新工科背景下高职数学课程数字化实践研究

［摘 要］ 新工科建设对高职数学教学提出新要求，传统的教学方法难以满足新工科人才培养的需要。当前，各大院校以新工科建设为目标展开创新探索，但在高职数学课程数字化建设的过程中仍存在着教学内容更新速度过慢、教学方法单一滞后等现实问题，阻碍了数学课程数字化的转型。对此，具体分析新工科建设的全新需求，以高职数学课程数字化建设为目标，从教学手段、教学方法、技术手段应用等层面入手，提出具体的创新实践策略，旨在推动高职数学课程数字化转型，切实提高新工科数学教学人才培养的质效。

［关键词］ 新工科；数学课程；数字化

［基金项目］ 2023—2024年重庆市高等教育学会高等教育科学研究课题“新工科背景下基于OBE教学理念的高职数学课程数字化实践研究”（cqgj23061B）；2023年度重庆市职业教育教学改革研究项目“数字化赋能建筑工程技术专业转型的探索与实践”（Z233187）；2023年度中国水利教育协会研究课题“巴渝水文化与土建类专业课程思政体系融合研究与实践”（2023SLZJ36）

［作者简介］ 王国栋（1981—），男，山西长治人，硕士，重庆水利电力职业技术学院通识教育学院教授，主要从事非线性规划和非线性系统的稳定性分析及数学教学改革研究；马建斌（1984—），男，河南正阳人，硕士，重庆水利电力职业技术学院建筑工程学院副教授，主要从事高等教育教学改革研究。

［中图分类号］ G712 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）46-0141-04 ［收稿日期］ 2024-01-02

引言

新工科建设以工业智能为核心，要求新工科专业能够围绕产业需求，对传统结构进行升级改造，保障人才培养工作能够对接岗位需求。面对全新的要求，在宏观和微观层面开展数学学科数字化的转型是高职数学改革发展的重大任务。当前制约数学学科高质量发展的重大难题是高职数学内容更新速度过慢及教学方法创新性不足，因此，有必要深入探究新工科对数学教学提出的新要求，聚焦当前数学教学存在的主要问题，以创新思维逻辑构建全新的教学体系。

一、新工科对高职数学课程教学提出的新要求

新工科以全新的工业智能为核心，创新人才培养体系，通过新建人工智能等新工科专业及对传统学科的升级改造，使工科专业人才培养工作能够对接岗位需求，为解决复杂性的工程问题提供人才上的支撑。新专业和专业升级改造，对数学课程教学内容和方法提出了新要求。首先，在教学内容上，要对传统教学内容进行改造，积极引入新工艺、新理念、新科技成果，使数学教学内容能够满足新工科建设的需要。其次，在知识内容交叉应用上，各类高新技术的融合发展，产业的跨界融合，需要新工科秉承知识交叉发展的理论，在数学课堂中引入物理、化学、工程学等内容，通过知识内容和教学资源的充分渗透，共同服务学生专业的发展。在人才技能培养上，对学生的创新性、实践技能、解决复杂问题能力提出了新要求。在“大学数学”教学中，需要拓展实践教学空间，全面发展学生的创新思维和实践能力，引导学生将掌握的知识应用在实践中，不断积累经验，实现专业层面的综合发展。

二、高职数学课程数字化转型的重要价值

面对新工科建设的要求，落实高职数学课程数字化的转型变革，能够突破传统教学模式的局限，实现教学内容、教学方法、教学路径的全面更新［1］。首先，数字化课程拓展了知识范围。在课堂中引入人工智能、大数据、信息化等新型技术手段能够为学生搜索和下载资源提供多种渠道，网络资源与课程内容的充分融合弥补了高职数学教材内容上的局限性，教材不再是获取知识的唯一途径［2］。其次，数字化课程有利于自主探索和合作学习。传统课堂由教师主导，学生被动地听从教师的指令和安排，学生自主思考意识薄弱，导致学习效率较低。学生可在数字化的数学课堂中利用搜索引擎获取想要的答案，并通过观看微课、精品课程、教学课件，找到解答问题全新的思路，在充分的交流互动下提高自主学习效率。最后，数字化课程降低了数学学习的难度。高职数学学科有着较强的逻辑性和理论性，将以往本文式的内容以多媒体的方式进行展示，能够使晦涩的数学知识形象化、具体化、立体化，降低了数学知识理解和接受难度，便于学生更好地吸收和应用。

