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刊名: 教育研究
主办: 中国教育科学研究院
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1002-5731
CN: 11-1281/G4
邮发代号:2-277

历史沿革:
专题名称:教育理论与教育管理
期刊荣誉:社科双效期刊;国家新闻出版总署收录;中国期刊网核心源刊;CSSCI 中文社会科学引文索引来源期刊;北京大学《中文核心期刊要目总览》来源期刊;
创刊时间:1979

高等工程数学教学改革初探

【作者】 陈翰林 陈 宁 汪 红 赵松泉

【机构】 (西南科技大学理学院 四川绵阳)

【摘要】
【关键词】
【正文】  摘 要:高等工程数学课程在工程硕士专业学位研究生培养过程中具有极其重要的作用。本文结合教学实践,从教学内容创新、教学方法改革、教学团队建设等方面进行了探讨,介绍了实施协同教学、优化课程内容、强化实践应用、提升探究能力方面有价值的改革尝试。
  关键词:高等工程数学、工程硕士、课程建设、教学
  中图分类号:G643.2
  一、工程硕士专业学位教育与高等工程数学
  专业学位研究生教育是研究生教育体系的重要组成部分,是培养高层次应用型专门人才的主要途径。积极发展专业学位研究生教育,是全面建成小康社会、建设创新型国家的必然要求,也是研究生教育服务国家经济建设和社会发展的必然选择[1]。我国工程硕士专业学位研究生教育始于1997年,发展于2009年教育部决定实行专业学位硕士研究生全日制培养,并推行将硕士研究生教育从以培养学术型人才为主向以培养应用型人才为主转变的政策,研究生教育逐步实现结构性转型和战略性调整。2013年,教育部、人力资源社会保障部颁发《关于深入推进专业学位研究生培养模式改革的意见》,明确指出“发展专业学位研究生教育,要深入推进培养模式改革,加快完善体制机制,不断提高教育质量。”并提出了“以职业需求为导向,以实践能力培养为重点,以产学结合为途径,建立与经济社会发展相适应、具有中国特色的专业学位研究生培养模式”的改革目标[1]。国家相关政策的出台,为高等工程数学教学改革提供了理论遵循和行动指导。
  作为工程硕士专业学位研究生培养中的一门重要的数学基础课,“高等工程数学”的教学目的是以掌握和应用高等工程数学知识与方法为主导,使工程硕士能够具有一定的数学理论基础和比较宽广的数学知识面,能为进一步学习和解决实际工作中遇到的工程数学问题打下坚实的基础[2]。在工程硕士专业学位教育指导委员会发布的《工程硕士专业学位标准》中针对不同的专业也明确提出了数学类课程的基本要求[3],即工程硕士不仅要求掌握工科大学毕业生所必须掌握的数学知识,还要根据工程领域的特点及自己的研究方向,通过有选择性地学习矩阵理论、运筹学、应用统计学、随机过程与排队论、计算方法、应用泛函分析、数值分析、优化理论与方法等高等工程数学,提高科学思维和逻辑推理能力;能够运用数学语言,描述工程实际问题,建立适当的数学模型;运用必要的计算软件,进行科学与工程的分析和处理。由于课程要求及教学目标侧重于扩展数学知识面与实践应用,所以在针对工程硕士开设这门课程时必然要与针对工学硕士开设这门课程有所区别。这些为我们进行课程建设,实施教学改革提供重要依据。
  二、课程教学情况及存在的问题
  根据教育部对工程硕士专业学位研究生培养的指导性意见及教育指导委员会对数学类课程的具体要求。不同高校结合本校实际,各自制定了课程体系及教学内容,有些学校还编写了《高等工程数学》教材。华南理工大学、华中科技大学编写的教材重点讲授矩阵理论、数值分析和数理统计相关内容[2,4];吴孟达等编写的教材主要讲授矩阵理论及其应用与应用数理统计知识[5];电子科技大学黄廷祝等编写的教材则涉及矩阵分析、科学计算方法、最优化理论、组合数学、图论等内容[6]。可见,不同学校都会依据各自的学科特色和专业人才培养需求构建课程体系,选择教学内容。同时,一些学校课程内容的设计会伴随着教学实践的发展进行调整,以适应不断变化的专业要求和社会需求。
