新工科发展背景下工科数学课程教学基地建设的探索
黄 平，杨启贵
(华南理工大学 数学学院,广州 510640)
摘 要 ：国家工科数学课程教学基地对于工科人才培养具有重要的现实意义和特殊作用，工科数学基地建设应该进一步得到加强。基于“新工科”发展背景与新经济对人才培养所提出的新要求，指出数学课程教学基地建设应更加重视建设理念、建设内容的创新与教学模式改革，加强教学能力建设。应主动融入“新工科”发展行动，把握“新工科”发展对数学教育改革带来的新机遇，创新建设理念，引领基地在“新工科”建设中向更高水平、更高质量发展是基地建设的首要任务。着力提升教师的数学化、计算思维与学科融合能力，更好发挥数学对于创新人才培养的驱动作用，进一步深化工科数学课程教学的全面改革，提升人才培养质量，为“新工科”发展提供高素质人才支撑是基地建设的中心工作。
关键词 ：新工科；数学课程教学基地；数学化；计算思维；教学模式
0 引 言
当前，我国经济已步入高质量创新驱动发展新阶段，“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等重大战略目标正在成功向前推进。全球信息技术革命进程持续快速演进，物联网、云计算、大数据、人工智能等技术广泛、深入影响到经济社会各个领域，工程在社会中的作用发生了深刻变化，工程科技进步和创新成为推动人类社会发展的重要引擎，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃兴起，数码经济时代悄然来临。新经济的发展对工程专业人才培养提出了挑战，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。因此，迫切需要加快工程教育改革，使工程教育进一步着眼于互联网革命、新技术发展、制造业升级等时代特征[1]。着力培养学生的核心能力，即创新创业能力以及学习而且是快速学习新事物的能力，以服务与支撑我国经济实现转型升级，适应新时代发展要求成为高等工程教育的当务之急。
国家工科数学课程教学基地是由教育部(原国家教委)于1996年启动的一个国家重点建设项目，我校是首批建设的6个基地之一。作为国家级的工科数学教学基地，在工科数学课程体系建设、师资培训和教学改革等方面发挥了排头兵和示范作用，对推动全国高校工科数学课程的教学改革产生了重要影响[2]。然而，近年来工科数学基地建设却少有受到人们的关注和重视，即使在“新工科”发展如此高涨的呼声面前表现也异常平静，这不能不让人感到意外并引发深思。作为基地建设的首批成员之一，有义务率先发出自己的声音，提出新的观点，在“新工科”建设大潮中为工科数学教学基地建设探索新路径。
1 建设理念
建设理念是建设目标和建设思路的集中体现，是行动的先导，发挥着引领作用，基地的进一步建设首先要有一个正确的建设理念。
（2）要根据运行方式来调整好继电保护装置的保护功能、保护范围以及相关的定制等等，对电网中所有有关的信息进行综合，再实时修正好保护定值。
1.1 把握“新工科”发展契机，创新建设理念
“新工科”概念自2016年提出以来，受到社会各界的强烈反响，在不到1年的时间里，教育部组织高校进行深入研讨，形成了“复旦共识”和“天大行动”，接着又有了“北京指南”，可以说 “新工科”是在新经济发展及其产业变革新形势下工程教育改革的必然选择，为我国工程教育发展开启了新思维，指明了新方向，必将对今后我国工程教育产生重大而深远的影响，亦将给工科院校基础学科的教学带来重大机遇和变革[3-6]。数学课程是大学教育的重要基础课程之一，对于工科专业则尤为重要，因为数学是表述技术原理、进行复杂的工程设计与计算必不可少的工具，可以说，大学数学教育直接关系到工科教育的成败。因此，面对新时代“新工科”发展形势，工科数学教学基地应采取怎样的举措，发挥更大作用是一个具有重大意义的课题。主动融入“新工科”发展行动，把握“新工科”发展对数学教育带来的新需求，创新建设理念，引领基地在“新工科”建设中向更高水平、更高质量前进，为“新工科”发展培养具有高数学素质的人才，是基地建设的首要任务。
1.2 以数学化为抓手，培养学生创新能力
家庭教育的成效是多元因素共同作用的结果，家庭教育的问题也是如此。觉察家庭教育问题，就要重视检视与问题相关的诸多元素，包括家庭居所、家庭收入、家庭的社会阶层、家庭人员构成等客观因素，也包括父母的家庭教育素养、成长经历等主观因素。年轻家长要特别注意对影响家庭教育的主观因素的检视和觉察，如自己的成长经历、自己的教育素养等。前者会影响后者的方向，后者会影响对前者的审视深度。年轻家长检视家庭教育最主要的视点有：
数学是最具原始创新驱动力的基础学科之一，这归根于数学本身所具有的思维抽象性、逻辑严谨性、应用广泛性等本质特征。正因为如此，2002年，美国科学基金会将数学列为该基金会5大创新项目之首(其他4个分别为：环境中的生物复杂性,信息技术研究,纳米科学和工程,以及21世纪的劳动力)，并指出该重大创新项目背后的推动力就是一切科学和工程领域的数学化(Mathematization)，可见数学对于原始创新驱动与“新工科”发展的重要地位和重大作用。事实上，数学化已成为几乎所有学科的创新基础，数学与其他学科的结合变得更加广泛与深入，这在环境、材料、生命科学以及智能制造和人文、医药科学等领域已十分明显，这些学科的数学化趋势，要求人们必须具备更高的数学化思维能力和实践应用能力，这在很大程度影响着我国的综合国力和创新能力[7-8]。因此，以数学化为手段，有效发挥数学对于创新人才培养的基础作用，全面提升学生的数学化创新能力，是工科数学课程教学基地进一步建设的重要抓手。
