“新工科”“新农科”视角下大学数学课程教学模式的改革与创新
河海大学王方磊、史仁坤 主持完成了2022年江苏省高校“高质量公共课教学改革研究”专项课题(课题编号:2022JDKT030),课题组主要成员:杨永富、朱露、沈一颖、胡真、何朝葵
研究成果精粹一:“课程思政”元素挖掘
高校师生都是思政课的教学主体,一方面,以基层教研组织为单位加大培训力度,组织教师学习党和国家的相关教育政策和会议精神,更新育人观念,提高政治素养,同时,强化教师群体合作,通过改变教师“单兵作战”的窘境,与思政课程教师、学生所在专业教师打造学习、合作和实践共同体,一起深入挖掘数学和专业相融合的课程思政元素,将课程思政实施方法和预期效果写进每门课程的个性化教学大纲,提升任课教师的思想认识,强化课程对学生的价值引领,例如:《高等数学》作为大一新生入学的第一门数学基础课程,教师在介绍课程时强调2018年1月31日,经李克强总理签批,国务院发布《关于全面加强基础科学研究的若干意见》(国发[2018](4号)),提出“潜心加强基础科学研究,对数学、物理等重点基础学科给予更多倾斜”,对全面加强基础研究做出了部署,充分表明国家对数学的重视。为此,要让学生充分意识到数学的重要性,内心燃起对学习数学的渴望,激励学生们发奋图强,学好数学,打牢基础,以报效祖国。《线性代数》中讲授线性方程组时,融入我国古代的算书《九章算术》中早已有了许多线性方程组的应用题,而且有了解方程的消元法,甚至有了类似增广矩阵的方形表格,正如吴文俊先生指出的:“《九章算术》和《几何原本》东西辉映,是现代数学思想的两大源泉。”,将思政教育与课程教学深度融合,如同春风化雨润物无声,切实挺高学生的理论自信、文化自信。《概率论与数理统计》中讲授随机事件时,通过概率论与数理统计发展的新进展和在现代科学技术中的应用,培养学生提出问题、科学分析与思辨能力、解决问题能力,使学生掌握科学的世界观和方法论。另一面,教师要尊重学生的身心发展规律和人格,充分考虑学生的个体需求和个性特征,尊重学生的自尊心,尊重学生的话语权。教师在上课过程中,遇到学生的质疑和疑问,要予以耐心地解答,即使个别学生因为认知偏差,提出了错误的问题,教师也不要训斥,而是要带着引导商榷的态度,与学生积极讨论,在讨论过程中,教育和引导学生改变错误的认知,提高自身的认识水平和能力,尽量做到精准施教,充分调动每个学生上课的积极性。
研究成果精粹二:教材体系建设
围绕“新工科”建设和工程教育专业认证的需求,通过逐条分析毕业要求12条中与大学数学课程教学直接相关的4个条款,间接相关的5个条款,重组大学数学课程教学内容,建设一套支撑新工科人才培养的以《高等数学》(省重点教材)、《线性代数》(校重点教材)、《概率论与数理统计》(省重点教材)为核心的大学数学新形态教材体系,做好教材服务保障,不断提升教材使用效果,打造为广大师生所适用、认同和喜爱的精品教材,切实提升人才培养成效。新版教的特点为:
(1)强调以学生为本,注重工科学生特点,强化创新思维培养。在内容叙述方面充分考虑学习对象对数学抽象的理解能力,语言通俗化、生活化,并配合大量的例题加以诠释,选用了大量应用性例题,便于学生理解。
(2)加强概念与理论的背景和应用介绍、利用对实际问题的讨论,帮助学生理解抽象的数学基本概念;在习题中,安排了一些简单的应用题,力求拓宽学生的视野和培养学生应用数学知识解决实际问题的能力。
(3)课程自身的系统性和科学性内容的处理更突出主题,全书在结构设计上层次分明,由浅入深,层层递进。每段内容后例题的难度逐步增加,而且在每章之后单独设置了典型例题和考研真题。例题量大,以满足不同层次学生的学习需求。
(4)把原来难以用静止的图文讲解清楚的理论以简洁明了的动态图片或视颏形式展现给读者,更适合当前学生阅读需求,也更容易被学生接受,从而会大大提高学生的学习效率和效果。本书所有例题均配有讲解视频,通过学习通 APP 扫描书中相应的二维码可以直接链接到教材对应数字平台上的视频。书中每节和每章在数字平台上配有相应的本节和本章在线测验。
(5)培养能传承新工科理念、融数学技术、思想政治教育入大学数学课程教学的教材编写骨干教师。通过认真研究大学数学基础课教师应该具备的教学素养以及当前大学数学基础课教学中存在的问题,针对发现和存在的实际问题,开展高校大学数学基础课教师培训,深度剖析大学数学教学内容,拓宽培训教师学术视野。
研究成果精粹三:数字课程建设
习近平总书记在党的二十大报告中指出,要推进教育数字化,党的二十大首次将“推进教育数字化”写入报告,明确了教育数字化未来发展的行动纲领,推动教育数字化课程建设,为提升人才培养质量、推动教育公平、优化教师教育治理,科学合理的人才评价等提供了重要支撑,是教育现代化的新举措、新方法,高度契合国家战略需求,紧贴教育发展方向,具有重要价值和积极意义。
