邊穎 滕勇 王帥

【摘要】新工科是新時(shí)代工程教育改革的新方向.數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程思維具有不可替代的重要作用.文章以工科類院校的數(shù)學(xué)課程教學(xué)改革為研究對(duì)象，以培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型工程科技人才為目標(biāo)，從教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)計(jì)、課程實(shí)踐、創(chuàng)新特色等幾方面，提出加強(qiáng)與工科教師交流、介紹更多數(shù)學(xué)應(yīng)用實(shí)例、引入具有挑戰(zhàn)的題目、增大過程性評(píng)價(jià)占比、增加多媒體互動(dòng)頻率和方式、強(qiáng)化美育教育等一系列教學(xué)改革措施.

【關(guān)鍵詞】新工科；數(shù)學(xué)課程；學(xué)生中心；工程思維；教學(xué)改革

引 言

現(xiàn)如今，在產(chǎn)學(xué)研高度融合的時(shí)代背景下，高校持續(xù)為社會(huì)發(fā)展提供教育服務(wù)、人才支撐和智力支持.人才培養(yǎng)要靠教育，科技創(chuàng)新也離不開教育.教育是軟實(shí)力，教育是助推器.教育對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)力量、對(duì)國計(jì)民生的促進(jìn)作用.

在中國高等教育體系中，工程教育的地位舉足輕重.新一輪產(chǎn)業(yè)革命和科技革命，對(duì)高等教育特別是工程教育提出了更高的要求.新工科建設(shè)是以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)對(duì)高等工程教育改革的強(qiáng)烈需求.新工科建設(shè)是高等工程教育為應(yīng)對(duì)科技日新月異的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來的全新挑戰(zhàn)，而采取的積極行動(dòng).與以往的工科相比，新工科的“新”體現(xiàn)在更加順應(yīng)歷史發(fā)展規(guī)律、更加符合社會(huì)進(jìn)步需求.新工科突出新形勢(shì)、新理念、新要求、新行動(dòng)，是其核心要義.對(duì)工科院校而言，新工科建設(shè)勢(shì)必會(huì)推動(dòng)學(xué)科建設(shè)和工程教育共同發(fā)展、同向同行.

《高等數(shù)學(xué)》《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》《線性代數(shù)》三門課程是工科類院校重要的公共基礎(chǔ)課程，它們是學(xué)好《運(yùn)籌學(xué)》《計(jì)算方法》以及后續(xù)工科類專業(yè)課程的基礎(chǔ)和工具，是學(xué)生建立和培養(yǎng)工程思維、強(qiáng)化和提升工程實(shí)踐能力的有力保障.數(shù)學(xué)是研究事物數(shù)量、結(jié)構(gòu)、空間、信息等概念的一門學(xué)科.在人類社會(huì)發(fā)展的歷史過程中，數(shù)學(xué)發(fā)揮著不可替代的推動(dòng)作用.毫無疑問，離開了數(shù)學(xué)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將寸步難行.在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)、軍事和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中，數(shù)學(xué)都有著廣泛的應(yīng)用.科技發(fā)展離不開數(shù)學(xué)，而科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步又推動(dòng)了數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展.

新工科建設(shè)要培養(yǎng)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(fù)合型卓越工程科技人才.根據(jù)新工科建設(shè)目標(biāo)和數(shù)學(xué)類課程的學(xué)科特點(diǎn)，課程組堅(jiān)持不懈地狠抓教學(xué)改革.各教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，應(yīng)以學(xué)生發(fā)展為中心，以人才培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成為目的.教師應(yīng)注重提高學(xué)生抽象思維能力、邏輯分析能力和空間想象能力，注重知識(shí)傳授、能力訓(xùn)練和素質(zhì)培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合.教師旨在培養(yǎng)品德高尚、基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型高級(jí)專門人才，為人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和“新工科”建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論支撐和強(qiáng)勁的實(shí)踐能力支撐.

一、教學(xué)理念更新

高等教育是超前的、創(chuàng)新的教育.因此，高等教育理念要新、內(nèi)容要新、標(biāo)準(zhǔn)要新、方法要新.只有積極踐行教育新思想，構(gòu)建課程新體系，才能適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)對(duì)“新工科”人才培養(yǎng)的新要求.面向新工科的數(shù)學(xué)類課程不僅要突出學(xué)生的主體地位，提高教師的教學(xué)質(zhì)量，還要不斷增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，努力培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人.

