基于创新能力培养的数学类专业实践教学改革研究

基于创新能力培养的数学类专业实践教学改革研究

李吉娜,钱德亮,张洪涛,杨静

（中原工学院理学院，郑州，450007）

摘要：本文基于本科生创新能力培养的核心理念，分析了目前数学类专业实践教学的研究背景和现状，然后从实践教学体系、实践教学方式、实践教学评价体系等方面进行阐述，提出了一系列具有理论意义和实践价值的创新举措，探索了创新能力培养背景下数学类专业实践教学的改革思路。

关键词：实践教学体系；创新能力；数学类专业

一、研究背景

党的十八大以来，党中央确立以创新为首的新发展理念，鲜明提出“创新是引领发展的第一动力”的重大论断，提出实施创新驱动发展战略，发布《国家创新驱动发展战略纲要》 [1]。通过不断提高学生的创新能力，增强学生的创新意识，从而逐渐达到素质化教育目的。2015年，国家颁发了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，提出推动创新教育翻转，不仅要健全课程体系，而且要创新人才培养机制[2]。高等学校肩负着培养国家未来建设者和接班人的重要使命，如何有效地提升大学生的创新能力，已经成为高等学校极为关注的焦点之一[3]。
    2018年国务院发布了《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》， 强调要强化基础研究，对数学等重点基础学科给予更多倾斜。人工智能及其相关技术研究是当下经济社会中的大热点，人工智能发展的瓶颈问题在于其基础理论与算法，是制约人工智能发展和应用的核心关键问题，直接制约着人工智能产业的创新能力和重大发展。随着科技进步，人工智能应用日益广泛，但目前还没有完善的、公理化数学理论基础做支撑。为了突破“瓶颈”问题，因此有必要培养数学类创新人才。河南省地处中原地带，郑州是中国“一带一路”桥头堡城市，郑州是国家重要的综合交通枢纽，紧跟河南地方经济社会发展需求，与河南地方经济社会发展相契合，能较好地为地方经济发展服务。河南省的快速发展离不开高科技人才，特别是具有创新意识与能力的数学类人才。根据我校建设目标，结合“三步走”发展战略，促进数学学科与我校多学科进行交叉融合、优化学科布局、提高人才培养质量，是当前面临的一项迫切任务。而数学类专业受基础类学科与专业特点的影响，因而在加强数学基础的同时提升学生的创新能力，但目前数学类实践教学方面存在薄弱环节制约了学生的创新能力的提升，因而加强数学类实践教学改革，搭建多层次学科竞赛平台和实践创新平台，激发学生参与科研项目、学科竞赛、大学生创新创业训练计划项目等实践环节，将有效提高人才培养质量和学生的创新能力[4]。
二、数学类专业实践教学现状
      近年来，为了贯彻新发展理念，深入实施创新驱动发展战略，各个高等学校结合办学特色和专业特色积极探索创新教育的各类有效途径，并在人才培养方案中增加了创新创业类课程及实践环节，还专门成立了创新创业学院，但在实际教学中忽略了学生自主创新能力的培养。有些高校提出提高课堂教学质量是培养大学生创新能力的关键，将学科前沿内容、科研训练等融入课堂教学，提升学生的科研创新能力，借助于校内外创新实践平台，实现教学与科研、社会实践、学科前沿内容的深度融合，进而提高大学生解决实际问题的能力和实践创新能力[5]-[8]。

我校的数学类专业包含数学与应用数学专业和信息与计算科学专业，我校新的人才培养方案加大了实践教学的比例，增加了创新创业类课程的学分和创新创业实践环节，推动了实践教学模式的改变，教学条件的进一步完善。实践教学主要内容包含三个方面：课内实践（上机）、集中实践环节和课外实践环节。课内实践主要是借助计算机和数学软件进行上机操作；集中实践环节主要包含专业的课程设计，在理论教学的基础上进一步提升学生的动手实践能力和实践创新能力；课外实践环节主要包含全国大学生数学建模竞赛、全国大学生数学竞赛、大学物理实验竞赛、“互联网+”创新创业项目、大学生创新创业训练项目、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛以及大学生机器人竞赛等，培养学生勇于探索的创新精神、解决问题的实践能力。目前数学类专业实践环节，以数学实验室为依托，搭建教学实践平台和数学建模创新平台，增加了创新创业类、实践类课程比重，设置了“统计软件及应用”、“数学建模算法与分析”、“科研综合训练”等实践课程，构建了“重能力、强素质”的创新实践教学体系。目前，我们针对不同年级学生设置了“三平台【基础平台+专业平台+综合应用平台】”实践教学体系。

