劉世金,劉永祥,王世均,徐貴濤
(1.湖北國土資源職業(yè)學(xué)院 基礎(chǔ)課教學(xué)部,湖北 武漢 434090;2..武漢鐵路橋梁職業(yè)學(xué)院 公共課部,湖北 武漢 434090)
專業(yè)建設(shè)是高職院??沙掷m(xù)發(fā)展的關(guān)鍵,而專業(yè)建設(shè)的核心任務(wù)之一便是課程建設(shè)[1].課程建設(shè)的首要工作是根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案在深入研究論證的基礎(chǔ)上進(jìn)行課程整體設(shè)計,課程整體設(shè)計是課程建設(shè)和教學(xué)實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,直接關(guān)系到其課程教育教學(xué)目標(biāo)能否順利實現(xiàn)[2].
隨著我國高考改革的不斷深入,高職院校生源結(jié)構(gòu)和生源質(zhì)量發(fā)生了巨大變化,增加了對口單招、技能高考等考生,呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢,新生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)參差不齊的學(xué)情將持續(xù)存在[3].在職業(yè)教育突出高技能人才培養(yǎng)之專業(yè)能力訓(xùn)練和“三全育人”加速推進(jìn)的背景下,數(shù)學(xué)作為服務(wù)于素質(zhì)教育,服務(wù)于專業(yè)教育,服務(wù)于學(xué)生個性化及可持續(xù)發(fā)展的公共基礎(chǔ)課,其教學(xué)要求不斷提高,而教學(xué)實施學(xué)時卻進(jìn)一步被壓縮.這無疑給高職院校的數(shù)學(xué)課程整體設(shè)計提出了較大的挑戰(zhàn),既要在“雙有限”(學(xué)生基礎(chǔ)有限和教學(xué)學(xué)時有限)條件下,完成新時代素質(zhì)教育目標(biāo)的同時,還要進(jìn)一步提高為專業(yè)教育教學(xué)服務(wù)的質(zhì)量.目前,國內(nèi)外成功的做法是通過深化基礎(chǔ)課與專業(yè)課深度融通的教育教學(xué)改革,基于“做中學(xué)”理念進(jìn)行任務(wù)型整體課程設(shè)計[4-5].
寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院等在國內(nèi)率先開展了教師職業(yè)能力測評和項目化教學(xué)改革.2018 年7 月寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院舉辦了“高職院校骨干教師培訓(xùn)班”,進(jìn)行了任務(wù)型課程設(shè)計培訓(xùn),我校所完成的地質(zhì)、汽車類專業(yè)高等數(shù)學(xué)整體設(shè)計被培訓(xùn)職教專家評為優(yōu)秀課程設(shè)計作品,獲得了項目化教學(xué)改革專家們的一致認(rèn)可.實踐表明,基于基礎(chǔ)課與專業(yè)課深度融通的任務(wù)型高等數(shù)學(xué)整體設(shè)計有利于將學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與專業(yè)應(yīng)用更好地融合,提高數(shù)學(xué)課與專業(yè)課的學(xué)習(xí)效率.
在國外,公共基礎(chǔ)課與專業(yè)課融通的實踐研究已趨于成熟.美國與德國職業(yè)教育工作者在基礎(chǔ)課程開發(fā)和職教師資培養(yǎng)模式中運(yùn)用專業(yè)性、職業(yè)性和教育性“三性”相融合的原則,實現(xiàn)了課程內(nèi)容開發(fā)、職教師資配置、教育教學(xué)機(jī)制的深度閉環(huán)融合[6].近年來,在“雙有限”(學(xué)生基礎(chǔ)有限和教學(xué)學(xué)時有限)和“三服務(wù)”(服務(wù)于素質(zhì)教育、服務(wù)于專業(yè)教育、服務(wù)于學(xué)生個性化及可持續(xù)發(fā)展)要求不斷加強(qiáng)的背景下,承德石油高等??茖W(xué)校等高職院校的教育工作者正加速推進(jìn)基于專業(yè)教學(xué)和行業(yè)發(fā)展應(yīng)用需要的基礎(chǔ)課與專業(yè)課深度融通研究,加強(qiáng)基礎(chǔ)課與專業(yè)課“兩課“教育教學(xué)深度融通背景下的精細(xì)化管理,實現(xiàn)“兩課”教育教學(xué)的內(nèi)容融合和目標(biāo)貫通[7-8].
