導小組，或不定期旁聽相關班級，幫助教師發現課堂上的新情況，并引導學生反思教育問題，為青年教師提供成長的機會和空間。其次，高等數學教師需要緊跟社會發展的步伐，抓住新時代的機遇，全面掌握現代網絡信息技術的先進設備，并主動參與相關學習項目。這不僅能確保學校在高等數學教育活動中全面運用現代先進信息技術與教學設備，還能為學生提供更廣闊的學習機會與優越的學習條件，使高數教學從課堂逐步拓展到課外。通過這些措施，我們致力于提升高等數學教育的整體水平，為學生的全面發展奠定堅實基礎。

3.3 抓住互聯網教學新契機，線上線下教學雙管齊下

首先，本班成立了教學群，在線上共享教學微視頻，并實時發布、完善教學信息；其次，課中預習，由教師收集教學資源，并編輯好圖片、PPT或Word文件等上傳給教學群，并通過自由閱讀、分組協作交流的方式引導學員在線上預習。課程結束之后進行課中測評，以及反饋疑難問題。在課堂上當面教學，根據學員課中測評成績以及反饋的疑難問題，由教師適時微調課堂結構與時間，將傳統課堂與雨課堂融合，重新設計難題，并通過對話、多屏交互、彈幕、評論等交互形式指導學生解題，同時針對現場狀況進行知識點擴展延伸，以開發學生的綜合視野；最后，課后反思，學生可以總結自己學習了哪些知識，存在什么問題，對教學有哪些想法和意見，并做好課后工作；教師可以依據學生反饋情況和課堂的進展調整課堂教學計劃，同時對問題進行評估與幫助，也可把課堂重難點以及學生拗口易錯的知識點錄制成微課，上傳到學習群，以幫助孩子們隨時開展自主學習，并掌握新知識內容。

結合以上思考，為提升工程人才培養質量，需系統推進數學教學改革。在計算機數學軟件教學中，應精選MATLAB、Python等工程實用工具，設計階梯式實踐項目，將數值計算、數據可視化等技能訓練融入課程體系?；旌鲜浇虒W可采用“線上微課+線下研討”模式，運用智慧教學工具開展實時互動，并開發虛擬仿真實驗使抽象概念直觀化?？己朔绞缴希ⅰ捌綍r表現30%+實踐成果30%+期末考試40%”的多元評價體系，重點考查數學建模和工程問題求解能力。通過教學內容重構、教學方法創新和評價機制改革三位一體的系統變革，實現數學教學從知識傳授向能力培養的轉變，切實提升學生運用數學工具解決工程實際問題的能力，為培養高素質應用型工程人才奠定堅實基礎。通過系統改革，數學教學才能真正服務于工程人才培養目標。

4 在STEM理念下大學數學課程創新和實踐

4.1 研究目標的明確

運用人工智能、大數據技術發展STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）教育的新理論，開展融合式STEM教育（Integrated STEM Education）的理論探索，結合我國國情開展“STEM+課程思政”的理論研究，系統性地探討并逐步完善STEM教育的理論，引領高校教學改革［4］。在江蘇省高等學校數學教學研究會平臺上，多校聯合打造STEM教育共同體，進行大學數學課程的創新實踐。研究不同高校國際化人才培養對于數學課程內容要求的共性與差異（如不同專業數學課程內容的模塊化與過程考核方式、數學課程群的課程思政等），探索“STEM+課程思政”的國際化人才培養新模式，讓STEM教育引領大學數學課程創新，讓STEM教育助推國際化人才培養。

4.2 教改實踐的探索與落實

選用和建設智能化網絡教學平臺，實施雙線（線上線下）融合式教學，引進藍墨云教學云平臺，作為雙線教學的技術支撐；利用云班課平臺，開展項目式、探究式、混合式教學；自主開發“江大數學在線教學服務系統”，實現在線作業和在線考試；建設教學行為大數據庫，實施數據驅動下的科學化、精準化、個性化教學；在引入數學概念、介紹數學文化中巧妙地融入思政教育的元素，引導學生深入思考，實現世界觀和價值觀的引領。在鍛煉他們科技視野、傳授數學方法時，培育了他們探求未知、追求真理、勇攀科技高峰的強烈責任心與使命感。

4.3 教學特點的展現與應用

特色一：教學工具強，機器判題突破題型限制。學生在云課堂中能夠主動進行練習，系統提供及時的評價反饋，并給予多次測試機會，以提升平時成績。系統自動分析學習數據，收集錯題并形成個人錯題集，從而幫助學生有效提高期末成績。此外，系統還提供各類競賽和考研題型的訓練，旨在增強學生的數學素養和創新能力。通過機器判題，教師可以節省更多時間，專注于教學設計和個性化指導，從而更好地滿足學生的學習需求。這種高效的教學方式不僅提升了學習效果，也為教師創造了更有價值的教學空間。