目前实践教学还存在如下问题：（1）老师和学生对实践教学重视不够，主要体现在学生对基础课程学习目标认识不到位、学生眼高手低动手实践能力不足、毕业论文自我要求目标不高；（2）实践教学课程内容及模块设置有待优化，主要体现在课程内容层次化不够明显，模块化内容需要进一步优化；（3）校外专业实习基地数量及质量有待进一步加强；（4）学习成果的评价标准和体系需要进一步完善；（5）缺乏创新能力，主要表现在缺乏创新意识、缺乏对本学科或者专业发展前沿的掌握、创新成果匮乏等。这些问题表明当代大学生的实践创新能力的现状不容乐观。在智能化时代，恰恰更需要大量具备创新能力的人才。

因而加强数学类专业实践教学改革，建立合理的实践教学课程体系，提高学生的实践创新能力，有利于满足当前经济社会发展对数学类专业人才的新需求。

三、基于创新能力培养的数学类专业实践教学改革思路
根据数学类专业的特点，依托于专业建设，我们主要从实践教学体系、实

践教学方式、实践教学评价体系等方面进行探索，主要内容如下：
（一）改革和优化数学类专业实践教学体系

（1）修订和完善数学类专业培养方案和教学大纲

在数学类专业的培养方案和课程的教学大纲修订中，将创新能力的培养和素质提升加入到实践教学课程的教学大纲中。

（2）改革和优化课程内容及模块设置，搭建层次化、模块化实践教学课

程体系

目前，我们针对不同年级学生设置了“三平台【基础平台+专业平台+综合应用平台】”实践教学体系。在大类培养阶段，主要是基础平台的实践教学体系，在专业方向阶段，主要是专业平台和综合应用平台的实践教学体系。在此基础上，我们将进一步优化课程内容与模块，主要包含三个模块：专业基础课程设计、创新教育类和创新实践类。如专业基础课程课程设计模块主要包含《专业基础课程综合训练》、《数值计算与建模方法课程设计》等；创新教育类模块主要包含《数学理论与应用综合课程》、《专业方向前沿专题讲座与讨论》等；创新实践类模块主要包含《创新创业实践》、《数学科研创新实践》等。

（3）实践教学环节融入思政元素，进一步提高学生创新意识

在数学类专业实践教学体系中，探索并深入挖掘思政元素，融入社会主义核心价值观、科学精神与素养、环保理念、社会道德等思政元素，让学生体会到家国情怀、工匠精神、危机感和使命感，进而提高学生的创新意识，激发创新潜能。
    （4）开展卓有成效的课外创新实践能力训练，主要包含开展多类别的学科竞赛培训平台、多形式实践创新培训平台和科研创新平台
    主要开展全国大学生数学建模竞赛、国际大学生数学建模竞赛（美赛）、大学生数学竞赛、大学生创新创业训练项目等不同类别的竞赛。其中全国大学生数学建模竞赛是中国工业与应用数学学会主办的面向全国大学生的群众性科技活动，是首批列入“高校学科竞赛排行榜”的重要竞赛之一，目前已成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛。该竞赛题目全国统一，基本都来源于科学与工程技术、人文与社会科学（含经济管理）等领域的实际问题，题目有较大的灵活性供参赛的大学生发挥。该竞赛有利于激发学生的学习兴趣和创新思维，拓宽知识面，培养学生综合利用数学知识、理论以及方法解决实际问题的能力以及创新实践能力，学生们通过参加数学建模竞赛的全过程，达到“一次参赛，终生受益”的目的。

科研是创新的源头之一，将科研融入教学中，有利于及时将科研所取得的科研成果融入到实践教学中，提高学生的学习兴趣和提升学生的创新能力。鼓励学生参与“互联网+”创新创业项目、大学生创新创业实践计划项目、挑战杯竞赛等，培养学生的创新能力。尤其鼓励学生参加教师的科研项目、科研论文以及专利申请等科研工作中，积极参加各类学术交流并听取学术报告，鼓励学生在科研方面进行创新，在毕业论文命题方面，部分题目侧重于教师的学术研究内容。

