新工科背景下航海类高校公共数学基础课教学改革 — 以大连海事大学为例论文

　　摘要：文章首先分析了航海类高校公共数学基础课教学存在的问题，然后提出了新工科背景下航海类高校公共数学基础课教学改革措施，最后论述了新工科背景下航海类高校公共数学基础课教学改革成果。

 

　　关键词：公共数学基础课教学；新工科；航海类高校

 

　　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”；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，发布了《新工科建设行动路线“天大行动”》，提出要探索建立工科发展新范式。

 

　　2017年，钟登华[1]论述了新工科的内涵、建设理念、特征等，以及如何建设新工科；2018年，冯冲[2]对新工科背景下培养应用型人才的相关问题、基本要求和主要方法等进行研究与分析；2019年，方秀荣[3]强调新工科背景下的课程建设应当与行业背景相结合，将理论专业知识与实践相结合，构建以学科交叉融合的实践创新活动平台，同年，宋述芳等[4]从工程数学教育中存在的问题出发，从学生和教师两方面探讨了如何培养创新思维能力；2020年，王平[5]针对新工科背景下数学教学面临的挑战指出，高校应从整合线上数学资源、引入混合教学模式、提升学生创新能力、构建多元评价体系四个方面进行教学改革，同年，王敬童[6]在分析新工科背景下公共数学教学的现状与不足的基础上，构建了基于以专业为教学单元的公共数学分类教学模块化体系；2021年，张民等[7]针对目前高校工科人才培养面临的突出问题对新工科背景下人才培养模式提出了一些新的建议，同年，孙如军等[8]剖析了当前我国高等应用型人才培养现状的不足，并针对这些不足提出了一些建议。然而针对航海类高校教育中如何构建新工科背景下基础数学课程体系，以及与这个课程体系相对应的教师队伍建设、教学模式、教学内容、教学方法、实践教学环节、考核方式等问题的探讨，至今没有看到相关的研究成果。

 

　　面对上述普遍存在的新工科建设相关问题及航海类高校的实际情况，本文选择将新工科背景下公共数学基础课教学改革作为提高教育质量的突破口，并对一些教学环节进行了优化设计。

 

 

　　通过设计调查问卷、开座谈会、咨询专家等方式，了解到航海类高校公共数学基础课教学存在以下问题。

 

　　第一，教师利用新技术、新知识对课程进行改革的积极性不高。青年教师虽然自身专业知识牢固，但由于缺乏教学经验，又没有对教育教学方面的知识进行系统学习，所以对待课程改革常常感到力不从心。老教师虽然教学经验丰富，但由于工作任务繁重，再加上学习新技术、新知识又要花费大量的时间和精力，所以对课程改革也不上心。

 

　　第二，教学模式单一。由于时间紧、任务重，公共数学基础课课堂教学中教师往往采用“满堂灌”教学模式，即以教师为中心，对不同层次、不同特点的学生都用同一种模式进行教学，故学生只能被动地接受知识，不能自己构建知识体系，可见该模式不能很好地适应学生的个性化需求。

 

　　第三，教学内容缺乏新意。教学中只是由例子引出定义，给出定理、性质，得出结论，没有解题技巧和方法的归纳总结，没有体现出航海类专业的特色，且问题导入时没有加入最近出现的新成果，也没有注重与实际问题相结合，忽视了对数学思想和数学方法的介绍。

 

　　第四，实践教学环节缺失。教师没有意识到实践教学也是教学的一个很重要的环节，过于强调课本上的理论知识和解题技巧，不注重学生独立获取知识、搜集处理信息、实践动手能力的培养，导致学生不愿意参加社会实践、科研工作和学科竞赛等提升综合创新能力的实践活动。

 

　　第五，考试、考查方式缺乏新意。考试、考查方式死板，仍以计算、证明等有明确答案的题目为主，忽视了学生的个体差异性，不重视对实践内容及学生灵活运用知识的能力进行考核。

 

 

　　(一)加强师资队伍建设

 

　　新工科建设的关键在于对教师的培养，尤其是对新教师的培养至关重要。学校不仅需要重视新教师引进时配给的资源，还要注重其引进后的培养。如何提升新教师的工作积极性，提升教学质量，有针对性地促进教师专业发展，是学校上层部门应该思考的重要问题[9]。具体来说，对每一位新教师都要采用以下措施，提高其教学能力。第一，配一位具有丰富教学经验且有较强科研能力的老教师，从教学和科研上对他们进行指导。每周进行一次教学交流活动，指导青年教师进行备课、听课、试讲；鼓励青年教师参加各类教学比赛，提高他们的教学水平。第二，尽快让新教师上讲台，使其通过教学实践提升自己的教学能力。第三，让新教师尽快融入教学团队，跟着团队成员一起申报教改项目和教学成果奖、编写教材和教学参考书，随着团队一起成长、发展。另外，对老教师要尽量从评奖评优上给予倾斜，使他们更积极地利用新技术、新知识从事课程改革工作。

 

　　(二)针对不同专业、不同层次学生进行分层次、分模块教学

 