首先，新工科具有多學(xué)科交叉融合的特征，這就決定著新工科建設(shè)必須具有全局思維，要結(jié)合專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)需求，整體、系統(tǒng)地進(jìn)行，從課程體系的設(shè)計(jì)到教學(xué)內(nèi)容的選擇，要統(tǒng)籌兼顧，協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng).

其次，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模式、新業(yè)態(tài)、新材料的快速發(fā)展，需要不斷審視培養(yǎng)計(jì)劃、課程設(shè)置和教學(xué)方案，以便適時(shí)做出動(dòng)態(tài)調(diào)整.

最后，面向新工科的教育教學(xué)模式改革，必須從新工科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和數(shù)學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容要求出發(fā)，最終目標(biāo)是培養(yǎng)滿足行業(yè)需要的創(chuàng)新型、復(fù)合型工程科技人才，要著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力.

二、教學(xué)設(shè)計(jì)改革

（一）目標(biāo)導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)

大數(shù)據(jù)時(shí)代，人工智能、云計(jì)算對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘、采集、存儲(chǔ)、處理和使用，必須借助數(shù)學(xué)工具.而智慧交通、智慧物流、智慧醫(yī)療、智慧課堂等研發(fā)和應(yīng)用場(chǎng)景，離不開簡潔、清晰的數(shù)學(xué)語言.數(shù)學(xué)應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)全新的階段.高校數(shù)學(xué)類課程的教學(xué)不能固守成規(guī)、一成不變，要積極回應(yīng)現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)，抓住新工科建設(shè)契機(jī)，主動(dòng)構(gòu)建基于傳統(tǒng)教學(xué)模式并順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要的新范式.

教師應(yīng)以提升教學(xué)效果為目的創(chuàng)新教學(xué)方法，以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力為核心設(shè)計(jì)科學(xué)合理的教學(xué)過程，以新工科建設(shè)為引領(lǐng)促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)和教學(xué)內(nèi)容的深度融合.學(xué)校應(yīng)建立完善的制度體系，通過指導(dǎo)教師制度、助課制度、集體備課制度、教考分離制度和聽課制度，保證教學(xué)活動(dòng)的順利開展和不斷改進(jìn).教師應(yīng)通過面向新工科的數(shù)學(xué)教學(xué)改革培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維，提高學(xué)生的人文修養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生面對(duì)復(fù)雜工程問題協(xié)作克服困難的能力，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

（二）需求導(dǎo)向，知識(shí)探究

“新”是新工科的內(nèi)涵和本質(zhì).不論是傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)升級(jí)改造而成的新工科專業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)催生的新工科專業(yè)，都體現(xiàn)了學(xué)科專業(yè)發(fā)展的新動(dòng)向和新范式，反映了高等工程科技人才的新規(guī)格和新要求，體現(xiàn)了對(duì)國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求的積極回應(yīng)、對(duì)新科技革命和新產(chǎn)業(yè)革命的積極響應(yīng)，以及對(duì)“雙一流”建設(shè)的積極呼應(yīng).

事實(shí)上，作為工程學(xué)科不可或缺的基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課具有抽象性強(qiáng)、應(yīng)用面廣的特點(diǎn).正是由于形式上的抽象性，才使得數(shù)學(xué)具有應(yīng)用上的廣泛性.一方面，因?yàn)閿?shù)學(xué)類課程理論性較強(qiáng)，相對(duì)抽象，讓學(xué)生覺得難于掌握；另一方面，由于沒有開始后繼專業(yè)類課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生又無法體會(huì)到數(shù)學(xué)的“有用”.在具體教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)力爭(zhēng)突出重點(diǎn)、分散難點(diǎn).引入新內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)為學(xué)生講述數(shù)學(xué)發(fā)展史上科學(xué)家克服困難、潛心研究的科研故事和數(shù)學(xué)應(yīng)用推動(dòng)科技進(jìn)步的經(jīng)典案例，讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)在社會(huì)發(fā)展和生產(chǎn)力提高過程中發(fā)揮的巨大威力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生建立學(xué)習(xí)自信.