（二）改革实践教学方式

开展问题式教学、案例式教学、探究式教学并结合现代信息技术，虚实相结合开展教学方式改革。
   （1）师生共同实践教学
    在实际教学中，组建师生科研讨论兴趣班，通过吸收优秀学生参与到教师科研项目、科研论文等科研创新活动中，探索教师引导为主，学生协助的科研创新实践教学体系，以科研活动激发学生的科研创新意识，而科研任务和课题的设计主要依据学生所具备的知识能力而定。通过师生共同开展科研创新活动，提升学生实践创新能力。
   （2）加强团队合作实践教学
    在实践教学中，根据模块化内容设计课题，按照团队方式进行，团队成员根据任务来确定，一般不超过6人，团队任务主要包含两部分：一部分是独立完成的任务，另一部分是需要合作完成任务，这有利于团队成员之间分工协同。通过教学内容模块化设计，这有助于培养学生团队合作能力、动手实践能力和创新能力。
  （三）实践教学评价体系

开展多维教学成果评价方式，如过程性评价和期末评价。在过程性评价中包含小组内部评价、小组与小组之间评价和教师评价。多维评价的核心是教师实施“因材施教”，以实践教学的任务或者项目为驱动，并结合课程目标为综合评价点，通过开展多维教学评价，有助于提升学生的动手实践能力和创新能力。
四、结语

在新时代背景下，数学类人才的培养应与时俱进，明确以学生为中心、以问题为导向，从而激发学生利用自身知识自主探索的创新意识，进而能利用数学知识解决实际问题，实现课内外实践相结合、课内知识与实际应用结合。构建创新能力培养的实践教学体系是一项长期的工程，结合人才培养目标，建立有效的培养机制，从而提升学生的核心竞争力，拓宽学生未来的就业面，以保障人才培养的质量。

参考文献：
[1] 钟实. 创新驱动铸辉煌 科技强国启新篇——党的十八大以来我国科技文化创新取得的成就[J]. 经济，2017,14: 18-21.

[2] 戴世宇，张兄武，孙云飞，周建祥. 以“大学生科研训练中心”为平台的创新创业能力培养研究[J]. 高等建筑教育, 2021,30: 145-150.
[3] 汪静, 胡玉才,迟建卫. 基于大学生创新能力培养的物理教育教学体系构建与实施[J]. 中国大学教学，2021，3： 55-59.
[4] 孟品超，周林华. 加强实验中心建设 提升数学类专业学生创新能力[J]. 教育教学论坛, 2020, 37: 387-388.
[5] 王苏华. 以创新能力培养为导向的大学数学课程教学改革探索与实践[J]. 科教文汇（中旬刊）, 2020, 7: 68-70+97.
[6]徐芹. 基于学生创新能力培养的数学分析课程教学改革实践[J]. 甘肃高师学报, 2021, 26: 70-73.
[7] 李玉道,张广玲,尹力等. 以科技竞赛为载体大学生创新能力培养探讨[J]. 实验室科学, 2022, 25: 223-226.
[8] 宋丹霞,秦陇一,刘芩. 大学生创新能力培养与专业教育融合对策分析——基于广州大学的调查[J]. 2022, 5: 216-219.
 

作者简介：李吉娜（1981-），女，河南临颍人，博士，副教授，从事数学领域的研究与教学工作。

基金项目：河南省高等教育教学改革研究与实践重点项目“‘创新驱动战略’背景下工科学生数学综合能力培养模式改革研究与实践”【NO.2021SJGLX220】；“纺织之光”中国纺织工业联合会高等教育教学改革研究立项项目“一流专业建设背景下纺织服装类专业学生数学能力培养的新模式”【NO. 2021BKJGLX500】；中原工学院教学改革研究与实践项目“基于创新能力培养的数学类专业实践教学改革研究”【NO. 2021ZGJGLX053】；中原工学院教学改革研究与实践项目“‘智能教育+新工科’背景下工科学生数学能力培养的研究与实践”【NO. 2021ZGJGLX028】；中原工学院课程思政教学团队 “数学建模团队”；中原工学院教学改革项目“新发展阶段下基于‘深度学习’理念的高校智慧教学模式的探索与实践 ——以《数学分析》课程为例”【NO. 2021ZGJGLX045】，2021年第二批产学合作协同育人项目“基于‘项目导向、任务驱动’的数学实践类课程的教学改革与实践”【NO.202102267002】.
 

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