高等数学案例教学与课程思政融合探索

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摘要:随着“新工科”建设的提出，高等数学作为工科专业的公共基础课，急需针对“新工科”人才培养目标进行教学改革。该文提出了融合思政育人元素的案例教学法，既紧扣专业需求，体现数学方法与专业应用的关联性，同时也着眼于提高学生的综合素养。

关键词:新工科；高等数学；教学改革；课程思政

1引言

新工科（EmergingEngineeringEducation：3E）是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向。中国工程院院士、天津大学校长钟登华指出，新工科的内涵是以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新型的卓越工程人才，为未来提供智力和人才支撑。[1]高等数学是大部分工科学生在高等教育阶段接触到的第一门重要的数学基础课。丘成桐院士在北大百周年校庆学术报告会上指出，高等数学课程在培养高素质科学技术人才方面具有其独特的、不可替代的重要作用。[2]课题组成员此前已对上海应用技术大学工科学生的高等数学成绩与后续课程的成绩关联性展开调研，发现该课程的学习情况将直接影响工科学生后续课程的学习效果。[3-4]因此，在当前我国积极开展“新工科”建设的背景下，高等数学课程也应当针对新工科人才培养目标进行教学改革。在全国高校思想政治工作会议上指出：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面，让学生成为德才兼备、全面发展的人才。”[5]因此，如何在教学中以“润物细无声”的方式融入思政育人元素是课题组此次教学改革探索的重点。

