肖莉娜 金貴燕

江西科技學(xué)院 南昌 330000

0 引言

新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求提出的我國工程教育改革的新方向，其內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，以新理念、新模式培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型、具有可持續(xù)競爭力的卓越工程人才[1]。2017年以來，“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”三部曲先后奏響了工程教育改革創(chuàng)新的主旋律，再到首批612個，第二批845個新工科的研究與實踐項目，新工科建設(shè)在實踐中形成了“天大方案”“成電方案”“F計劃”“8模型”“北大規(guī)劃”等典型模式，呈現(xiàn)了百花齊放、日新又新的新格局。

高等數(shù)學(xué)是工科類專業(yè)學(xué)生的必修課和通識課，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成和后續(xù)專業(yè)的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。它在社會科學(xué)、自然科學(xué)、工程技術(shù)及其他學(xué)科領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用，在很多情況下有著舉足輕重甚至是決定性的影響。越來越多的專家和學(xué)者已認可“高新技術(shù)本質(zhì)上就是一種數(shù)學(xué)技術(shù)”。在新工科建設(shè)理論的不斷探討和完善中，為了使高等數(shù)學(xué)課更好地服務(wù)于新工科建設(shè)，教學(xué)改革已刻不容緩。

1 高等數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容和體系一成不變

我國高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)體系和內(nèi)容是沿襲20世紀三四十年代蘇聯(lián)研究的數(shù)學(xué)課程設(shè)置的。這幾十年來雖然有幾次變革，但是其基本體系和內(nèi)容并沒有發(fā)生較大的改變。科技日新月異，但是高等數(shù)學(xué)的體系和內(nèi)容依舊不變，已經(jīng)無法滿足新工科土木類專業(yè)的需求。傳統(tǒng)高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)體系和內(nèi)容要求面面俱到，理論上追求嚴密，過分地強調(diào)知識的科學(xué)性、系統(tǒng)性，忽視數(shù)學(xué)的應(yīng)用性，缺乏與專業(yè)的融合，導(dǎo)致數(shù)學(xué)成為純理論課程，學(xué)生也只是被動地接受知識，為了考試而學(xué)，忽略了數(shù)學(xué)理論真正在土木類專業(yè)上的應(yīng)用。

1.2 教學(xué)模式單一

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課都是一張講臺、一塊黑板、一張投影屏，教師臺上講，學(xué)生臺下聽，教學(xué)的目的只有一個——傳授課本知識。整個教學(xué)過程以教師為中心，教師是主導(dǎo)者，學(xué)生只是被動的接收者，教師和學(xué)生基本上是零互動。這種機械的教學(xué)模式，容易造成學(xué)生麻木疲憊地學(xué)習(xí)，學(xué)生容易走神、無法集中注意力，學(xué)生的積極性和主動性無法得到體現(xiàn)，學(xué)生的創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)，教學(xué)效果不理想，阻礙學(xué)生的發(fā)展。

1.3 考核方式單一

多數(shù)高校的高等數(shù)學(xué)期末總成績都是由期末考試成績（占比70%）和平時成績（占比30%）兩部分構(gòu)成。平時成績主要由出勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)等情況組成；期末考試題型一般比較固定，大多數(shù)為基礎(chǔ)知識，較少數(shù)為土木類專業(yè)應(yīng)用，學(xué)生只要期末總成績達到60分就可以。這種單一的考核方式，勢必造成教師和學(xué)生只注重結(jié)果淡化過程，只注重知識而忽視能力，只注重學(xué)業(yè)的發(fā)展而忽略人格的培養(yǎng)，特別是創(chuàng)新人才所具備的個性、思維、應(yīng)用創(chuàng)新能力沒有納入其中，缺少對學(xué)生的全方位的考核，已成為制約創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一個導(dǎo)向性因素，它的完善和改進勢在必行。