一流人才需要有一流课程的支撑,信息化、数字化是一流课程的重要元素。通过信息化、数字化赋能课程,使课程成为“金课”。目前《概率论与数理统计》在线课程已获国家级一流本科线上课程和江苏省一流本科线上课程称号,《数学分析I选讲》已获江苏省一流本科线上课程称号,两门课程均在中国大学 MOOC 平台对外开放,到目前为止《概率论与数理统计》在线选课学习总人数已达到 26019 人,《数学分析I选讲》在线选课人数每年1000多人。同时与南京航空航天大学、南京邮电大学、南京信息工程大学及中国石油大学(北京)克拉玛依校区共享学院建设的在线课程,产生了良好的示范效应。在线课程主要特点有:
(1)遵循线上学习规律,重构知识体系结构。例如,《概率论与数理统计》 课程一般高校都是 12 周每周 4 节的课堂教学安排,于是本在线课程将全部内容拆分成 12 讲,每周 1 讲,知识结构和开课节奏与课堂教学同步,作为课堂教学的辅助教学。《数学分析I选讲》 课程对知识体系进行碎片化处理,重构与梳理,精选课程内容,聚焦重难点,用一个视频剖析一个知识点,这样的安排更符合学生线上学习的规律,也便于教师用来开展线上线下混合式教学。
(2)教学环节完整,分开设有中期考试和结课考试。每门课程配有线上教学的所有环节,在每节内容中都有课件、教学视频、例题讲解、讨论题、单元测验以及有挑战度的思考题,并且在讨论区和答疑区学生可与老师进行充分的交流。同时,细化课程考核方式,注重过程性考核,例如《数学分析I选讲》课程要求总成绩60分及以上为合格,其中课程评分由3个部分构成: 单元测验占比20%,课程讨论占比20%,结课考试占比60%。
(3)结合线上学习和数学课程特点,每节内容后专门配置了大量的例题讲解模块,典型例题的选取除了注意到代表性,还紧跟课程教育教学改革前沿,且每道例题配置一
个独立的教学视频,便于学习者自由选择。例如,《概率论与数理统计》课程配 219 个独立讲解的例题视频,其中知识教学视频时长 688 分钟,典型例题视频时长 825 分钟,2021 考研真题视频时长 374 分钟,全部课程在线视频总时长达到了 1887 分钟。
(4)以学生为本,开设分层次教学。为满足普通学习和考研等不同需求,将例题分为典型例题和考研真题两部分进行分层次教学,所有例题都是配合本节知识点精心挑选,代表性强。 启发思维,设有大量讨论题、开放题和应用性问题,例如《概率论与数理统计》课程一共设有 26 道结合课程关键知识点的讨论题 ,9 个开放性的研讨问题。
(5)巧妙融入课程思政元素,实现知识传授与价值引领相统一。课程紧跟高等教育改革发展的新态势新动向,积极推进课程思政建设,鼓励学生坚持真理 ,勇攀科学高峰,实现价值引领。在教学内容和方式中充分挖掘所蕴涵的思政元素,例如在 教学内容中融入数学史,把数学家追求真理、攻坚克难、兢兢业业的励志故事在相关知识点 引入的时候分享给学生;例如,《概率论与数理统计》课程中,结合河海大学的特色,引入“水元素”;《数学分析I选讲》视频中讲到极限的定义,则会分析其背后所蕴含的从量变到质 变的辩证唯物主义思想。
研究成果精粹四:竞赛成绩和教学成果突出
高校的根木任务就是培养人才,通过竞赛来促进人才培养,提高学生的综合素质。竞赛的宗旨是“创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争”其最终目的也就是为了培养学生的创新意识和创新能力,项目组成员和其他教师组成竞赛指导团队,精心做好赛事组织指导工作,通过全校面上选拔、每周定期辅导、单独重点辅导等环节,扎实开展备赛参赛工作,近两年来指导全国大学生数学竞赛、全国大学生数学建模竞赛、美国大学生数学建模竞赛和江苏省高校高等数学竞赛等学科竞赛成绩显著,其中获得全国大学生数学建模竞赛获国家一等奖2项、美国大学生数学建模竞赛获特等奖2项,特等奖提名奖15项;全国大学生大学数学竞赛获全国一等奖3项、江苏省高等学校高等数学竞赛获一等奖235项,获奖人数位居省内同类院校前列。
研究成果精粹五:教改成果突出
项目组重视大学数学教学改革与创新,坚持以“厚基础、强应用、重创新、高素养”为培养目标,以“双一流”、“课程思政”、“一流课程” 建设及“四新”建设等为驱动,创建个性化与多元化的课程体系,在实践过程中,及时反馈人才培养中存在的问题,及时思考和解决教学中出现的问题,及时完善人才培养的课程体系,及时提升教师质量,及时探索新的教学模式提升人才培养质量。项目执行期间荣获河海大学教学成果奖特等奖2项,获批国家级教改项目2项。