特色二：教學內容精練，數據驅動實施精準化教學。建設云教育系統，通過云計算技術與大數據分析技術，實現教育方法、課程、教學管理、課程監控和評估的云技術化與大數據化，開發建設教與學的全程行為大數據庫，實施數據驅動下的精準化、個性化教學。通過對課前、課中和課后教學全程數據的全面實時采集與深度挖掘分析，精準識別了班級群體以及學生個體中的基本知識與技能掌握狀態、存在的共性和個性學習問題等，進而做出了科學的教學設計、精準化的教學干預，顯著減少了普通學生不及格率，讓普通的學生變得更加優秀，讓優秀的普通學生變得更加卓越，讓普通教師的教學水平有了很大的提高。隨著5G時代的到來，平板電腦、智能手機等在普通教師教學中的應用也將更加普及，從而使得普通教師教學數據采集的顆粒度將越來越細、采集的頻率和精度將越來越高。數據驅動教學打破了以往教育實踐中主導教學方法時固有的時間限制，對課程的制定、安排、執行、評價等關鍵環節，乃至在具體的課堂教學條件下對某一道練習題的選取，都是以大數據分析為基石，并通過大數據分析技術的支持，將傳統課堂和線上課程實現了“有的放矢”。

特色三：教材形式新，云教材實現探究式、智能化教學。云課堂具備說、練、測合一，筆記與問答合一，以及課堂內外練習合一的特點，成為智慧課堂的重要新手段。它不僅能有效整合教學環節，還能促進學生在不同場景中主動捕捉知識，實現學習的全面性和連貫性。在云課堂中，教材系統專注于學習者的體驗，強調啟發性、難忘性和真實感等特性。通過這些設計，學習者能夠在輕松愉悅的環境中深入理解數學概念，提升學習的積極性和主動性。此外，云課堂還融入了計算思維（CT）的相關內容，結合數學實驗和數學建模的實踐活動，使得課程內容更具應用性和實用性。最終，云課堂形成了一系列獨具特色的大學數學云教材，既滿足了現代教育的需求，又為學生提供了豐富的學習資源。這種創新的教學方式不僅提升了學習效果，也為培養具有創新能力的人才奠定了堅實的基礎。

特色四：教學方法優，云班課、云教材打造融合式金課。教學的生命力在于師生間的互動。云班課和云教材的應用促進了教學方法的革新，大量教學數據揭示了云教材在提升學生學習興趣方面的顯著作用。利用Geogebra設計數學活動資源，不僅鍛煉學生的數學表達和高階思維能力，還培養學生的計算思維，從而形成深度學習的能力，有助于學生創新能力的提升。云班課提供了豐富多彩的教學活動和豐富的教學資源，而云教材則具有問題情境和在線實驗等特色板塊。Geogebra項目和Moodle平臺具備強大的互動功能，為學生提供了更加生動的學習體驗。融合式課程強調“知識傳授、能力培養、價值塑造”三位一體的教育理念，以學生為中心，注重實踐操作與信息技術與課程教學的深度融合。這種教學模式使教師從傳統的“演員”角色轉變為“導演”，使學生從被動的“觀眾”轉變為主動參與的“演員”或“共同導演”。

特色五：考核方式要靈活多樣，利用云平臺實現多元考核。課程評價標準不僅是教學的指揮棒，更是引導學生學習的重要工具。通過建立科學的課程考核體系，并結合云平臺導出的學生學習行為數據，我們可以實施多元化的學生成績考核。這種方式不僅能夠更準確地評估學生的學習成果，還能激發學生的學習興趣和積極性。

結語

教學改革無疑是一個長期而復雜的系統工程，推進教學改革不應僅僅為了改變而改變，而應始終圍繞“培養什么樣的人”和“怎樣培養人”這一根本問題展開。以學生的全面發展和成長成才為核心，堅持立德樹人根本任務，是我們必須始終遵循的基本原則。在“互聯網+”和人工智能快速發展的時代背景下，“高等數學”課程的深化改革已成為新時期高等教育發展的必然選擇。這種變革不是簡單的技術疊加或形式創新，而是教育理念、教學模式和評價體系的系統性重構。改革過程需要循序漸進，既要保持數學學科的系統性和嚴謹性，又要注重與現代信息技術的深度融合。我們要以OBE（成果導向教育）理念為指導，改革傳統的“滿堂灌”式教學方法，構建線上線下相結合的混合式教學模式。通過引入項目式學習、案例教學等創新方法，實現從知識傳授向能力培養的轉變。同時，要建立多元化的考核評價體系，注重過程性評價和實踐能力考核。這種與時俱進的改革，將更好地服務于新工科建設需求，為培養具有扎實數學基礎和創新實踐能力的復合型人才提供有力支撐。通過持續深化教學改革，我們不僅能夠提升教學質量，更能為創新型國家建設培養更多高素質人才。這需要教育工作者保持定力，在繼承優良傳統的基礎上勇于創新，共同推動高等教育內涵式發展。

參考文獻：

［1］教育部.“新工科”建設復旦共識［J］.高等工程教育研究，2017（1）：1011.

［2］教育部.“新工科”建設行動路線（“天大行動”）［J］.高等工程教育研究，2017（2）：2425.

［3］教育部.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知：教高司函〔2017〕6號［EB/OL］.［2017220］.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_ 297158.html.

［4］沈新榮，朱卓君.“STEM教育視野下學生研究項目開發研究”課題文獻綜述［J］.教育，2017（39）：7680.

基金項目：本篇論文的所有工作在江蘇省科技廳青年科學基金（編號：BK20230513）的支持下完成

作者簡介：陳悅（1993— ），女，漢族，江蘇鎮江人，博士研究生，講師，研究方向：非線性動力系統。