三、高职数学课程教学现状和问题

（一）教学更新速度慢，难以对接产业需求

新兴产业的发展，不但需要工科专业人才培养工作进行重新改造，还需要结合岗位需求变化，不断引入新工艺和知识内容［3］，帮助学生了解前沿理论、掌握岗位技能要点，强化学生解决复杂工程问题的能力。但传统工科数学包含线性代数、概率论、数理统计、离散数学、积分变换等知识内容，虽然针对时代不断变化，教学内容也进行了创新改造，数学学科的教材知识内容愈发完善，但基础的教学内容变化较小，知识理论创新性不强，数学学科的发展变化和新工科的需求存在较大差距。特别是受到教学条件、课程安排、课程时间等因素的限制，课堂教学过多地参照教学大纲和教材内容，开展的各类教学活动存在严重重复性的问题。数学学科知识内容更新速度过慢，仍然局限于课堂中，导致教学内容无法对接产业前沿，人才培养工作不能够推进产业需求，降低了人才的岗位竞争力，影响了人才的就业和发展。

（二）教学方法过于传统，教学实践环节薄弱

在教学实践过程中，数学理论和工程应用不紧密，传统课堂中教师重视对数学原理、概念、公式的讲解，并采用传统知识传授的方法，过度地强调计算和证明的技巧，忽视了对学生思维能力的培养。而在实践环节，主要围绕教材中的案例，由教师设置相应的操作方案，学生只需根据具体的安排按部就班地进行模仿就能够完成实践任务。这种实践教学方式使学生处在被动地位，无法了解工程加工的步骤，自身参与实践的自主性不足，导致学生实践技能发展缓慢。而很多实践活动脱离课堂理论的指导则无法达成理论和实践的统一，导致实践教学活动开展的价值不高，难以满足新工科建设提出的多层次要求。

四、新工科背景下高职数学课程数字化实践路径

（一）借助数字化技术手段，优化数学教学内容设计

新工科背景下的高质量数学课程数字化改革，需要根据产业转型升级、社会发展形势及我国数字化与智慧化发展要求不断优化教学内容设置，推动教学内容数字化、现代化革新，以便更好地适应新工科发展新形势与新要求，解决好新工科高职数学教学内容与专业学习相脱节的问题［4］。基于此，应坚持以解决高职数学教学与专业学习之间的脱节问题，促进现有高职数学课程知识之间融会贯通，克服“高等数学”“线性代数”“数理统计”等课程知识彼此不相同的问题为目的。首先，应选择将新工科专业传统的数学课程作为不同教学模块，设置成统一的“大学数学”课程，避免出现基础知识反复学习的问题。比如，“空间”作为数学学科的基本概念，“高等数学”和“概率论与数理统计”课程均将其作为基础知识进行讲授。可将此类基础性知识进行整合，突破课程壁垒，站在更高角度将教学内容的本源传授给学生，避免学生反复学习同一知识点。其次，基于数学课程数字化发展新要求，应选择在现有的高质量数学课程模块设置中开设数学实验模块，指导学生运用所学知识与MATLAB软件进行建模、分析和解决工程问题，增强学生应用信息技术的能力及解决工程实践问题的能力。再次，以实现数学课程数字化建设为导向，借助信息技术手段，利用常见教学工具——多媒体技术，将抽象的数学思维用图片、声音、动画、视频等形式表现出来，将晦涩难懂的数学概念点转化为图文并茂的教学课件，更利于学生认识、了解和掌握知识，降低学习难度。应充分发挥教师职能优势，借助信息技术制作电子教材和电子教案，深入网络平台收集整理海量优质教育资源，制作PPT呈现教学内容。插入与教学内容有关的图片、动画或视频，以图文并茂、声色俱备的形式，增强数学教学内容吸引力，激发学生学习兴趣。最后，还可充分利用微课、慕课、超星学习通等在线学习平台中的海量教学资源，获取更优质、更现实、更具实用性的教学案例与素材，丰富高职数学课程教学资源，增强学生知识储备的同时开拓学生数学视野，强化数学教学效果，助推高职数学课程数字化建设。

