成果導向背景下的計算方法課程教學創新實踐研究

摘要：“計算方法及MATLAB應用”課程為利用計算機解決工程數學問題提供了重要理論支撐，具有較為充實的應用背景，課程內容邏輯性強，是一門培養學生縝密思維的學科基礎課程。在課程建設和項目實施的過程中，教學團隊緊緊圍繞學校辦學定位和人才培養目標，以成果為導向，將思政元素融入課程教學，建設了一條“基礎—關鍵—渠道—發展”的改革創新之路，為本專業的課程建設做出了重要貢獻。

關鍵詞：教學創新；計算方法；建設內涵；成果導向；立德樹人

1概述

在課程建設和項目實施的過程中，教學團隊緊緊圍繞學校辦學定位和人才培養目標，以成果為導向，將思政元素融入課程教學，搭建了“一種理念—兩相融合—三個轉變”為主線的創新教學模式，扎實領會了“基礎—關鍵—渠道—發展”之間的課程內涵。

（1）秉持一種理念：秉持學生為中心、成果產出為導向、持續改進的OBE理念，構建“課程+思政”的培養體系［1］。

（2）推動兩相融合：①融合課程教學大綱和課程育人大綱，深化課程教學改革。②跨越虛擬，融合在線與實時交流協同的線上線下兩種資源，打通“學、測、評”之間的增強回路。

（3）實現三個轉變：①教學主體從以“教”為中心向以“學”為中心轉變，實現“學為主，教為導”。②教學內容從傳統的理論知識向聚焦新工科轉變，跨學科融合推進實踐教學建設。③考核評價從“靜”態向“動”態轉變，評價主體多元化實現定性和定量評價。

具體而言，計算方法課程建設的基礎在課堂，關鍵是教學主體，渠道是教學方式，發展靠考核評價。課程建設的主要任務是通過創新教學手段和方式加強實踐教學，培育教師隊伍的德育意識和能力，在多維的閉環評價中持續改進教學質量。主要解決了以下三個方面的教學問題：

（1）如何融入課程思政的主體思想，發掘專業課程與思政元素的切入點，在課程思政的建設中落實立德樹人的根本任務。

（2）如何創新課程思政的教學方法，突破專業課程與思政課程之間的斷層。

（3）如何對接產業鏈，聚焦工程教育認證［1］，推進實踐教學課程思政建設。

2教學創新方法

2.1秉持成果導向理念，構建課程培養體系

以學生為中心，基于OBE教育理念，教學團隊構建了“課程+思政”的培養體系。從課程思政的本源出發，深入挖掘和系統梳理計算方法課程中蘊含的思政教育資源及其核心內容，將愛國主義元素、科學研究和創新精神、中國傳統文化教育、科學家奮斗勵志和人生價值追求等思政元素與課程知識點銜接，自然融入課堂教學中，努力實現潤物細無聲，發揮“小課堂立德樹人”的“大作為”。

2.1.1合理設置課程目標

計算方法課程緊緊圍繞思想道德素質高、動手實踐能力強的機制專業應用型人才培養目標，著重從知識、能力和價值觀培養三個方面設立了課程目標，引導學生先明道路方向，后明道路曲直，再明如何作為［23］。結合專業認證課程體系與畢業要求關聯矩陣的三個指標點11，43和51，在教學與實踐環節培養學生：具有現代數學的觀點和方法；初步掌握計算機處理常用數值問題的構造思想和計算方法；抽象思維和縝密概括的能力；具有良好的開拓工程專業理論的素質；在機械工程實踐中初步掌握并使用各種技術、技能和現代化設計工具的能力［1］。

2.1.2提升課程內容的高階性

計算方法課程的主要內容從非線性方程、線性方程組、插值方法、最小二乘法、數值積分到常微分方程的數值解法，各章節內容既有一定的相對獨立性，又有一定的循序漸進性。基于教材、教學大綱和學生的學習情況，選用了優質在線課程資源，每一章節的教學重點和教學難點都是教學團隊在掌握了豐富的教學材料和多學科的知識之后為學生設定的，具有一定的思想性、前沿性和時代性，對學生來講具有一定的挑戰性。在線下課堂教學時段，重點講授知識框架與重難點內容，安排班級內優秀學生輔導學生的課外實驗，這一過程中增強了學生解決復雜問題的綜合能力。

