基于高职无人机专业群需求的高等数学课程教学改革研究
摘要
关键词
高等数学;专业需求;教学改革;无人机专业
正文
项目来源:
河北省高等学校人文社会科学研究项目《基于无人机专业群建设的高职数学课程教学改革研究》(SZ2023117);渤海理工职业学院科学研究项目《高职数学课程的教学改革研究初探—以无人机应用技术专业群为例》(BHLG21007);渤海理工职业学院科学研究项目《课程思政视角下高职院校<高等数学>课程改革》(BHLG21006);渤海理工职业学院科学研究项目《高职院校高等数学课程评价体系初探》(BHLG23002)。
作者简介:刘庆岗(1981.9-),男,汉族,河北衡水人,高级工程师,硕士,研究方向:数学类教育教学研究。
王润玲(1991.7-),通讯作者,女,回族,河北沧州人,讲师,硕士,研究方向:图像处理、数学类教育教学研究。
韩平平(1992.6-),女,汉族,河北衡水人,讲师,硕士,研究方向:数学教育。
为了培养服务生产一线的高素质技术技能人才,目前大多高等职业院校教学安排是两年理论课和一年实习,并且在两年的理论课中还需穿插一定课时的实践课。对于无人机专业群来说,其专业课所需高等数学知识点较多,分布比较零散,而高等数学课程自身内容多,知识冗杂,难度较大,又因为高职院校的理论课课时安排相对较少,因此教学内容的选取就变得尤为重要,既要考虑课时量,又要考虑与专业紧密对接,还要考虑学生基础;此外高等数学课程的传统教学模式和教学考核评价机制的科学性也有待改进。本文以渤海理工职业学院无人机专业群为例,分析高职院校在高等数学教学改革中存在的问题,并结合自己教学实践进行系统研究。
一、高职院校高等数学课程的教学现状及存在问题
高等数学是高职院校各工科专业非常重要的一门工具性课程,高等数学自身内容多,专业需求面广,而高职院校还面临着公共基础课课时少、学生基础知识差异大等特点,这给教师如何精准高效上好高等数学课带来很大挑战。虽然目前大多数高职院校在教学改革中已取得了一定成绩,但还有一些不妥之处有待改进。
(一)教学内容与专业需求对接性不强
不同专业群所需要的高等数学知识点的差异较大,比如无人机专业群所需数学知识点主要有微分方程、定积分、矩阵运算、向量运算等,而财务会计类专业群所需求的数学知识点主要有导数、一元函数积分、微分方程、极值等。而目前有些高职院校高等数学课程的教学内容为统一版本,基本不分专业;还有些高职院校虽然教学内容的选取区分了专业,但是与专业课所需求的数学知识点对应性并不强。
(二)教学模式过于单一,缺少多样化
因为高等数学课程理论性强,公式较多,并且有些概念、定理比较抽象,仅仅采用传统板书或简单的PPT进行数学知识讲授,不但很难激起学生的学习兴趣,而且教学效果还不尽如人意。比如我们可以借助信息化技术把抽象的数学概念或定理通过鲜活的实例做成微课,然后结合板书、多媒体授课,学生就更容易理解,更感兴趣。
(三)教师重视理论多,课程思政融入少
课程思政作为一种有效地育人方式,它在学生价值观塑造、能力培养和知识传授等方面起到了非常重要的作用,是课程内容与育人有机统一。高等数学课程思政的推进不仅可以促进高等数学课程教学方式的创新化和教育内容的丰富化,而且对教学成效的改善有很大帮助。而目前多数高职院校高等数学的教师仍然是以数学概念、定理、公式和简单计算为主来进行教学,很少教师能够有效地融入思政元素,在数学课程思政元素的挖掘和使用方面呈现的不够,起不到协同育人的功能。
(四)教学评价方式单调,科学性不高。
目前大多数高等职业院校高等数学的考核评价方式分为两类:一种是考查课,期末总成绩=平时成绩×50%+期末开卷考试成绩×50%;另一种是考试课,期末总成绩=平时成绩×30%+期末闭卷考试成绩×70%。但平时成绩的衡量标准多数院校教师就是看考勤和作业,期末试卷试题多数是理论、简单计算和定积分简单应用,这样粗放的教学评价方式对学生数学应用能力的培养是不利的。
二、高职院校高等数学教学改革举措
(一)教学内容改革
教育部在《关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》中明确指出,基础理论课程的教学要以应用为目的,以“必须、够用”为度,以“讲清概念、强化应用”为重点[1]。
在高等职业院校高等数学课程内容的选取不要拘谨于教材原有的系统性和完整性,而应该有所取舍 ,教学内容的选择要根据专业课的需要进行。因为不同专业群所需的数学知识点有些存在较大差异,比如无人机专业类用到了微分方程、Laplace变换、克拉默法则等数学知识[2],而财会类专业就用不到Laplace变换,但用到概率分布、期望和方差等数学知识。所以不同专业群要有所侧重的选择教学内容才能为学生学好专业课程打下坚实基础。教学内容要根据专业需求来定授课计划,下面以无人机专业群为例,与专业课教师一同重点分析其核心专业课所用到的数学知识点,见表1,根据这些数学知识点来确定精准的教学内容,可大大提升高等数学课程服务专业水平。