（三）發(fā)展導(dǎo)向，因材施教

教師應(yīng)以教練或者導(dǎo)師的身份融入教學(xué)，而不是知識(shí)供應(yīng)商.與此同時(shí)，學(xué)生的角色應(yīng)是積極的知識(shí)構(gòu)建者，而不是知識(shí)的接受者或者復(fù)制者.數(shù)學(xué)的許多分支之間、數(shù)學(xué)與其他學(xué)科之間，相互交叉、融合、滲透，使得數(shù)學(xué)成為探索和創(chuàng)新的必備素養(yǎng).我們沒有能力為學(xué)生提供“終身夠用”的數(shù)學(xué)知識(shí)，但是可以教會(huì)學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”.會(huì)學(xué)習(xí)的學(xué)生才能與時(shí)俱進(jìn)、不斷成長，跟上時(shí)代發(fā)展的腳步.

數(shù)學(xué)類課程突出學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，鍛煉學(xué)生的抽象思維能力，助力學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成.教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生觀察現(xiàn)象、簡化問題、抽象概念、給出假設(shè)、明確目標(biāo)、提出論點(diǎn)、有效闡述、邏輯推理、實(shí)踐檢驗(yàn).

三、課程教學(xué)實(shí)踐

（一）教學(xué)方法

課程組堅(jiān)持啟發(fā)式教學(xué)，綜合運(yùn)用講授、演示、討論等多種教學(xué)方法，將“傳授知識(shí)”與“數(shù)學(xué)思想升華”融為一體，引導(dǎo)學(xué)生深思考、善提問、勤實(shí)踐.比如，我們精心設(shè)計(jì)第一次課的教學(xué)方案，不僅通俗、宏觀地描述課程的內(nèi)容、思想、方法及地位作用，而且盡量多地聯(lián)系生活實(shí)際.這讓學(xué)生不單對(duì)課程有了比較全面的認(rèn)識(shí)，還產(chǎn)生了興趣，打消了畏難情緒.

（二）教學(xué)過程

新工科人才培養(yǎng)過程中，教學(xué)由課堂教學(xué)和課外學(xué)習(xí)兩個(gè)有機(jī)部分組成，它們相輔相成、互為補(bǔ)充.一方面通過線上學(xué)習(xí)（包括預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)）提高課堂教學(xué)的有效性，另一方面鼓勵(lì)并創(chuàng)造條件引導(dǎo)學(xué)生積極參與社團(tuán)活動(dòng)、科技競(jìng)賽、創(chuàng)新實(shí)踐等活動(dòng)，讓學(xué)生將理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用.數(shù)學(xué)教師同工科課程任課教師共同起草、修訂教學(xué)大綱，聯(lián)手培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力.

為了進(jìn)一步轉(zhuǎn)變教育思想，更新教學(xué)理念，數(shù)學(xué)類課程應(yīng)重視基礎(chǔ)，加強(qiáng)應(yīng)用，將教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，綜合考慮，整體優(yōu)化.教師應(yīng)在授課過程中體現(xiàn)現(xiàn)代化，淡化解題技巧，突出數(shù)學(xué)問題的實(shí)際背景，注意拓寬知識(shí)面，滲透數(shù)學(xué)建模思想、局部線性化思想、離散化思想、優(yōu)化思想和變換思想，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的理性思維、邏輯思維和運(yùn)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的能力，從而發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng).

教師通過研究性學(xué)習(xí)、分組學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、興趣小組學(xué)習(xí)、以賽帶練等形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，通過共享優(yōu)質(zhì)在線教育資源、實(shí)施混合式教學(xué)等方式提高教學(xué)效果，通過以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)提高學(xué)生的綜合能力和職業(yè)素養(yǎng)，力求整個(gè)教學(xué)過程目標(biāo)明確、設(shè)計(jì)合理、方法得當(dāng)、內(nèi)容充實(shí)、反饋及時(shí)、材料規(guī)范、評(píng)價(jià)客觀、教學(xué)效果良好.在近三年的學(xué)生評(píng)教中，課程組教師成績均為優(yōu)秀.

