新工科背景下高校数学“层次+模块”教学改革探索-以山东农业工程学院为例

1、新工科背景下高校数学“层次+模块”教学改革探索以山东农业工程学院为例摘要：根据新工科背景下对高校数学基础课的要求，按照学科和专业及培养方案的毕业目标对教 学内容进行了重构，构建了基于“层次+模块”的数学课程教学体系，完善数学基础课对工程认证专 业的支撑，保障教学课程符合专业特色，持续提高教学质量&关键词：新工科 工程认证数学课程Exploration on Teaching Reform of Level + Module of Mathematics in Collegesand Universities under the Background of New Engineering Sci

2、ence:Taking Shandong University of Agricultural Engineering as an ExampleAbstract： According to the requirements of basic colleges , mathematics courses under the background of new engineering, the teaching content was reconstructed according to the graduation goals of disciplines, majors and traini

3、ng programs, and a mathematics course teaching system based on levels + modules was constructed to improve the basic mathematics courses. The support of engineering certification majors ensures that the teaching courses conform to the professional characteristics and continuously improves the qualit

4、y of teaching.Key words :emerging engineering education ； enginee ring accreditation ； mathematics2019年10月，习近平总书记在向第六届世 界互联网大会的贺信中指出“新一轮科技革命和 产业革命加速演进，人工智能、大数据、物联网等 新技术新业态方兴未艾。”我国已经进入高等教 育普及化的阶段，在新一轮科技革命和产业革命 及大数据、人工智能等先进制造业的冲击下，本 科教育面临新的机遇和挑战。特别是我国，在基 础制造业等领域，如何通过高等教育培养卓越人 才，实现工业领域的弯道超车，解决目前精密自 造业等

5、领域的卡脖子问题,也是目前摆在工科高 校前的重要内容。在应用型本科高校“新工科”的改革过程中， 越来越重视数学知识在各学科中的“基石”作用, 数学在解决工程问题中的支撑能力越来越明显% 工程教育认证标准对学生的12条毕业要求中, 有两条是对数学相关能力的，要求学生可以“能 够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于 解决复杂工程问题”“能够应用数学、自然科学和 工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研 究分析复杂工程问题，以获得有效结论o ”数学在 工程教育中的作用越来越受到高校的重视。中国 学生有公认最为扎实的基础数学素养，但到了高 等教育阶段，学生反而不知道如何使用数学原理 去处理实际

6、问题，这和目前&新工科$所要求的 “工程实践能力强、创新能力强的高素质”工程人 才的培养目标有着非常明显距离。特别是在“新 工科$的背景下，突破原有学科壁垒实现大学数 学由“基础课向“复合型课程”转型这一过程中， 更多问题和矛盾也突显出来。如何按照工程认证 的毕业目标与数学基础课的知识点进行对标，展 现数学基础课的基石作用，使数学课程成为连接 各专业知识的重要节点，达到培养具备使用数学 知识分析和解决实际问题的学生的目标，也是困 扰很多高校的问题。目前很多高校开展了基于工程认证为目标 的“新工科建设，并开始了对数学基础课程改革 的探索，取得的一些成果o 一方面，工程认证以学 生为中心的培养模式

7、与我国&新工科$建设本身 有很好的契合点，有利于&新工科$人才培养；另 一方面，基于工程认证的教育模式改革有利于解 决目前我国数学教学“学用分立的现状1新工科背景下数学教学的主要问题1.1数学课作为工科专业非常重要的学科基 础课程，担负着培养学生数学能力、从数字的角 度建立工科思维的重要任务但很多应用型本科 高校按照培养应用型人才的培养目标，在人才培 养方案的制定过程中，不断提高实践教学比例， 专业课比例不断增加导致了数学理论课时减少 数学课时减少导致知识不足以支撑各专业需要 的供求矛盾越来越突出。1.2按照工程教育认证的标准，课程对专业 的支撑作关系该更加具体，有较好的支撑度高 等数学、线性

8、代数、概率统计等都是公共基础课 程，单一的课程目标很难按照工程认证要求的支 撑度，特别是对一些学科门类较多的应用型本科 高校，课程和专业目标很难达到统一以山东农 业工程学院为例，学校经过多年的发展，现在基 本形成以工学为主体，农业工程为特色的学科专 业体系，涵盖了工学、农学、管理学、经济学、文 学、艺术学6个学科门类这样的背景下，数学如 何对应不同学科专业，达成对毕业要求的支撑对 数学基础课的设计提出了更高的要求传统单一 模式的数学课程设置已经不再适应当前新工科 对数学课程的要求。1.3高校数学课程内容跟不上教育革命要 求传统的数学课程以概念、定理、公式推导等死 记硬背的内容为主，学生在学习过

9、程中主动性不 高，创新不足，这种模式不适应新的学习技术革 命要求新工科改革要求在培养高素质应用人才 的过程中，培养学生自主学习的能力、团队素质 和使用现代化技术手段解决负责问题的能力2基于层次+模块的数学教学改革探索基于上述问题，我校以“新工科背景下对数 学基础课程要求为出发点，采用基于CDIO的教 学模式和“分层教学思想，构建新的数学基础课 支撑模式，为“新工科背景下的高校数学基础课 教学改革探索新途径。2.1课程体系设计针对“新工科$的人才培养目标，对照“国标$ 要求和工程教育认证标准， 教学课程体系按照 “层次+模块的形式进行设计通过调整课程的 内容、开展教学方法和考核评价体系改革，建立

