新工科背景下對大學數(shù)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(yè)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(chuàng)新，本研究引入了STEM理念，對大學數(shù)學課程進行了創(chuàng)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”，而《華盛頓協(xié)議》所倡導的則是以學生為中心、產出導向、持續(xù)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(xié)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(chuàng)新的高等工程技術教育以適應引領社會的需要，根據(jù)社會需要制定培養(yǎng)目標，使專業(yè)教育由基于專業(yè)辦學（精英教育）變?yōu)槊嫦蛏鐣霓k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(yè)已確定的研究生層次工程人才的基本定位，是為提高畢業(yè)生解決復雜工程難題的初步技能，以及培育未來為我國發(fā)展新興產業(yè)與經濟社會建設急切需要的，工程應用技術多、創(chuàng)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(yōu)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(yǎng)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(shù)學教育現(xiàn)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(shù)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(shù)、概率統(tǒng)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(shù)學知識轉化為解決工程問題的能力。

2.2 教學方式單一，創(chuàng)新型教學缺失

課堂教學仍以傳統(tǒng)“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(xiàn)象。部分教師雖然采用PPT輔助教學，但缺乏動態(tài)演示和互動環(huán)節(jié)，使得抽象的數(shù)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(yǎng)學生的數(shù)學思維。

2.3 考核方式片面，論文質量堪憂

現(xiàn)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(huán)節(jié)薄弱，學生普遍缺乏文獻檢索、數(shù)學建模和學術寫作等基本科研能力，導致畢業(yè)論文質量不高，創(chuàng)新性不足。這種評價體系難以真實反映學生的數(shù)學應用能力和創(chuàng)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(tǒng)，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(tài)度，確保每個細節(jié)都得到充分考量。其次，進行階段性考核，依據(jù)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(xiàn)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(shù)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(shù)學學習過程中的成果，以及數(shù)學知識的實際運用能力，還能及時發(fā)現(xiàn)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(yè)務能力，提升教學水平

設立完善的教師培養(yǎng)方案與考核制度，以確保師資培養(yǎng)的高質量。各院校應積極創(chuàng)造條件，提供適當?shù)臅r間，引導年輕的高等數(shù)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(fā)現(xiàn)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(shù)學教師需要緊跟社會發(fā)展的步伐，抓住新時代的機遇，全面掌握現(xiàn)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(shù)學教育活動中全面運用現(xiàn)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(yōu)越的學習條件，使高數(shù)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(shù)學教育的整體水平，為學生的全面發(fā)展奠定堅實基礎。

3.3 抓住互聯(lián)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(fā)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(xié)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(jù)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(tǒng)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(xiàn)場狀況進行知識點擴展延伸，以開發(fā)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(jù)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(yǎng)質量，需系統(tǒng)推進數(shù)學教學改革。在計算機數(shù)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(shù)值計算、數(shù)據(jù)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(fā)虛擬仿真實驗使抽象概念直觀化。考核方式上，建立“平時表現(xiàn)30%+實踐成果30%+期末考試40%”的多元評價體系，重點考查數(shù)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(chuàng)新和評價機制改革三位一體的系統(tǒng)變革，實現(xiàn)數(shù)學教學從知識傳授向能力培養(yǎng)的轉變，切實提升學生運用數(shù)學工具解決工程實際問題的能力，為培養(yǎng)高素質應用型工程人才奠定堅實基礎。通過系統(tǒng)改革，數(shù)學教學才能真正服務于工程人才培養(yǎng)目標。

4 在STEM理念下大學數(shù)學課程創(chuàng)新和實踐

4.1 研究目標的明確

運用人工智能、大數(shù)據(jù)技術發(fā)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(tǒng)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(shù)學教學研究會平臺上，多校聯(lián)合打造STEM教育共同體，進行大學數(shù)學課程的創(chuàng)新實踐。研究不同高校國際化人才培養(yǎng)對于數(shù)學課程內容要求的共性與差異（如不同專業(yè)數(shù)學課程內容的模塊化與過程考核方式、數(shù)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(yǎng)新模式，讓STEM教育引領大學數(shù)學課程創(chuàng)新，讓STEM教育助推國際化人才培養(yǎng)。

