發布時間：2021-06-28所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：根據新工科背景下對高校數學基礎課的要求，按照學科和專業及培養方案的畢業目標對教學內容進行了重構，構建了基于層次+模塊的數學課程教學體系，完善數學基礎課對工程認證專業的支撐，保障教學課程符合專業特色，持續提高教學質量。 關鍵詞：新工科
摘 要：根據新工科背景下對高校數學基礎課的要求，按照學科和專業及培養方案的畢業目標對教學內容進行了重構，構建了基于“層次+模塊”的數學課程教學體系，完善數學基礎課對工程認證專業的支撐，保障教學課程符合專業特色，持續提高教學質量。
關鍵詞：新工科 工程認證 數學課程
2019 年 10 月， 習近平同志在向第六屆世界互聯網大會的賀信中指出“新一輪科技革命和產業革命加速演進，人工智能、大數據、物聯網等新技術新業態方興未艾。 ”我國已經進入高等教育普及化的階段，在新一輪科技革命和產業革命及大數據、 人工智能等先進制造業的沖擊下，本科教育面臨新的機遇和挑戰。 特別是我國，在基礎制造業等領域，如何通過高等教育培養卓越人 才，實現工業領域的彎道超車，解決目前精密自造業等領域的卡脖子問題，也是目前擺在工科高校前的重要內容。
在應用型本科高校“新工科”的改革過程中，越來越重視數學知識在各學科中的“基石”作用，數學在解決工程問題中的支撐能力越來越明顯。工程教育認證標準對學生的 12 條畢業要求中，有兩條是對數學相關能力的，要求學生可以“能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題”“能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。 ”數學在工程教育中的作用越來越受到高校的重視。 中國學生有公認最為扎實的基礎數學素養，但到了高等教育階段，學生反而不知道如何使用數學原理去處理實際 問題，這 和目 前“新工 科”所要 求的 “工程實踐能力強、創新能力強的高素質”工程人才的培養目標有著非常明顯距離。 特別是在“新工科”的背景下，突破原有學科壁壘實現大學數學由“基礎課”向“復合型課程”轉型這一過程中，更多問題和矛盾也突顯出來。 如何按照工程認證的畢業目標與數學基礎課的知識點進行對標，展現數學基礎課的基石作用，使數學課程成為連接各專業知識的重要節點，達到培養具備使用數學知識分析和解決實際問題的學生的目標，也是困擾很多高校的問題。
目前很多高校開展了基于工程認證為目標的“新工科”建設，并開始了對數學基礎課程改革的探索，取得的一些成果。 一方面，工程認證以學生為中心的培養模式與我國“新工科”建設本身有很好的契合點，有利于“新工科”人才培養;另一方面，基于工程認證的教育模式改革有利于解決目前我國數學教學“學用分立”的現狀。
1 新工科背景下數學教學的主要問題
1.1 數學課作為工科專業非常重要的學科基礎課程，擔負著培養學生數學能力、從數字的角度建立工科思維的重要任務。 但很多應用型本科高校按照培養應用型人才的培養目標，在人才培養方案的制定過程中， 不斷提高實踐教學比例，專業課比例不斷增加導致了數學理論課時減少。數學課時減少導致知識不足以支撐各專業需要的供求矛盾越來越突出。
1.2 按照工程教育認證的標準， 課程對專業的支撐作關系該更加具體，有較好的支撐度。 高等數學、線性代數、概率統計等都是公共基礎課程，單一的課程目標很難按照工程認證要求的支撐度，特別是對一些學科門類較多的應用型本科高校，課程和專業目標很難達到統一。 以山東農業工程學院為例，學校經過多年的發展，現在基本形成以工學為主體，農業工程為特色的學科專業體系，涵蓋了工學、農 學、管理 學、經濟 學、文學、藝術學 6 個學科門類。 這樣的背景下，數學如何對應不同學科專業，達成對畢業要求的支撐對數學基礎課的設計提出了更高的要求。 傳統單一模式的數學課程設置已經不再適應當前新工科對數學課程的要求。
1.3 高校數 學 課 程 內 容 跟 不 上 教 育 革 命 要求。 傳統的數學課程以概念、定理、公式推導等死記硬背的內容為主，學生在學習過程中主動性不高，創新不足，這種模式不適應新的學習技術革命要求。 新工科改革要求在培養高素質應用人才的過程中，培養學生自主學習的能力、團隊素質和使用現代化技術手段解決負責問題的能力。
2 基于層次+模塊的數學教學改革探索
基于上述問題，我校以“新工科”背景下對數學基礎課程要求為出發點，采用基于 CDIO 的教學模式和“分層教學”思想，構建新的數學基礎課支撐模式，為“新工科”背景下的高校數學基礎課教學改革探索新途徑。
2.1 課程體系設計