為克服教學(xué)實施學(xué)時的不足,必須進(jìn)一步提高數(shù)學(xué)內(nèi)容的針對性.為解決寬口徑生源結(jié)構(gòu)下的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)問題,需要增加專業(yè)動手能力訓(xùn)練項目,提高數(shù)學(xué)課育人的趣味性和實操性.為此,聯(lián)合地質(zhì)、汽車等專業(yè)教師,以專業(yè)應(yīng)用為線索,調(diào)研設(shè)計專業(yè)應(yīng)用案例,重構(gòu)數(shù)學(xué)模塊化教學(xué)內(nèi)容,實現(xiàn)數(shù)學(xué)與專業(yè)“兩課”教學(xué)內(nèi)容的融合和教學(xué)目標(biāo)的貫通.梳理節(jié)選的地質(zhì)、汽車專業(yè)的部分應(yīng)用案例及其對應(yīng)的數(shù)學(xué)模塊化內(nèi)容見表1.
表1 各專業(yè)案例及所需數(shù)學(xué)方法(節(jié)選)
對于數(shù)學(xué)等公共基礎(chǔ)課,應(yīng)按照“既服務(wù)于素質(zhì)教育,服務(wù)于學(xué)生個性化及可持續(xù)發(fā)展,又要服務(wù)于專業(yè)應(yīng)用”的原則,從生活、工作等真實場景中選擇課程內(nèi)容,進(jìn)行任務(wù)型課程設(shè)計[7-11].限于篇幅,僅以汽車專業(yè)為例進(jìn)行任務(wù)型高等數(shù)學(xué)課程整體設(shè)計.
2.1.1 學(xué)習(xí)者知、情、意、形等方面的特點(diǎn) 經(jīng)調(diào)查分析可以發(fā)現(xiàn),在認(rèn)知方面,學(xué)生均有一定數(shù)學(xué)認(rèn)知基礎(chǔ),但基礎(chǔ)參差不齊,對口單招、技能高考等學(xué)生的抽象思維能力和運(yùn)算能力較弱,學(xué)習(xí)較為困難;在情感方面,大部分學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)有畏難情緒,數(shù)學(xué)認(rèn)同感不強(qiáng),自信心缺乏,需要結(jié)合專業(yè)應(yīng)用問題提高動手能力和加強(qiáng)興趣引導(dǎo)鼓勵;在意志力方面,大部分學(xué)生意志力較弱,缺乏數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,但也有部分學(xué)生學(xué)習(xí)目的明確,意志力較強(qiáng);在行為方面,沒有養(yǎng)成良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生容易被手機(jī)分心,自主學(xué)習(xí)能力較弱,需要強(qiáng)化課前任務(wù)分配與驅(qū)動,加強(qiáng)對學(xué)生的動態(tài)考察,通過過程和結(jié)果考核相結(jié)合的方式驅(qū)使學(xué)生增強(qiáng)完成任務(wù)的決心和信心.
