孫和軍

摘 ? ?要：新工科建設(shè)是以培養(yǎng)工程創(chuàng)新型人才為目標的我國高等工程教育改革的新方向。工科數(shù)學教師的教學能力水平直接關(guān)系著新工科人才培養(yǎng)的質(zhì)量。課程思政教學能力、學科交叉融合能力、混合式教學能力和研究性教學能力是工科數(shù)學教師在新工科建設(shè)進程中所要重點關(guān)注的教學能力要素。文章通過加強教師教學發(fā)展中心內(nèi)涵建設(shè)、打造新工科數(shù)學教學學術(shù)共同體、完善教學評價和激勵制度等構(gòu)想的提出，以期為工科數(shù)學教師教學能力提升提供切實保障。

關(guān)鍵詞：新工科建設(shè);教師教學能力;教師發(fā)展;工科數(shù)學;工程教育

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：B ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）02-0055-03

新工科建設(shè)是基于世界科技革命新進展、國際競爭新形勢、國家產(chǎn)業(yè)變革和經(jīng)濟發(fā)展新需求、人才培養(yǎng)新要求而提出的我國高等工程教育改革新方向，其人才培養(yǎng)目標是“培養(yǎng)能主動適應新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展的工程創(chuàng)新型人才”[1]。數(shù)學在新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著不可或缺的基礎(chǔ)性支撐作用，工科數(shù)學教師的教學能力水平直接關(guān)系著新工科人才培養(yǎng)的質(zhì)量。下面我們就工科數(shù)學教師教學能力對新工科建設(shè)的意義、新工科建設(shè)視域下的工科數(shù)學教師教學能力要素和提升保障措施進行探討。

一、工科數(shù)學教師教學能力對新工科建設(shè)的意義

數(shù)學是新工科建設(shè)視域下所要重點關(guān)注的學科之一。首先，從新工科的定義可以看出數(shù)學在新工科中所占有的基礎(chǔ)性重要地位?！靶鹿た啤敝械摹肮た啤敝傅氖枪こ虒W科。而工程學科（工科）是指運用數(shù)學、自然科學、經(jīng)濟、社會學和實踐經(jīng)驗等知識，發(fā)明、創(chuàng)新、設(shè)計、建造、維護、研究和改進結(jié)構(gòu)、機器、工具、系統(tǒng)、組件、材料、過程、解決方案和制作結(jié)構(gòu)的學科[2]?！靶鹿た啤敝械摹靶隆敝傅氖枪た婆c其他學科的交叉復合、應用理科向工科的延伸等方式產(chǎn)生的新型學科，這其中都離不開數(shù)學的身影。其次，數(shù)學是新工科人才所要掌握的更先進的知識之一。事實上，數(shù)學在包括大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、量子通信、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等在內(nèi)的新技術(shù)中都扮演著舉足輕重的角色。再次，數(shù)學可以為新工科人才解決復雜工程問題和進行原發(fā)性的工程創(chuàng)新工作，提供創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)依托。數(shù)學是人類對未知世界的好奇心和執(zhí)著探求而形成并不斷發(fā)展的一門學科，只有用創(chuàng)新思維才能透過紛繁的各種表象獲得帶有預見性和真理性的數(shù)學創(chuàng)新結(jié)果。而這種結(jié)果往往是人類未來科技突破的基石。例如，麥克斯韋在1865年給出了由20個變量、20個方程構(gòu)成的麥克斯韋方程組。憑借著這個復雜的數(shù)學方程組，他預見了與可見光的波長和頻率不同的其他電磁波的存在。隨后，這一偉大預見被德國物理學家赫茲的實驗所證實，并被馬可尼等人加以技術(shù)應用開發(fā)，成為人類電氣時代的重要基石。

教師是新工科建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)。《關(guān)于深化本科教育教學改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》要求，要引導高校教師潛心教書育人。在“新時代全國高等學校本科教育工作會”上，教育部部長陳寶生指出：教師素質(zhì)是新工科建設(shè)下一步所要著力解決好的問題之一。工科數(shù)學教學是新工科育人體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工科數(shù)學教師的教學能力直接關(guān)系到新工科人才培養(yǎng)的質(zhì)量，關(guān)系到工程教育的水平。在新工科建設(shè)由理念到行動探索深化的關(guān)鍵階段，工科數(shù)學教師教學能力發(fā)展問題無疑對新工科建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。

