信息工程類各專業的工程數學教學改革與實踐

張海娥

（唐山學院 基礎教學部，河北 唐山 063000）

近年來，地方性本科院校經過升本以來十幾年的發展，已經成為高等教育的主要力量之一。21世紀，高校正處在更新教育觀念、深化教學改革的熱潮中，各個課程的教學改革也是一個重要方向。基于建設應用型本科院校的的目標，我院教師對諸多課程進行了大量適合于我院學生的教學改革與實踐,并取得了良好效果。針對于工科各專業的數學基礎課程--工程數學，我作為負責人帶領課題組成員進行了教學改革與實踐，同時借鑒了河北大學王培光教授[1]對該課程改革的一些成功做法，取得了良好效果。

1 工科工程數學教學改革的必要性

工程數學(線性代數、概率論與數理統計、復變函數與積分變換等)是我院信息工程系、環境與化學工程系、機電工程系、土木工程系等工科各專業學生的一門基礎課,是學習專業課的基礎課程。工程數學教學目標是使學生能夠應用數學知識解決工程中的實際問題，然而在現實中，教師課堂上著重于介紹嚴謹的數學原理和枯燥的邏輯推演，學生課上聽得乏味、昏昏欲睡，課下專注定理推導、解題技巧，很多學生不知道工程數學到底有什么用，感覺太抽象，失去了學習興趣，甚至產生了厭倦情緒。結果導致教師課上一味強調“工程數學很有用”，學生卻不知如何用的現象[2-3]。所以,如何改進工程數學教學模式,與學生所在專業知識有機結合，使原本抽象枯燥的工程數學課程更好地為學生所在專業服務,是每位從事工程數學教學工作的教師需要解決的問題。到目前為止，項目組針對于專業課程和工程數學結合最緊密的通信專業、電氣自動化專業（信息工程系）進行了教學實踐。具體如下：

2 工程數學教學如何與各專業相結合

2.1 進一步細化原有教學計劃，調整教學內容，彰顯專業特色

對原有教學大綱及計劃做了仔細的分析與討論適時調整課程內容，結合學生所在專業的特點，精選教學內容，進一步細化原有教學計劃。由于各專業知識體系不同，教師如何講授可以使學生在有限的時間內獲取足夠的工程數學知識，為后繼的專業課程打下堅實的基礎，需要教師對學生專業課程的大致內容要了解，從而對教學內容進行優化整合，刪除一些不必要內容，增加工程應用實例，進一步細化原有的授課計劃。

我院信息工程系的通信專業、電氣自動化專業課程是與工程數學結合最緊密的專業，《微波技術基礎》、《天線技術基礎》、《數字信號處理》、《信號與系統》、《信息論》、《數字信號處理》、《電磁場理論》、《自動控制原理》等課程大量的問題都歸結為工程數學和高等數學的知識。

在微波傳輸中傳輸線的矩陣解、矩形波導、園波導等傳輸線方式分析；微波網絡分析中無耗互異網絡特性分析、密碼通信中的加密、解密；微波負載元件、微波連接元件、阻抗匹配元件、功率分配元件等特性分析等問題用到了線性方程組求解、求解特征值、特征向量、求矩陣的逆，將矩陣對角化等《線性代數》的知識。在《信息論》中，信號的輸入與輸出中信道的傳遞概率等問題就是利用《概率論與數理統計》中離散隨機變量的條件概率、全概率公式、貝葉斯公式等知識。《線性代數》與《概率論與數理統計》的矩陣理論與樣本均值與方差的結合用于《圖像處理》中的變換核分析。所以在講解工程數學這些知識點時要注重解題技巧及如何解決專業課程的相關問題，弱化一些工程數學本身的理論推導。

《自動控制原理》、《信號與系統》課程中時域、頻域分析及數字濾波器分析用到了大量的積分變換。留數定理是計算拉氏變換和 變換的重要手段，但是前提是函數在區域內解析，以往工程數學教學中為追求嚴密性，過多地糾纏于抽象的理論細節，討論函數在區域內解析，但是在工程上的很多實例信號本身就滿足解析條件，所以在授課時避免了“頭重腳輕”。

2.2 工程數學理論知識與實際應用（數學建模）的有效結合

在課程中增加數學實驗教學，像MatLab、Mathematics語言內容,結合專業背景，設計了幾個實際問題《密碼的設計、解碼與破譯》、《信息的度量與應用》、《交通流問題》。通過實際工程問題建立數學建模，借助數學軟件對實際問題進行研究分析，將線性代數的矩陣論、概率統計中的多元回歸分析及數據擬合、誤差分析等工程數學的知識完美結合，這樣可以直接將理論教學與數學實驗相連接,幫助學生及時從實踐中加強對理論的理解。通過數學建模，既激發了學生的想象能力，活躍了思維，又提高了學生的學習興趣，培養了學生的創新能力，取得了非常好的教學效果。

2.3 結合專業制定合理的考核方式，鼓勵學生進行專業探索

隨著教學改革的深入展開，教學內容、方法和手段都發生了變化，因此考試內容及方法也應與之相適應。考試內容要能較為全面地反映教改的效果以及學生對課程知識的掌握情況，更主要的是要能夠對學生的綜合素質進行有效的區別。課題組改變了傳統的“一張卷子是大頭”模式,改變了傳統只參考作業、課堂表現作為平時成績的方式，在現有考核方式中，顯現了學生在處理專業問題時運用工程數學知識的能力，從而更加綜合地測評了學生學習成果。具體如下：

（1）在平時成績的評定中,除了等情況外,任課老師根據教學內容,聯系相關的專業問題設計幾個開放性題目,學生可以根據興趣選擇題目，查找相關資料,并對計算的結果進行數據分析,結合實際,給出可行性建議,最后以論文的形式上交，教師給予評分,作為考核成績的一部分。

（2）教師采取了綜述報告和科技演講兩個方式進行測試作為學生期末成績的附加分，學生可以自由選擇。要順利完成綜述報告，學生要對該課程內容有整體把握，哪些內容是專業課程必須的，哪些內容僅是提高學生的邏輯思維能力，要求學生能分清伯仲。在此過程中需要查閱大量的資料，從而開闊了學生的專業知識面，更能深刻體會工程數學課程在專業課程學習的聯系和重要性，綜述報告中能夠深層次的檢測學生對該課程的理解及相關應用。學生在期末亦可以選擇科技論文演講，學生自愿參加，根據自己所在專業，下載相關1-2篇和工程數學結合緊密的學術文獻，讀透理解，并整理出摘要，準備做一次20分鐘的演講，課題組教師酌情給分。通過實施，學生的學習能力、創新能力、專業探索能力、實踐能力都有了很大的提高。

3 結論

《工程數學》課程與學生的部分專業課程是同時進行的，此做法的實施祛除了傳統的工程數學教學與學生所學專業課程脫節、分離的弊病，使學生更有針對性、更高效地掌握工程數學課程的理論知識，對自己后繼專業課程的銜接更加自然，從而提高了學生的學習熱情。

通過數學建模，使學生將所學工程數學理論與專業相關的工程實際問題相結合，提高了學生應用工程數學知識解決實際問題的能力，也為我院學生參加全國大學生數學建模大賽打下堅實的基礎。

［1］王培光，高春霞，趙璞.電氣信息類工程數學教學改革的探索與實踐[J].教育與職業，2010(26)：109-110.

［2］劉守宗，黃明湛.與專業相結合探討工程數學教學模式[J].廊坊師范學院學報：自然科學版，2009(06)：123-124.

［3］原保全，胡越.淺談工科工程數學的教學改革[J].工科數學，1998(01)：99-100.