2.1.2 與課程學(xué)習(xí)相關(guān)的知識、技能準(zhǔn)備 經(jīng)調(diào)查分析可以發(fā)現(xiàn),學(xué)生生源結(jié)構(gòu)多元化,普高生、中職生、自考生混合,中職生和自考生混合占比近30%.學(xué)科儲備、知識基礎(chǔ)和能力差異性較大,學(xué)生專業(yè)背景知識缺乏,多數(shù)普高生對數(shù)學(xué)基本概念和基本方法有一定的了解,但數(shù)學(xué)建模能力、邏輯思維能力、運(yùn)算技巧較弱;少數(shù)中職生和自考生對基本概念和基本方法認(rèn)識模糊,知識的積累停留在初中水平,由于中小學(xué)長期以來的數(shù)學(xué)應(yīng)試教育影響,大多數(shù)學(xué)生數(shù)學(xué)思維已經(jīng)逐漸固化,缺乏應(yīng)用意識,在作業(yè)任務(wù)中時有抄襲應(yīng)付了事的行為,創(chuàng)新能力薄弱.
2.1.3 學(xué)習(xí)風(fēng)格 汽車專業(yè)學(xué)生多以男生為主,學(xué)習(xí)依賴性較強(qiáng),學(xué)習(xí)風(fēng)格較懶惰,但動手能力強(qiáng),對實際應(yīng)用問題比較感興趣,屬于動覺型,需要借助專業(yè)應(yīng)用問題和MATHFUNS操作提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力和對數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣.
2.1.4 教學(xué)對應(yīng)措施 針對學(xué)生的實際情況,制定教學(xué)對應(yīng)措施,主要包括:(1)需要補(bǔ)充與汽車電工應(yīng)用相關(guān)的三角函數(shù)初等數(shù)學(xué)內(nèi)容;(2)理論以夠用為度,借助MATLAB數(shù)學(xué)軟件和MATHFUNS工具,變抽象為直觀,弱化純理論講授,強(qiáng)化可視化問題和運(yùn)算能力的操作訓(xùn)練;(3)強(qiáng)化數(shù)學(xué)應(yīng)用意識和技術(shù)的計算機(jī)實現(xiàn)能力;(4)內(nèi)容設(shè)計趣味、實用,課程以汽車工作過程為主線,將汽車領(lǐng)域中的電路分析、性能檢測、制造參數(shù)計算、生產(chǎn)資金管理與規(guī)劃等真實的專業(yè)問題作為任務(wù)載體,通過遞進(jìn)式的學(xué)習(xí)情境設(shè)計,讓學(xué)生在每一個問題階段都獲得一定專業(yè)問題解決的成就感,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.
根據(jù)汽車工程大類專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的課程體系,高等數(shù)學(xué)作為通識必修公共基礎(chǔ)課中的文化素養(yǎng)類課程,其思政思想、專業(yè)服務(wù)作用與價值主要包括:(1)滲透微積分的數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)思維方法,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)認(rèn)知能力和數(shù)學(xué)語言表達(dá)能力,訓(xùn)練學(xué)生把生活、專業(yè)中相關(guān)實際問題與微積分進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的互譯能力;(2)培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維方法,養(yǎng)成愛科學(xué)、用科學(xué)的科學(xué)態(tài)度,訓(xùn)練學(xué)生使用MATHFUNS等工具進(jìn)行極限、導(dǎo)數(shù)、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算,提高學(xué)生運(yùn)算能力;(3)將微積分?jǐn)?shù)學(xué)理論融合到解決實際問題模型的全過程中,訓(xùn)練學(xué)生使用軟件工具求解數(shù)學(xué)模型,為學(xué)生后繼專業(yè)課程學(xué)習(xí)實踐提供解決問題的數(shù)學(xué)工具,形成數(shù)學(xué)應(yīng)用意識和應(yīng)用數(shù)學(xué)解決專業(yè)課程和工作生活中實際問題的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力;(4)為學(xué)生個性化及可持續(xù)發(fā)展、學(xué)歷提升(專升本)提供必要的文化素養(yǎng)和數(shù)學(xué)知識儲備,增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)自學(xué)能力.