2高等数学思政案例教学设计目标

自20世纪80年代我国引入案例教学法以来，在教学过程中，教师以具有实际生活范例或鲜明代表性的案例为学生创设问题情境，引导学生通过对案例进行分析讨论、提出解决实际问题的思路、总结规律，在情境中掌握理论知识并创造性地将知识与实践相结合。[6]针对高等数学课程性质以及工科专业学生特点，以新工科理念为指导，选取来源于与工科专业相关的应用案例，将思政案例教学法引入高等数学的教学，创造属于新工科的独特思考。2.1学生家国情怀的培养。围绕时政性主题，设置“厉害了我的国”专项主题案例，加强学生对中国国情与科技立项的认识以及对新时代中国特色社会主义思想的政治认同。例如，在定积分的概念讲解中，选取具有代表性的雄安新区面积测绘问题作为典型案例，进行课程引入，旨在利用时政热点激发学生兴趣，同时也普及设立雄安新区，是以习为核心的党中央深入推进京津冀协同发展做出的一项重大决策部署。让学生仿佛身临其境，感受到这具有重大现实意义和深远历史意义的时刻。又例如，在反常积分中引入北斗导航卫星的介绍等，让学生深切体会中国近几年的迅速发展以及了解未来还应继续努力的方向。在教学实施过程中，思政案例不仅仅要起到引入作用，还应贯穿整个教学过程，在潜移默化中让学生感受到家国情怀，使其之于国、之于家，都怀有一种朴素的情感，增强学生的民族自豪感和文化自信心。尤其是在案例教学的讨论环节中，鼓励学生积极发表见解，加深他们对当今时代、对自身发展、对如何实现民族伟大复兴的思索。青年的国家认同感和政治认同感，是新工科培养具有创新创业能力和多学科交叉融合能力复合型人才需求最重要的底色。2.2学生开放创新思维的培养。着眼于培养社会主义建设者和接班人，指出教师要具备价值导向能力、理论思维能力、科学研究能力以及教学能力，注重培养学生的学习能力、独立思考能力以及思辨能力。因此，在案例教学进行中应重视学生开放性思维的培养。例如在极值的应用中，引入易拉罐的设计方案作为案例：首先让学生观察生活中常见的易拉罐形状，其次让学生进行分组讨论：为什么其形状总是圆柱形的？引导学生解决生产实际中的问题：在相同的制作材料下如何尽可能多地盛装饮料来降低生产成本，这就自然而然地引出了极值的应用。在此基础上，再进行思政元素的拓展，让学生思考易拉罐设计的细节，为什么底是圆拱形？设计长宽比例的原因是什么？为什么顶面底面的材料更为坚硬？拉环的制作有什么特点与优势？介绍易拉罐制作回收中的节能意识，并让学生尝试自主设计易拉罐。从而培养学生发现、感知的意识和开放性思维，进一步深化学生对世界的理解，关注节能减排，关注人类共同面对的全球挑战。2.3学生思辨能力的培养。引入现代科学计算手段，对案例实际问题进行模拟，让学生感知数学中的离散与连续，实质即是哲学中的量变与质变。例如，在定积分的概念中利用数学软件MATLAB，进行分割、近似、求和的软件模拟，再通过分割的不断加细，最终由“无限”加细这一理念，从而产生质变：极限。用思辨的观点看待数学知识点的转化与融合，有利于提高学生的学习兴趣，同时也提高了学生运用数学软件进行计算的基本能力，以及对具体案例进行探索与研究的能力。用数学软件等技术辅助教学，是上海应用技术大学理学院目前大力推行的教学改革方向之一，旨在调动和发挥学生的主体性，为学生提供多样化的现代学习方式，帮助学生理解和实践如何将创意或方案转化为有形的数学模型，如何进行模型的求解以及对于出现的问题如何利用科学的方式进行改进与优化。2.4学生国际视野的培养。将科学前沿知识融入案例教学，培养学生的国际视野。人工智能是当今世界每一个国家都在大力发展研究的技术科学，它作为计算机科学的一个分支，在过去几年实现了爆炸式发展。2016年，GoogleDeepMind的AlphaGo打败了韩国的围棋大师李世石九段，让人工智能赢得了前所未有的关注。而高等数学课程当中的微积分、偏导数、向量函数、方向梯度、微分方程等内容均在人工智能领域有着重要的应用。例如，数值微分方程在指导深层神经网络构架设计方面的应用、极值在飞行器模拟设计中的应用等。此外，在极限的拓展部分加入分形的介绍，在微分方程中反思混沌非线性微分方程应用等各类前沿领域，都将从多维度给学生展现一个丰富多彩的世界，激发学生的求知欲望，让学生意识到只有增强知识储备才能迎接全球化的机遇和挑战。2.5工匠精神的培养。适时普及类比国内外数学发展史，帮助学生了解中外数学文化并进一步理解数学概念。例如，微积分学是在17世纪下半叶由英国数学家牛顿和德国数学家莱布尼兹创立的，其中极限是其最基本的概念。而极限的思想在中国古代文化中也早有体现。例如，战国时期的庄周在《庄子•天下篇》中提到：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”就是古代极限思想的体现。然而极限的定义是如何从描述性定义过渡到精确性定义的呢？这就要提到19世纪后半叶实数理论的建立。实数理论使得极限理论有了严格的理论基础，从而使微积分的基础和思想方法日臻完善。这一发展历程让学生了解了数学这一学科的严谨之美，从而也认识到知识的创新完备从来都不是一蹴而就的，而是应具有严谨认真、精益求精、追求完美、勇于创新的工匠精神。2.6人文素养的培养。著名文学家雨果说过：“数学到了最后阶段就遇到想象，在圆锥曲线、对数、概率、微积分中，想象成了计算的系数，于是数学也成了诗。”因此，在教学设计中可适时引入诗词文化，引导学生在诗词中发现数学的美。例如，李尚志教授所写的微积分诗：“一番难遇风顺，一路高低不平。平平淡淡分秒，编织百味人生。”突破了原有定积分定义所带来的表层局限性，打破了文学和数学理工科的鸿沟，从星星点点的字逐渐构成了一副波澜壮阔的画卷，引导学生去感悟微积分中所蕴含的人生哲理。

3结语

课程思政与案例教学法的有机融合，能引导学生于生活、历史文化中发现数学之美，改变其对数学课程枯燥难懂的固有印象，于时政、科学前沿、专业应用中，体悟数学的重要性，培养学生的开放创新性思维，帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观，激发学生实现中华民族伟大复兴的责任感。以上是笔者关于新工科背景下高等数学教学改革中进行课程思政案例教学的一些思考，具体实施过程中，思政案例需要教师与时俱进，不断总结、更新和改进，才能真正为培养具有家国情怀的新工科复合型人才打下坚实的基础。

参考文献

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.

[2]教育部非数学类专业数学基础课程教学指导分委员会.工科类本科数学基础课程教学基本要求[J].大学数学,2004(1):1-6.

[3]邱翔,庄海根,庞莉莉,等.工科学生“高等数学”成绩的相关分析研究[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2014,32(2):291-295.

[4]郭琼,徐小明,邱翔,等.关于工科高等数学课程教学改革的探讨[J].教育现代化,2017,4(33):65-68.

[5]在全国高校思想政治工作会议上强调:把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报,2016-12-09(1).

[6]王青梅,赵革.国内外案例教学法研究综述[J].宁波大学学报(教育科学版),2009,31(3):7-11.

作者:郭琼 张雯莹 王凤超  单位:上海应用技术大学理学院