2 新工科背景下對高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的思考

2.1 完善課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容

課程是落實人才培養(yǎng)的核心要素，是體現(xiàn)教育理念、實現(xiàn)培養(yǎng)目標、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要載體。高等數(shù)學(xué)作為土木類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其基本知識、基本理論和計算方法對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和長期發(fā)展影響深遠。現(xiàn)行的教學(xué)體系和內(nèi)容，難以滿足新工科對人才培養(yǎng)的要求，必須對其進行調(diào)整和優(yōu)化。可以從以下幾方面完善課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容。

2.1.1 首先要明確高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)性，這一點不能動搖

不管是對哪個專業(yè)，都要保證教學(xué)體系和內(nèi)容在邏輯思維上的完整性、相互協(xié)調(diào)性。比如，對于專業(yè)課程和實際工作中不需要的數(shù)學(xué)內(nèi)容，可以介紹其思想或者課外學(xué)習(xí)，對運算技巧和方法進行淡化，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)軟件實現(xiàn)，但是對于不重要的內(nèi)容不能完全忽略，只是淡化、簡化，要保證邏輯上的嚴密性[2]。

2.1.2 要從“服務(wù)于專業(yè)”的原則出發(fā)，從專業(yè)后續(xù)課程需要和應(yīng)用出發(fā)，考慮和確定教學(xué)內(nèi)容和體系

教學(xué)內(nèi)容要結(jié)合實際、結(jié)合專業(yè)，不能只是簡單地羅列知識點，要結(jié)合具體的專業(yè)案例，在傳輸數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生了解它在專業(yè)實踐中的應(yīng)用[3]。負責(zé)土木類專業(yè)高等數(shù)學(xué)課的任課教師，要積極主動地與土木類專業(yè)的任課教師溝通與交流，定期開展研討活動，根據(jù)土木類專業(yè)知識不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)資源，真正做到土木類專業(yè)的高等數(shù)學(xué)教育既吸收數(shù)學(xué)學(xué)術(shù)的最新成果，又跟蹤土木類工程技術(shù)的發(fā)展。

2.1.3 要從培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力，具有國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才角度出發(fā)，更新教學(xué)體系和內(nèi)容

在平時的教學(xué)活動中，教師要盡可能挖掘現(xiàn)場工程案例和開展數(shù)學(xué)實驗、數(shù)學(xué)建模等數(shù)學(xué)實踐活動，提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力?，F(xiàn)場工程案例是培養(yǎng)工科學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)資源，工程一線經(jīng)典案例更是培養(yǎng)工程師的最好素材。數(shù)學(xué)實驗和數(shù)學(xué)建模是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的有效手段，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力非常有益。

2.2 豐富教學(xué)資源，改革教學(xué)手段

高等數(shù)學(xué)教育教學(xué)的主要平臺應(yīng)該是課堂教學(xué)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，計算機的日益普及，應(yīng)該利用高科技成果為新工科的教學(xué)服務(wù)，實現(xiàn)信息技術(shù)與高等數(shù)學(xué)課程有效整合，適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)目標，將從以下幾個方面進行探索。

2.2.1 將慕課等教學(xué)資源融入教學(xué)中，提高學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力

慕課是一種大規(guī)模的開放性在線課程，是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由分布在各地的授課者、參與者一起參加某一課程或者是某一課題的學(xué)習(xí)，它是一個完整的網(wǎng)絡(luò)開放課程[4]。新工科培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該具有較強的自我學(xué)習(xí)能力，跟蹤并吸收新知識的能力，慕課給當(dāng)代大學(xué)生提供了一個很好的自我學(xué)習(xí)的平臺。在慕課平臺上，學(xué)生可以不受時間和空間的限制，反復(fù)觀看視頻，完成在線測試，還可以與同一課程的教師和同學(xué)交流學(xué)習(xí)中的疑難問題。慕課不同于一般的網(wǎng)絡(luò)公開課，它的互動性更強，師生互動、生生互動更多，它可以使學(xué)生真正地成為學(xué)習(xí)的主人，教師也就可以從知識的傳授者變成引導(dǎo)者和組織者。

