理工科數學實驗課程改革的探索與實踐

摘要：本文對數學實驗課程的地位和作用、數學實驗課程的選擇與其他課程之間的關系、數學實驗課的教學模式等問題的認識進行了探討。提出了建設數學實驗系列課程的必要性，從實踐教育的角度闡述了實施數學系列課程中應注意的問題，包括教學思路的轉變、實驗課程體系的建立，發揮團隊教學和學生協會作用的重要性。文章對教學改革項目組實施數學實驗系列課程的結果進行了總結，提出了需要進一步研究的問題。

關鍵詞：數學實驗；理工科；系列實踐課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）31-0051-02

一、數學實驗課程開設的必要性與現狀

現代科學技術的迅猛發展，電子計算機與各種科學技術越來越緊密地結合，各種與現實科技結合緊密的諸多應用與開發成果已經被科學工作者及時地編入書籍或電子化為數字材料。數學作為各類科學工程技術的重要基礎學科之一，它的教學思想、教學模式和方法的實施會從更根本上影響科學工程技術的教育成果。在這種情況下，數學與現代科技的結合成為必然。基于此，在理工科院校內對原有的數學系列課程有針對性地開設數學實驗系列課程，不僅可以增進和改善學生對傳統數學的理解，把數學知識和實際問題聯系起來，以及激發學生的學習興趣，回答學生對學習數學后不知所用的問題，更為重要的是數學實驗系列課程的開展會對其他的科技工程學科的發展起到重要的支撐作用。當前，很多學校都在如何開展數學實驗課上做了諸多努力，例如清華大學，中國科技大學等高校已經進行了數學實驗的教學試點，并且各自編出了富有特色的數學實驗教材。

二、我校開設系列數學實驗課程的實踐

我校作為理工科院校，數學教學改革是重中之重。為了更好地提高教學質量，探討數學實驗課程的作用，結合我校實際情況和教學改革的要求以及近些年來國內外教改發展趨勢，我校實行了以全校專業的需求為出發點，工科數學教學改革為軸線，幫助學生理解問題為基礎，提高學生創新能力為目標的一系列數學教學方面的改革，特別是為了適應科學技術發展的需要，突出培養本科學生的創新能力。下面具體談一談在改革實踐中對數學實驗教學的認識和我校的實踐情況。

1.利用現代教育技術，改革教學方法，改變教師的教學思路。過去的數學課程是基于老師的推導和講解，缺乏足夠的生動力和實驗實踐能力，在理解知識的過程體驗方面顯得不足，現代多媒體技術、各種編程語言和各類計算軟件（如：Matlab，Mathematics等）無論在教學、科研和企業，還是在互聯網和商業中都有了廣泛的應用，應該充分利用現代技術來為數學課程增添光彩是科技發展的趨勢。數學實驗的設置應針對學校的專業課程，充分討論和研究如何利用數學實驗來提高學生的學習主動性和創新能力，在實踐和研究中轉變教師對于傳統教學模式的依賴。

2.逐步構建數學系列課程的實驗教學體系。數學系列課程改革項目組在多年教學實踐的基礎上，對數學系列課程的實驗教學體系進行了摸索和專門的研究，提出了實驗設置要“精練、有層次、能聯系實際”的三個原則，為此特別在《高等數學》《線性代數》9門數學系列課程中設置了精要的數學實驗，編輯了相關課程的實驗教材或講義，并且為學生和教師提供開放性、綜合性、創新性的網絡教學平臺，建設了專門的實驗教學基地，以多方位的教學體系來加強在新形勢下基礎課程應發揮的作用。通過對系列課程設置數學實驗和不同層次的實驗來構建了全面細致的教學體系，目標是為了改善教學效果，優化教學過程，積極地把現代計算機技術教給學生，使他們能夠把傳統數學和現代技術的結合作為是學習的一種可信方式，提高他們解決問題的綜合能力。

3.注重教學團隊和各類學生協會的建設。要指導學生數學實驗需要教師的多種能力和多學科的知識，因此項目組采取互相聽課交流的方式，以及派成員參加各類教學研討會議學習其他院校的經驗，不斷提高成員教學的水平，打造出老中青緊密合作和不斷學習的教學團隊。

除了教師的隊伍建設外，項目組重視發揮學生社團組織在課程學習中的作用。事實上，學生社團組織對于擴大科技活動的影響，對學生的學習能力的提高有著特殊的作用。我校數學建模協會每年承擔數學建模的報名，建模培訓的相關宣傳等工作，數學建模協會還有專門的協會網站；科技協會每年邀請數學建模組的教師去講授科技活動中的數學知識，從這當中教師們也能了解最新的科技活動，以便在實驗教學中加以應用。

三、我校數學實驗系列課程取得的成果

回顧幾年來數學教學改革的實踐，教學改革項目組通過數學實驗系列課程的開展，形成了從本科生到研究生不同層次的課程體系，受益面幾乎覆蓋了全校學生。實驗課程的開展優化了教學過程、豐富了課外活動，學生們對于數學在實際中的應用有了更全面的認識，調動了學生的主觀能動性來對事物進行探索和研究，學生在學習和實踐過程中創新能力得到了鍛煉和提高。課程的開展促進了教師對數學課程的全面思考和認識，激勵他們不斷地學習和與時俱進。巴班斯基在教育教學過程最優化中指出：優化教學過程的評價標準之一就是在指在一定的條件下，盡可能地發揮最大的效率，使學生獲得最大限度的發展。項目組開設的系列課程十分注重效率，在較少增加課時的情況下，發揮學生的主觀能動性，提高了教學效果，這主要表現在：（1）學生們在實驗中能夠自覺地發現一些規律，撰寫了相關的論文并在學術刊物上得到發表。（2）學生們對數學建模和科技活動的熱情越來越高漲。多年來，學校在全國數學建模大賽中每年都有一等獎，在省內一直處于領先位置，在挑戰杯等各類科技競賽也取得了優異的成績。（3）學生在數學實驗課程的中學習了相關的數學軟件，這也鍛煉了學生的編程能力，部分學生還在網上提供數學編程服務。（4）通過實驗課程的教學和研究，教學組對整個數學實驗系列課程在教學中的地位和作用有了深入的思考和研究，撰寫了幾十篇相關的教改研究論文以及相關實驗書籍作為對實踐教學研究改革心得的整理。數學實驗課程的開展已經成為多門數學類課程的亮點和特色，如《線性代數》、《運籌學》、《統計學》三門課程已經建設成為省級精品課程，評價專家對實驗課程的特色給予了非常肯定的評價。

以上是我們開展數學實驗系列課程的一些認識和實踐，數學實驗教學的合理開展關系到學校基礎課程的教學能否與各類學科的發展、學校和社會的發展要求相適應，有必要對數學實驗課程開設的門類進行更為深入的研究，如何進一步優化課程體系，數學實驗課程的效果的衡量等問題值得繼續研究。

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基金項目：新世紀廣西高等教育教學教改工程項目（2008B078，桂教高教［2011］24號）

作者簡介：宋奇慶（1980-），山西人，副教授，博士。