面向新工科的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建與研究

吳延紅

摘 要：自2017年2月“新工科”提出至今，對“新工科”的研究已經(jīng)涉及其方方面面。大學(xué)數(shù)學(xué)對新工科專業(yè)人才的培養(yǎng)起到基礎(chǔ)性作用，對人才的各方面能力培養(yǎng)起到舉足輕重的作用。文章主要研究的是新工科背景下大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系的構(gòu)建問題。分別從大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系構(gòu)建與新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的辯證統(tǒng)一關(guān)系、大學(xué)數(shù)學(xué)師資隊伍建設(shè)、大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系框架及與此相適應(yīng)的教學(xué)模式的建立幾個方面對大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系相關(guān)方面進行了研究。

關(guān)鍵詞：新工科；大學(xué)數(shù)學(xué)；課程體系；線上線下

“回歸工程”“工程教育范式轉(zhuǎn)移”“再造工程教育”等口號的提出，無一不體現(xiàn)出創(chuàng)新工程教育的一種國際發(fā)展趨勢，在這個意義上，“新工科”概念在中國的提出即為工程教育的理論與實踐探索提供了一個全新的視角，同時也是對國際工程教育的改革和發(fā)展作出的本土化回應(yīng)，在很大程度上豐富了工程教育“中國經(jīng)驗”和“中國模式”的內(nèi)涵。

“新工科”主要以大數(shù)據(jù)、云計算為主要特點，新工科專業(yè)以培養(yǎng)創(chuàng)新型和復(fù)合型人才為主，大學(xué)數(shù)學(xué)是工科院校和所有工科專業(yè)一門非常重要的理論基礎(chǔ)課，主要以培養(yǎng)學(xué)生的計算能力、邏輯思維能力、實際應(yīng)用能力、團結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力為己任，學(xué)生只有掌握大學(xué)數(shù)學(xué)的知識才可以更好地學(xué)習(xí)各門專業(yè)課，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

目前很多研究人員和學(xué)者對新工科的概念、內(nèi)涵、理念做了較為全面的研究，同時對新工科背景下各專業(yè)課程的課程體系和模式也有很深入、全面的研究，但目前針對新工科背景下數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建[1][2]的研究還較少，鑒于大學(xué)數(shù)學(xué)在工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要地位，對其進行深入的研究[3][4]是非常必要的。

一、新工科與大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系的辯證統(tǒng)一關(guān)系

新工科所指的專業(yè)，主要是指以互聯(lián)網(wǎng)和智能化為核心的新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)，對比傳統(tǒng)工科專業(yè)人才，新工科主要需要的是創(chuàng)新能力較強，有超強實踐能力的復(fù)合型人才。而隨著“云計算”、“大數(shù)據(jù)”、“智能化”成為“新工科”的特色和主旋律，新工科專業(yè)人才對數(shù)學(xué)知識的運用會越來越多，比如對“大數(shù)據(jù)”的分析、處理、挖掘會用到統(tǒng)計學(xué)中很多的知識，“云計算”也會用到許多數(shù)學(xué)的模型的方法。大學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)主要是為工科專業(yè)學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。而新工科的提出，為大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)帶來了機遇，更加凸顯了數(shù)學(xué)在新工科人才培養(yǎng)中的基礎(chǔ)地位，同時也為大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。在大數(shù)據(jù)時代、信息化社會，只靠書本上的內(nèi)容已經(jīng)無法滿足學(xué)生對知識量的需要，作為高校數(shù)學(xué)教師，需要重新審視大學(xué)數(shù)學(xué)課程中每一個知識點，深入挖掘并研究新工科的內(nèi)涵、要求，要通過學(xué)習(xí)和研究找出這些知識點與新工科專業(yè)之間的最佳契合點，然后對課程體系構(gòu)建做出設(shè)計方案，以建立大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系；同時要對整個體系的各個層面如何在培養(yǎng)新工科人才中起到應(yīng)有的作用進行合理規(guī)劃，深入透徹地研究二者之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系。

二、新工科背景下大學(xué)數(shù)學(xué)師資隊伍建設(shè)

在人才培養(yǎng)過程中，教師起著舉足輕重的作用，而教師也是課程體系的實施者。“新工科”專業(yè)人才與原有工科專業(yè)有很大的不同，原有的教師隊伍如何在新工科背景下順應(yīng)要求，培養(yǎng)出新工科要求的各種能力的人才，是一個非常重要的事情。如果想培養(yǎng)出創(chuàng)新型的卓越工程人才，教師首先應(yīng)該培養(yǎng)自身的創(chuàng)新能力。新工科的新理念、新要求和新途徑要求大學(xué)數(shù)學(xué)教師不能再默守陳規(guī)，什么樣的師資隊伍才是適合新工科的師資隊伍，需要進一步去探討和研究。

一支適應(yīng)“新工科”專業(yè)人才培養(yǎng)的師資隊伍，首先應(yīng)該掌握扎實的大學(xué)數(shù)學(xué)知識體系；其次，應(yīng)該掌握現(xiàn)代信息技術(shù)，并可以將其應(yīng)用在自己的課堂教學(xué)和管理中，比如，在信息化逐漸深入的今天，可以借助信息化手段，將大學(xué)數(shù)學(xué)的知識結(jié)構(gòu)進行劃分，采取線上線下相結(jié)合的方式進行授課，一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，另一方面可以將更多的知識通過線上方式輸送個學(xué)生。教師只有掌握了先進的現(xiàn)代化教育手段，才可以在教學(xué)過程中得心應(yīng)手；最后，教師需要有較強的研究能力和創(chuàng)新能力，這樣才可以在教學(xué)過程中對知識的把握更準(zhǔn)確，在講解知識的時候更深入。