目前，很多高校對公共基礎(chǔ)課課時進行壓縮，導(dǎo)致高等數(shù)學(xué)課時嚴重不足，在這種狀況下，進度快成了必然。高等數(shù)學(xué)概念眾多，前后內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性強，只依靠課堂教學(xué)時間，學(xué)生很難完全掌握數(shù)學(xué)知識。在平時的教學(xué)過程中，教師可以將慕課與課堂融合，選取適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)或內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在線上觀看視頻，做好隨堂筆記，完成在線作業(yè)，記錄問題疑惑；再在線下課堂進行梳理，講解重點、難點，詳細解釋線上的例題、作業(yè)，并進行適當(dāng)?shù)难由旌屯卣埂Ｄ秸n是一個完整的網(wǎng)絡(luò)開放課程，基礎(chǔ)差的學(xué)生可以利用慕課幫助自己補充理解課堂知識，基礎(chǔ)好的學(xué)生可以利用慕課擴展課外知識，進一步幫助他們提升自我。

2.2.2 引入案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力

數(shù)學(xué)的理論和方法本就來源于生活和工程問題，經(jīng)過幾千年的演化和發(fā)展才逐漸抽象起來。在平時的教學(xué)過程中，教師應(yīng)以新工科理念為指導(dǎo)，在對相關(guān)的數(shù)學(xué)知識進行講解或者應(yīng)用舉例時，選取土木類專業(yè)中的實際問題或者工程技術(shù)問題為案例，將學(xué)生以后專業(yè)中會遇到的數(shù)學(xué)問題、數(shù)學(xué)概念、數(shù)學(xué)計算在教學(xué)過程中充分體現(xiàn)。通過工程實例，教師可以不斷地設(shè)置啟發(fā)性的問題，推動學(xué)生研究性思維的形成，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，同時，學(xué)生還能深刻地感受到數(shù)學(xué)理論背后所蘊藏的廣泛的應(yīng)用前景[5]。例如，在講解微分方程解法時，可以舉土中滲流及流網(wǎng)基本方程求解為例；在講解導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用時，可以列舉梁橫截面上彎矩函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)就是剪力函數(shù)。通過案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，激發(fā)未來工程師學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，提高工程創(chuàng)新實踐的能力。

2.2.3 利用數(shù)學(xué)軟件教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

計算機技術(shù)的快速發(fā)展，改變了人們的思維方式，也改變了現(xiàn)代數(shù)學(xué)的思考模式，對許多工科生來說，需要知道的是如何快速地解決相關(guān)的數(shù)學(xué)問題，而不必拘泥于解決問題時用到的數(shù)學(xué)理論。數(shù)學(xué)軟件操作簡單、應(yīng)用性強，是一種專門解決數(shù)學(xué)問題的系統(tǒng)軟件，利用數(shù)學(xué)軟件可以很直觀地看到所研究問題的結(jié)果，很好地滿足新工科時代的需求[6]。借助數(shù)學(xué)軟件，可以很方便地繪制一元函數(shù)和二元函數(shù)圖形，直觀清晰，立體感強。利用數(shù)學(xué)軟件還可以制作一些數(shù)學(xué)動畫，使靜態(tài)的理論知識變成動態(tài)的數(shù)學(xué)畫面。它還可以解決一些復(fù)雜計算，土木類工程專業(yè)中所涉及的一些計算問題往往十分復(fù)雜，利用數(shù)學(xué)軟件可以讓學(xué)生從煩瑣的計算中解脫出來，提升學(xué)生的工程實踐能力。將數(shù)學(xué)軟件運用到數(shù)學(xué)教學(xué)中，可以讓教學(xué)方式變得多樣化，改變傳統(tǒng)教學(xué)中枯燥乏味的學(xué)習(xí)氛圍，提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生能更加主動地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識，增強學(xué)生解決實際問題的能力。

