“四新”背景下的“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革

摘

要：在“四新”建設(shè)背景下，“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革面臨著數(shù)學(xué)課程在“四新”建設(shè)中的定位調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容的革新、教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、數(shù)字化教育技術(shù)對教學(xué)與學(xué)習(xí)形態(tài)的影響、考核評價方法的改革等方面的挑戰(zhàn)。由于各高校在辦學(xué)層次上的差異，教學(xué)改革呈現(xiàn)不同的實(shí)踐境況。針對新工科的教學(xué)改革最為深入，并且已取得一定進(jìn)展。大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革需要和頂層設(shè)計(jì)一起，聯(lián)合相關(guān)學(xué)科共同謀劃，利用教學(xué)評價體系等手段推動教學(xué)學(xué)術(shù)研究，只有解決好這些問題才能使大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革取得成效。關(guān)鍵詞：新工科；新醫(yī)科；新農(nóng)科；新文科；大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)2018年10月，教育部決定全面推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科“四新”建設(shè)?！八男隆苯ㄔO(shè)是從國家層面上對教育提出的需求，是教育強(qiáng)國、提升原始創(chuàng)新能力和人才培養(yǎng)的重要規(guī)劃。當(dāng)前，國際與國內(nèi)形勢發(fā)生了巨大變化，國家之間的競爭日趨激烈，不同體制、不同民族、不同文化之間存在諸多問題。中華民族為完成民族的偉大復(fù)興，無論是在科技，還是社會文明發(fā)展上都要做好謀局開篇?！八男隆苯ㄔO(shè)力圖通過學(xué)科重組、交叉融合、創(chuàng)意創(chuàng)新，在科技進(jìn)步與人才培養(yǎng)上取得切實(shí)成效，滿足社會需要，回答時代關(guān)切。數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，對理、工、農(nóng)、醫(yī)、文等學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)都具有支撐作用。對非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生開展的“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程是大學(xué)課程體系的重要組成部分，既包括高等學(xué)?；A(chǔ)通識教育中的基礎(chǔ)課程，也包括一部分針對具體專業(yè)的專業(yè)必修課程，幾十年來已經(jīng)形成了比較完整的課程體系與教學(xué)內(nèi)容。然而，隨著新一輪科技產(chǎn)業(yè)革命爆發(fā)期的到來，社會生產(chǎn)力水平的提升，以人工智能為代表的新技術(shù)的出現(xiàn)對大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)帶來了巨大的沖擊與挑戰(zhàn)。在“四新”建設(shè)的背景下如何認(rèn)識這種挑戰(zhàn)，并通過實(shí)施卓有成效的教學(xué)改革去應(yīng)對挑戰(zhàn)是大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)正在面臨的艱巨任務(wù)。一、“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)高等學(xué)校的主要職責(zé)是科學(xué)研究和人才培養(yǎng)?？茖W(xué)研究支撐學(xué)科建設(shè)和發(fā)展，要解決具體問題；人才培養(yǎng)要解決為誰培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么樣的人這個命題。學(xué)校進(jìn)行人才培養(yǎng)的主要途徑是教學(xué)，“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)要圍繞“四新”建設(shè)的目標(biāo)，找到教學(xué)改革的抓手，要落實(shí)在課程體系建設(shè)中，在包括教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容、教材體系、教學(xué)模式和教學(xué)評價層面上，做好知識傳授與價值引領(lǐng)。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的能力?！八男隆苯ㄔO(shè)下的“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)主要在于五個方面：一是數(shù)學(xué)在“四新”建設(shè)中的課程定位，也就是說新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科需要什么樣的數(shù)學(xué)教育。