10、 一套基于“层次+模块$高校数学教学体系，打破 传统学科和专业的壁垒，紧扣学科、专业发展需 要，才能对新工科背景下跨学科专业人才培养目 标的达成提供更加力支撑度根据&新工科$对高水平工程型人才培养的 新需求，对应用型本科数学基础课程体系进行模 块化设计，着眼于行业需求和学生发展两个维 度，从数学课程教学实际需要出发，以较典型的应用型本科高校为例，将相关专业划分为机械工 程、信息工程、农业工程、管理工程四大学科专业 群,建立起面向四大专业的基于应用型本科高校为例，将相关专业划分为机械工 程、信息工程、农业工程、管理工程四大学科专业 群,建立起面向四大专业的基于“层次+模块$的 数学课程体系（详见

11、图1）。2.2课程教学内容模块化设计以我校数学基础课中的高等数学、线性代 数、概率论与数理统计、复变函数与积分变换、运 筹学等课程为例，按照，新工科”的需求进行“模 块化”设计,形成6门主要课程,11个重点模块 （详见表1）。表1数学系列课程的模块化架构表课程名称模块数学内容M1一元函数微积分，微分方程,空间解 析几何，多元函数微分学，级数高等数学M2多重积分，曲线曲面积分M3二重积分M4差分方程线性代数M1矩阵与线性方程组M6相似矩阵与二次型概率论与数理统计M1概率论M4数理统计复变函数与积分变换M5复变函数与积分变换运筹学M3数学规划M4图与网络2.3数学模块化教学运行机制按照“新工科”的

12、要求,对现有应用型本科高 校的学科和专业进行深入调研，重构数学及课程 体系，建立以六门数学课程为载体，以内容重构 的六大模块为基本教学单元的课程体系，通过柔 性结合，组成面向四个专业群的课程组合，能够 很好的服务于四大专业群的数学教学需要。新工 科背景下高校数学基础课（层次+模块”教学改革 在教学中的具体运行机制（详见图2）。数铜模机械工程 专业群管理工程 专业群农业工程 专业群信息工程 专业群M3模块卜M5模块 hM2嗽 M6模块数铜模机械工程 专业群管理工程 专业群农业工程 专业群信息工程 专业群M3模块卜M5模块 hM2嗽 M6模块M呻-|M1模块“层次+模块”教学运行机制图2.4教学内

13、容紧扣专业毕业要求按照工程认证的要求，重新对课程的内容进 行调整，对主要涉及的农学、工程学、管理学等专 业的毕业要求进行调整，增加对应专业毕业要求 的内容。以高等数学为例，在对涉农专业的教 学大纲中，加入典型农业生产函数的边际产量和 生产弹性计算；在定积分教学中加入水利设施压 强的计算求解案例；对土地管理专业的学生在进 行最小乘法教学时，加入土地统计预测方面的简 单问题;在电工学中加入不定积分计算交流电电 流和电压有效符合计算、使用傅立叶级数解决非 正弦周期波分解问题；在经济类专业中，加入使 用多元函数微分解决销量和利润关系问题等。案 例库的建设,一方面提高对各专业毕业要求的支 撑,另一方面也

14、提高了学生学习的兴趣,取得良 好的教学效果。2.5建立“以各种知识传授为载体，以能力与 素质培养为主要目标”的新模式以工程教育的要求，面向应用,使学生养成 分析问题、查阅文献、建立解决思路及实际应用 并解决问题的能力。利用一体化学习经验带动科 学知识与个人和人际交往能力的方法，树立以学 生为中心的观念，采用问题导向或基于项目的探 究式教学方法，将问题前置，引导学生主动思考, 建立创新思维能力和协作学习能力。2.6考核改革实践建立形式多样、灵活科学的考核手段，除了 传统的笔试，提高过程考核的比例,积极开展线 上线下混合课程的教学工作，课前通过布置预习 任务的方式,引导学生进行预习,课上使用项目

15、教学、讨论式教学等多种方式结合的方法,在教 学过程中观察学生表现以及学生的回顾总结、互 评和自评等方式,形成过程性考核成绩。2.7以赛促学，提高学生创新能力弓I入数学建模思维,采用Matlab、Spss、 Lingo等软件，对实际案例进行分析研究，将数学 基本知识的讲授和实际案例结合，让每个学生切 身体会到数学在工程专业中的作用o鼓励学生通 过预习、自主查阅资料的方法,对相关知识点进 行深入学习，教师在重点讲解课上内容的同时, 根据专业特点增加部分内容供学生有选择性的 自主学习,教师通过提供参考资料、网上教学视 频、文献查阅方法、总结讨论等方法，对这部分内 容进行补充。同时，鼓励学生参加全国大学生数 学竞赛、数学建模竞赛的数学应用竞赛项目。近 年，我校有47人获国家一等奖,43人获国家二等 奖,52人获国家三等奖,82人获省一等奖,106人 获省二等奖，近两百人次获得省三