面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)《工程數(shù)學(xué)》課程教學(xué)體系改革與實(shí)踐

張敏

【摘 要】工程數(shù)學(xué)是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)課。它旨在響應(yīng)國(guó)家相關(guān)文件，培養(yǎng)高職學(xué)生應(yīng)用能力。然而在互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)如此飛速發(fā)展的今天，就學(xué)生而言，學(xué)習(xí)自主性及積極性仍有待加強(qiáng)，教師授課中互聯(lián)網(wǎng)使用程度亟需提高，因此了解學(xué)生、教師的困惑及存在的問(wèn)題，切實(shí)提出可行措施是刻不容緩的。這也正是本課題得以開(kāi)展的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 工程數(shù)學(xué) 線性代數(shù) 概率統(tǒng)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）32-0090-02

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是國(guó)家新設(shè)置的學(xué)科專業(yè)方向，由于物聯(lián)網(wǎng)涉及檢測(cè)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、操作系統(tǒng)、電子技術(shù)、控制等多領(lǐng)域的知識(shí)，而且每個(gè)學(xué)校對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的切入點(diǎn)也不一樣，都處于探索階段.物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。代表了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)與方向，政府大力支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)和教育界、科技界共同推動(dòng)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，需要大量熟悉和精通物聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)人才.

目前物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程的覆蓋面較窄，偏重于系統(tǒng)前端的硬件采集原理，系統(tǒng)的概念較為薄弱，從人才培養(yǎng)的角度來(lái)看，已經(jīng)滿足不了厚基礎(chǔ)、寬口徑的人才需求，學(xué)生掌握知識(shí)的集成度不高。為了既保持傳統(tǒng)的經(jīng)典知識(shí)內(nèi)容，又要為課程體系增加新的特色和先進(jìn)內(nèi)容，將傳統(tǒng)的專業(yè)方向賦予時(shí)代意義，使學(xué)生們真正學(xué)以致用，課程改革已經(jīng)迫在眉睫，其中包括《工程數(shù)學(xué)》課程教學(xué)改革。

工科數(shù)學(xué)（包括高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)）是工科大學(xué)生重要的基礎(chǔ)理論課，它作為高等工程教育中的一個(gè)重要內(nèi)容，其目的在于培養(yǎng)工程技術(shù)人才所必須具備的基本的數(shù)學(xué)素質(zhì).長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的教學(xué)思想、教學(xué)觀念一直占主導(dǎo)地位，片面地認(rèn)為，工科數(shù)學(xué)僅僅是為大學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程提供知識(shí)儲(chǔ)備與工具.因而，從教學(xué)內(nèi)容到教學(xué)方法基本上以灌輸知識(shí)為主要目的，教學(xué)內(nèi)容陳舊（三十年不變） ，教學(xué)手段落后（一塊黑板、一只粉筆） ，教學(xué)方法多采用保姆式、注入式.在21世紀(jì)到來(lái)之際，人類已經(jīng)進(jìn)入了知識(shí)、信息大爆炸的時(shí)代，面對(duì)科學(xué)技術(shù)的加速發(fā)展和急劇變革，高等教育必須改變以傳授已有知識(shí)為中心的狀況，把培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力作為重點(diǎn)，而提高學(xué)生素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力是其核心，也是教學(xué)改革的根本目的.

就工科數(shù)學(xué)而言，如何提高工程技術(shù)人員的數(shù)學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)他們創(chuàng)造性的應(yīng)用能力，亦即應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題的能力應(yīng)是教學(xué)改革的方向與目的.素質(zhì)與創(chuàng)造能力不僅僅必須通過(guò)有效知識(shí)特別是基礎(chǔ)知識(shí)的傳授來(lái)培養(yǎng)，更重要的是要引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題.

基于上述認(rèn)識(shí)，工科數(shù)學(xué)的教學(xué)改革的指導(dǎo)思想應(yīng)該是，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)在精講經(jīng)典內(nèi)容的同時(shí)，滲透現(xiàn)代數(shù)學(xué)觀念、概念、方法、術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，為現(xiàn)代數(shù)學(xué)適當(dāng)提供內(nèi)容展示的窗口和延伸發(fā)展的接口，培養(yǎng)學(xué)生獲取現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識(shí)的能力.其次要淡化運(yùn)算技巧訓(xùn)練，加強(qiáng)應(yīng)用，增加工程中常用的數(shù)學(xué)思想和方法.加強(qiáng)學(xué)生數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的能力的培養(yǎng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入數(shù)學(xué)教學(xué)之中.