2.2.4 利用網(wǎng)絡(luò)平臺，構(gòu)建線上與線下混合式教學(xué)模式

從新工科新理念出發(fā)，培養(yǎng)線上線下混合式教學(xué)模式。線上線下混合式教學(xué)模式是一種以引導(dǎo)學(xué)生思考為主，教師講授為輔，強調(diào)師生線上線下充分互動，使學(xué)生具有一定的獨立思考能力和思考空間的教學(xué)模式[7]。教師可以利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺，上傳課程資料、課后習(xí)題、作業(yè)、工程案例、視頻演示等教學(xué)資源，特別是土木工程專業(yè)中比較復(fù)雜的工程問題，可以采用微課的形式進行講解，將案例教學(xué)環(huán)節(jié)通過20分鐘的視頻予以生動展示，讓學(xué)生在真實的場景中感受枯燥的數(shù)學(xué)知識，必然會激起學(xué)生很大的學(xué)習(xí)興趣。教師可以將學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)過程中所出現(xiàn)的工程數(shù)學(xué)問題上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，供學(xué)生思考，撰寫小論文。同時還可以安排少量的數(shù)學(xué)實驗課，為學(xué)生營造一種新型的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)習(xí)過程變成“自己動手實驗—觀察發(fā)現(xiàn)—猜想驗證—合情推理—動腦設(shè)計”的過程，實現(xiàn)高等數(shù)學(xué)教學(xué)過程工程化。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以增強師生互動，增加與學(xué)生聯(lián)系和交流的機會，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式及時做出調(diào)整。

2.3 改革教學(xué)方法，提升教學(xué)效果

國務(wù)院原副總理孫春蘭在教育部工作會議上指出：要引導(dǎo)教師改革教學(xué)方法，提升教學(xué)效果。新工科背景下高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)方法的改革將從兩個方面著手，一是工程問題驅(qū)動的教學(xué)方法。依據(jù)實際的工程應(yīng)用背景，教師提出經(jīng)過簡化后的具體實際問題，引領(lǐng)學(xué)生進行思考，通過高等數(shù)學(xué)知識去解決該問題，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。二是結(jié)合專業(yè)特點的教學(xué)方法。在后續(xù)課程中學(xué)生陸陸續(xù)續(xù)會學(xué)習(xí)多門專業(yè)課，而專業(yè)課中會涉及高等數(shù)學(xué)知識，因此，在高等數(shù)學(xué)課程的授課過程中，不妨將土木專業(yè)中出現(xiàn)的最新工程案例引入課堂，結(jié)合經(jīng)典案例進行有針對性的分析教學(xué)，著重開展啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，激發(fā)未來工程師學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，提升課堂教學(xué)效果。

2.4 將數(shù)學(xué)建模思想融入課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

數(shù)學(xué)模型是連接數(shù)學(xué)與實際問題的橋梁，是數(shù)學(xué)理論知識與數(shù)學(xué)應(yīng)用能力共同提高的最佳結(jié)合點，對數(shù)學(xué)模型而言，數(shù)學(xué)是工具，解決問題是目的，它已經(jīng)成為科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的一種基本方法。數(shù)學(xué)建模所涉及的實際問題一般沒有現(xiàn)成的答案，沒有固定的求解方法，沒有規(guī)定數(shù)學(xué)工具和手段，學(xué)生通過對實際問題進行簡化和分析，挑選合適的數(shù)學(xué)工具建立模型，對所建模型的精度和可靠性進行分析。整個過程需要學(xué)生獨立思考和研究，對學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常有益，是實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標的一個有效手段。學(xué)校每年都會利用寒暑假及周末開辦數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)，學(xué)生通過一段時間的培訓(xùn)后，參加校內(nèi)選拔，通過選拔的學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，每年都取得了很好的成績。實踐證明：通過數(shù)學(xué)建模能很好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、寫作能力、科研創(chuàng)新能力及團隊協(xié)作精神。

