模块化设计的“高等数学”信息化教学探索与实践

[摘 要] 社会的发展、学生学情的变化，以及普通本科高校人才培养目标的转变对“高等数学”教学提出了新的要求。分析了当前“高等数学”的教学现状和存在的问题，通过深度融入信息技术，制定模块化教学方案，从教学内容、教学过程、教学评价三个方面对“高等数学”课程教学模式进行改革探索，形成线上与线下、课内与课外相互融合的教学模式。进行模块化教学的实验班与同等层次对照班的教学效果对比表明，基于模块化设计的教学模式对学生的学习效果有明显的促进作用。

[关键词] “高等数学”教学;模块化设计;信息化教学

[中图分类号] G641 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）13-0098-04

引言

科学与工程中许多较复杂学科学习的有效性，在很大程度上取决于学生的数学功底[1]。特别是在现代信息化高速发展的社会背景下，数学的支撑作用更加显著。“高等数学”作为高等理工科院校诸多专业的重要基础课，其教学改革和教学效果一直是广大师生关注的热点问题。近30年来，关于高等数学教学改革的研究从未间断过，并且已取得相当大的成果，但仍存在一些不足，如研究对象主要多为高职院校，本科高等院校较少[2]，新时代背景下与信息化高度融合的教学改革研究不深入等。同时，经济社会发展模式的转轨和高等教育的大众化发展对人才培养提出了更高的要求，复合性应用型人才的本科教育培养目标也对“高等数学”教学改革提出了新的目标和定位。随着基础教育新课改的实施，当代大学生的学情发生了显著变化，这也对普通本科高等院校“高等数学”教学改革提出了严峻的挑战，传统教学方法和模式已难以适应学情变化。本文从当下社会背景和教育现状入手，深入分析学情，探寻问题产生的根源，结合信息技术手段对“高等数学”教学进行了改革，多维度有效保障了教学质量和教学效果。

一、“高等数学”教学中存在的主要问题

（一）学生数学基础参差不齐

我国高中实行“新课改”以来，在“深化教育改革，全面推进素质教育”方面取得显著进展。然而，新课程各科内容都包括必修与选修两个部分，造成不同省份学生之间或者是相同省份不同学生之间数学基础参差不齐。学生学情发生了显著变化，但近些年来“高等数学”教材及教学内容几乎没有变化，所以只依照课本内容来设计教学、对课本内容讲解面面俱到的传统教学模式已经不能很好地对接基础教育“新课改”的成果，“高等数学”教学内容设计必须做出相应的改革。

（二）学生学习兴趣低

从“高等数学”教学的实际情况来看，学生课堂学习兴趣不高。究其原因，一是“高等数学”集严谨逻辑思维和抽象思维于一体，概念深奥、内容抽象，再加上当前高校扩招给学生整体素质打了折扣，普通本科院校生源的基础和能力存在明显的差距，学生学习“高等数学”更加困难[3];二是目前“高等数学”课程教学多是大班教学，导致上课时教师和学生的互动机会减少，导致“高等数学”教学时常出现“课堂沉默”现象[4];三是由于信息化、网络化的影响，当代大学生更愿意接受碎片化、具有视觉冲击力的知识。所以重理论、重推导、“满堂灌”的传统教学模式已经不受当代大学生的欢迎，“高等数学”教学方式必须做出相应的改革。

（三）教学效果保障难

随着经济社会发展模式的转变和新工科建设进程的不断推进，本科教育的培养目标从专业人才向复合型人才转变，对学生应用理论知识解决实际问题的能力提出了更高的要求。然而课堂时间只够教师完成教学内容，无暇顾及对学生运用数学知识解决实际问题能力的训练，所以积极转变教学理念，努力开展第二课堂，对学生实行全过程教育是亟须做的一项改革。

二、解决方法

针对新时代背景下“高等数学”教学面临的重要挑战，依据当代大学生学情及普通本科高校人才培养目标，转变教学理念，深入融合信息技术，制定模块化教学方案，从教学内容、教学过程、教学评价三个方面进行了改革。

（一）教学内容模块化

依据当代大学生学情及普通本科高校人才培养目标，团队教师深入研讨教材和教学大纲，充分汲取老中青教师的思想及经验，重整教学内容，从横纵两个维度进行了改革。横向，关注班级全体学生，对课程教学内容进行分层，设置“课前补充、课堂主讲、课后拔高”三个模块课件（见图1），强调补充式、渐进式学习，以应对学生知识基础不平衡的多元化需求对传统教学模式带来的挑战。纵向，关注学生全面发展，在传统教学内容中融入应用案例、动画、视频和思政元素。通过应用案例引出问题并加以解决，或辅以相关知识点的优质视频资源，使抽象知识具体化、化难为易，让学生深入体会数学的趣味性与应用性，激发学生的兴趣，提升学生应用数学知识解决实际问题的能力。同时，通过我国古代数学成就、最新工程应用、数学史、励志教育等思政元素的融入，培养学生的爱国情怀与思想政治素养，落实立德树人的根本任务，形成“知识、能力、思想”三个模块。