數(shù)學(xué)對工科的支撐作用毋庸置疑，而對于新醫(yī)科、新農(nóng)科和新文科而言，數(shù)學(xué)能起到什么樣的作用，所培養(yǎng)的人才應(yīng)該具備什么程度的數(shù)學(xué)能力，需要進(jìn)行深入的研究。二是教學(xué)內(nèi)容。隨著數(shù)學(xué)學(xué)科的發(fā)展和數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的深度融合，新理論、新方法不斷涌現(xiàn)，各學(xué)科為了更全面地解決問題，獲得有充分根據(jù)的規(guī)律性認(rèn)識，不斷嘗試和運(yùn)用數(shù)學(xué)的思維與方法去解決自身專業(yè)的問題。這些新出現(xiàn)的理論與方法盡管在解決實(shí)際問題中具有巨大的價值，但往往由于內(nèi)容晦澀難懂，需要數(shù)學(xué)家進(jìn)行加工形成學(xué)術(shù)形態(tài)，再由教育工作者將其轉(zhuǎn)化為教育形態(tài)，使之易于教學(xué)，這就需要一個較為漫長的過程。同時，隨著新一輪科技產(chǎn)業(yè)革命的興起，某些傳統(tǒng)知識重要性下降，一些理論重要性上升，但是大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容和比重并沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容對人才培養(yǎng)的作用降低，應(yīng)該研究如何進(jìn)行調(diào)整。三是教學(xué)模式。當(dāng)前，對非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的大學(xué)數(shù)學(xué)教育仍以傳授知識為主要模式，忽視數(shù)學(xué)的思想方法與人文價值。在新形勢下，數(shù)學(xué)的教學(xué)模式應(yīng)由過去只傳授知識的情況，向培養(yǎng)學(xué)生具備提出問題的能力、創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)變。四是數(shù)字化教育技術(shù)對數(shù)學(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)形態(tài)的深刻影響。應(yīng)探索如何發(fā)揮數(shù)字化教育技術(shù)的優(yōu)勢，推動教學(xué)模式與學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變，揚(yáng)長避短地發(fā)揮數(shù)字化教育技術(shù)的作用。五是課程體系建設(shè)。要討論怎樣使數(shù)學(xué)課程更好地滿足不同專業(yè)對數(shù)學(xué)教育的不同需求與數(shù)學(xué)教育的多維目標(biāo)，建設(shè)高質(zhì)量的數(shù)學(xué)課程體系，發(fā)揮數(shù)學(xué)類優(yōu)質(zhì)課程與教材在高水平復(fù)合型人才培養(yǎng)中的作用。二、“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革的實(shí)踐進(jìn)展“四新”建設(shè)提出后，全國各高校數(shù)學(xué)院、系紛紛行動起來，加快教學(xué)改革進(jìn)程。由于研究型、應(yīng)用型和技術(shù)型不同種類的大學(xué)在辦學(xué)目標(biāo)、層次上的差異，“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革呈現(xiàn)出不同的實(shí)踐境況。數(shù)學(xué)與工科聯(lián)系緊密，培養(yǎng)工程科學(xué)人才是一流綜合性大學(xué)與工科強(qiáng)校人才培養(yǎng)的重要任務(wù)，工程科學(xué)人才的職業(yè)素養(yǎng)也被賦予了更高的評價標(biāo)準(zhǔn)，主要包括數(shù)學(xué)建模能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、交流能力、職業(yè)道德、專業(yè)精神與終身學(xué)習(xí)能力等[1]。新工科背景下的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革整體上看進(jìn)展較快，但也存在一些問題。對于綜合性研究型大學(xué)，他們既有數(shù)學(xué)專業(yè)建設(shè)的任務(wù)，也承擔(dān)非數(shù)學(xué)專業(yè)的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)工作，但基本上都是以專業(yè)建設(shè)為重心，“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)往往得不到重視，改革動力不足。大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)時多，教學(xué)任務(wù)繁重，多數(shù)高校對教學(xué)型教師在教研、課程建設(shè)等方面不作強(qiáng)制性要求，而是希望教師自身有主動作為的意愿。