二、新工科建設(shè)視域下的工科數(shù)學教師教學

能力要素

基于新工科人才培養(yǎng)的要求和高等教育發(fā)展的態(tài)勢，我們對新工科建設(shè)視域下的工科數(shù)學教師的能力要素進行分析探討。

（一）課程思政教學能力

新時代的中國高等教育要回答好培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人的問題。習近平總書記要求“堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，要用好課堂教學這個主渠道”[3]。歸根結(jié)底，新工科建設(shè)所要培養(yǎng)的仍然是“又紅又專、德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的中國特色社會主義合格建設(shè)者和可靠接班人”。新工科人才要具有家國情懷、要具有社會責任感、要“工具理性和價值理性兼?zhèn)洹盵4]。因此，承擔新工科育人任務的工科數(shù)學教師必須把立德樹人擺在教育教學工作的首位，不斷提升課程思政教學能力。

對照上述新工科人才培養(yǎng)要求，工科數(shù)學教師要從多方面提升自己的課程思政教學能力：要加強思想政治學習，提升準確理解和把握社會主義核心價值觀深刻內(nèi)涵的能力;要提升課程思政教學設(shè)計能力，能夠挖掘數(shù)學課程與新工科思想政治教育的契合點;要提升課程思政教學組織能力，能做到潛移默化、春風化雨、潤物無聲;通過教學能力的提升，做好數(shù)學能力培養(yǎng)與價值引導有機結(jié)合的工作：發(fā)揮數(shù)學在唯物主義和自然辯證法思政教育方面的優(yōu)勢來提升學生的馬克思主義世界觀和方法論素養(yǎng)，從國家意志、社會需求、工程本質(zhì)屬性、個體發(fā)展等維度對學生進行思想、態(tài)度和價值觀正面引導，引導學生把個人的理想追求和實現(xiàn)“中國夢”、中華民族的偉大復興統(tǒng)一起來，引導學生樹立以知識、能力和技術(shù)報國的奮斗目標，把家國情懷、社會責任感、工具理性和價值理性基因式地沁入學生的心田。

（二）學科交叉融合能力

當前，科學技術(shù)正在從高度分化走向交叉融合，新學科的產(chǎn)生和科技的重大突破常常是在學科交叉和相互滲透的過程中形成的。在1981年到2011年間的諾貝爾自然科學獎的111項獲獎成果中，屬于交叉成果的共76項，比例高達69%。而且，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不會僅僅局限于一個學科，而是多學科、多技術(shù)領(lǐng)域的高度交叉與深度融合。例如，近幾年來發(fā)展起來的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)是由多學科交叉融合發(fā)展起來的一種應用技術(shù)，涉及到模糊數(shù)學、概率統(tǒng)計、信號處理、模式識別、人工智能和信息論等理論。因此，新工科建設(shè)要“主動布局、設(shè)置和建設(shè)服務國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求、面向未來發(fā)展的工程學科與專業(yè)，培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、高素質(zhì)的各類交叉復合型卓越工程科技人才”[5]，要大力促進現(xiàn)有工科的交叉復合、工科與其他學科的交叉復合以及應用理科向工科的延伸?；诳茖W技術(shù)發(fā)展的趨勢和新工科的生成特點，學科交叉是新工科教育范式下所要關(guān)注的新工科人才培養(yǎng)的重要路徑之一。

數(shù)學在工程學科研究和應用中發(fā)揮著重要作用，所以說數(shù)學是新工科學科交叉教育路徑下所要重點關(guān)注的學科之一。從事新工科教學和人才培養(yǎng)的數(shù)學教師要充分發(fā)揮數(shù)學作為眾多工程學科專業(yè)底層核心工具的地位，破除數(shù)學與工程學科之間的知識壁壘，拓寬知識和思維的學科視野，提升多學科交叉融合的數(shù)學教學設(shè)計能力，把數(shù)學理論放在多學科交叉的問題情境中，強化數(shù)學知識與多學科問題解決的聯(lián)系，幫助學生學會如何用數(shù)學的科學理論和方法來解決工程領(lǐng)域的關(guān)鍵性問題，為學生未來解決復雜工程問題和從事工程創(chuàng)新奠定數(shù)學知識和能力基礎(chǔ)。

