大工程观下数学课程体系的改革与实践

JOURNALOFHENANINSTITUTEOFENGINEERINGVol122,No12

Jun.2010

“大工程观”下数学课程体系的改革与实践

原新凤,侯紫燕

1

1,2

,方建印1

(1.河南工程学院数理科学系,河南郑州451191;2.河南财经学院成功学院,河南郑州451200)

摘　要:围绕“大工程观”下的现代工程人才培养目标,对数学课程体系在大学课程体系中的地位进行了探讨,构建

了工程人才数学素质框架,以“厚基础、重应用、高素质、强能力”为原则,构建了新的数学课程体系,介绍了近年来数学课程体系改革所取得的一些成果.

关键词:“大工程观”;现代工程人才素质;数学教育;课程体系

中图分类号:G2.0　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1674-330X(2010)02-0070-04

标1　“大工程观”的内涵及人才培养目

教育观是教育目的的总观点.“大工程观”是美国麻省理工学院院长莫尔在1993年的一次MIT学校计划会议上提出的.随后,MIT率先探索了工程教育的新模式.1994年,莫尔又提出了《大工程观:工程集成教育五年长期规划》,认为“大工程观的术语是对未来工程实际服务的工程教育的一种回归,而与研究导向的工程科学观相对立”.这种教育观深刻地影响着美国以及世界各国的工程教育.

工程的本质是多学科的综合体,是以一种或几种核心专业技术加上相关配套的专业技术所重构的集成性知识体系,是创造一个新的实体.现代工程朝巨型化、集成化方向发展,呈现技术高度集成化趋势,同时又受环境生态、人文、政治经济大背景因素制约.这样,人们不得不反思工程教育应该怎样适应现代工程的要求.美国工程教育从“技术模式”到“科学模式”,再到现在实践着的“工程模式”,不断地面向未来进行着探索和改革.“大工程观”的本质就是将科学、技术、非技术、工程实践融为一体的,具有实践性、整合性、创新性的“工程模式”教育理念体系

[1]

济、文化、生态交叉融合、协调建构的新趋势,对开展高等工程教育改革和培养现代工程人才有着重要意义.

“大工程观”不是指工程规模本身的“大”,而是指为大型复杂工程提供理论支撑的科学基础知识系统范围的“大”,涉及各学科的交叉与融合,远远突破了“工程科学”知识本身的范围.当今世界,科学技术的发展与更新越来越快,现代工程的科学性、社会性、实践性、创新性、复杂性等特点俞显突出.工程技术对经济与社会的推动作用越来越重要,而工程技术人才的培养直接决定了工程技术的水平和发展的速度,决定着国家的竞争力.因此,世界各国特别是工业发达国家都在大力推进工程教育的改革与发展,力争培养出更高质量的人才,以保持在竞争中的有利地位.

“大工程”教育观,主要是以工程应用型人才为培养目标,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力于学生工程意识、工程素质和工程实践能力的培养,将工程教育、自然科学教育和人文、社会科学教育相融合的现代工程教育观

[2]

.

综上所述,“大工程观”下的高等工程教育在培养现代工程人才的过程中,应在加强数学和科学知识的前提下注重能力素质培养,其能力素质包括分析能力、工程实践能力、沟通能力与合作精神、终生学习能力、社会人文和管理能力、职业道德及社会责

.

“大工程观”是当代工程观的集中体现,是对工程和工程活动的新认识,是对传统工程观的扬弃和超越.它反映了现代工程科学与工程技术和社会、经

收稿日期:2009-12-23

基金项目:河南高等教育教学改革研究省级立项项目(2009SJGLX052),河南工程学院教学研究项目(gcxyjy0909).作者简介:原新凤(1962-),女,河南郑州人,副教授,主要从事高等教育研究.

第2期原新凤,等:“大工程观”下数学课程体系的改革与实践・71・

任、环境保护等.这里并非要求学生在校期间掌握所有的知识和技能,关键是培养学生具备学习知识的能力、创造性思考与科技创新的能力、工程设计与实践的能力、适应社会的能力等.在制定人才培养方案时,应打破传统的学科、课程之间的壁垒,课程设计要综合化、多元化、灵活性、整合与集成,建立交叉学科,关注学生终身学习能力的培养.