(3)创新考核方式。考核方式对于教学具有指挥棒的重要作用，随着新时代对创新人才“能力、素质”提出的不同要求，考核方式也应进行相应改革，主动适应新变化，才能有效发挥其积极作用。改革传统的“理论考试”考核模式，克服以“考试成绩论英雄”所带来的“高分低能”弊端，突出“能力、素质”综合要素考核，体现创新人才培养要求。即更加注重考核学生的自主学习能力、分析和解决问题的能力以及知识的转化应用能力，关注学生的学习实践过程。引导学生向提高能力、培育素质方向发展，实现自主学习方式，有效激发学生的学习兴趣和潜在动力，促进工科数学教学更快向素质教育转变，提升学生的实践创新能力和社会适应能力，为“新工科”发展培育高素质人才。
1.3 重视数学实践教学，培养学生数学应用能力
(1)设立资产清算组。公安机关对非法集资行为立案侦查后，如果发现涉案企业或个人有资不抵债的情况，可以报请法院以裁定的方式委托“防非组”组建非法集资案件资产清算组。该清算组隶属于“防非组”，成员包括“防非组”的全部或部分人员以及一定比例的律师、会计师、集资参与人的代表等。该清算组行使类似于资产管理人的职权，参照我国《破产法》规定的清算程序，负责非法集资犯罪涉案财物的保管、清理、估价和分配。该清算组具有民事主体资格，可以依法进行必要的民事活动。
2 建设内容
以“新工科”发展理念与创新能力培养为引领，以课程体系、教学内容、教学方法、教学能力与质量保障体系建设为主要内容，注重实效、扎实推进，全面提升工科数学教学质量。
2.1 课程体系建设
(1)教学内容创新。工科数学教学对于“新工科”的发展有着十分重要的创新引擎作用，尤其在逻辑、表达、抽象思维等方面至关重要。随着新经济、新技术、新产业的快速发展，许多新问题、新思想、新方法以前所未有的速度出现。因此，如何让这些新内容及时进入课堂教学，主动适应新时代发展，已成为工科数学教学的重要创新源。工科数学基地建设应及时抓住“新工科”发展契机，以问题为导向，勇于创新，使教学内容充分体现新经济发展的时代性、思想性与应用性，全面提升数学课程对新问题的研究解决能力[13]。
2.2 教学模式创新
教学能力建设是学校和每一位教育工作者的永恒主题，也是基地建设的重要内容，尤其在“新工科”发展背景下具有更加丰富的内涵和要求。就工科数学教学而言，特别需要加强以下几方面能力的建设。
课程体系一直是工科数学课程教学基地建设的核心内容，多年来，工科数学课程体系已从传统的单一理论课程体系发展为目前的以理论课程为主，实践课程为辅，理论与实践课程兼有的课程体系，这无疑是工科数学教学所取得的重要进展。然而，目前的工科数学教学仍然基本处于理论教学为主导的地位，理论与实践教学发展不平衡、不协调的矛盾依然突出，实践教学没有取得更充分发展。从教学规律的角度，导致许多学生学而不知其用，实践创新能力不足，社会适应能力不强的重要原因之一[10-12]。因此，必须加强数学实践课程建设(合理分配理论与实践教学课时、加强数学模型学习、在习题中增加实验问题、习题课与实验课融合、加大课程设计与毕业设计实践环节管理等)，构建理论与实践教学融合的工科数学课程体系，促进工科数学教学向创新驱动教育转变。
(2)教学方法创新。工科数学教学方法需要创新。目前的教学过多注重相关理论概念、原理的传授，较少对于学习者对知识的吸收与转化过程的关注；加上学生对于知识吸收效果以及自身知识体系构建检测反馈环节的缺失，教师到学生的知识传递过程并不完整，学生自身并没有真正建立不同知识要素之间的联系，难以实现知识的吸收与转化，直接影响到学生的适应能力。学习是一个由浅入深，由学习者“外部”向“内部”逐渐转化的过程，只有达到了“转化学习”的最后阶段，学习者所学知识才能真正转化为自身知识体系上的一个部分，并成为其探索新知识时的一个已有知识基础。然而，目前的教学模式并没有使学生经历完整的学习阶段，尤其是“转化学习”阶段的缺失。对于学生来说，在其自身的知识体系结构中，相关知识要素的概念图并不完整，没有形成有效综合与联系，影响了学生的创新能力。因此，必须对教学过程与方法进行改革，强化实践教学，通过理论与实践相结合打通“隐性知识”传递通道，促进学生对知识的吸收与转化应用，关注学生对知识的吸收效果与知识体系的构建。采用问题驱动教学方法，注重激发学生学习兴趣和潜能，突出以学生为主体。数学学习的最根本目的是让学生学会如何解决问题，而不仅是学习数学知识和演算技巧[14-16]。正如美国数学家哈尔莫斯(P.R.Halmos)[17]曾经指出:“数学的真正组成部分是问题和解”。从问题的提出、分析、演变、概念形成、问题解决等全过程思维活动始终以问题为中心，从而达到掌握知识、发展能力的教学目的。这有助于学生理解问题的来龙去脉，体验处理问题的全过程实践，学会知识的应用，促进学生将知识向能力转化。
