新工科背景下高等數學課程的創新教學研究

張 珊,曲 波,劉 薇

(長春工業大學 數學與統計學院,吉林 長春 130022)

一、研究背景

隨著新工科建設理念的提出和不斷發展,對高校教育改革和人才培養模式提出了新的要求。如何在“問產業需求建專業,問技術發展改內容,問學校主體推改革,問學生興趣變方法,問內外資源創條件,問國際前沿立標準”[1]等方面通過優化高校學科教學模式,實現專業人才的高質量培養,是高校教育工作者在日常教學實踐中不斷關注和思考的問題。新工科建設目前處于新的發展時期,而新工科建設過程中最基礎也是最關鍵的課程之一就是高等數學[2],因此有必要在新行動和新理念下對教學模式進行變革,與新時代對標要求更加相符。

高等院校中必修課程都包括高等數學,其主要學習的知識包括一元和多元函數微積分、空間解析幾何與向量代數、無窮級數和常微分方程等等。高等數學教學是以學生基礎理論知識和計算方法的掌握為目的,并以此為基礎進一步對學生的邏輯推理、抽象概括、問題的發現、研究與解決能力的增強,以及學生自主學習能力進行培養。其授課對象是理工類及部分文史類相關各專業的本、?？埔荒昙壍拇髮W生。當前的高等數學教學應著眼于促進創新,將科研成果、教研成果及數學建模[3]思想等植入課程的中心,為學生后續專業課程的學習、科學研究工作的開展,以及現代科學知識的獲取奠定必要的數學基礎。

二、課程教學現狀

為適應新時代新工科的新要求及解決如何提高高等數學教學質量這一核心問題,多年來的教學經驗促使我們對高等數學課程做出有針對性的教學創新。當前高等數學課程在教學過程中有很多不足之處,比如理性改革欠缺,傳統觀念并未摒棄,主要體現在課程體系傳統經典、教學理念保守陳舊、教學效果評價單一等方面。

(一) 高等數學與專業課程交叉融合不夠

高等數學的教學內容豐富而教學時空有限,學生思維活躍而教學模式僵化[4]。教學主體需圍繞學生展開,不被固有傳統的教學理念束縛,因此依據專業和新工科技術人才需求實行因材施教,正確處理教與學的關系,接受學生之間差異的同時創造出輕松愉悅的課堂氣氛,充分激發學生的興趣,提升學習效率,由此可有效解決教學中如何以學生為中心、教學模式同一化的問題。

(二) 教學供給單一與學生需求多樣的失衡

課程資源有限無法吸引學生的學習興趣。將課程教學搭載于現代信息技術[5]平臺,一方面提高了課堂的參與度;另一方面實現了課堂教學的智能化,實現知識傳播的雙向性。以“加強數學基礎理論-強化數學創新實踐-提升數學人文素養”為主線優化課程內容,依據各專業的教學目標,設置相對應的課程模塊,可有效解決課程資源不充分、課程建設力度不夠的問題。

(三) 理論深刻性與教學生動性的矛盾

抽象性、理論性是高等數學課程的重要標志,偏好生動性、趣味性又是當代大學生學習的顯著特點,教師對傳統教學的偏愛使得課堂教學以單向知識傳遞為主。采用“問題鏈”“專業引例啟發式”等教學方法,解決了教師教學觀念落后、難以真正教學相長的問題?！昂窕A、強創新、重實踐、融思政”,從學科邏輯轉變為應用邏輯,將工程實例、數學建模等融入教學,通過問題與情境激發學生的學習動機與興趣,使學生對于發現、思考、規劃、探究和總結等更傾向于思維鍛煉的任務更有興趣,進而積極主動地參與進來。另外數學課程融進思政[6-7]元素是一項充滿挑戰和藝術的“化學反應”,可使能力提升、知識講解和價值導向實現高度統一。

三、教學創新實施方法

教學創新的實施途徑按照“教學模式的改變-組織方式的更新-方法手段的運用-評價方式的改善”來逐一實現。以導入、教學目標、預測、參與、測評和總結為主要教學模式,充分突出學生主體地位。根據“教學準備-課前導學-課中研學-課后復習”組織教學,使學生由“被動接受知識”轉變為“主動答疑解惑”。在線教學資源豐富化,實現系統化交互平臺的構建,將線上教學與線下教學有效結合,實現教學設計與效果的不斷改進。另外要對課程考核方式進行重組,不定期增加多形式多過程的考核,比如撰寫讀書報告、進行單元測驗或題庫練習等,將學生全過程的學習表現綜合納入考評范圍內。

(一) 優化教學內容,促進教學設計

新工科背景下高等數學的教學需要不斷適應社會發展的需求,因此持續優化教學內容成為目前亟待解決的問題。一是要處理好高等數學教學與專業課程之間的交叉融合問題。高等數學知識和專業能力提升并沒有緊密的聯系,由此教學效果也就不盡如人意。因此對于課程之間的聯系可通過教學改革來進一步推進,使高等數學為其他專業課程提供更堅實的基礎。二是對標專業要求對教學內容進行重構。根據高等數學課程的科學性和知識結構的合理性,對所有專業提供的基本的、必需的教學內容進行整合,同時有針對性地為學生提供數學思維和能力的訓練,重視學生數學建模能力的提升,積極運用新技術、新方法、新內容和新理念,打造優質課堂。具體落實如下:

1.打破學科壁壘,重構課程體系

高校各專業在開設高等數學課程時,應根據專業目標和專業能力發展,結合學生創新能力[8]培養,將不同專業下課程的教學內容綜合考慮,以實現課程體系本質上的優化重組。

2.優化知識模塊、更新教學內容、強化建模思想

依托重點教改項目的研究,實施分層次培養,開設與各專業相匹配的課程模塊,將數學建模思想與方法[9]融入課堂教學,保證更深層次的學習有充足的知識和更好的能力,實現學生創新意識與能力、科研和實踐能力的不斷提升。

(二) 豐富教學方法,提升教學效果

部分學生的初等數學基礎薄弱,因此對課程內容的知識儲備相對欠缺,同時學生的自覺能力相對較差,對學習高等數學的必要性和迫切性認識不夠。另外學生的學習動機還有相對消極的一面,即外部原因促使其學習,比如來自考研數學的壓力等等。因此在制定教學目標時,需著重在知識目標中滲透高等數學的思想和方法,增強他們的數學意識和數學素養;在能力目標中注重培養學生對實際問題進行定性定量分析的能力,從而激發他們的創新精神;確定素養目標是基于學生為主體的理念以及德育為先的教學理念,對立德樹人和育人的途徑進行挖掘。在課堂教學中教師引入“BOPPPS”模型[10],其核心是學生全方位參與互動,從而強調學生的主體性地位。第一階段可以理解為“熱身暖場”,主要用提出的相關問題引起學生的學習動機,吸引他們的注意力,本階段可采用背景式、引導式等教學方法。第二階段要明確說明本章節的學習目標,使學生掌握在課程中所要學習的重點、難點和應用能力。第三階段教師可通過啟發式、連接對比式等方法布置提問、考試或作業來了解學生的先備知識和能力,從而適度調整教學內容。第四階段教師運用教學策略提出新課問題或模擬情境使學生積極主動地進行參與式學習,本階段要注重分層次、互動式教學手段的運用。第五階段利用課后作業、報告心得或問卷等形式來了解學生的學習成效以及是否達到學習目標。最后綜合整理課程內容,幫助學生歸納總結學習要點。

(三) 充實網絡資源,完善學習平臺

線上和線下方式對課程資源進行補充和豐富,為學生提供更廣闊的思維發散空間,在課堂上沒有理解消化的知識可以借助慕課、微課、學習通等線上平臺進行內化和補充,并且以智慧教學為基礎,鼓勵學生積極參與,使學生從被動學習向主動學習進行轉變。

在信息技術和互聯網技術的發展推動下,搭載于現代信息技術平臺的新技術、新模式、新方法和新思維等不斷涌現,實現了融教學內容、課程體系和教學方法為一體的課程教學模式[11]。目前應用信息化手段已建設了豐富多樣的在線教學資源,搭建了全方位全時空的互動交流平臺,借助軟件技術所創設的形象材料進行深層次的思維探索,使學生的學習主動性得到穩步提升。同時采取有針對性的線上線下混合式教學方法,對學習反饋的數據進行采集和分析,獲取學情統計,優化教學設計,激發學生的創新思維能力。

(四) 創新評價方式,激發創造活力

基于多維的信息系統構造教與學的數據鏈,改善傳統的教學考核評價方式,采取多段多方式的考核方法,激發學生的創新思維能力。對傳統的考核與作業布置方法進行創新,理論和技能同等重要。學習和考核可利用課堂探討、競賽比賽、上機實踐、論文撰寫以及理論考核等方式進行。逐步推行過程化考核模式[12],尤其重視視角獨特、研究深入全面、觀點新穎的論文。教學評價的創新主要體現在兩方面:第一,測評技術由單一紙筆測試轉變為利用平臺和智慧教學工具進行線上+線下、課前+課中+課后全過程的評價;第二,由原來的注重理論學習成績的評價方式轉變為結合學習行為、學習體驗、學習態度與學習績效的過程性綜合評價方式[13]。

(五) 注重教學反思,成就卓越課堂

教學反思是指教師對教學過程中教學目標是否達成、教材創造性應用是否實現、教學是否以學生特征的差異性地適應展開等進行反思,經過長時間的積累,最終可把結果進行分類整理,一方面對今后的教學提供必要的參考;另一方面也有利于課堂教學水平的提高,對高等數學課堂教學改革[14]理念和思路的創新和發展都有積極作用。

四、結束語

高等數學教學改革工作并不是一蹴而就的。針對工科院校特點和專業需求,依托學科文理優勢、借助學校各級平臺、吸收高等數學教學成果,不斷創新教學方式,優化教學內容,豐富教學資源,提升教學團隊,轉變教與學的理念與范式,吸收多元的教學方法與策略,運用現代化教育技術理念與前沿思想,關注教學效果實踐反饋,成就卓越教學。