  我校是以工科为主的普通高校,已开展工程硕士专业学位教育多年,涉及电子与通信工程、控制工程、材料工程、计算机技术、工业工程等十多个专业领域。高等工程数学被确定为所有专业领域学生的公共基础课程和学位课程。早期的课程教学主要借鉴重点高校的做法,确定矩阵理论、数值分析和数理统计为课程内容并选用华南理工大学编写的教材。然而,伴随学校博士学位授予权的成功获得,工程硕士研究生招生规模迅速扩大,涉及专业领域不断增加,特别是随着高等学校教育教学改革的全面深化,早期设计的内容体系和教学模式已无法适应新的形势和要求,一些突出的问题相继表现出来。诸如在教学过程中重知识介绍轻具体应用、重理论分析轻数值实验、重知识体系轻专业需求、重视知识传授轻视激发学生主动参与等,学生缺乏热情,更无法将所学理论与方法应用于解决工程技术问题。这样,教育部所确定的人才培养目标就难以实现。面对这种局面,课程组于2011年开始全面推行课程教学改革实验,并于2012年获得学校研究生精品课程建设基金资助,课程建设与教改实验有序推进并取得阶段性成效。
  三、课程教学改革初探
  针对工程硕士研究生课程教学,教育部明确要求,培养单位应紧密围绕培养目标,优化课程体系框架,优选教学内容,突出课程实用性和综合性,增强理论与实际的联系。创新教学方法,加强案例教学、模拟训练等教学方法的运用。完善课程教学评价标准,转变课程考核方式,注重培养过程考核和能力考核,着重考察研究生运用所学基本知识和技能解决实际问题的能力和水平[1]。以教育部相关文件为指导,我们在认真研究专业学位标准对学校各专业数学类课程提出的具体要求的基础上,全面调研和分析了学生的实际状况、各专业的知识需求,以及其它高校的成功做法。提出实施协同教学、优化课程内容、针对专业需求、强化实践应用、提升探究能力的课程改革思路,并全面组织实施。
  1、实施协同教学,推进团队建设。
  为推进课程建设,提升教学质量,我们在课程教学中采用了协同教学模式,分别挑选从事矩阵理论、数值分析、数理统计教学与科研的教授和博士组成教学团队,再由三至四位老师组成一个教学小组,共同承担一个班级高等工程数学课程教学任务,并配备一位老师从事课程资源建设和学生学习指导。协同教学( team teaching)是指由两个以上不同专长的教师共同组成一个教学团队或小组,由小组共同拟订教学计划与协同方案,再由教师根据教学计划与教师专长, 应用不同的教学媒体、设备与器材, 经由不同的协同方式进行教学活动, 最后再由小组成员共同评判学生的表现, 并实施教师间的交互评价的教学模式[7]。实践表明,与传统的教学模式相比, 协同教学具有独特的优势:(1)能够充分发挥小组成员在教学科研方面的特长和优势。(2)有利于推进教师的合作与交流。由于教学团队是由多个不同专长的教师组成, 教师不但需要认清各自的角色与义务, 还要在分工中进行专业的合作与对话。教学小组的成员在共同研究教学计划、课程内容,制定合作方案, 进行实际教学, 以及评判学生与教师的表现时, 都从专业角度出发贡献自己的才能。在不断的讨论、频繁的专业互动和对话中发展自我, 增进专业知识,彼此获得专业成长。(3)有利于进行差别化教学和指导, 提升教学效果,特别是在指导学生撰写课程小论文、编辑和讲解知识应用案例时,可充分体现教师的专长和特色。
  2、优选教学内容,自编课程讲义。