SHI Shaojian, CHEN Congxi, LIU Caixin, et al. Analysis of the development and utilization situation of mineral resources in Hebei Province in 2017[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(6):14-19.
2.3 教学能力建设
教学模式集中反映了教学内容、方法、手段与考核方式等各方面的重要特征。因此，教学模式的创新是一项系统工程，根本途径是要向以学生为中心，注重激发学生学习兴趣、潜能和创造力的教学模式转变。
纵观数学的发展历程，数学一直是由社会需要及问题解决驱动。事实上，许多科学技术的发明创造都可以归结为数学问题的解决，并且技术的进步又反过来促进了数学的更大发展。比如，当今计算机技术的发展一方面归功于数学，另一方面又为数学提供了空前广阔的领域，使数学的应用无论从广度和深度上都达到了前所未有的程度，并促成了数学科学向数学技术转化，使数学技术成为当今高科技的一个本质特征和显著标志。正是在这种科学与技术高度融合的背景下，数学实践成为现实并逐渐显示其重要性，促使我国大多数高校新开设了“数学实验”“数学软件”“数学建模”等数学实践课程，对培养学生的数学应用能力发挥了很大作用[9]。然而，数学实践课程在大多数高校仍属于边缘化状态，其重视程度还远远不够，这是数学实践教学目前面临的主要问题。因此，工科数学课程基地建设，应抓住关键问题，以解决问题为动力，切实加强实践教学课程体系建设，强化实践教学过程，促进理论课程与实践课程融合，推动理论与实践教学共同发展，实现工科数学教育的知行合一，不仅让学生学习知识，也让学生学会知识的转化与应用，更好发挥实践教学的重要作用，培养学生的数学化应用能力。
(1)数学化能力。现代科学技术的发展表明数学化是科技发展的重要驱动力和必然趋势。例如，现代民航飞机百分之百的数字化开发过程；运用Radon变换开发并荣获诺贝尔医学奖的CT技术等重大发明都充分说明了这一点。诺贝尔奖不仅仅是因为仪器的发明，更多指向的是基础科学方面的卓越成就(这里主要是数学和生物医学科学)。仪器只是手段或表现，背后的基础科学才是王道，才是科学仪器的灵魂，数学化能力正是这种活的灵魂的核心体现[18]。
(2)计算思维能力。当前，通常认为科学方法分为三大类别：理论、实验和计算，相应地理论思维、实验思维与计算思维被认为是现代科技创新的三大支柱，作为最具时代特征的计算机思维则倍受人们关注。所谓计算思维即是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。正如图灵奖得主迪科斯彻 (Dijkstra)所说：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”事实上，这种思维活动在计算工具的发展、演化过程中得到发展，计算机的出现更是把人的科学思维与物质的计算工具合二为一，从而极大地拓展了人类认识世界和解决问题的能力和范围，计算思维能力因此成为当今社会最重要的能力之一[19]。
根据《百度百科》关于“内心独白”词条的介绍，“内心独白”本是现代小说，特别是意识流小说的一种重要的表达手法。其特点是用第一人称直接或用其他人称间接描写人物的意识和潜意识活动，以表现人物的内心世界。由于意识活动的无逻辑性和随意性，这种表达手法往往打破了线性发展的结构，不受时间、空间、逻辑、因果关系的制约，常常出现时空的颠倒和跳跃。通过自由联想，过去、现在和将来相互交织，形成一种多层次、多线条和多透视的立体结构。通过这种表现手法，人物的杂乱无章的意识之流，如对往事的回忆、对外部世界的印象、某种情境下的情绪、偶然产生但又瞬息即逝的念头等等，得到再现，使读者似乎能直接观察到人物的意识过程。
(3)学科融合能力。学科融合(Fusion of subjects)是指在承认学科差异的基础上不断打破学科边界，促进学科间相互渗透、交叉的活动。学科交叉融合是当今世界学术主流发展方向之一，它是科学前沿的生长点，也是新发现的高产地，还是“新工科”发展的主阵地，能促成多学科协同攻克复杂的综合性问题，满足国家和社会发展的现实需求。例如芝加哥大学十分注重学科交叉，建立的分子工程学院不对学科设限，而是从分子的角度，化学、物理、生物、材料都在其中，多领域融合来推进新工学前沿的探索，学科交叉理念不仅根植于机构建设，也反映到该校校园建筑上[20]。顾名思义，工科数学不同于一般数学，其最大的差别就在于更加注重数学与其他学科的交叉融合。工科数学教学不只是一个单纯的数学教学问题，还需要对其他学科领域相关问题背景的深刻理解，以实现问题的数学化转换，这正是“新工科”发展最不可或缺的一种能力。
3 结 语
工科数学是工科院校重要的基础性课程，工科数学课程教学基地建设应主要包括课程体系、师资队伍与教学能力建设，对于工科人才培养具有十分重要的意义和作用。在“新工科”发展背景下，基地建设应更加重视理念、内容的创新与教学模式改革，加强教学能力建设，进一步提升教师的数学化、计算思维与学科融合能力，更好发挥数学的创新驱动作用，适应“新工科”发展对创新人才培养新要求。