2.1.3量化考核評價過程

計算方法的3個課程目標，分別支撐3條畢業要求中的3個指標點。應用課程目標達成度量化課程的教學改革效果，對于教學過程中出現的新問題，做到持續改進與發展。例如，對機制21級學生期末成績進行達成度計算，顯示課程目標1～3的達成情況分別為0.66、0.51和0.85，其中課程目標2的達成結果較低，特別是機制2班的達成度只有0.49。這表明學生選用合適的數據分析方法對數據進行分析和解讀工程問題的能力有欠缺，特別是機制2班第56～63號學生較差，在今后的相關學習活動中應對這8位學生予以關注和指導。

2.2突破專業課程與思政課程之間的斷層

課程思政的基礎在課堂，在工業智能化和數字化發展的大潮中，對機械工程專業人才提出了更多、更高的要求，而常規的課程教學趨向于將工程問題理論化、數學化，從客觀上導致專業課程與思政課程出現了斷層。計算方法課程融合課程教學大綱和課程育人大綱以及線上線下兩種資源，為專業課堂鏈接思想素質教育甚至機制專業教學改革提供了正確的方向。在這個過程中，教學團隊的德育意識和能力就是課程建設的關鍵。

2.2.1思政教學理念融入教學設計，發揮課堂引領

課程思政建設的渠道之一是課堂教學［45］。在課堂教學過程中，依據人才培養方案和教學大綱設計了詳細的授課計劃。參照工程認證標準的知識矩陣，深度挖掘課程思政資源，明確每個單元和每個章節的思政元素融入策略，整個課程中的思政元素多達42處，發揮了專業課堂引領學生健康成長的作用［45］。例如，講述減少運算次數以降低計算誤差的典型案例——秦九韶算法。介紹秦九韶是我國南宋時期著名的數學家，其代表作《數書九章》標志著世界數學在中世紀的最高水平。在講解高斯消元法時，指出我國早在公元前250年就掌握了求解方程組的消去法，以此來激發學生的民族自豪感［67］，向學生傳達科學技術的創造需要全民族共同努力的理念，再次激勵學生奮發學習，攀登數學高峰，努力趕超外國的先進科學與技術。

2.2.2開展線上線下混合式教學，拓展第二課堂

課程思政建設的另一渠道是實踐教學。教學團隊積極開展線上線下混合式教學，以數值計算的一般原則這一節為例，布置學生課前查閱文獻、瀏覽競賽網站，學習線上課程資源的任務，提出問題、參與討論、練習，在課堂上通過導入案例，結合數值，引導學生與教師直接對話，鞏固已學知識，進一步強化學生的知識理解能力，幫助學生逐步樹立正確的科學研究精神和人文數理修養，培養他們的愛國主義情懷，踐行專業課教學與培養學生正確世界觀、人生觀和價值觀的統一。

2.2.3創新驅動，拓寬專業視野

在加強思政元素融入課堂教學的同時，根據計算方法課程獨有的特點和專業培養要求，增設“工程建模創新設計”的實踐環節，鼓勵學生走向網絡、車間和工廠，積極參加學科競賽和創新創業項目。這些活動的實施不僅能夠解決實際問題，更重要的是，在備賽和參賽的過程中，學生從發現問題到自學知識再到學以致用，教師指導學生時的傾情付出、甘于奉獻的精神在潛移默化地影響學生、鼓勵學生，學生身體力行地接受了一次思想政治教育，更加體現了課程思政的核心目標。

2.3推進實踐教學課程建設

2.3.1聚焦工程教育認證，契合行業需要

作為工程教育認證體系中的一門支撐課程，課程內容設置上需要講授與工程領域相關的行業知識［1，7］。結合誤差在工程實踐中的應用，將前沿的科研成果引入教學過程，引導學生的深入思考，激發學生的學習熱情。在我國很多飛機、船舶甚至航天器的重要精密零部件上，都可以見到金屬3D打印的身影，這種激光“打印”金屬粉末的工藝，使得金屬材料冷卻凝固速度極快，組織細小，力學性能優異，也具備了像鍛件一樣的高強度。3D打印過程涉及材料和建模計算等多個過程，需要嚴格控制零部件的技術要求，包括誤差、精度和配合等工藝參數。此時，教育學生向航空航天科技工作者們學習，學習他們那種艱苦奮斗，超越自我，實現人生價值的大國“工匠”精神。

