工科大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)探究

申思遠(yuǎn)

（石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院，河北石家莊 051132）

21世紀(jì)人才培養(yǎng)的基本要求就是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，大學(xué)生作為國家建設(shè)的重要儲(chǔ)備人才，大學(xué)生的能力素質(zhì)對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)產(chǎn)生直接而重要的影響。對(duì)于工科學(xué)生來說，數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力可以說是工科學(xué)生創(chuàng)新能力的基石。新世紀(jì)工科教育的目的就在于培養(yǎng)優(yōu)秀的工程人才，為社會(huì)工程科學(xué)的發(fā)展做好人才培養(yǎng)和人才儲(chǔ)備。培養(yǎng)創(chuàng)新能力過硬和道德標(biāo)準(zhǔn)高的工科人才，對(duì)滿足未來工程科學(xué)的發(fā)展，推動(dòng)未來工程科技的進(jìn)步，帶動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展都至關(guān)重要。

1 工科大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)存問題

工科作為自然科學(xué)的典型代表，是一門訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用科學(xué)技術(shù)原理解決工程中實(shí)際問題的學(xué)科。新世紀(jì)工科的培養(yǎng)目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生在工程領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)，以及對(duì)高級(jí)工程技術(shù)人員的管理。在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，工程師需要運(yùn)用想象力，創(chuàng)造力和推理能力來解決工程項(xiàng)目的問題，并將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于自己的設(shè)計(jì)或操作。目前的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)缺乏創(chuàng)新能力，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 大學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力的認(rèn)識(shí)不足

目前我國工科大學(xué)生，對(duì)于數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力的認(rèn)識(shí)度相對(duì)不足，學(xué)生普遍認(rèn)為數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)只需要上課跟著教師的思路走，學(xué)會(huì)解題，考試能通過就可以了。對(duì)于創(chuàng)新能力方面，沒有較高的目標(biāo)。加之我國傳統(tǒng)的應(yīng)試教育在初高中階段對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的影響非常之深，就更加深了目前大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力欠缺的問題。

1.2 缺乏良好的課程支撐和創(chuàng)新能力導(dǎo)入

就我國目前高校工科大學(xué)生數(shù)學(xué)培養(yǎng)的課程建設(shè)上來看，課程的設(shè)置和課程內(nèi)容都相對(duì)單一。課本的理論講解過于深?yuàn)W，老舊的習(xí)題多，而缺乏和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用相結(jié)合的題目。隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于各類數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件的介紹普及也沒有跟上，這就導(dǎo)致學(xué)生們普遍對(duì)于數(shù)學(xué)課程缺乏興趣和鉆研精神，進(jìn)而導(dǎo)致工科學(xué)生的創(chuàng)新能力較差。

1.3 教師教學(xué)模式缺乏積極互動(dòng)

目前的數(shù)學(xué)教學(xué)仍以傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”為主，在課堂教學(xué)中，教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生只是被動(dòng)的接收教師傳遞的知識(shí)，學(xué)生的主觀能動(dòng)性沒有得到充分的發(fā)揮，無法使學(xué)生提起學(xué)習(xí)興趣。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握，只能依靠死記硬背。這樣，學(xué)生便無法將數(shù)學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用，達(dá)不到所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題的目的，更不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2 培養(yǎng)數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力的重要作用

2.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力的過程中，學(xué)生會(huì)遇到許多課堂上從未遇到的問題。這種模式下有利于學(xué)生們的數(shù)學(xué)能力提升，激發(fā)學(xué)生們自主解答疑問和探索解題思路的興趣，使得學(xué)生們的學(xué)習(xí)能力得到增強(qiáng)，讓其面對(duì)復(fù)雜和創(chuàng)新的數(shù)學(xué)能力問題時(shí)不再感到無助，并能夠體驗(yàn)自主學(xué)習(xí)的樂趣，進(jìn)一步提高他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力

數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力為學(xué)生提供相互學(xué)習(xí)和相互合作的機(jī)會(huì)，共同完成數(shù)學(xué)模型框架。在活動(dòng)過程中，他們必須相互學(xué)習(xí)，相互討論。在討論的過程中，不斷涌現(xiàn)新思想，有利于充分利用每個(gè)人的智慧，有利于工科大學(xué)生們學(xué)會(huì)合作以及培養(yǎng)合作精神。

2.3 提高學(xué)生解決問題的能力

現(xiàn)實(shí)世界的各種工程技術(shù)科學(xué)問題，是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的。數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力是利用數(shù)學(xué)知識(shí)和其他相關(guān)知識(shí)建立數(shù)學(xué)思維框架的過程。培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力，可以為他們的想象力和創(chuàng)造力提供廣闊的空間，他們必須動(dòng)腦筋，拓寬思路，具體分析具體問題。從而有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)知識(shí)在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用價(jià)值。

3 教學(xué)改革成果主要內(nèi)容

培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生良好的數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力是每個(gè)數(shù)學(xué)教育工作者的追求和責(zé)任。基于現(xiàn)階段我國工科數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的問題和重要性，課題組對(duì)該校的數(shù)學(xué)課程進(jìn)行了教學(xué)改革，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力，使課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容更合理，促進(jìn)教師掌握更多靈活的教學(xué)方法，改革內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 調(diào)整教學(xué)計(jì)劃 更新課程建設(shè)