部分教師即使有愿望，但客觀受制因素多，難以推動“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革。專業(yè)教師不愿意從事“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)，即使承擔(dān)往往也是為了完成教學(xué)工作量或是考核任務(wù)，不把主要精力放在教學(xué)上，課程建設(shè)受傳統(tǒng)教學(xué)模式影響大、慣性強(qiáng)，課程教學(xué)改革存在具體困難。對于以工科專業(yè)為特色的理工類大學(xué)，由于專業(yè)建設(shè)定位明確，教學(xué)改革力度大，在實(shí)踐上取得的進(jìn)展最為明顯。比較具有代表性的如西安交通大學(xué)、國防科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、天津大學(xué)等。這些“雙一流”大學(xué)的“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革重點(diǎn)是針對新工科進(jìn)行一流課程建設(shè)與國家級規(guī)劃教材建設(shè)。其具體改革內(nèi)容包括以下幾方面：一是對課程內(nèi)容進(jìn)行了定向構(gòu)建，專業(yè)建設(shè)與公共課建設(shè)同步開展，相互尊重、相互促進(jìn)，重視學(xué)科交叉和實(shí)踐，關(guān)注對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)；二是課程設(shè)置較為完善，普遍增加了教學(xué)內(nèi)容的難度，并長期保持理論教學(xué)學(xué)時的穩(wěn)定，強(qiáng)化問題導(dǎo)向式教學(xué)，考試試題難度大、考試時間長；三是教材體系完整且各教材各具特色；四是越來越重視數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，針對不同專業(yè)學(xué)生群體，實(shí)行差異性教學(xué)；五是加強(qiáng)課程思政建設(shè)。西安交通大學(xué)、國防科技大學(xué)、天津大學(xué)等針對部分對數(shù)學(xué)要求較高的專業(yè)專門開設(shè)“工科數(shù)學(xué)分析”課程，其他專業(yè)采用常規(guī)課程、分級教學(xué)，越來越注重過程性評價。國防科技大學(xué)建設(shè)多個數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，如虛擬仿真教研室、數(shù)據(jù)分析與人工智能實(shí)驗(yàn)室等，以強(qiáng)軍為目標(biāo)導(dǎo)向，學(xué)科建設(shè)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程建設(shè)均取得了成效。具體到每門課程均采用負(fù)責(zé)人制，設(shè)置一個校外首席、一個校內(nèi)首席。國防科技大學(xué)的教材體系中除了包括國家級規(guī)劃教材、軍隊(duì)精品教材，對現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用與理論提煉也走在了前列，開發(fā)的教輔用書適合學(xué)生需求，例如參編了八校共同編寫的《MOOC建設(shè)與學(xué)習(xí)行為分析》《2015—2020高等數(shù)學(xué)期末試卷匯編》等高質(zhì)量教材與教輔。反映出在日常教學(xué)和學(xué)科競賽等活動中其注重資料總結(jié)研發(fā)、成果提煉和現(xiàn)代教育技術(shù)平臺建設(shè)與應(yīng)用的特點(diǎn)。天津大學(xué)新工科大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系建設(shè)：一是建設(shè)模式設(shè)計(jì)，多學(xué)科共同組成聯(lián)合教研室；二是規(guī)范公共數(shù)學(xué)課程體系，工科數(shù)學(xué)課程難度加大；三是不再沿襲數(shù)學(xué)專業(yè)課純數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，也摒棄了非數(shù)學(xué)專業(yè)數(shù)學(xué)公共課以數(shù)學(xué)計(jì)算技巧為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，注重引領(lǐng)學(xué)生一起探索數(shù)學(xué)知識的來龍去脈。此外，天津大學(xué)還在探索基礎(chǔ)知識傳授與專題報(bào)告相結(jié)合的教學(xué)模式，努力提高課程的兩性一度，同時也進(jìn)行了教材建設(shè)。這些以工科專業(yè)為特色的理工類大學(xué)“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革存在的具體困難主要是在考核評價方面。一是試題庫還達(dá)不到人工命題要求；二是案例教學(xué)與考核中案例開發(fā)困難，應(yīng)積極謀求多渠道多方法去征集可改編案例。