“新工科”背景下光電類專業(yè)工程數(shù)學課程的教學問題及對策

詹耀輝

摘 ?要：基于工程教育更加重視數(shù)學和科學教育的“新工科”理念，系統(tǒng)思考了新時期工程數(shù)學課程的教學定位、教學問題和教學策略。從一線教學實踐的角度出發(fā)，文章指出了工程數(shù)學教學的若干問題，即課程應用目標不明確、課程內(nèi)容艱澀抽象和課時壓縮等現(xiàn)實問題。針對上述典型問題，分別提出了目標導向式教學方法、數(shù)學軟件可視化教學方法、線上和線下課堂混合式教學模式等解決方案。研究結果有助于光電類專業(yè)教師更好地開展工程數(shù)學等大類基礎課程，亦有助于大類基礎課程在專業(yè)交叉的復合型人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用。

關鍵詞：基礎課程;工程數(shù)學;教學問題;教學模式;教學策略

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）29-0080-05

Abstract： Based on the "new engineering" concept that engineering education attaches more importance to mathematics and science education， the teaching orientation， teaching problems and teaching strategies of engineering mathematics in the new era are systematically considered. From the perspective of front-line teaching practice， this paper points out practical problems in engineering mathematics teaching， such as unclear application objectives， obscure and abstract contents， and compressed class hours. Aiming at the typical problems mentioned above， this paper puts forward some solutions， such as goal-oriented teaching method， mathematical-software-visualization teaching method， online and offline mixed teaching mode. The results of this study are helpful for the teachers of photoelectric majors to carry out the teaching of engineering mathematics and other basic courses better， and also help the basic courses play an important role in the training of interdisciplinary talents.

Keywords： basic courses; engineering mathematics; teaching problems; teaching modes; teaching strategies

隨著新一輪產(chǎn)業(yè)升級和科技發(fā)展的日益蓬勃，“新工科”肩負著孕育和推動第四次工業(yè)革命的使命，逐漸步入國家教育體系改革的戰(zhàn)略規(guī)劃。“新工科”主要是指由新興產(chǎn)業(yè)形成的專業(yè)門類，其中以工業(yè)智能和互聯(lián)網(wǎng)為核心，包括人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、智能科學與技術等相關專業(yè)，也包括對傳統(tǒng)工科的升級改造[1]。“新工科”的教育目標是培養(yǎng)新興產(chǎn)業(yè)所需要的具有過硬實踐能力和創(chuàng)新能力的復合型高級專業(yè)人才。然而，所謂的復合型人才絕不是不同專業(yè)的簡單疊加，而是綜合思維能力的復合加成。因此，“新工科”教育改革過程中更加注重夯實基礎理論知識和思維訓練。麻省理工學院G.Brown教授在關于未來工程教育改革報告中提出了科學主導工程的重要倡議，強調(diào)了教學中數(shù)學和科學的首要地位，并認為現(xiàn)代工程師應該按照科學家的模式來培養(yǎng)[2]。在“新工科”的背景下，各類工科課程體系都將數(shù)學放在了重要地位;以某高校光電專業(yè)課程框架構成為例，除了公共課程中開設的微積分、線性代數(shù)、概率論之外，課程體系又在大類基礎課程中增設了工程數(shù)學（主要包括復變函數(shù)和積分變換）和數(shù)學物理方法。大類基礎課程中的數(shù)學課程不僅具有公共課程中數(shù)學課程的本質特征，而且與專業(yè)主干課程有著直接的、千絲萬縷的聯(lián)系。特別是對于新時期工程數(shù)學而言，如何將數(shù)學、專業(yè)課和“新工科”揉為一體自然地成為了教學設計中的重中之重。基于此，本文重新審視工程數(shù)學的教學過程，總結了工程數(shù)學常見的教學問題，并針對問題提出一系列教學策略和具體方案。

一、工程數(shù)學課程特點及教學問題

（一）課程特點

1. 工程數(shù)學知識與專業(yè)主干課程關聯(lián)度高

廣義的工程數(shù)學包括線性代數(shù)、概率論、微積分、復變函數(shù)和積分變換等高等數(shù)學內(nèi)容。針對光電類專業(yè)而言，狹義的工程數(shù)學主要特指復變函數(shù)和積分變換兩大塊內(nèi)容。雖然工程數(shù)學屬于大類基礎課程，但是其與光電類專業(yè)的專業(yè)課程緊密相連，甚至在關聯(lián)度上可以上升為專業(yè)基礎課程的等同地位。換言之，工程數(shù)學的數(shù)學方法直接關系到光電類專業(yè)主干課程中重要工程問題的求解。例如復變函數(shù)是表達和求解電磁場和電磁波問題的利器，共形變換是光學超材料等效介電常數(shù)求解的基本方法，傅里葉變換和拉普拉斯變換是光學和電學信號處理的重要手段。因此，夯實的工程數(shù)學基礎是電動力學、電磁場與電磁波、信息光學和電路理論等主干課程順利開展教學的重要保障。