2.3.2對接產業鏈，深化產教融合

2022年6月28日，習近平總書記在武漢華工激光考察時指出：推動我國制造業轉型升級，建設制造強國，必須加強技術研發，提高國產化替代率，把科技的命脈掌握在自己手中，國家才能真正強大起來。這次考察既是對制造業的肯定，也為制造業轉型升級提出了新的發展方向，作為專業課教師只有緊跟時代發展，理解其精神內涵，才能實現潤物細無聲的思政教育［7］。一方面，教師團隊參加學校內部的技術培訓和專家講座，了解先進制造行業當前最先進的技術和方法；另一方面，教師團隊在暑期赴智能制造示范企業進行考察和調研，學習企業文化和企業管理［78］。雙向互動使教師團隊的理論知識與產業發展緊密結合，在開展課堂教學時更加得心應手。

3教學創新成果

3.1智慧化思政教學

線上線下混合式教與學的數據采集、動態評價和及時反饋，實現了跨越虛擬與現實、交流互動的立體化以及評價決策的數據化，推動了智慧化思政教學［8］，教學成效具體表現為以下三個轉變：

教學主體從“教”向“學”發生變化，這是第一個轉變。引入能幫助學生形成正確“三觀”、科學信仰等的案例，以小組為單位，由學生獨立查閱文獻、組織材料，匯報自己的觀點或結論，并分析、闡述理由。通過教師點評和課堂討論，激發和引導學生對理想信念、職業態度和工作作風等的思考。

教學內容從傳統的理論知識向聚焦新工科轉變，這是第二個轉變。有效利用和整合機械工程學院人才培養的優勢，強化學科基礎與素質教育，培養既有扎實的理論基礎，又具有良好素質和多種能力的綜合性人才。加強與其他院校的合作，充分利用院校跨學科培養的優勢，致力于在“計算方法—機械”“計算方法—數學”“計算方法—計算機”“計算方法—環境科學”“計算方法—土建”“計算方法—自動化”“計算方法—醫學”等交叉學科方面做出探索和創新。

課程教學的改進和發展靠考核評價，考核評價從“靜”態向“動”態轉變，重過程不唯結果，這是第三個轉變。在課程評價方面，改變以往評價過分強調甄別與選拔的功能，強化改進與激勵的功能，既重視學生的現在，更著眼學生的未來。關注學生在學習過程中表現出來的興趣和情感，將學生的日常學習與表現納入評價體系，對學生的學習過程實施動態評價，科學、客觀地反映學生的整體學習情況。考核在總成績中所占的比例從以往的40%逐步增大至50%，以提高思政教育效率。

3.2強師賦能，完善教學體系

堅持培育學生的工程素養，強師賦能，潤澤師生成長，不斷完善“課程+思政”的教學體系。教學團隊積極參與各類教學競賽，在多次備賽學習中，充分展示了自己的教風教態、教學責任心，考察了教師對教材的處理能力、對所教課程內容的熟悉程度、課堂教學組織能力、多媒體課件在課堂教學中的運用水平以及教學特色等各個方面［1012］。教學團隊在帶領學生參加各類學科競賽的備賽中，研讀各項比賽規程和評分細則，與學生共同配合，在賽后的學習和反思中反哺提高教師的教學水平和教學能力。近兩年，教學團隊成員榮獲省級或校級教學競賽二等獎2次和三等獎2次，學科競賽省級三等獎3項。

結語

計算方法課程以成果為導向，走出了一條“基礎—關鍵—渠道—發展”的改革創新之路。教師授課過程中，不斷深入挖掘知識點所蘊含的思政元素，把思想政治教育融入每個知識點的教學環節，同時組建了一支具有較強課程思政育人能力的教學團隊，充分利用課堂和競賽項目的促進作用，切實將課程思政融入計算方法課程的教學中來，提高了教學育人水平。

參考文獻：

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基金項目：2021年教育部第二批產學合作協同育人項目“‘科學創新’視角下《計算方法及MATLAB應用》示范課程教學研究與實踐”（202102211045）；2021年湖北文理學院課程思政教學研究專項項目“‘科學創新’視角下《計算方法及MATLAB應用》課程思政教學改革研究與實踐”（SZ2021024）；2021年湖北文理學院一流本科課程《計算方法及MATLAB應用》（2021）；2022年湖北高校省級教學研究項目“地方高校智能制造工程專業人才培養模式探索”（2022409）；2023年湖北文理學院課程思政專項“智能制造背景下的《數字信號處理》課程思政教學與實踐（SZ2023019）”

*通訊作者：呂祎（1976—），女，湖北襄陽人，博士，副教授，主要從事電子器件封裝及熱管理研究。