這些高校的改革措施已經(jīng)產(chǎn)生了一定的影響，但對于工科應(yīng)用型和技術(shù)型大學(xué)來說，其改革主要集中在對教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整方面，整體架構(gòu)性弱，這些高校的改革措施難以起到帶頭示范作用。在新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)方面，數(shù)學(xué)課程往往處于比較尷尬的地位。由于數(shù)學(xué)內(nèi)容較難，學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容又很難馬上用于專業(yè)問題，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，成績也常常不理想，因此某些學(xué)校管理者希望減少數(shù)學(xué)課程，甚至全部取消。根據(jù)調(diào)研和分析相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革中關(guān)于數(shù)學(xué)課程定位與課程體系建設(shè)等方面的研究較少，各高?；狙匾u原有的課程體系，改革主要集中在數(shù)字化教育技術(shù)的應(yīng)用方面。這可能與不同學(xué)科對數(shù)學(xué)的需求程度、人才培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)校支持程度等有關(guān)。新文科數(shù)學(xué)課程改革方面，取得了一定進(jìn)展。針對文科專業(yè)的需求和學(xué)生情況，新文科數(shù)學(xué)著力于數(shù)學(xué)文化建設(shè)，將數(shù)學(xué)文化融合到課程教學(xué)中，其中比較有代表性的如南開大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校。南開大學(xué)顧沛先生的“數(shù)學(xué)文化十講”課程具有典型性和廣泛的影響。北京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)在新文科數(shù)學(xué)課程體系和教材建設(shè)上已經(jīng)取得一定的成果。吉林大學(xué)新文科數(shù)學(xué)教材建設(shè)已具規(guī)模，而且還將數(shù)學(xué)與創(chuàng)新教育結(jié)合起來，開設(shè)了文科數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程[2]。不過整體來看新文科大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革因?yàn)榭缍却?，在教學(xué)各個環(huán)節(jié)的改革還需要持續(xù)推動。聚焦教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動與“四新”建設(shè)背景下大學(xué)數(shù)學(xué)改革的熱點(diǎn)與所面臨的挑戰(zhàn)，這些在課程教學(xué)模式、教材建設(shè)等方面上的探索一定程度上解決了大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的相關(guān)問題，凝聚了共識，起到了鼓舞人心、催人奮進(jìn)的作用，但也有一些根本性問題并沒有得到有效解決。三、大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的實(shí)踐審思（一）“四新”背景下的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革應(yīng)有頂層設(shè)計(jì)一是課程定位問題，這是一個很難回答但必須要回答的問題。在新一輪產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的形勢下，首先要清楚數(shù)學(xué)對其他各專業(yè)到底有哪些支撐，哪些專業(yè)需要深度交叉，哪些專業(yè)需要素養(yǎng)教育，本科階段要解決數(shù)學(xué)教學(xué)的哪些具體問題，本科生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)要達(dá)到什么樣的基本要求，也就是說要弄清對不同專業(yè)數(shù)學(xué)課程的具體定位。如果這個問題不先行解決，僅從數(shù)學(xué)學(xué)科本身進(jìn)行思考，自說自話，就難以進(jìn)入大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的深水區(qū)，難以解決深層次的問題。這需要數(shù)學(xué)和各學(xué)科的領(lǐng)軍學(xué)者進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)并給予引導(dǎo)。二是要提升對數(shù)學(xué)的認(rèn)識，特別是相關(guān)專業(yè)要理解數(shù)學(xué)不僅僅是計(jì)算的工具，它還具有文化屬性，是人類文化的重要組成部分。