二、預(yù)備

互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代到來(lái)的中國(guó)，包括政府在內(nèi)都在推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與各傳統(tǒng)行業(yè)結(jié)合創(chuàng)新。教育行業(yè)作為中國(guó)傳統(tǒng)行業(yè)之一，與互聯(lián)網(wǎng)的有效結(jié)合必定能促進(jìn)雙方的發(fā)展，達(dá)成雙贏。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程的覆蓋面較窄，偏重于系統(tǒng)前端的硬件采集原理，系統(tǒng)的概念較為薄弱，從人才培養(yǎng)的角度來(lái)看，已經(jīng)滿足不了厚基礎(chǔ)、寬口徑的人才需求，學(xué)生掌握知識(shí)的集成度不高。為了既保持傳統(tǒng)的經(jīng)典知識(shí)內(nèi)容，又要為課程體系增加新的特色和先進(jìn)內(nèi)容，將傳統(tǒng)的專業(yè)方向賦予時(shí)代意義，使學(xué)生們真正學(xué)以致用，課程改革已經(jīng)迫在眉睫，其中包括《工程數(shù)學(xué)》課程教學(xué)改革

三、改革與實(shí)踐

1、課程體系、教學(xué)內(nèi)容方面的探索與改革

《線性代數(shù)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》是高等工科院校普遍開(kāi)設(shè)的兩門(mén)工科數(shù)學(xué)課程. 前國(guó)家教委“九五”立項(xiàng)課題《工科數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的研究與實(shí)踐》課題組提出了工科大學(xué)生必備的四個(gè)方面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，其中包括《線性代數(shù)》（離散量的基礎(chǔ)）和《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》（隨機(jī)量的基礎(chǔ)） ，占了兩個(gè)方面，由此可見(jiàn)，這兩門(mén)課程在大學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)構(gòu)成中的份量. 《線性代數(shù)》亦是我院確定的十二門(mén)重點(diǎn)基礎(chǔ)課程之一.

《線性代數(shù)》課程，目前國(guó)內(nèi)工科院校普遍使用同濟(jì)大學(xué)編寫(xiě)的教材，該教材自1982年首次出版以來(lái)，雖再版多次，體系、內(nèi)容基本未變，仍沿用五十年代前蘇聯(lián)的模式，存在諸多弊端.在新形勢(shì)面前，這些弊端愈發(fā)顯得突出. 具體表現(xiàn)為，過(guò)分拘泥于嚴(yán)密的理論推導(dǎo)，忽視了概念、原理和模型的實(shí)際背景，缺乏解決實(shí)際問(wèn)題的訓(xùn)練.如： 向量組的線性相關(guān)和秩的內(nèi)容過(guò)分講究體系的完整，從理論到理論，沒(méi)有相應(yīng)的具體模型，從教與學(xué)兩方面都是難點(diǎn)，雖課時(shí)用了很多，但效果不好，并且這部分內(nèi)容對(duì)完整了解線性科學(xué)理論體系也幫助不大；矩陣作為現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論和方法的強(qiáng)有力的工具，在科學(xué)研究和工程技術(shù)中的作用舉足輕重，而在目前的教學(xué)內(nèi)容中，僅就其運(yùn)算作了簡(jiǎn)單介紹，顯得不足；線性方程組部分缺少實(shí)際求解的訓(xùn)練；相似變換和二次型的標(biāo)準(zhǔn)形應(yīng)增加一些工程方面的內(nèi)容，以利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

近年來(lái)，我們教研室部分教師在《線性代數(shù)》課程的教學(xué)改革中做了大膽地探索.張兆寧副教授在教學(xué)中摒棄了傳統(tǒng)的過(guò)于嚴(yán)密、抽象深?yuàn)W的理論推證方法，采用獨(dú)創(chuàng)的流程式論證方法，適應(yīng)了現(xiàn)代思維方式的訓(xùn)練要求，得到了學(xué)生們的認(rèn)同.增加了計(jì)算機(jī)實(shí)踐的內(nèi)容，即將一些證明題、計(jì)算題編寫(xiě)成算法，由學(xué)生上機(jī)求得結(jié)果. 其經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)寫(xiě)成《當(dāng)代線性代數(shù)》一書(shū)，由南開(kāi)大學(xué)出版社出版.牟德一副教授在講授《線性代數(shù)》時(shí)，盡量簡(jiǎn)化理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，對(duì)于基本概念的引入都以實(shí)際問(wèn)題作為引例，對(duì)重要的理論結(jié)果都有工程背景方面的知識(shí)介紹，并且對(duì)于一些理論結(jié)果的實(shí)現(xiàn)方法都作了簡(jiǎn)單交代.這樣，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)理論課程時(shí)，不至于感到過(guò)于抽象，在掌握有關(guān)知識(shí)的同時(shí)，也得到了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力的培養(yǎng).