根據(jù)汽車工程大類專業(yè)人才培養(yǎng)方案和數(shù)學(xué)與專業(yè)“兩課”教學(xué)融通要求,確定課程整體設(shè)計的學(xué)習(xí)結(jié)果及目標(biāo).
2.3.1 學(xué)習(xí)結(jié)果 通過課程學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)結(jié)果為:(1)理解一元微積分概念,掌握極限、導(dǎo)數(shù)、積分?jǐn)?shù)學(xué)思想方法和微積分基本原理,構(gòu)建邏輯思維能力;(2)解釋生活、專業(yè)中的相關(guān)數(shù)學(xué)模型問題,會用微積分?jǐn)?shù)學(xué)語言描述實際問題,形成互譯能力;(3)學(xué)會一元微積分運(yùn)算方法和步驟,形成運(yùn)算能力;(4)分析實際問題,建立數(shù)學(xué)模型,選用MATLAB 或MATHFUNS 工具求解驗證,形成數(shù)學(xué)應(yīng)用能力;(5)自學(xué)學(xué)歷提升數(shù)學(xué)內(nèi)容,適應(yīng)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和職業(yè)生涯發(fā)展需要,提升文化素養(yǎng)和綜合職業(yè)素養(yǎng).
2.3.2 學(xué)習(xí)目標(biāo) 通過課程學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)主要包括知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和態(tài)度目標(biāo).
知識目標(biāo)主要包括:(1)解釋函數(shù)概念與性質(zhì),掌握常見交流電流的數(shù)學(xué)分析方法;(2)描述極限的概念,熟悉極限的簡單計算方法;(3)解釋導(dǎo)數(shù)和高階導(dǎo)數(shù)的概念,掌握它們在實際專業(yè)問題中的應(yīng)用;(4)掌握簡單的導(dǎo)數(shù)、極值和最值的計算方法,搭建最優(yōu)化數(shù)學(xué)思維方法;(5)判別函數(shù)的單調(diào)性,畫出函數(shù)圖形(MATHFUNS 實驗操作);(6)解釋不定積分概念及性質(zhì),了解不定積分的簡單計算方法;(7)解釋定積分的概念及性質(zhì),理解微積分基本定理.
技能目標(biāo)主要包括:(1)運(yùn)用函數(shù)、極限、導(dǎo)數(shù)等模型表達(dá)實際工作問題,獲取正弦交流電中的相關(guān)參數(shù)指標(biāo);(2)運(yùn)用一元微積分相應(yīng)的計算方法實現(xiàn)極限、導(dǎo)數(shù)、不定積分和定積分運(yùn)算;(3)熟練操作MATLAB 或MATHFUNS,解決一元微積分運(yùn)算及函數(shù)繪圖問題;(4)運(yùn)用MATLAB 或MATHFUNS 進(jìn)行可視化分析,指導(dǎo)生產(chǎn)決策規(guī)劃;(5)運(yùn)用MATLAB 或MATHFUNS 實現(xiàn)微積分運(yùn)算.
態(tài)度目標(biāo)主要包括:(1)通過MATHFUNS 等工具驗證計算、解決繪圖問題,讓學(xué)生重拾數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的信心,樹立數(shù)學(xué)自信;(2)通過激勵考核辦法中的任務(wù)完成參與度及成果匯報情況給小組評分,讓每個學(xué)生有團(tuán)隊意識,增強(qiáng)責(zé)任意識;(3)體驗數(shù)學(xué)思維方法,構(gòu)建邏輯思維能力、數(shù)學(xué)認(rèn)知能力和數(shù)學(xué)表達(dá)能力;(4)通過作業(yè)、任務(wù)書、實驗報告的書寫來逐步規(guī)范學(xué)生的書寫習(xí)慣,養(yǎng)成規(guī)范書寫的習(xí)慣;(5)關(guān)注數(shù)學(xué)發(fā)展史和數(shù)學(xué)家,滲透博大精深的中華文化,形成數(shù)學(xué)創(chuàng)新、科學(xué)強(qiáng)國、立場報國等課程思政元素.