從數(shù)學(xué)方法論、數(shù)學(xué)的社會性、數(shù)學(xué)的發(fā)展規(guī)律、數(shù)學(xué)發(fā)展的趨勢、數(shù)學(xué)科學(xué)與現(xiàn)代文明、數(shù)學(xué)美學(xué)與文學(xué)、數(shù)學(xué)模式觀的哲學(xué)基礎(chǔ)等角度闡釋數(shù)學(xué)文化，從數(shù)學(xué)哲學(xué)、數(shù)學(xué)史的角度進(jìn)行大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革是一個重要方向[3]。在更廣闊的視域下進(jìn)行課程建設(shè)，有利于從更高的視角設(shè)計(jì)教學(xué)，有利于發(fā)揮數(shù)學(xué)科學(xué)性與人文性的和諧統(tǒng)一，充分發(fā)揮數(shù)學(xué)教育的價值。（二）大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革需要其他相關(guān)學(xué)科共同謀劃數(shù)學(xué)與其他專業(yè)的結(jié)合不僅需要數(shù)學(xué)教師參與到各專業(yè)的教學(xué)科研中，也需要各學(xué)科教師的共同參與。這可以從高等學(xué)校合并之前大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的發(fā)展歷史中借鑒經(jīng)驗(yàn)，其中尤以數(shù)學(xué)與工科專業(yè)的結(jié)合最為典型。例如原吉林工業(yè)大學(xué)的數(shù)學(xué)系與其車輛工程、機(jī)械制造、交通等專業(yè)相結(jié)合，在運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、矩陣分析等課程方面對交通、機(jī)械、車輛等專業(yè)研究形成支撐；中國地質(zhì)大學(xué)、吉林大學(xué)地學(xué)學(xué)科（原長春地質(zhì)學(xué)院）將數(shù)學(xué)與地學(xué)交叉，形成了地下水、地表水污染數(shù)值模擬、礦產(chǎn)資源分析、地球物理場正演與反演等研究方向；吉林大學(xué)材料科學(xué)也與數(shù)學(xué)開展交叉研究，強(qiáng)化計(jì)算材料學(xué)研究方向。天津大學(xué)建立聯(lián)合教研室的做法也值得借鑒，多學(xué)科參與，形成了橫向融合、縱向管理的模式。新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)過程中的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革同樣需要對應(yīng)學(xué)科的廣泛參與，吸收各學(xué)科的建議，這樣才能使改革有的放矢。綜合性大學(xué)專業(yè)學(xué)科力量實(shí)際上能夠?yàn)榉菙?shù)學(xué)專業(yè)數(shù)學(xué)課程建設(shè)形成強(qiáng)有力的支撐，這是其“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)改革優(yōu)勢所在。計(jì)算數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)等專業(yè)與實(shí)際問題聯(lián)系緊密，不僅在理論上，而且在實(shí)際應(yīng)用上也已積累了經(jīng)驗(yàn)，可以把專業(yè)研究的成果經(jīng)過改造，轉(zhuǎn)化成為教學(xué)案例。以工、醫(yī)、農(nóng)、文等為特色的高校，可以繼續(xù)深入挖掘原有的學(xué)科交叉成果，吸收借鑒同類高校的成果與做法，面向具體專業(yè)交叉融合，逐漸形成自己的“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程特色和校本課程。（三）大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革需要適應(yīng)數(shù)字化發(fā)展教師的教、學(xué)生的學(xué)和管理者的管均面臨著數(shù)字化發(fā)展的挑戰(zhàn)與重塑，要在教學(xué)中有效地應(yīng)用新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[4]。“大學(xué)數(shù)學(xué)”課程教學(xué)也要適應(yīng)數(shù)字化教育技術(shù)對教學(xué)提出的變革要求，需要廣大數(shù)學(xué)教師投身到數(shù)字化教學(xué)與課程建設(shè)中，研究數(shù)學(xué)課程教學(xué)的最佳形態(tài)。（四）利用科學(xué)教學(xué)評價推動教師參與教學(xué)學(xué)術(shù)研究數(shù)學(xué)教學(xué)的慣性大，教師的行為受大學(xué)各種評價標(biāo)準(zhǔn)和要求影響較大。評價標(biāo)準(zhǔn)不全面的現(xiàn)象在綜合性大學(xué)較為突出。教師也有對美好生活的向往與追求，在工作中能否積極主動地參與教學(xué)研究，形成教學(xué)學(xué)術(shù)研究的良好氛圍，與教師教學(xué)成果的評價結(jié)果息息相關(guān)。教學(xué)評價體系之所以重要，其實(shí)質(zhì)上是代表一種政策走向，一種獎勵機(jī)制，展示未來的一個發(fā)展趨勢?？蒲泄倘恢匾?，但科研所積累的研究成果不適合直接拿過來進(jìn)行教學(xué)，