為適應(yīng)不同學(xué)科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，以及各專業(yè)學(xué)生考研時(shí)對(duì)三大數(shù)學(xué)主干課程的要求，課題組在2018—2019年第一學(xué)期，對(duì)于電氣系四個(gè)專業(yè)的《線性代數(shù)》課程，進(jìn)行了培養(yǎng)計(jì)劃的改革。電子信息工程專業(yè)，軌道交通等專業(yè)的專業(yè)課程中，對(duì)于矩陣的運(yùn)算，線性方程組的解法等內(nèi)容的要求比較多，如電子信息工程的專業(yè)課《數(shù)字圖像處理》中對(duì)大矩陣的應(yīng)用特別多，故將電氣系四個(gè)專業(yè)的《線性代數(shù)》課程重新修訂了教學(xué)課時(shí)，培養(yǎng)計(jì)劃及教學(xué)大綱。對(duì)此，基礎(chǔ)學(xué)科部又統(tǒng)一對(duì)任課教師進(jìn)行了更為專業(yè)的培訓(xùn)，對(duì)教學(xué)進(jìn)度，教學(xué)內(nèi)容都進(jìn)行了統(tǒng)一調(diào)整。改革前，學(xué)院的《線性代數(shù)》課程分為兩個(gè)培養(yǎng)層次，改革后，共分為三個(gè)培養(yǎng)層次，更體現(xiàn)了因材施教的教學(xué)理念，課程內(nèi)容也與各個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)聯(lián)系更為緊密。課題組還面向全校2018 級(jí)大一新生舉辦了如何學(xué)好大學(xué)數(shù)學(xué)的系列講座，讓大一新生更加了解了大學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)方法，與高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)深度與廣度的不同，做好了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的銜接過渡。

3.2 數(shù)學(xué)課程教材改革

對(duì)于獨(dú)立學(xué)院的工科學(xué)生來說，數(shù)學(xué)是為專業(yè)課服務(wù)的，“夠用就行”，更多的是培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。我院電氣工程系是全院的王牌院系，學(xué)生將近2 000 人，畢業(yè)生多工作于鐵路或交通運(yùn)輸部門。對(duì)于全系的數(shù)學(xué)必修課《積分變換》，課題組在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，原課本較重視理論推導(dǎo)，而缺少實(shí)際專業(yè)的應(yīng)用背景，學(xué)生們也普遍反映理解起來有困難。課題組在參考電氣工程系專業(yè)課如《電路》，《信號(hào)與系統(tǒng)》等課程后，編寫了由中國鐵道大學(xué)出版社出版的供獨(dú)立院校學(xué)生使用的《積分變換與場(chǎng)論》一書，并于2017—2018年第一學(xué)期在個(gè)別專業(yè)使用了該教材。在取得了學(xué)生的良好反饋后，經(jīng)過再修訂，于2018—2019年第一學(xué)期在電氣系四個(gè)專業(yè)普遍推廣使用了該教材。這本教材與專業(yè)課聯(lián)系更為緊密，很多例題都是采用了電路中的例子。例如，在Fourier 變換的性質(zhì)一節(jié)中，采用了一個(gè)求具有電動(dòng)勢(shì)的RLC 電路中電流的例子，這就會(huì)用到《電路》中的基爾霍夫定律及電阻、電流等概念。在數(shù)學(xué)教材中加入專業(yè)課的知識(shí)，不僅可以使學(xué)生看到數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值和學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性，更展示了數(shù)學(xué)與專業(yè)課程的交叉滲透，大大激發(fā)了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

3.3 整合教學(xué)內(nèi)容，升級(jí)教學(xué)手段

在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，課題組結(jié)合各專業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，使之滿足后繼專業(yè)課程的需要，為后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，以適應(yīng)各專業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求。如電子信息工程專業(yè)的《線性代數(shù)》課程，多講解了一些有關(guān)“正交變換”的內(nèi)容，因?yàn)檎蛔儞Q具有保持幾何形狀不變的優(yōu)良特性，這個(gè)性質(zhì)在后繼的專業(yè)課程《數(shù)字圖像處理》中常常用到。又如測(cè)繪工程的專業(yè)課《誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)》中，會(huì)運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的方法消除觀測(cè)值中由誤差引起的矛盾，從而求得最可靠的結(jié)果，因此在上《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》這門課時(shí)，加強(qiáng)了“正態(tài)分布”“協(xié)方差”的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到和專業(yè)課的聯(lián)系，也更加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。

4 結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)于大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)越來越受到關(guān)注和重視。作為創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要學(xué)科，數(shù)學(xué)學(xué)科的創(chuàng)新能力培養(yǎng)能夠推動(dòng)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作精神等。經(jīng)過兩年的深入研究，課題組取得了一系列改革成果，使該校的數(shù)學(xué)課程逐步形成具有先進(jìn)教育理念、 現(xiàn)代化的教學(xué)手段和優(yōu)質(zhì)教學(xué)效果的課程體系，并建立了能夠充分調(diào)動(dòng)工科學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)積極性的教學(xué)運(yùn)行機(jī)制。通過該文的研究和報(bào)告，可以為我國工科學(xué)生的數(shù)學(xué)思維模式的構(gòu)建及大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供有效的研究保障。