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Exploration on the Construction of Engineering Mathematics Teaching Base under the Background of New Engineering Development
HUANG Ping ,YANG Qigui
(School of Mathematics, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
Abstract ：The teaching base of national engineering mathematics course has important practical significance and special function for the training of engineering talents.The construction of engineering mathematics base should be further strengthened.Based on the background of the development of new engineering and the requirements of the new economy for talent training, this paper points out that the construction of mathematics course teaching base should pay more attention to the innovation of construction idea, construction content and the reform of teaching mode, and strengthen the construction of teaching ability.Involving in the development of new engineering, grasping the new opportunities brought by the development of new engineering to the reform of mathematics education, innovating the construction concept and leading the base to a higher level and higher quality in the construction of new engineering is the primary task of the base construction.Focusing on improving teachers’ability to integrate mathematics, computational Thinking and disciplines, giving better play to the driving role of mathematics in the training of innovative talents, deepening the comprehensive reform of engineering mathematics teaching, improving the quality of personnel training, and providing high-quality personnel support for the development of new engineering are the central works of base construction.
Key words ：new engineering; mathematics teaching base; mathematization; computational thinking; teaching modes
中图分类号： G 420
文献标志码： A
文章编号： 1006-7167(2019)11-0161-04
收稿日期： 2019-01-15
基金项目： 国家自然科学基金项目(11671149)；广东省实验教学研究重点项目(粤教高函[2013]113号)；广东省数学技术实验教学示范中心建设(粤教高函[2012]204号)；数学与应用数学专业综合改革(x2lx-Y1161890)；华南理工大学2019年度教研教改项目(Y1190621);华南理工大学2019年度探索性实验项目(C9192027)
作者简介： 黄 平(1963-)，男，江西宁都人，博士，高级工程师，主要从事数学建模、数学实验教学与大数据相关理论与算法研究。Tel.:020-87110440; E-mail:gzhp18@163.com
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