（三）混合式教學能力

未來工程活動將由傳統(tǒng)的集約化、規(guī)?；蚍稚⒒?、個性化和定制化方向轉(zhuǎn)變。在這樣的背景下，新工科教育要立足于促進人的全面發(fā)展，樹立“以學生為中心”的教育理念，要以學生發(fā)展為中心和本位，以便為學生應對未來工程新業(yè)態(tài)的重大挑戰(zhàn)做好準備。從某種意義上來說，以教師為中心、單純依賴課堂教學、把學生當作知識灌輸對象的傳統(tǒng)教學已經(jīng)無法滿足新工科的個性化、定制化人才培養(yǎng)需求。而且，現(xiàn)代教育技術(shù)的飛速發(fā)展也為混合式教學的開展創(chuàng)造了越來越好的條件。2019年地平線報告預計在未來1到2年內(nèi)加速高等教育技術(shù)應用的關(guān)鍵趨勢是：重設(shè)學習空間與混合式學習設(shè)計。同時，報告預測了高等教育技術(shù)未來的重要進展：移動學習和分析技術(shù)會在未來1年甚至更短的時間內(nèi)得到應用;混合現(xiàn)實和人工智能會在2到3年內(nèi)得到應用;區(qū)塊鏈和虛擬助手會在未來4到5年得到應用。

因此，作為新工科教育的重要執(zhí)行者，工科數(shù)學教師目前亟需提升綜合運用MOOC、SPOC、PBL和OBE

等教學方式和方法開展混合式教學的能力，將“以教師為中心”的傳統(tǒng)課堂教學結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處煘橹鲗?、學生為主體、以學為中心”的線上和線下有機結(jié)合的課堂教學結(jié)構(gòu)，提升工科數(shù)學課程教學的廣度、深度和創(chuàng)新性，發(fā)揮學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性。這幾種方法有一個共同點，都是以學生為中心，強調(diào)學生的主體地位，契合了新工科教育以學生成長和能力達成為中心和本位的要求。

從事新工科教學和人才培養(yǎng)的數(shù)學教師要掌握在線課程網(wǎng)絡(luò)平臺、教學APP、大數(shù)據(jù)、人工智能、混合現(xiàn)實、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)教學手段，提升課程在線資源開放能力、學情分析追蹤能力、線上和線下結(jié)合教學的把控能力以及考核評價反思能力。工科數(shù)學教師可以針對不同工程學科和專業(yè)學生培養(yǎng)的多元化需求，采用OBE的理念進行課程的整體設(shè)計，進行MOOC的模塊化資源建設(shè)，開設(shè)不同模塊化組合的SPOC;采用課堂線下教學+模塊化的線上教學相結(jié)合的方式改變教與學的方式，拓展教學的空間和時間;基于PBL進行整個教學過程的問題驅(qū)動鏈設(shè)計，推動學生通過自主探究、團隊合作進行深度學習。通過混合式教學的開展，把對數(shù)學知識的淺層理解引向?qū)?shù)學原理和方法的更深層次理解，幫學生形成牢固的深度學習與終身學習能力。

（四）研究性教學能力

在未來二十年里，工程技術(shù)人才將面臨著工程新業(yè)態(tài)帶來的各種復雜工程問題的挑戰(zhàn)，對工程技術(shù)人才解決復雜問題能力的需求將超過對認知能力的需求。中國工程院院士李培根指出：對于一個優(yōu)秀的工程師或工程技術(shù)研究者而言，“問題視野”比“知識視野”更重要[6]。而在美國教育心理學家加涅（R.M.Gagne，1916—2002年）的學習分類中，問題解決是學生學習能力的最高形式。而數(shù)學在工程問題解決中發(fā)揮著重要作用。在《華盛頓協(xié)議》規(guī)定的畢業(yè)生素質(zhì)中，就明確了數(shù)學對解決復雜工程問題的地位。

因此，工科數(shù)學教師要高度重視新工科人才問題解決能力的培養(yǎng)。而可行的途徑是開展研究性教學，發(fā)揮數(shù)學教學提升邏輯推理、分析、綜合和批判性思維等核心素養(yǎng)培養(yǎng)方面的先天優(yōu)勢，提升學生的研究性學習能力。因為，從本質(zhì)上來說，研究性學習就是基于問題解決的學習[7]。在研究性教學過程中，教師要進行角色的轉(zhuǎn)變，要由傳統(tǒng)的知識傳授者變成問題、教學場景和情境的設(shè)計者以及教學過程的組織者、調(diào)控者和學生的指導者，提升開展研究性教學的教學認知能力、教學組織能力和教學監(jiān)控能力。工科數(shù)學教師要關(guān)注新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)和新工科對數(shù)學理論和方法的支撐需求，發(fā)掘數(shù)學理論和工程應用問題的契合點，并在它們之間搭建橋梁，精心還原和設(shè)計數(shù)學理論的工程問題情境，精心營造研究性的教學場景，培養(yǎng)學生的問題意識和主動發(fā)現(xiàn)問題的能力，激發(fā)學生的探究動機，引導其經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、進行問題的分類和表征與確定問題的解決策略、執(zhí)行策略以及評價問題解決的結(jié)果這樣一個過程，幫助學生習得突破現(xiàn)有思路和方法的限制，尋求解決問題的創(chuàng)新性思路和方法的認知策略和能力，以提升新工科人才所必需的批判性思維、創(chuàng)新性思維以及宏觀思維的能力。