（二）教学过程模块化

针对当代大学生学习特点及人才培养现状，深入融合信息技术，开发第二课堂，分成课内（线下）与课外（线上）两个模块进行教学。课内重点讲解，通过绘制精准图形动画，化抽象为直观，植入相关知识点的应用案例视频，化枯燥为趣味，激发学生的学习兴趣，提升课堂效率;设置课堂互动题目，提升学生的课堂参与度，消除“课堂沉默”现象;通过应用案例和思政元素提升学生的应用能力和思想觉悟。课外线上模块课件1供基础欠缺的学生进行课前补充;课件3供基础较好的学生进行课后拔高，并抛出实际应用案例，在拓宽学生视野的同时提升学生应用数学知识解决实际问题的能力;线上发布带有答案解析的课堂“前测”和“后测”，供学生利用碎片时间加深对重要知识点的理解和掌握，强化教学效果（见图2）。

（三）测评体系模块化

为了评价学生在各个模块的学习情况，课程考核设置讨论单元、作业单元、课件单元、课堂单元和考试单元五个模块（见图3）。讨论模块部分主要是开放性和应用性问题。作业模块包括课后作业和订正版作业。课件模块包括前测、后测和课件3。课堂模块包括互动题的得分情况和投稿、弹幕的参与情况。单元考试模块为考查学生章节知识点掌握程度的试卷得分情况。通过五个模块评价设置，可对学生的学习情况进行全方位评价，形成贯穿课前、课中、课后和阶段性检测的全过程评价体系，以保障各个环节的教学效果。

三、教学效果分析

自“高等数学”模块化教学实施以来，极大地激发了学生的学习兴趣，得到学生的高度认可与称赞，课堂师生互动次数和学生参与度都得到了明显提高。以2020—2021学年高数A（2）09班教学情况为例，42次课程中，师生互动次数高达14697次，386道客观题平均正确率达77%（见图4）。

从教学效果来看，“高等数学”模块化教学实践的5个学期，实验班成绩一直名列前茅，如表1所示。此外，教学模式创新也提升了学生运用理论知识解决实际问题的能力，创新能力得到明显提高，在数学建模、数学竞赛和“互联网+”等各类高水平竞赛中表现优异。

基于模块化设计的“高等数学”教学，从实际学情出发，打碎原有教学内容，融入新内容，利用现代信息技术，制作线上线下交互模块课件;抓住学生获取知识碎片化的学习特点，利用雨课堂，定时“前测”“后测”，对课堂教学内容进行巩固，学习时空灵活，课堂内外呼应;利用多媒体技术，对学生进行全过程、全方位评价。通过课堂教学与信息技术的深度融合，拓宽了教学空间和时间，增加了学生知识面，提升了育人效果。

参考文献

[1]王存荣.依据学生学习现状实施高等数学教学改革[J].高等数学研究，2020，23（4）：112-117.

[2]袁瑞，吴丽红.我国高等数学教学改革研究现状的可视化分析[J].河南教育学院学报（自然科学版），2019，28（4）：58-63.

[3]赵坚.高等数学教学现状及应对措施探析[J].当代教育实践与教学研究，2019（17）：88-89.

[4]曹宏举，何素艳，万丽英，等.大班教学背景下《高等数学》课堂沉默现状及对策[J].大学数学，2017，33（4）：32-37.

Exploration and Practice of Information Teaching Pattern for “Advanced Mathematics” Based on Modular Design

QUAN Ting-ting， ZHANG Hua， ZHANG Ling， CHEN Yong-qiang

（School of Science， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384， China）

Abstract： The development of society， the change of students’ learning situation， and the transformation of the objectives of talent training in colleges and universities put forward new requirements for Advanced Mathematics teaching. This paper analyzes the current educational environment and existing shortcomings in Advanced Mathematics teaching. Through information technology， we carry out modular design and teaching reform in three aspects， which include the teaching content， teaching process and evaluation items. The teaching mode of integration of online and offline， in class and out of class is formed. The comparison between the experimental class with modular teaching and the control class at the same level shows that the teaching mode based on modular design significantly catalyzes desired learning outcomes of students.

Key words： Advanced Mathematics teaching; modular design; information teaching

[收稿日期] 2021-10-20

[基金项目] 2020年度天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革计划项目“教育信息化背景下高等数学SPOC教学模式的研究与实践”（B201079207）;2019年度天津城建大学教育教学改革研究重点项目“新工科背景下高等数学SPOC教学模式的研究与实践”（JG-ZD-1912）;2019年度天津城建大学教育教学改革研究项目“新工科背景下高等数学实验课程建设的研究与实践”（JG-YBF-1985）

[作者简介] 全婷婷（1987—），女，河北张家口人，理学博士，天津城建大学理学院讲师，主要从事数学基础课教学和微分方程与动力系统研究;张 华（1979—），女，河北张家口人，理学硕士，天津城建大学理学院讲师，主要从事数学专业课和基础课研究;张 玲（1967—），女，黑龙江黑河人，理学学士，天津城建大学理学院教授（通信作者），主要从事数学基础课教学与创新研究。