　　针对公共数学基础课程本身的特点和教学现状，改革和创新现有的教学方法、教学手段和教学模式，使之与专业教育相契合，针对不同专业对数学的不同需求进行分类，组织教学过程，建立以专业群为教学单元的公共数学分类教学模块化体系。具体来说，教师要根据学生实际和不同专业的侧重点、人才培养目标要求，实施个性化、针对性的分层次分模块教学，以保证学生在学习掌握基础数学知识的同时，发展与专业相适应的数学应用能力，提升数学素养，并促进创新思维的培养[10-11]。以大连海事大学(以下简称“我校”)为例，将大学公共数学基础课程分成四个模块，相应地将学生分为A、B、C、D四个层次。一是陆上工科专业模块，包括计算机、人工智能、交通运输、电子信息、软件工程等专业；二是海上专业模块，包括航海专业、轮机工程专业；三是经济管理类专业模块，包括航运经济与管理、交通管理等专业；四是文科专业模块。然后针对不同层次、不同特点学生的学习需求，制定了相应的课程内容、基本要求及培养方案，并编制了相应的教学大纲和教材(教学参考书)。由于同一层次的学生水平差异不大，教师讲课可以有的放矢，根据本层次学生的特点，制定相应的教学内容和方法，将内容区分为教师精讲、泛讲和学生自学三部分。比如，对A班的教学基本要求略有提高，要加强理论基础，拓宽知识面，坚持“精、深、新”的原则。其中，“精”是指重点内容要精讲，同时要贯彻系统性、逻辑性的原则，将前后内容联系在一起，以旧带新，以点带面，以“偏”概“全”；“深”是指有些内容一定要讲透，讲得比课本上稍深些；“新”是指讲的内容要有新意，如有的定理可用新的方法证明等，尤其需要更新并强化考研的相关内容，力争达到考研的深度。而对B、C、D班学生教学的基本要求可有所降低，要重视基本概念、基本方法和基本计算的训练，关注学生对所学数学课程内容脉络的了解、对基本概念的理解、对解决基本问题的方法的掌握。

 

　　另外，教师要针对A、B、C、D四个层次的学生，采用不同的教材(教学参考书)，重新梳理教学重难点，精选教学案例和教学内容。为了使学生尽快适应大学的学习生活，及时消化课堂所讲内容，培养他们的自学能力，教会他们分析问题和解决问题的方法和技巧，我校教师主编了《航海类专业数学》，这本教材主要针对B层次的学生使用。具体到每一章内容，先进行概括总结，指出重点、难点和概念易混淆之处，然后配以大量的分层次例题，供学生根据自己的情况有针对性地上机练习、提高。对于C和D层次的学生，编写了《高等数学习题课指导》《概率论与数理统计同步辅导》，这几本书精选了填空、选择、证明、计算等题目，题量适当，质量较高，且每一章都配有练习题，可用来检验学生的学习效果，不断提高他们的解题能力。对于A层次的学生，则编写了《高等数学大讲堂提高冲刺版》《高等数学辅导》(第一版、第二版)，这几本书将各种题型分类归纳，总结了解决各种类型题目的方法，对许多综合的典型的题目进行了详尽的分析，可以迅速提高学生分析和解决问题的能力。

 

　　(三)注重采用多种教学方法

 

　　新工科要培养的是具有较强创新能力的人才，因此为了提高学生分析、解决问题的能力，在公共数学基础课课堂教学中，教师要注重采用以下教学方法：问题驱动式教学法、启发式教学法、讨论式教学法。

 

　　1.问题驱动式教学方法。建构主义认为，学习是个体的一种主观活动，且知识是构建的，不是“灌输”的。教师对学生的学习只能起到引导的作用，真正起作用的还是学生自己。问题驱动式教学法是建立在建构主义理论基础上的教学法，具体来说，是指教学中教师针对某一知识点设置问题，让学生带着问题参与教学活动，并引导学生主动思考。例如，在讲泰勒中值定理时，学生往往无法掌握泰勒中值定理的本质特征，此时，教师可以用问题驱动式教学方法，帮助学生理解。具体来说，教师可提出以下问题。问题一：“什么样的问题才会想到用泰勒中值定理？”问题二：“如何将函数进行泰勒展开？展开到几阶？”由此引导学生通过自己的判断回答这些问题，进而促使学生深入理解这个定理的实质，培养其独立思考、勇于探索的能力。

 

　　2.启发式教学法。启发式教学方法是指根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段，采用启发诱导的办法，传授知识，培养能力，使学生积极主动学习，以促进身心发展。在这一过程中，教师可以立足教学实际，结合典型例题或案例，通过提问的方式给予学生启发，使学生深入思考。值得注意的是，教师设计的问题要综合知识点和思政元素，以达到教学目的。例如，在讲事件的独立性时，教师可以列举这样一个例子：“A、B、C三个人独立地解决某问题，已知每个人能解决问题的概率分别为0.45、0.55、0.60，此问题能被这三个人解决的概率是多少？如果有另一个人D解决问题的概率为0.9，谁解决问题的概率大？”学生经过计算可得：P(AUBUC)=1-P(ABC)=1-(1-0.45)(1-0.55)(1-0.6)=0.901>0.9。