總而言之，課程思政教學能力、學科交叉融合能力、混合式教學能力和研究性教學能力是工科數(shù)學教師在新工科建設(shè)進程中所要重點關(guān)注的教學能力要素。

三、工科數(shù)學教師教學能力提升保障措施

教師教學能力的發(fā)展和提升是一個持之以恒的長期過程，不可能一蹴而就。在新工科建設(shè)的過程中，工科數(shù)學教師教學能力的提升要堅持長期性和發(fā)展性的原則，并通過多種保障措施確保教師教學能力不斷提升。

（一）加強教師教學發(fā)展中心內(nèi)涵建設(shè)，為教師的能力發(fā)展助力賦能

我國高校從2012年起陸續(xù)建立了以促進教師發(fā)展、提升教師教學能力的服務型教學組織機構(gòu)——教師教學發(fā)展中心。目前，高校教師教學發(fā)展中心已經(jīng)從規(guī)模擴張向內(nèi)涵建設(shè)邁進。面對新工科人才培養(yǎng)提出的新挑戰(zhàn)，教師教學發(fā)展中心要依托自身優(yōu)勢，通過多種途徑為工科數(shù)學教師的能力提升助力賦能：要在工科數(shù)學教師與工科教師之間牽線搭橋，搭建跨學科的教學能力發(fā)展交流平臺;要組織多樣化的新工科教學能力提升培訓研修活動，推動教師教育教學理念的更新、教學方法的改革與教育信息技術(shù)能力的提升;要組建跨學科的教師能力發(fā)展專家團隊，為工科數(shù)學教師在新工科教學和能力提升中遇到的問題答疑解惑，并提供專業(yè)化的咨詢診斷。

（二）打造新工科數(shù)學教學學術(shù)共同體，搭建新工科教學能力發(fā)展的朋友圈

在新工科教育背景下，從教學目標的設(shè)定、教學內(nèi)容的選取、教學資源的構(gòu)建、教學方法的選擇、教學組織的設(shè)計以及教學效果的評價等多個維度來看，新工科數(shù)學教學都需要創(chuàng)新性的思路和方法來解決各種相關(guān)問題，這屬于教學學術(shù)的范疇。將教學上升到教學學術(shù)，打造由工科數(shù)學教師與工科專業(yè)教師構(gòu)成的新工科數(shù)學教學學術(shù)共同體是打破學科壁壘、提高新工科數(shù)學教學質(zhì)量、提升工科數(shù)學教師能力的現(xiàn)實選擇。通過不同學科專業(yè)教師間思維認知的碰撞、專業(yè)知識的互為補充以及教學經(jīng)驗的取長補短，教學學術(shù)共同體的教師一同致力于在工科數(shù)學教學瓶頸問題的反思與研究，這將為教學能力的共同提升提供切實的保障。

（三）完善教學評價、激勵制度，激發(fā)教師教學能力發(fā)展的內(nèi)生動力

一方面，要堅持發(fā)展性和指導性原則，完善教學評價制度。要著眼于教師的教學改進和能力提高，對工科數(shù)學教師的教學工作“量”和“質(zhì)”進行多維度、全方位評價，及時發(fā)現(xiàn)教師教學能力的不足，并及時向教師反饋提升建議。另一方面，要完善職稱評聘、崗位考核、績效分配等激勵制度。要用好教學評價與激勵制度這根對教師發(fā)展方向起引導作用的指揮棒，扭轉(zhuǎn)職稱評聘舍教學而就科研的失衡局面，改變青年教師偏重教學就是自毀前程的現(xiàn)實狀況，增加中青年教學型教師的職稱晉升指標，加大教學學術(shù)成果的認定比重和獎勵力度，激發(fā)教師教學能力發(fā)展的內(nèi)生動力，引導更多的教師潛心教學、樂于教學。

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