2.5 融入思政元素，提高學(xué)生的思想政治素養(yǎng)

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治會議上指出：“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！盵8]高等數(shù)學(xué)課程思政建設(shè)指的是在日常教學(xué)過程中充分地融入符合社會主義核心價值觀的教育，將德育和智育進行有效的結(jié)合，起到“潤物無聲”的效果，力求實現(xiàn)“知識傳授、能力培養(yǎng)、價值引領(lǐng)”三者的有機融合。

由于高等數(shù)學(xué)課程自身的特點，所以課程思政建設(shè)有它的局限性和特殊性。目前主要是通過兩種途徑來實現(xiàn)。其一，通過挖掘數(shù)學(xué)史或者數(shù)學(xué)家的生平逸事與成就。例如：在講極限時引入戰(zhàn)國時期的莊周在《莊子·天下篇》中提到的“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”。這是中國古代極限思想的體現(xiàn)，借此可以培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、民族自豪感。然而如何從極限的描述性定義過渡到精確定義？這就需要引入19世紀后半葉的實數(shù)理論。實數(shù)理論使極限理論有了嚴格的理論定義，它使微積分的思想和基礎(chǔ)日趨完善，這一發(fā)展歷程可以讓學(xué)生了解到，一個理論、一個學(xué)科的發(fā)展，從創(chuàng)立到完備從來不是一蹴而就的，應(yīng)該是嚴謹認真、精益求精、勇于創(chuàng)新的過程。其二，通過案例教學(xué)，創(chuàng)造屬于新工科的獨特思考方式。例如，在講定積分的概念時，可將課本上的引例改為雄安新區(qū)的面積測繪問題。利用時政熱點激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時，普及設(shè)立雄安新區(qū)是推進京津冀協(xié)同發(fā)展的重大決策，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央做出的一個重大決策部署，讓學(xué)生感受到家國情懷，感受到我們的國家是越來越強大的，作為中華民族的一員應(yīng)該承擔(dān)起一份責(zé)任。

2.6 多元化考核，鼓勵學(xué)生個性發(fā)展

考核的目的是檢驗教學(xué)質(zhì)量、評價學(xué)習(xí)效果，此時考核的全面性、科學(xué)性、公平性顯得尤為重要。為了更好地實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標，應(yīng)加大過程性考核在課程總成績中的比重。過程性考核中應(yīng)側(cè)重實踐能力和創(chuàng)新能力的考核，任課教師可以針對某知識點或者實際問題，讓學(xué)生自由組隊，將在課堂上所學(xué)到的知識予以應(yīng)用，例如，解決某個專業(yè)問題、日常生活應(yīng)用問題或者是數(shù)學(xué)建模問題時，讓學(xué)生自行查閱資料獲得恰當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法，建立模型，撰寫小論文，教師依據(jù)論文完成情況給出小組評分。通過這些舉措督促學(xué)生主動學(xué)習(xí)，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識解決實際問題的能力及創(chuàng)新能力。在過程性考核中增加學(xué)生的在線學(xué)習(xí)情況，讓學(xué)生學(xué)會自我管理。學(xué)生的總成績可以由作業(yè)、課堂提問、專題小論文、平時測驗、在線學(xué)習(xí)、期末考試成績等多種形式構(gòu)成，符合新工科人才培養(yǎng)的需求。

3 結(jié)束語

總之，新工科背景下高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革是時代發(fā)展的需要，也是學(xué)生發(fā)展的需要。教師只有根據(jù)不斷發(fā)展的實際需要，不斷地進行教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，才能為“中國夢”的實現(xiàn)和未來復(fù)雜多變的世界提供智力支撐和人才保障。