高等數(shù)學(xué)是一門理論性和實操性均非常強(qiáng)的課程,為了讓學(xué)生理解微積分基本概念和原理方法,學(xué)會微積分5大運(yùn)算內(nèi)容,形成互譯能力、運(yùn)算能力和應(yīng)用能力,掌握MATHFUNS 等數(shù)學(xué)軟件操作要領(lǐng),可以選取汽車領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)任務(wù)(問題)為載體,讓學(xué)生通過參與汽車電路分析、汽車性能指標(biāo)檢測分析、汽車元器件制造參數(shù)計算、車企生產(chǎn)經(jīng)營決策和資金管理等專業(yè)任務(wù)情景,加強(qiáng)學(xué)生對高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識的理解,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生動手能力和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力.
課程學(xué)習(xí)任務(wù)的整體設(shè)計思路是:以基于汽車工作過程相關(guān)的專業(yè)問題為載體,將教學(xué)內(nèi)容模塊化,再將各數(shù)學(xué)模塊劃分為若干學(xué)習(xí)任務(wù)情境,采用問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動模式完成所有教學(xué)內(nèi)容的教學(xué),實現(xiàn)課程目標(biāo).
2.4.1 學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計 一級任務(wù)設(shè)計為4 個:(1)汽車電路物理量的計算;(2)汽車生產(chǎn)經(jīng)營資金管理;(3)汽車性能指標(biāo)檢測分析;(4)汽車制造參數(shù)計算分析.
各一級任務(wù)根據(jù)其項目任務(wù)驅(qū)動步驟又可設(shè)計出二級子任務(wù)及其所需數(shù)學(xué)模塊化內(nèi)容,如汽車性能指標(biāo)檢測分析的二級子任務(wù)汽車加速性能分析對應(yīng)設(shè)置導(dǎo)數(shù)教學(xué)模塊、二級子任務(wù)汽車制動性能分析則對應(yīng)設(shè)置積分教學(xué)模塊等.
2.4.2 任務(wù)情境設(shè)計 根據(jù)4 個一級項目任務(wù),對應(yīng)設(shè)置4 個真實任務(wù)情境.
任務(wù)情境1吉利博瑞GE MHEV 版混合動力汽車電路物理量的計算.
吉利汽車公司研發(fā)博瑞GE MHEV 版混合動力汽車時,其中最關(guān)鍵的一項技術(shù)攻關(guān)就是需要對研發(fā)汽車的交流發(fā)電機(jī)輸出的正弦交流電流和經(jīng)整流器整流而輸出的直流電流進(jìn)行計算分析,從而才能制造出既滿足一定動力輸出需要同時又滿足充放電安全要求的混合動力汽車.
任務(wù)情境2神龍汽車公司汽車生產(chǎn)經(jīng)營資金管理決策.
資金的價值是有時間性的,銀行存款、借貸資金都要支付利息.神龍汽車公司在汽車生產(chǎn)經(jīng)營管理中,常需要對某個時期內(nèi)的企業(yè)結(jié)余資金進(jìn)行理財增值,或為完成生產(chǎn)計劃需要對一段時期內(nèi)的企業(yè)融資還貸進(jìn)行優(yōu)化決策安排:(1)根據(jù)當(dāng)前銀行市場提供的理財/融資方案,如何選擇相應(yīng)的理財/融資策略,以便提高資金利用效率;(2)對于公司可供選擇的各種理財增值/融資還貸策略進(jìn)行計算機(jī)數(shù)值計算和可視化分析,為理財增值或融資還貸決策提供理論和直觀依據(jù).
任務(wù)情境3汽車性能指標(biāo)檢測分析.
(1)瞬時速度問題.吉利博瑞GE MHEV 版混合動力汽車的官方百公里加速時間為8.9 s,請實驗測試并運(yùn)用所學(xué)導(dǎo)數(shù)工具分析論證,用數(shù)據(jù)說服消費(fèi)者.
