新工科建设背景下工程数学教学改革与探索

作者:未知

  摘要:新工科建设的目标之一是培养符合新时代要求的新工科人才,而培养新工科人才需要工科学生具备扎实的数学基础。文章在新工科建设背景下,探讨了提高工程数学教学质量的六种教学手段,总结了新工科人才培养的教学改革手段和形式,为新工科人才培养提供可能的参考和借鉴。
  关键词:新工科;工程数学;教学改革
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2019)30-0088-02
  一、引言
  为推动工程教育改革创新,2017年2月教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会,探讨了“新工科”的内涵特征、建设与发展的路径,达成了“新工科建设复旦共识”。“新工科”是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向,其内涵是以立德树人为引领,以应对变化、塑造未来为建设理念,以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径,以新理念新模式培养未来多元化、创新型具有可持续竞争力的卓越工程人才。相对于传统的工科人才,未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。2017年4月教育部在天津大学召开工科优势高校新工科建设研讨会,发布《新工科建设行动路线“天大行动”》,提出探索建立工科发展新范式,并提出六问,即“问产业需求建专业,构建工科专业新结构;问技术发展改内容,更新工程人才知识体系;问学生志趣变方法,创新工程教育方式和手段;问学校主体推改革,探索新工科自主发展、自我激励新机制;问内外资源创条件,打造工程教育开放融合新生态;问国际前沿立标准,增强工程教育国际竞争力”。
  自“新工科”概念提出以后,国内有关新工科建设的理论研究如火如荼,现有研究主要从宏观层面出发,探讨新工科建设模式、路径、方法,力求建立我国工科发展新范式。本文拟从微观角度出发,讨论新工科背景下工程数学的教学改革如何更好地服务于新工科建设。
  工程数学系列课程(主要包含高等数学、线性代数、概率论与数理统计、复变函数与积分变换、数值分析)是工科专业的基础课程,其课程学习的好坏直接影响着工科学生后续专业课程学习质量,对工科人才的培养起着基础性的作用。
  二、提高工程数学教学质量手段及探索
  在新工科建设进程中,提高工程数学基础课程的教学质量非常重要。传统方法是让学生进行纯粹数学理论知识的学习和训练,这种方法相对比较枯燥乏味;而将专业知识背景融入工程数学教学过程中,一方面有助于学生对所学知识的理解,另一方面,也有助于提高学生的学习兴趣。为了将专业知识背景融入数学课程的教学,需要教师在讲授工程数学课程之前,对学生的专业课程框架体系有大致了解,从而在制订教学计划和撰写课程教案时,能充分地将专业背景知识融入数学课程的教学中来。
  另一方面,数学教师可以通过查看学生的专业课程设置,浏览所讲课程教材的重点章节,从而了解这些工程学科所需要用到的数学知识,对工科学生进行数学授课时就更有针对性。教师在查阅工科专业课程相关教材时,可以有意识地收集一些与工程数学知识紧密联系的部分,以便在课程教学设计中,将其融入教学设计环节。工程数学的教学目标是要让工科学生能用自己所学到的工程数学知识和方法理念,去解决自己专业方面的某些具体问题。因此,必须让学生提高自己动手解决实际问题的能力,做到学以致用。然而,教师只能在有限的课堂时间内给学生讲授和指导,大量的知识及各种能力都需要依靠学生自己去学习和掌握。任课教师在课堂教学过程中需要预留一些继续探讨的实际问题,并留给工科学生思考和实践创新的发挥空间,以锻炼和提高工科学生自学和解决实际问题的能力。
  为了进一步提高课堂教学效率,提升课堂教学效果,为工科学生后续专业课程学习打下扎实的基础,可以从如下教学手段和教学方法方面进行探索:
  1.转变教学观念。教师作为课堂教学的主导者,积极学习最新的教学理念并付诸实践,将课堂教学从以教师为中心转变为以学生为中心,将教学视点从教师转移到学生,关注学生的需要和兴趣,不再把学生看作是被动接受知识的对象,而是具有创造性潜能和丰富个性的主体。教师可以在教学过程中采用“討论式教学”、“探究式教学”等各种教学方法,充分发挥学生的主观能动性和学习积极性,培养学生的创新思维和主动思考的能力。
  2.改革教学内容,注重素质教育和创新能力的培养。结合学生具体专业,将数学知识和学生将要学习的专业课程联系起来,提高数学教学的针对性,当然这也需要教师对学生后续专业课程的内容有所了解。另外适当增加一些具有实际背景的应用问题,以增强数学知识的应用性和趣味性,激发学生主动学习的欲望。
  3.加强实践教学,培养学生的实践动手能力。尽可能地为学生提供实践的机会,训练他们的创新思维和实践能力,培养学生独立获取知识、搜集处理信息的能力,发现问题、分析问题和解决问题的能力,从而提高教学质量,达到培养高素质新工科人才的目标。
  4.挖掘工程案例,开展启发式教学。现场工程案例是培养工科学生创新能力的教学资源,尤其是工程一线的经典案例更是培养工程师的最好素材。教师应将最新的工程案例引入课堂,结合经典案例进行有针对性的分析教学,着重开展启发式教学,引导学生深入思考,从而激发未来工程师学习数学的兴趣,提高其工程创新实践能力。
  5.开展数学建模竞赛活动,提高学生创新能力。华东交通大学理学院每年利用寒暑假针对学校本科生和研究生免费开办数学建模培训班,学生自愿报名参加,通过一段时间的培训后,组织学生参加校内的数学建模选拔赛,经过选拔的同学参加江西省大学生数学建模竞赛和全国大学生数学建模竞赛以及美国(国际)大学生数学建模竞赛,每年都取得了很好的成绩。通过数学建模竞赛培养了学生的学习能力、科研写作能力和创新能力及团队协作精神。
  6.教学方法创新方面,任课教师可以采用多种教学方法如类比式教学法、案例教学法、启发式教学法、设问式教学法等等。尝试探索师生互动式教学,利用现代化先进的教学手段(如电子课件、计算机软件、多媒体网络等)与传统教学(黑板、粉笔)进行优化组合,提升课堂教学效果。在具体实践教学过程中,根据教学内容选择不同的教学手段。在传授与课堂反馈效果等方面,传统的黑板教学要比多媒体教学占有优势,能通过教师与学生的直接面对面交流,把数学思维的原态、建构、演化过程等“原味原汁”地传授给学生,更有利于培养工科学生的抽象思维能力。多媒体教学与传统教学法相比有自己的优点,形式生动形象,动画展示可以将一些抽象、立体的内容直观地演示出来,使学生易于吸收和理解。
  以上这些教学手段和方法方面的尝试和探索,需要结合学校的具体情况来开展,尽量争取到学校各级部门特别是教务部门的支持,以便能够为这些教学尝试和探索提供更好的服务和保障工作,保障任课教师的教学改革与尝试能够顺利开展。
  三、结语
  新工科背景下的工程数学教学改革是一个需要长期探索和实践的过程,为新工科建设培养数学基础扎实、数学能力突出的优秀工科学生是工程数学教学改革的出发点和落脚点,亦是工程数学教学改革成功与否的检验标准。工程数学的教学改革探索还可以从案例式教学、教师教材、班级分级教学设计等各个角度进行探讨,只要工程数学教师解放思想,大胆探索,勇于实践和创新,不断总结教学经验和教训,就能寻找到行之有效的方法,为新工科建设的顺利进行奠定一定的教学基础。
  参考文献:
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  [2]余高锋.基于数学建模竞赛的创新创业人才培养模式探索[J].教育教学论坛,2018,11(45):115-116.
  [3]江登英,余玲,王龙.基于创新能力培养的工程数学教学模式改革[J].教育与职业,2017,4(8):94-97.
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