（二）利用数字化教学软件，优化数学实验教学模式

新工科背景下的高职数学课程具有较强实践性特征，若仅凭课堂单一的理论知识讲解和灌输，很难让学生真正理解数学概念并掌握数学知识与技能应用方法。所以，应坚持以推进高职数学课程数字化建设为目的，积极引进科学的数字化教学软件，优化创新数学实验教学模式，增强理论与实践结合，让学生在数字化设计实验中逐渐获得良好的数学应用能力，成为社会所需的高端技能型人才。坚持以问题驱动为导向，构建“教—学—做”一体化教学过程，形成基于数学实验下的高质量数学实践教学体系，突出理论与实践相结合的教学要求。应紧密结合高端技能型人才培养目标的通用要求，根据高职数学课程人才培养特殊性，依照“定位职业，注重简洁直观，强化应用意识，培养数学思想”的教学原则，积极引入数字化教学软件，创新设计数学实验教学内容与形式。借助数学软件，将理论知识与数学实验相结合，以模型内容为基础，以学生为中心，以问题为主线，以培养学生分析和解决问题的能力为目标，对数学实验内容、实验形式、实验方法进行改革与优化。例如，可选择引进当前应用较为普遍的MATLAB教学软件，该软件具有数值计算基础、符号数学计算、基本图形处理功能及矩阵运算等多元实验功能。通过此软件向学生介绍数学实验基础案例与综合案例，借助计算机引导学生围绕数学问题展开实验操作和数学计算，引导学生运用所学知识建立数学模型，根据数学模型逐一解答数学问题，提高学生数学素质和综合能力。MATLAB具有极其强大的计算功能与数据可视化能力，能够实现科学计算的可视化与图像处理。在讲解概率统计这一知识点时，可通过利用计算机与MATLAB教学软件建设数学模型，动态演示抛硬币掷骰子的实验，让学生掌握概率统计相关知识点，强化学习效果。另外，还可利用此软件制作抢答器，在每台电脑上都设置抢答按键，抢到答题权可得到相应加分，答对题后再次加分，增加课堂趣味性，充分调动学生学习积极性与主动性。

（三）应用数字化教学模式，创新数学课堂教学方法

推进新工科高职数学课程数字化建设，可积极引进数字化教学模式，创新课堂教学方式方法，提高数学教学趣味性与吸引力，增强学生学习兴趣，巩固教学效果。第一，充分利用现代教育技术创设数学教学情境，提高学生学习兴趣［5］。新工科背景下的高职数学教学具有高度抽象性、逻辑性和应用性特征，利用现代教育技术能够将文本、图像等静态素材与音频、动画等动态素材相结合。利用数学软件创设有声有色、生动逼真的数学情景，更好地激发学生求知欲望，促进学生建立新的认知结构。第二，采取案例导入教学法，利用信息技术搜索与数学知识有关的真实案例，用直观生动的视频动画引出专业案例，增强学生对数学知识点的理解和认识。为更好地让学生了解课程教学知识点，可选择利用多媒体播放相关视频导入教学案例。例如，策划员要在有限资源下完成运输任务：某快递公司拟用货车托运甲、乙、丙三种产品，甲类产品每件体积为3 米3，重量为一吨，可获利20万元；乙类产品每件体积为5 米3，重量为三吨，可获利40万元；丙类产品每件体积为4 米3，重量为两吨，可获利30万元。货车整体容量为40 米3，如何装载可获得最大利润？借助视频提出相关问题，引发学生思考，要求学生以小组合作学习方式，带着任务进入学习情境，进行数学计算，探索解决问题的正确答案，以此使数学学习过程更加直观化、形象化，增强学生学习兴趣与学习效率。

（四）依托数字化教学平台，优化创新教学评价体系

依托数字化教学平台，优化创新新工科背景下的高职数学教学评价体系，需要积极转变传统以期末考试成绩为主要评价标准的评价形式［6］，注重过程性评价与终结性评价相结合，优化设置教学评价体系。平时表现占评价体系的30%，涵盖上课考勤、课堂参与度、小组合作学习积极性与配合程度、作业完成情况；自主学习情况占20%，包括数学小论文的撰写、数学建模实践活动的参与及制作PPT并演讲；数学软件的使用情况占据20%，包括学生利用数学软件作图和计算数据；期末成绩占30%［7］。通过构建评价标准体系，突出教学评价的综合性与全面性，保证评价结果客观、真实、可靠。同时，创新评价方式，应分别采取教师点评、学生自评、生生互评及利用数字化平台进行线上打分点评等方式活跃课堂氛围，提高师生互动率，降低学生对教学评价的抵触思想，更好地反馈教学效果。