工程教育模式下本科数学教学改革研究与探索

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  摘 要:教育部在2008年1月颁布的《工程教育专业认证标准(试行)》规定:工程教育专业培养的本科生必须具有从事工程工作所需的相关数学、自然科学知识,具有综合运用所学数学知识,分析并解决工程实际问题的能力。工科数学课程是工程教育的基础,在工程教育中不重视数学教学是错误的。随着计算机技术的发展,数学广泛应用到军事、机械、建筑、经济、化工、材料等工程领域,成为解决工程问题的有力工具。数学与工程的融合诞生了研究工程问题的现代科学方法。因此,作为培养工程师的工科本科院校,必须改革几十年不变的数学教学理念、教学内容和教学方法等教学环节。
  关键词:工程教育;工科数学;教学改革
  一、工科院校数学教学的现状
  从教学内容来看,大多数工科本科院校数学教学一般包括高等数学、线性代数、概率统计和复变函数等内容,基本上是数学系相应课程的基础部分的知识体系,变化很小,可以说数学教学内容六十年一贯制,这就是我国高等工科院校本科生的全部数学基础,基本上没有近代数学和应用数学等实用性的数学教学内容。
  从教学方法来看,大多数工科院校在近十年内数学学时普遍压缩很多,数学教学时间严重不足,由此导致教师在课堂上只能将很多概念和内容简单化,把教学重点放在运算公式法则和计算技巧上,忽略了让学生明白数学来源于生活,也忽略了教学生应用数学解决实际问题。数学作为一种工具,在解决实际问题中的作用在现在的工科数学教学中被淡化了,甚至被遗弃了。在许多工科院校,开设数学实验与数学建模课程的不多,而且仅仅作为选修课。学校不重视,数学教师积极性不高,从而数学实验与数学建模课程难以在全校推广,开设效果几乎为零。
  上述情况表明,目前工科本科数学课程的教学存在严重的缺陷,没有把工程教育对数学教学的要求真正落到实处。我们的数学教学基本上还是应试教学方法,教师在教学中往往偏重数学问题的求解,反复举例和练习,对数学基本概念、定理的内在含义一带而过,忽略数学问题的工程背景。而工科本科院校很多专业问题需要用数学基本概念、定理和思想方法建立数学模型。
  二、数学教学改革思路
  1.整合教学内容
  工程教育模式下的工科本科数学教学内容必须突出“工程教育”。目前的数学教材主要内容基本上是一些基础理论知识,很少甚至没有与专业课程相联系。为此,结合自身的教学实践,笔者将数学课程内容分为三种:必修内容、选修内容和实践内容。
  (1)必修内容。必修内容面向全体学生,分模块进行教学,教学中注重培养学生的数学能力、应用能力和自我学习的能力,通过必修内容的学习,为所有工科类本科生后续学习奠定必备的数学基础。例如:高等数学第一学期,我们采用了五模块教学模式,即极限模块、变化率模块、积分模块、优化模块和专业模块。在教学中把与行业、企业、专业相关的问题融入到每一模块中。这样不仅能使学生深刻地理解专业知识,同时也使学生认识到数学的重要性和实用性。
  (2)选修内容,包括专业选修内容和公共选修内容。专业选修内容是根据不同行业的特点进行选择。它满足了不同专业对数学的需求,也充分体现了数学作为工具在专业中的重要性。我校数学选修内容的开设分专业进行。工程数学(A)包括概率统计、线性代数和数学实验,适用于机械类和土木工程类的专业的学生选修。工程数学(B)包括概率统计、积分变换、级数计算和数学实验等内容,适用于电气类、电子类,计算机类专业的学生选修。公共选修内容主要包括数学建模、数学实验和数学文化欣赏。学习公共选修内容,旨在培养学生的数学素养。
  (3)实践内容。参加实践内容的学习对学生的数学基础和专业素质有较高的要求。内容包括数学建模竞赛、创新训练大赛、机器人大赛等活动。实践内容充分体现了数学在工科各专业中的广泛应用。要在实践中用好数学,除了要掌握足够的数学基础理论知识,还要会使用常见的数学软件如matlab等。
  2.改进教学方法和手段
  (1)教学方法。工程教育中专业特色不可忽略,如果我们在本科数学课堂上能以与专业有关的项目为载体进行日常的数学教学,就可以把专业和数学联系在一起,有了专业依托的数学将不再枯燥乏味,有了数学方法的支撑,教师在专业教学上将更加得心应手。
  (2)教学手段。数学学科具有抽象性,课堂上教师单纯地讲授不能使学生透彻理解数学概念的来龙去脉,而且这种传统的授课方式与现代教育技术条件下的多媒体教学相比,已经不能吸引学生的注意力。多媒体数学教学课件用整洁的版面、清晰的文字、形象的图片、动听的音频和视频来表达课堂教学的内容。它的内容含量是传统教学无法相比的,有些甚至是传统教学无法完成的,比如摆线的动态形成过程可以通过多媒体呈现给学生。
  工科本科院校数学课程的教学改革只有把教学的内容、方法、手段的教学改革相结合才能有成效。经过广大同行的努力,相信工科数学课程的教学改革会取得进一步深化,工科数学课程会以崭新的姿态在工科院校中起到真正的基础支撑作用。
  参考文献:
  [1]张民悦,等.工科《概率论与数理统计》课程的教改研究[J].教育教学论坛,2013(26).
  [2]张燕军,等.21世纪美国高等教育科学、技术、工程和数学教育的问题及其应对[J].比较教育研究,2013(3).
  作者简介:黄素珍(1975— ),女,江苏大丰人,硕士研究生,副教授,研究方向:微分方程数值解。
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