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)

優(yōu)化評(píng)價(jià)體系，改革評(píng)價(jià)方式.教師應(yīng)將線上考試與線下考試相結(jié)合，章節(jié)作業(yè)、階段性測(cè)試與期末綜合測(cè)試相結(jié)合，課上學(xué)習(xí)與課外閱讀相結(jié)合；以激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)業(yè)志趣為著力點(diǎn)，完善評(píng)價(jià)制度，將質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到教學(xué)各環(huán)節(jié)；加大過程考核力度，使其的成績占比從原來的占總成績的20%提高到30%.在課程內(nèi)容設(shè)置上，教師應(yīng)增加階段測(cè)試環(huán)節(jié)并計(jì)入評(píng)價(jià)體系，為學(xué)生布置更新、更難、更綜合的挑戰(zhàn)性題目.教師布置的作業(yè)分為必答題目和選做題目（具有一定挑戰(zhàn)度），可以不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜綜合問題的能力.

教師應(yīng)注重過程、回歸常識(shí)，以學(xué)生的“學(xué)習(xí)效果”為中心來評(píng)價(jià)教學(xué)效果.教師可以通過教研活動(dòng)、公開課、隨機(jī)聽課、督導(dǎo)聽課、學(xué)生調(diào)研、師生座談等方式，找出教學(xué)中存在的問題，對(duì)學(xué)生課堂內(nèi)外、線上線下的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行更加科學(xué)、完整的評(píng)價(jià).

四、創(chuàng)新特色

（一）理念創(chuàng)新

數(shù)學(xué)類課程把“課程思政”建設(shè)作為落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，堅(jiān)持知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)相統(tǒng)一、顯性教育與隱性教育相統(tǒng)一.教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生培育和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，鑄就理想信念、錘煉高尚品格.

（二）模式創(chuàng)新

教師可以通過校內(nèi)“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”提供的一鍵簽到、開放式作業(yè)、在線討論答疑、在線測(cè)試等模塊，實(shí)現(xiàn)“師生互動(dòng)、生生互動(dòng)”.教師應(yīng)利用課件、微視頻、模擬題等在線資源，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性.目前，配套的在線課程訪問量已逾萬次.

與此同時(shí)，微信群、QQ群等的使用，使得直播答疑成為可能，學(xué)生參與度很高，互動(dòng)效果良好.這也成了課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充.

（三）實(shí)踐創(chuàng)新

實(shí)踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新主要有三方面.一是組建興趣小組，提高學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力.二是微信群推送“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”平臺(tái)上的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)、數(shù)學(xué)之美、數(shù)學(xué)家傳記、數(shù)學(xué)與人文等相關(guān)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生進(jìn)行美育教育.三是在每章結(jié)尾都安排Matlab軟件的趣味實(shí)驗(yàn)教學(xué).

五、教學(xué)成果

數(shù)字技術(shù)為線上線下混合式教學(xué)提供了有力的技術(shù)保障.通過一系列教育教學(xué)模式的改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有明顯的提高，歸納思維、類比思維、聯(lián)想思維有所增強(qiáng)，抽象思維、推理思維、邏輯思維不斷提升，直覺思維、發(fā)散思維、逆向思維更加活躍.這為學(xué)生形成具有建構(gòu)性、創(chuàng)造性和系統(tǒng)性的工程思維，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使得學(xué)生的數(shù)學(xué)基本功扎實(shí)，考研意愿強(qiáng)烈，考研率將穩(wěn)步提升.課外興趣小組的學(xué)生多次在全國數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和東三省數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中獲獎(jiǎng).

結(jié) 語

國家正在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略和“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”等一系列重大發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)有科學(xué)基礎(chǔ)、工程能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的工程科技人才，對(duì)于支撐服務(wù)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義，也是建設(shè)制造強(qiáng)國和創(chuàng)新型國家的重要前提.世界政治經(jīng)濟(jì)格局的重構(gòu)和調(diào)整，必將深刻影響高等教育的人才培養(yǎng)模式和知識(shí)生產(chǎn)模式.

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉吉臻，翟亞軍，荀振芳.新工科和新工科建設(shè)的內(nèi)涵解析———兼論行業(yè)特色型大學(xué)的新工科建設(shè)[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017（2）：26-35.

[3]吳巖.新工科：高等工程教育的未來———對(duì)高等教育未來的戰(zhàn)略思考[J].高等工程教育研究，2018（6）：1-3.

[4]陸國棟.“新工科”建設(shè)的五個(gè)突破與初步探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2017（5）：38-41.