基本保证.

数学作为人类智慧的结晶,是一种极为重要的文化,是一种精确的科学的语言.它的本质特征决定了数学教育对大学生至少有三个方面的作用:一是定量分析必不可少的知识工具,社会科学研究的定量化和实证研究都离不开数学;二是培养严密的逻辑思维能力和洞察力最好的知识载体;三是提高科学审美意识的重要途径.在这三个方面的作用中,培养理性思维能力,接受美感熏陶是更为重要的作用[4]

2　“大工程观”下数学课程作用

围绕“大工程观”下现代工程人才的培养,我们应该重新认识数学对人的素质和对现代工程人才培养的影响,数学课程体系在大学课程体系中的位置,并且改革和完善数学课程体系,以提高学生的数学知识、数学技能及工程应用的能力.2.1　数学课程的基础作用

.在千奇百怪的数学符号中,在深邃而严密的

数学推理中,蕴涵着深刻的自然规律的韵味.任何一个自然规律,只有使用了数学语言,才能给人以简洁、统一、和谐的美的感受,这就是数学的魅力.数学的趣味性在于它渗透到生活的方方面面,可以说自然界中到处充满了数学的思想和法则.教师可以将一个又一个实际的例子引入教学中,大到揭示自然规律的奥秘,小到生活中的点点滴滴,无不渗透着数学,使学生深切感受到数学的魅力,在充满愉悦的气氛中来提高学生的数学能力与素养.基于这一点,数学教育应该作为一门重要的通识教育课程,不仅要在理工科类、经管类专业开设,而且也应该在、中文、体育艺术等文科专业开设.2.2　数学课程培养学生能力的作用

人们在认识世界和改造世界的过程中,对现实世界中数量关系和空间形式的认识和理解随着科学与技术的进步在不断发展.数学是一门精辟的科学的语言,是一个有力的工具,是自然科学、技术科学、经济科学、管理科学,甚至人文、社会科学等各门科学必备的重要基础.数学本身还是一门重要的科学,它是包括纯粹数学及应用数学内含的众多分支学科和许多新兴交叉学科的庞大的科学体系.数学的思想和方法与计算技术的结合形成了一种关键性的、可实现的技术,称为“数学技术”.数学作为人类智慧的结晶,是一种先进的文化,它在人类文明的进程中起着重要的推动作用

[3]

数学知识是完成创造性成果必不可少的基本工具.数学、物理、化学、天文、地理、生物(现为生命科学)这六个基础学科是整个现代科学技术大厦的基础,而数学又是其他五个基础学科的基础.基础学科的重大突破或新理论的完善都离不开数学.牛顿古典力学的创立有赖于微积分学的发展.正如恩格斯所说“只有微积分才能使自然科学有可能用数学来不仅仅表明状态,并且也表明过程:运动.”电磁场理论的完善则依赖于偏微分方程理论的发展.正如希尔伯特所指出的:“凡服从于科学思维的一切知识,只要准备发展成为一种理论,就必然受到数学的支配.”当今时代,数学已渗透到自然科学、社会科学的各个领域,并在其中发挥着越来越重要的作用.数学已不仅是一种工具、一种知识、一种语言,而且也是一种素质、一种思维模式、一种文化.数学教育在人的创造、归纳、演绎和数学建模这四种素质的培养上起着重要作用.在“大工程观”理念下人才培养更应加强数学教育,打好扎实的基础、拓宽学生的知

.

随着社会和科学技术的发展,数学作为数学科学,与自然科学、社会科学并列成为三大基础;数学与科学计算、理论研究、科学实验被列为科学研究的三大支柱.学好数学这个重要的语言和工具,掌握数学这个重要的基础,就掌握了开启其他科学技术之门的金钥匙.数学已经不仅是学习后继课程和解决科技问题的工具,而且是培养学生理性思维的重要载体.它涉及人的理性思维品格和审美意识的培育,涉及能动性与创造力的开发,这种特殊作用是一般的专业技术教育所难以实现的.科学理论的数学化已经成为现代科学发展的基本特点之一,数学教育对人才素质的培养起着重要作用.数学教育理念科学合理,是获得好的教学效果、培养素质人才的前提.我们用“大工程观”理念来设计大学数学课程体系,是实现社会和科学技术发展对人才素质要求的

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识面、提高学生的数学素质和学习能力.2.3　“数学建模”培养学生能力的作用

河南工程学院学报(自然科学版)2010年

和创新等能力培养的最有效途径.教学建模流程见图1.