  矩阵理论、数值分析和数理统计是工科院校工学硕士研究生的三门重要公共基础课程,大多单独开课。由于工程硕士研究生需要强化工程实践训练,为了在有限时间内让学生掌握必要的数学基本理论,具备应用数学和计算机解决实际问题的能力,有必要针对工程硕士研究生的特点和培养创新型人才的要求,重新组织和精选教材内容,以提高工程硕士研究生的综合应用能力。同时,考虑到一些重点高校编写的教材理论性太强、难度较大,不太适合普通理工科学校学生实际情况。因此,从2012年开始,在认真分析、充分调研相关专业需求和学生学习状况的基础上,优选教学内容,自编《高等工程数学》课程讲义,并在使用过程中不断听取专家、老师和学生意见进行修改完善,初步形成教材特色。首先,教学内容的组织注重数学概念的理解和数学思想的阐述,突出数学方法的介绍和应用,精简了定理的证明、公式的推导。其次,强化了与专业背景的结合,通过编辑和讲解知识应用案例提升学生的应用能力。再有就是注重数值实验和数学软件的应用,注重几个部分内容之间的相互关联。讲义编写力求深入浅出,易于阅读。通过在两届学生中使用,得到大家的肯定。
  3、实施研究性教学,指导学生撰写课程小论文。
  研究性教学是指在教师的启发诱导下,以现行教材为基本研究内容,为学生营造一种充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的氛围,要求师生开展以研究为基本特征的教学活动形式。研究性教学的实质就是培养学生主动获取知识的能力,最大限度地挖掘学生的创造潜能,培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力[8]。课程组十分重视挖掘教材中蕴涵的研究性问题,并精心选择和设计一些研究问题,重点展示知识的探究过程,激发学生进行研究性学习,这不仅由研究生教育的特点所决定,也是充分调动学生学习自主性,培养学生科学研究精神和能力的需要。我们还十分注重指导学生撰写课程小论文。为此,设计了十多个论文题目,提出论文撰写具体规范和要求,并提供给学生一些优秀范文参考。同时,我们鼓励学生结合课题和实验数据,运用所学数学知识解决实际问题,在此基础上撰写小论文。对一些优秀的课程论文,再编辑成册提供给学生,作为课程学习可贵的资料。论文撰写情况在课程总成绩中占15分。
  除此之外,我们还根据不同专业学生数学基础和专业要求的不同实施分层次教学,收到良好效果。
  高等工程数学作为一门独立的课程是伴随工程硕士教育的不断深入和社会需求的不断发展而产生的。随着高等教育综合改革进程的推进,伴随社会对工程技术人员提出新的要求,这门课程在教学内容、授课方法、考核方式等方面还需进一步改革,还有待进行更深入的探索和尝试。
  参考文献:
  [1]教育部、人力资源社会保障部.《关于深入推进专业学位研究生培养模式改革的意见》.2013.
  [2]姚仰新.高等工程数学[M].华南理工大学出版社,2007.
  [3]全国工程硕士专业学位教育指导委员会.工程硕士专业学位标准[Z].2007.
  [4]于寅.高等工程数学[M].华中科技大学出版社,2001.
  [5]黄延祝,傅英定.高等工程数学[M]. 电子科技大学出版社,2008.
  [6]吴孟达等. 高等工程数学[M].科学出版社,2004.
  [7]刘迎春.协同教学的理性分析与实践展望[J]. 浙江师范大学学报(社会科学版), 2010,(3).
  [8]吕林海,王智明. 数学研究性学习的三种实施模式初探[ J ]. 数学教育学报, 2004,(13).
  作者简介:陈翰林,西南科技大学理学院,教授,博士,学院党委书记,主要从事应用数学、数学教育方面研究。
  陈宁,西南科技大学理学院,教授,主要从事数值计算、动力系统方面研究。
  汪红,西南科技大学理学院,教授,主要从事数理统计方面研究。
  赵松泉,西南科技大学理学院,副教授,硕士,主要从事同调代数、数学教育方面研究。