針對“新工科”的人才培養目標，對照“國標” 要求和工程教育認證標準， 教學課程體系按照 “層次+模塊”的形式進行設計。 通過調整課程的內容、開展教學方法和考核評價體系改革，建立一套基于“層次+模塊”高校數學教學體系，打破傳統學科和專業的壁壘，緊扣學科、專業發展需要，才能對新工科背景下跨學科專業人才培養目標的達成提供更加力支撐度。
相關期刊推薦：《山東農業工程學院學報》(雙月刊)刊發三農研究的最新成果，服務社會主義新農村建設;同時刊發各高校、科研機構的前沿理論成果。目前，設有：農民問題、農村改革、農業發展、經濟與管理、社會與歷史、政治與法律、文化與文學、農業工程與技術等欄目。
根據“新工科”對高水平工程型人才培養的新需求，對應用型本科數學基礎課程體系進行模塊化設計， 著眼于行業需求和學生發展兩個維度，從數學課程教學實際需要出發，以較典型的 應用型本科高校為例，將相關專業劃分為機械工程、信息工程、農業工程、管理工程四大學科專業群，建立起面向四大專業的基于“層次+模塊”的數學課程體系(詳見圖 1)。
2.2 課程教學內容模塊化設計
以我校數學基礎課中的高等數學、 線性代數、概率論與數理統計、復變函數與積分變換、運籌學等課程為例，按照“新工科”的需求進行“模塊化”設計，形成 6 門主要課程，11 個重點模塊(詳見表 1)。
2.3 數學模塊化教學運行機制
按照“新工科”的要求，對現有應用型本科高校的學科和專業進行深入調研，重構數學及課程體系，建立以六門數學課程為載體，以內容重構的六大模塊為基本教學單元的課程體系，通過柔性結合，組成面向四個專業群的課程組合，能夠很好的服務于四大專業群的數學教學需要。 新工科背景下高校數學基礎課“層次+模塊”教學改革在教學中的具體運行機制(詳見圖 2)。
2.4 教學內容緊扣專業畢業要求
按照工程認證的要求，重新對課程的內容進行調整，對主要涉及的農學、工程學、管理學等專業的畢業要求進行調整，增加對應專業畢業要求的內容。 以《高等數學》為例，在對涉農專業的教學大綱中，加入典型農業生產函數的邊際產量和生產彈性計算;在定積分教學中加入水利設施壓強的計算求解案例;對土地管理專業的學生在進行最小乘法教學時，加入土地統計預測方面的簡單問題;在電工學中加入不定積分計算交流電電流和電壓有效符合計算、使用傅立葉級數解決非正弦周期波分解問題;在經濟類專業中，加入使用多元函數微分解決銷量和利潤關系問題等。 案例庫的建設，一方面提高對各專業畢業要求的支撐，另一方面也提高了學生學習的興趣，取得良好的教學效果。
2.5 建立“以各種知識傳授為載體，以能力與素質培養為主要目標”的新模式
以工程教育的要求，面向應用，使學生養成分析問題、查閱文獻、建立解決思路及實際應用并解決問題的能力。 利用一體化學習經驗帶動科學知識與個人和人際交往能力的方法，樹立以學生為中心的觀念，采用問題導向或基于項目的探究式教學方法，將問題前置，引導學生主動思考，建立創新思維能力和協作學習能力。
2.6 考核改革實踐
建立形式多樣、靈活科學的考核手段，除了傳統的筆試，提高過程考核的比例，積極開展線上線下混合課程的教學工作，課前通過布置預習任務的方式，引導學生進行預習，課上使用項目教學、討論式教學等多種方式結合的方法，在教學過程中觀察學生表現以及學生的回顧總結、互評和自評等方式，形成過程性考核成績。
2.7 以賽促學，提高學生創新能力
引入 “數學建模” 思維， 采用 Matlab、Spss、 Lingo 等軟件，對實際案例進行分析研究，將數學基本知識的講授和實際案例結合，讓每個學生切身體會到數學在工程專業中的作用。 鼓勵學生通過預習、自主查閱資料的方法，對相關知識點進行深入學習， 教師在重點講解課上內容的同時，根據專業特點增加部分內容供學生有選擇性的自主學習，教師通過提供參考資料、網上教學視頻、文獻查閱方法、總結討論等方法，對這部分內容進行補充。 同時，鼓勵學生參加全國大學生數學競賽、數學建模競賽的數學應用競賽項目。 近年，我校有 47 人獲國家一等獎，43 人獲國家二等獎，52 人獲國家三等獎，82 人獲省一等獎，106 人獲省二等獎，近兩百人次獲得省三等獎。
結語：
本文從新工科改革和工程教育專業認證背景下的應用型本科高校數學基礎課程改革為切入點，系統介紹了我校近年來數學課程改革探索的途徑。 我校數學課程主要圍繞培養應用型人才和服務專業需求培養，進行了基于“層次+模塊” 的數學課程改革探索，通過對課程體系進行層次化分解，根據專業需求動態調整教學內容，提高課程目標與專業培養目標的支撐度。 數學作為工程課程的基礎，其培養模式和教學成果直接影響工程教學是否可以培養出合格的工程人才，我校也將繼續在這一路徑上進行探索和實踐。——論文作者：付琦，閆寶英
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