数学建模是培养学生综合知识能力、应用能力

图1　数学建模流程图Fig.1　Theflowchartofmathematicalmodeling

　　从图1可以看出,数学建模的过程就是一个执行上述流程图的多次循环过程.用定量分析的方法解决实际问题,关键且又十分困难的一步就是建立恰当的数学模型.建立数学模型的过程需要把错综复杂的问题抽象为简单合理的数学结构,要做到这一点,既需要有丰富的想象力,又需要去寻找较合适的数学工具.从某种意义上讲,它是能力与知识的综合运用.数学建模课与其他数学课不同,它没有理论的学习,仅有一些纲要的引领,注重引导学生何时何处用到什么数学知识;注重培养学生理解实际问题的能力和抽象分析问题的能力;更注重训练学生综合运用数学知识和数学技能的能力.传统的数学教学较重视知识传授,而能力培养却被忽略.因此,将数学建模思想纳入到大学数学教学的主干课程中去,是社会发展的需要,是社会对人才素质要求的需

要.而且,通过对学生使用数学软件等的教学,加强数学实验课程开设,能提高学生的应用和工程实践能力.

3　数学课程体系改革与实践

3.1　课程设置

在“大工程观”教育理念的指导下,要以提高学生的数学素质为指导思想,构建工程人才数学素质框架见图2.以“厚基础、重应用、高素质、强能力”为原则,构建新的课程体系.在这个课程体系中,要坚持打好四个基础(连续量的基础、离散量的基础、随机量的基础和数学应用基础),实现三种结合(数学与计算机、数学与实际应用、基础数学与数学前沿技术),把数学课程设置为数学基础课程(或为必修课)和数学拓展课程(或选修课)两大类.

图2　工程人才数学素质框架图

Fig.2　Thechartofmathematicalframeworkforengineeringtalent

第2期原新凤,等:“大工程观”下数学课程体系的改革与实践・73・

　　数学基础课程是数学教育任务的主体,它包括四大基础:

连续量基础———以微积分和常微分方程为主体;离散量基础———以线性代数(含空间解析几何)为主体;

随机量基础———以概率论与数理统计为主体;数学应用基础———开设以简单数学建模、数值计算和数据处理为主体的数学实验课.

通过基础课程的学习,使学生掌握数学的基础知识、基本的数学思想和方法,掌握数学这个科学语言和技术工具,培养学生的数学素养、学习能力、分析和解决问题的能力,也为其他学科的学习奠定宽厚的基础.

数学拓展课程,这部分教学是数学教育任务的补充和提高.根据学生的基础、志向和特长,可开设考研数学、数学建模和数学方(运筹学、控制论、复变函数、积分变换).

通过数学拓展课程的学习,一方面加强基础,拓宽知识面;另一方面使学生掌握工程中常用的数学方法:数学物理方法、数值计算方法、最优化方法、应用统计方法及数学建模,培养学生综合应用数学的能力和创新能力.3.2　内容设置

线性代数简介和初等概率论.在介绍数学知识体系的过程中,适当融入函数模型构建、数学抽象和数学美学等方法,着力实行文理渗透,提高文科学生的数学素质.

4　结语

经过两年的探讨和教学实践,河南工程学院教师明确了数学课程在“大工程观”下人才培养的作用,教师在教学中利用现代教学手段,结合传统的教学方法,加强基础,拓宽口径,注重应用,同时突出基本概念的建立、基本方法的训练,注意知识的模块化与层次,培养学生的数学素养、学习能力、分析和解决问题的能力,使学生的数学应用能力得到了明显的提高.同时,学院积极组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,取得了显著成绩.2008年和2009年分别组织22和28个队参赛,甲组(本科组)获国家二等奖1个队,河南省二等奖4个队,省三等奖10个队;乙组(专科组)获国家二等奖1个队,河南省一等奖9个队,多个代表队获得省二三等奖.为了满足学院学生对数学课的更高层次的需求,开设了考研辅导课,也初显成效.2009年,有10人考上研究生,录取率为10%;2010年,有40人考上研究生,录取率达13.7%.现已初步形成了满足各层次需要的数学教学平台.