《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》課程，國(guó)內(nèi)工科院校普遍使用浙江大學(xué)的教材，與目前的教學(xué)改革的需要有不相適應(yīng)之處，表現(xiàn)在概率論理論部分相對(duì)較多. 而工程技術(shù)中需要的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法較少，由于學(xué)時(shí)有限，教學(xué)大綱只對(duì)簡(jiǎn)單情況下的參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)兩種方法作了要求，而對(duì)在實(shí)際問(wèn)題中研究和處理隨機(jī)現(xiàn)象問(wèn)題的常用方法，如方差分析、回歸分析等未能涉及.而這些原理和方法對(duì)于工程技術(shù)人員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)、知識(shí)面的拓寬都是至關(guān)重要的. 針對(duì)這種狀況，我們?cè)诮虒W(xué)中，對(duì)教材內(nèi)容作了適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，具體做法是，盡量壓縮概率論部分的內(nèi)容，以搞清隨機(jī)變量及其分布的概念與方法為原則，將連續(xù)型、離散型隨機(jī)變量放在一起講以節(jié)省學(xué)時(shí)，減少概率性質(zhì)、計(jì)算特別是古典概型的內(nèi)容，這樣可將數(shù)理統(tǒng)計(jì)內(nèi)容的課時(shí)由16增至22左右，不但使得較全面地介紹各種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法成為可能，還可針對(duì)不同的專業(yè)，增加一些內(nèi)容以開(kāi)闊學(xué)生的視野，如對(duì)電子系的學(xué)生，可講一點(diǎn)隨機(jī)過(guò)程在信號(hào)處理中的應(yīng)用，對(duì)經(jīng)管系的學(xué)生，講一點(diǎn)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在經(jīng)營(yíng)管理和經(jīng)營(yíng)決策中的應(yīng)用實(shí)例。

2.教學(xué)方式和教學(xué)手段的探索與改革

在目前高新技術(shù)、信息技術(shù)尤其計(jì)算機(jī)技術(shù)日益發(fā)展、普及的今天，傳統(tǒng)以傳授知識(shí)為中心的教學(xué)方式與手段顯得如此不合時(shí)宜，以至于改革的呼喚比以往任何時(shí)候都要強(qiáng)烈.注入式、保姆式的教學(xué)方法是傳統(tǒng)教學(xué)思想指導(dǎo)下的產(chǎn)物，即以教師為中心，學(xué)生成為被灌輸知識(shí)的對(duì)象.教師試圖在課堂上把所有問(wèn)題講細(xì)、講透、講全，學(xué)生盲目、被動(dòng)地記憶所謂知識(shí)，課后機(jī)械地套用公式解題以完成作業(yè). 這一做法，不但無(wú)法擴(kuò)大課堂信息量而且必然助長(zhǎng)學(xué)生產(chǎn)生依賴心理、養(yǎng)成思想懶惰的習(xí)慣，不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，嚴(yán)重妨礙學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

我們?cè)诮虒W(xué)中，一直注意用教師的主導(dǎo)作用調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用.課堂上以講清主干概念為原則，枝節(jié)問(wèn)題留給學(xué)生去思考、歸納.加入相關(guān)背景知識(shí)以增加課堂信息量.比如，張國(guó)強(qiáng)副教授在每次課上都要提問(wèn)學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生對(duì)一些問(wèn)題提出見(jiàn)解，然后加以分析、綜合，進(jìn)而引入新的概念和方法. 既吸引了學(xué)生的注意力，活躍了課堂氣氛，又使得學(xué)生始終處于主動(dòng)地位，深刻領(lǐng)會(huì)所學(xué)內(nèi)容.

在教學(xué)手段方面，為力爭(zhēng)早日改變一本教材、一只粉筆、一塊黑板從教一輩子的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教師的形象，著手將現(xiàn)代科技手段尤其多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)引入數(shù)學(xué)教學(xué)中來(lái). 如測(cè)試系統(tǒng)，為教考分離、教學(xué)評(píng)估提供必要的手段；輔導(dǎo)答疑系統(tǒng)，可減輕教師的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)； 演示系統(tǒng)，可將抽象的數(shù)學(xué)原理、方法、模型以較直觀、生動(dòng)的方式展示給學(xué)生.

四、主要應(yīng)用

1.明確該課程的目的和定位

《工程數(shù)學(xué)》課程不是《高等數(shù)學(xué)》的濃縮，也不再是簡(jiǎn)單傳授某些知識(shí)，而是要求在數(shù)學(xué)知識(shí)和軟件實(shí)現(xiàn)的結(jié)合上下工夫，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的興趣和能力。

2.教學(xué)中注意激發(fā)學(xué)生的興趣

在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)高職的學(xué)生基礎(chǔ)還是薄弱一些，如果內(nèi)容較難掌握又比較沒(méi)有新意的話，學(xué)生很容易產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。因此，我們?cè)诮虒W(xué)中特別強(qiáng)調(diào)激發(fā)學(xué)生的興趣，一方面我們引導(dǎo)學(xué)生從他們熟悉的知識(shí)切入，在教學(xué)過(guò)程中，也特別注意讓他們自己成為主角，讓他們體會(huì)實(shí)現(xiàn)的成就感，當(dāng)然，在介紹案例的時(shí)候，我們會(huì)加入大量的科技小知識(shí)，盡可能拓展他們的視野，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。