(2)發(fā)動機(jī)最大效率問題.神龍一廠正在測試新開發(fā)的汽車發(fā)動機(jī)的效率,如何確定此款發(fā)動機(jī)效率P(%)與速度v(km/h)之間的關(guān)系,從而計算出所研發(fā)發(fā)動機(jī)的最大效率.
任務(wù)情境4汽車元器件制造參數(shù)計算分析.
汽車制動性能分析:神龍公司為向消費(fèi)者說明其新開發(fā)的某SUV 汽車相比吉利等公司生產(chǎn)的某同款SUV 汽車制動性能好,需要計算相同速度情況下的剎車距離或制動時間.
課程以運(yùn)算能力考核為主,兼顧互譯能力和應(yīng)用能力的考核.課程總成績由過程形成性考核成績和期末終結(jié)性考核成績構(gòu)成.其中,形成性考核又由學(xué)習(xí)態(tài)度評價考核和學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況考核所構(gòu)成,主要基于任務(wù)完成過程對學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和階段學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核評價,重點(diǎn)考核學(xué)生態(tài)度表現(xiàn)、團(tuán)隊合作、實踐操作及課前課后任務(wù)完成情況.終結(jié)性考核從知識、能力2 個維度對運(yùn)算能力、互譯能力和應(yīng)用能力進(jìn)行考核評價.整個考核由智慧職教云平臺根據(jù)各考核指標(biāo)權(quán)重實時記錄并最終折算出學(xué)生的課程考核成績,詳細(xì)構(gòu)成體系見表2.
表2 考核指標(biāo)權(quán)重體系
基于數(shù)學(xué)與專業(yè)“兩課”內(nèi)容融合與目標(biāo)貫通的任務(wù)導(dǎo)向型高等數(shù)學(xué)課程設(shè)計在湖北國土資源職業(yè)學(xué)院和武漢鐵路橋梁職業(yè)學(xué)院教學(xué)實踐以來,學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣和信心倍增,動手能力極大提高,數(shù)學(xué)服務(wù)汽車專業(yè)應(yīng)用的教學(xué)效果顯著提高.為進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果綜合考核的真實性和學(xué)生學(xué)數(shù)學(xué)、用數(shù)學(xué)的積極性,基于數(shù)學(xué)與專業(yè)“兩課”融通的教育教學(xué)改革,在智慧職教云平臺開發(fā)了配套的在線課程,讓學(xué)生在課前探究學(xué)、課中做中學(xué)、課后拓展學(xué)的過程中,全方位提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)效果檢測的科學(xué)性.
為驗證教學(xué)融通改革實踐結(jié)果,通過智慧職教云平臺導(dǎo)出的成績數(shù)據(jù)對改革實驗班進(jìn)行了考試分析.以湖北國土資源職業(yè)學(xué)院2020 級人數(shù)為73 人的新能源汽車技術(shù)合班為例,其期末考試成績分段統(tǒng)計結(jié)果見表3,優(yōu)秀率達(dá)到了91.78%.實踐分析表明,基于數(shù)學(xué)與專業(yè)“兩課”教學(xué)融通背景的以專業(yè)應(yīng)用為線索的任務(wù)型高等數(shù)學(xué)整體設(shè)計,通過融入真實的專業(yè)任務(wù)案例,讓學(xué)生在專業(yè)應(yīng)用中實現(xiàn)“做中學(xué)”,增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力,提高了學(xué)生學(xué)數(shù)學(xué)、用數(shù)學(xué)的積極性,數(shù)學(xué)與專業(yè)課的教育教學(xué)質(zhì)量明顯提高,改變了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程設(shè)計下的“雙低”(低及格率、低優(yōu)秀率)現(xiàn)象.
表3 考試成績分段統(tǒng)計