三、建立新工科背景下工科專業(yè)學(xué)生的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系

要想將大學(xué)數(shù)學(xué)與“大數(shù)據(jù)”、“云計算”產(chǎn)生密切聯(lián)系，與新工科各方面需求人才的能力需要產(chǎn)生聯(lián)系，需要對現(xiàn)有的大學(xué)數(shù)學(xué)課程結(jié)構(gòu)進行重新構(gòu)建。

一方面，針對一些考研究生的學(xué)生，可以將大學(xué)數(shù)學(xué)課程分為數(shù)學(xué)一、數(shù)學(xué)二、數(shù)學(xué)三，然后根據(jù)學(xué)生的需求為他們開設(shè)不同的數(shù)學(xué)課程。另一方面，可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點對數(shù)學(xué)的知識結(jié)構(gòu)進行劃分，比如電類專業(yè)需專門開設(shè)《復(fù)變函數(shù)與積分變換》，且因為后續(xù)專業(yè)課程的需要，在《高等數(shù)學(xué)》的知識中應(yīng)該拿出較多的課程去講解積分和微分方程的知識。最后，可以根據(jù)學(xué)生的需要，開設(shè)一些適合學(xué)生的選修課程，比如數(shù)學(xué)實驗、統(tǒng)計推斷、數(shù)學(xué)軟件、運籌學(xué)等，這些課程的學(xué)習(xí)會極大地滿足參加學(xué)科競賽學(xué)生的需要。比如參加數(shù)學(xué)建模的時候，學(xué)校學(xué)生在每年的數(shù)學(xué)建模競賽中很少得到國家級獎項，學(xué)生完成的論文質(zhì)量不高，一個重要的原因是學(xué)生建立的模型無法運用數(shù)學(xué)軟件進行求解，指導(dǎo)教師因為所學(xué)專業(yè)的限制，數(shù)學(xué)軟件的掌握和運用能力也不是很強，教師在這種情況下需要加強學(xué)習(xí)，然后開設(shè)不同的數(shù)學(xué)選修課，通過開設(shè)相應(yīng)的選修課，學(xué)生的應(yīng)用能力和解決問題的能力將會得到極大地提高，這樣會改變目前學(xué)校參加數(shù)學(xué)建模競賽的現(xiàn)狀，同時通過這些課程的學(xué)習(xí)，工科專業(yè)學(xué)生在參加一些學(xué)科競賽的時候，也會對參賽結(jié)果有相應(yīng)程度的優(yōu)化。

為了適應(yīng)信息化的要求，需要掌握各種教育信息化的手段，目前高校用的比較多的就是“雨課堂”、“藍墨云班課”、網(wǎng)上慕課、微課等，這些軟件和課程對學(xué)生學(xué)習(xí)知識起到很大的推動作用，根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生對于這些軟件和課程是比較感興趣的，所以本次課程體系設(shè)計就在大學(xué)數(shù)學(xué)原有知識體系的基礎(chǔ)上，選取學(xué)生較難理解的知識做成一些網(wǎng)上慕課MOOC或者微課推送給學(xué)生，讓他們在課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上利用課余時間自學(xué)掌握。

四、新工科背景下構(gòu)建線上線下相結(jié)合的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)模式

教學(xué)模式是課程體系一個非常重要的方面，教學(xué)模式的設(shè)計需要與不同課程的課程體系相匹配，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是課堂上教師講，學(xué)生聽。隨著教學(xué)改革的逐漸深入，許多高?，F(xiàn)在也正在大學(xué)數(shù)學(xué)的課堂上選擇一些不同的教學(xué)方法，比如啟發(fā)式教學(xué)法、探究式教學(xué)法和案例教學(xué)法，但是結(jié)合線上教學(xué)的還比較少。本文設(shè)計在線下教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合“雨課堂”，形成線下線上相結(jié)合的教學(xué)模式，線下講解重點知識，線上向?qū)W生推送預(yù)習(xí)資料和復(fù)習(xí)資料，同時將一些選做題推送給學(xué)生，以豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)知識。

五、新工科背景下基于層次分析的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系綜合評價

評價是判斷合理性、發(fā)現(xiàn)問題的最佳方式，針對構(gòu)建的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系，可以通過調(diào)研、訪談等方式研究與之相關(guān)聯(lián)的影響因素，做成評價指標(biāo)和因素集，為了得出比較客觀的結(jié)果，選取層次分析法得出權(quán)重，然后根據(jù)綜合評判即可以得出最后的評價結(jié)果，根據(jù)評價的結(jié)果有針對性地對課程體系中存在的問題進行整改，使其越來越完善，越來越與學(xué)生培養(yǎng)的實際情況相吻合。

通過研究“新工科”背景下工科專業(yè)人才培養(yǎng)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程之間的辯證關(guān)系，對大學(xué)數(shù)學(xué)的課程體系進行重構(gòu)，師資隊伍進行重建，教學(xué)模式進行重新設(shè)計與改革，評價方式更加多樣化，以此對大學(xué)數(shù)學(xué)的課程體系進行全方位的改革，以使大學(xué)數(shù)學(xué)的課程體系更有利于新工科人才的培養(yǎng)，使培養(yǎng)的人才邏輯思維能力、創(chuàng)新能力更強，并掌握更加豐富的數(shù)學(xué)知識，以為其更好的發(fā)展和服務(wù)社會打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 馬云鵬.課程與教學(xué)論[M].中央廣播電視大學(xué)出版社，2002.

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基金項目：本文為山東華宇工學(xué)院2018年度教育教學(xué)與新工科研究項目“面向新工科的大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建”（ 編號： 2018XGK02） 階段性成果。