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(fā)“江大數(shù)學在線教學服務系統(tǒng)”，實現(xiàn)在線作業(yè)和在線考試；建設教學行為大數(shù)據(jù)庫，實施數(shù)據(jù)驅動下的科學化、精準化、個性化教學；在引入數(shù)學概念、介紹數(shù)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(xiàn)世界觀和價值觀的引領。在鍛煉他們科技視野、傳授數(shù)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)自動分析學習數(shù)據(jù)，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(tǒng)還提供各類競賽和考研題型的訓練，旨在增強學生的數(shù)學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。通過機器判題，教師可以節(jié)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(chuàng)造了更有價值的教學空間。

特色二：教學內容精練，數(shù)據(jù)驅動實施精準化教學。建設云教育系統(tǒng)，通過云計算技術與大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)教育方法、課程、教學管理、課程監(jiān)控和評估的云技術化與大數(shù)據(jù)化，開發(fā)建設教與學的全程行為大數(shù)據(jù)庫，實施數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tài)、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(yōu)秀，讓優(yōu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(zhí)行、評價等關鍵環(huán)節(jié)，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(shù)據(jù)分析為基石，并通過大數(shù)據(jù)分析技術的支持，將傳統(tǒng)課堂和線上課程實現(xiàn)了“有的放矢”。

特色三：教材形式新，云教材實現(xiàn)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(huán)節(jié)，還能促進學生在不同場景中主動捕捉知識，實現(xiàn)學習的全面性和連貫性。在云課堂中，教材系統(tǒng)專注于學習者的體驗，強調啟發(fā)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(huán)境中深入理解數(shù)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(shù)學實驗和數(shù)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(shù)學云教材，既滿足了現(xiàn)代教育的需求，又為學生提供了豐富的學習資源。這種創(chuàng)新的教學方式不僅提升了學習效果，也為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才奠定了堅實的基礎。

特色四：教學方法優(yōu)，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(shù)據(jù)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(shù)學活動資源，不僅鍛煉學生的數(shù)學表達和高階思維能力，還培養(yǎng)學生的計算思維，從而形成深度學習的能力，有助于學生創(chuàng)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(yǎng)、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(tǒng)的“演員”角色轉變?yōu)椤皩а荨?，使學生從被動的“觀眾”轉變?yōu)橹鲃訁⑴c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(xiàn)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(shù)據(jù)，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(fā)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(tǒng)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(yǎng)什么樣的人”和“怎樣培養(yǎng)人”這一根本問題展開。以學生的全面發(fā)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(lián)網+”和人工智能快速發(fā)展的時代背景下，“高等數(shù)學”課程的深化改革已成為新時期高等教育發(fā)展的必然選擇。這種變革不是簡單的技術疊加或形式創(chuàng)新，而是教育理念、教學模式和評價體系的系統(tǒng)性重構。改革過程需要循序漸進，既要保持數(shù)學學科的系統(tǒng)性和嚴謹性，又要注重與現(xiàn)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(tǒng)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(chuàng)新方法，實現(xiàn)從知識傳授向能力培養(yǎng)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(yǎng)具有扎實數(shù)學基礎和創(chuàng)新實踐能力的復合型人才提供有力支撐。通過持續(xù)深化教學改革，我們不僅能夠提升教學質量，更能為創(chuàng)新型國家建設培養(yǎng)更多高素質人才。這需要教育工作者保持定力，在繼承優(yōu)良傳統(tǒng)的基礎上勇于創(chuàng)新，共同推動高等教育內涵式發(fā)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(fā)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(zhèn)江人，博士研究生，講師，研究方向：非線性動力系統(tǒng)。