参考资料:

[1]　谢笑珍.“大工程观”的涵义、本质特征探析[J].高等

在数学基础课程中又分为理工类数学课程体系、经管类数学课程体系和文科类数学课程体系三个类型.

(1)理工类数学课程体系以理工科专业为主,

内容包括一元及多元函数微积分、无穷级数、常微分方程、线性代数、概率统计、数学建模、数学实验、计算数学等.

(2)经管类数学课程体系以会计、市场营销、经

工程教育研究,2008(3):35-38.

[2]　刘利平,马晓建.全面发展工程素养的“大工程”教育

观[J].辽宁教育研究,2007(12):37-40.

[3]　李大潜.将数学建模思想融入数学类主干课程[J].

高等学校理工科教学指导委员会通讯,2009(2):10-14.

[4]　肖树铁.大学数学教育与跨世纪人才培养[J].教学

济贸易、管理等专业为主,内容包括微积分、无穷级数、常微分方程、线性代数、概率统计、数学建模、运筹学等.

(3)文科类数学课程体系以教育(文科)、、

与教材研究,1998(2):7-9.

(下转第77页)

中文、外语、艺术等专业为主,内容包括初等微积分、

第2期辛长征,等:“教—学—交”教育模式在高校人才培养中的作用・77・

3　结语

“教—学—交”的教育模式实施六年以来,化学纤维生产技术的专业建设和教学都取得了较大进步.目前,化学纤维生产技术专业是河南省首批高职高专教育示范专业,学生的就业率连续三年达100%.2009年,笔者再次对前述单位进行调研,用

为建设和谐社会做出积极的贡献.

参考文献:

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1984:7.

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[3]　钱军平.论高校师生关系的重构及其现实意蕴[J].株

人单位认为我们的毕业生既具有一定的理底,又具有上手快、分析动手能力强的特点,对毕业生的满意率达95%以上.

在构建和谐社会主义社会的新时代,高校教师要将严慈相济的爱心融入祖国的教育事业中,通过对“教—学—交”的教育模式进一步完善和创新,充分调动学生的“向师力”,激发学生学习知识和学习做人的主动意识,师生之间也必将能默契配合,共同进步.良好的师生关系将是一本无字的道德教科书,

洲师范高等专科学校学报,2006,11(6):98-101.

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论,1998(2):25-27.

TheDiscussionof“Teaching-learning-communion”InstructionalModelinUniversityTalentsTraining

XINChangzheng,ANGang,WANGYanwei

(DepartmentofMaterialsandChemicalEngineering,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou450007,China)

Abstract:Teachingandlearningarethebasicelementsinthehighereducationactivities.Theinstructionmodelof“teaching2learning2

communion”isbeneficialtobuildaharmoniousandequalteacher2studentrelationship,andtoimprovethecomprehensivequalityofstudents.Themodelistheeffectivewaytocultivateversatiletalents.

Keywords:instructionalmodel;harmoniousteacher2studentrelationship;comprehensivequality;talentcultivation

(上接第73页)

ThePracticalandReformsofMathematicsTeachingunderLarge2scaleEngineeringPerspective

YUANXinfeng,HOUZiyan

1

1,2

,FANGJianyin

1

(1.DepartmentofMathematicsandPhysics,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou451191,China;

2.ChenggongCollegeofHenanUniversityofFinanceandEconomics,Zhengzhou451200,China)

Abstract:Forthetalenttrainingobjectivesofmodernengineering,andbasedonthe“Engineeringwithlarge2scale”,thispaperdiscus2

sesthestatusofmathematicalcurriculumsystemincurriculumsystemofChineseuniversities,andconstructsmathematicalframeworkforengineeringtalent.Meanwhile,ontheprincipalof“solidfoundation,betterapplications,highquality,strongcapacity,”itconstructsanewmathematicalcurriculum,andalsointroducesanumberofachievementsinrecentyearssincethereformofmathematicalcurriculum.

Keywords:engineeringwithalarge2scale;talenttrainingobjectivesofmodernengineering;mathematicaleducation;curriculumsys2

tem