 

　　然后教师可继续提问学生：“这道题说明了什么？”学生答“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”或“团结就是力量”。

 

　　3.讨论式教学法。讨论式教学法主要是指在教师的精心组织和安排下，在一定时间范围内，让学生彼此之间相互讨论、分享思路，从而引导学生积极思考，培养他们的团队协作能力及创新思维能力。在具体实施过程中，教师可结合当节公共数学基础课教学内容设置讨论主题，然后对学生进行分组，要求学生经独立思考、组内探讨、达成共识这一系列过程完成讨论任务，深化对知识的理解。例如，在公共数学基础课课堂教学中，教师可以让学生分组讨论：“洛必塔法则成立的条件是什么？如果条件不满足是否能用洛必塔法则？”从而使学生经讨论深化理解该知识点。

 

　　(四)加强实践教学

 

　　新工科要求学生具有较强的实践和应用知识的能力，因此为了培养这种能力，教师在公共数学基础课教学中可采取以下方式开展实践教学。第一，围绕公共数学基础课相关主题，定期开展科研讲座，培养学生对科研的兴趣。第二，开设与公共数学基础课相关的创新创业课程，向学生系统讲授创新思维方法、竞赛案例，如我校先后开设了“高等数学选讲”“数学建模”“数学建模案例选讲”“统计思维与数学方法”等课程。第三，立足公共数学基础课教学的需要，建立课外活动平台，并组织学生参加数学竞赛和数学建模竞赛，如我校建立了1-Math网站，每年组织学生参加校、市、省、全国数学竞赛。第四，结合学生在公共数学基础课学习过程中遇到的疑难点，组织讨论班，让本科生与研究生一起讨论问题，指导学生申请创新创业项目，并完成毕业设计，发表论文。通过这类创新性活动的开展，可极大地增强学生的钻研精神和团队协作能力，最终达到新工科人才培养目标。

 

　　(五)建立多层次评价机制

 

　　随着新工科教学理念逐步融入教学内容、教学方法、教学模式，课程的考核方式也应进行相应的改变，不能单纯地依赖期末试卷考试分数评价学生的表现，应该建立多层次的考核方式，具体来说，教师可采用如表1所示的期末成绩构成方式。

 

 

　　新工科背景下，我校公共数学基础课教学改革后取得了多项成果。首先，从2017年到2021年间，辅导学生获全国数学竞赛一等奖43名、二等奖61名、三等奖147名，有1名学生获辽宁省第一名，另一名学生获辽宁省第三名的好成绩；课题组成员指导的学生获创新创业项目国家级项目2项、省级项目4项；学生发表SCI论文2篇，EI检索论文6篇；有4名学生到国外攻读硕士学位，有3名学生到国内“985”高校攻读硕士学位。其次，从2017年到2021年，课题组教师负责主讲的课程获批省级课程2门，另有省级教改项目2项，省级教学成果奖2项，校级教学成果奖2项，校级教改项目2项；发表教改论文10篇；出版教材3部；获校课程名师奖3人次；获得了校理论课堂比赛一等奖。

 

　　总之，本文从师资队伍建设、课程设置、教材建设、教学内容、教学方法、实践教学环节、多层次评价机制等方面探讨了新工科背景下航海类高校公共数学基础课教学改革的有效路径，并以学生、教师的成绩为例说明了改革的实际成果，可见这样的教学改革不仅可以提高航海类高校公共数学基础课教学质量，还可以提高教师的教学能力。

 

 

　　[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.

 

　　[2]冯冲.新工科背景下应用型人才培养的思考[J].课程教育研究,2018(52):16-18.

 

　　[3]方秀荣.新工科背景下课程建设的探讨[J].技术与创新管理,2019(4):508-510.

 

　　[4]宋述芳,吕震宙,张伟伟,等.“新工科”建设背景下工程数学教育改革探索研究[J].科教文汇,2019(6):68-71.

 

　　[5]王平.新工科背景下高校公共数学教学改革初探[J].开封文化艺术职业学院学报,2020,40(4):95-96.

 

　　[6]王敬童.新工科背景下地方商科大学公共数学课程教学改革与创新[J].当代教育理论与实践,2020,12(6):57-62.

 

　　[7]张民,田艳兵,陈晓维,等.新工科背景下人才的培养模式探讨[J].科学咨询(科技·管理),2021(5):191-192.

 

　　[8]孙如军,李泽,孟德华.新工科背景下应用型人才培养模式研究[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2021(3):51-53.

 

　　[9]刘沐坤.高校新入职教师专业发展初期的困境思考[J].内江科技,2018,39(12):5,130.

 

　　[10]杨美霞,何朗,刘扬.新工科背景下工程数学课程群教学改革与实践:以武汉理工大学为例[J].大学教育,2020(1):25-27.

 

　　[11]王洋,刘鹏飞,王玉洁.新工科数学类课程体系构建和教材建设[J].高师理科学刊,2019(5):64-67