表1 无人机专业群核心专业课所涉及高等数学知识统计表
核心专业课名称 | 专业课知识点 | 所用到的高等数学知识点 | 备注 |
电工电子技术基础 | 交变电流 | 导数、定积分 | 计划内 |
电路分析 | 微分方程 | 新增 | |
正弦交流电路中平均功率的计算 | 定积分 | 计划内 | |
异步电动机的转子串联电阻的计算 | 导数 | 计划内 | |
信号的延时与相位移动;信号的调试与搬移. | 傅里叶变换的性质 | 新增 | |
冲激信号及响应的计算 | Laplace变换 | 新增 | |
RLC方程 | 微分方程 | 新增 | |
磁通量的计算 | 定积分 | 计划内 | |
空气动力学与飞行原理 | 空气动力学的基本方程 | 微分方程 | 新增 |
机翼几何参数和作用在机翼上的气动力 | 定积分、导数 | 计划内 | |
飞机运动方程及线性化分析 | 向量运算叉积、微分、偏导数 | 仅微分计划内 | |
飞机纵向运动、横侧向运动的模态分析 | 微分方程、Laplace、矩阵方程、克拉默法则、特征方程 | 仅克拉默法则计划内 | |
飞机常用坐标系及其转换矩阵的构建 | 矩阵及矩阵加法、乘法运算,转置矩阵、逆矩阵、正交阵 | 正交阵为新增 | |
无人机结构与系统 | 飞控系统分类积分式计算执行机构的位置偏移量 | 定积分 | 计划内 |
无人机导航系统中惯性导航系统 | 二阶导数、定积分和二重积分 | 二重积分为新增 | |
自动控制理论 | 自动控制系统的模型 | 微分方程、Laplace | 新增 |
采样控制系统、频率域方法 | 傅里叶级数 | 新增 |
另外,鉴于高职学生数学基础整体偏弱,根据实地调查无人机专业群的学生的生源情况,以了解其学生的数学基础,按照所找出的与专业课相匹配的数学知识模块,结合学生生源的数学基础,界定出各数学模块需添加的前导数学知识。比如在讲导数前,对于无人机专业来说,要先复习串讲正弦函数、指数函数的性质和图像画法及切线定义等先导知识。
(二)教学模式改革
要打破传统单调的高等数学理论体系的授课模式,要利用好微课、信息技术、媒体软件等工具与传统板书相结合的教学方式把一些抽象枯燥的数学理论用浅显易懂的实例制作成短视频或微课,以提升学生的学习效率。
1.线上与线下相结合方式进行教学
线上:课前利用学习通平台提前上传课件、课前任务供学生预习;课中利用学习通平台开展签到、抢答、随堂练习等教学活动;课后统计学生作业情况适当调整教学内容和方法,在线答疑等活动。线下:利用多媒体课件与板书相结合的方法进行课前任务点评和新知讲解。采用线上与线下混合式教学不仅可以激发学生的学习兴趣,而且还可以提升课堂效率,从而提升整体教学效果[3]。
2.微课辅助教学
微课全称是微型学习课程,根据教学需要和学生的学习需求确定独立的教学目标,采用多样化的教学方法,以视频教学方式利用碎片化的时间来展开教学[4]。
比如对抽象且难度大的极限定义来讲,可以将中国古代数学家刘徽求圆面积的“割圆术”具体实例制作成微课。让学生课前通过微课视频先来领悟极限思想,在课堂讲极限时学生就更容易理解。
3.分层次教学
针对高职院校学生数学基础差距较大,如果对高职学生仍按照传统的“一刀切”、“一锅煮”式授课,很容易造成“基础好的同学吃不饱,底子薄的学生跟不上”的情况出现, 导致整体教学效果不理想,因此采用分层次教学是非常必要的。学院的分层教学设计分为课前、课中、课后三个层次,在课前两天以微课和PPT形式发送本讲新知的前导数学知识讲解,课中例题和练习设置分为水平1和水平2两个层次,课后作业设置也分水平1和水平2两个层级,并利用学习通平台在线答疑,让学生遇到问题随时都可以得到解惑。在教学过程中全程录像,课后及时发至学习通平台,以便上课没有跟上或没听懂的学生可以再次反复去听去理解。
(三)高等数学蕴含的思政元素的植入方式改革
习近平总书记在2016年全国高校思想政治工作会议中讲到“使各类课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应”[5]。简单来说,只要对学生成长有积极引导作用,有助于激发爱国热情、坚定理想信念、激励正义追求、提升道德修养、促进遵法守法等正能量的元素,都属于思政内容的范畴[6,7]。
以无人机专业群为例,以无人机的发展史和数学本身所蕴含的思政元素为切入点,结合数学史、数学文化以及某些定理来源等信息,找出与数学教学内容相关的思政资源,建立数学各模块的思政微课或短视频材料。比如我们在讲定积分定义时,上课时先给学生放一段曹冲称象的微课视频,引导学生思考这个故事中用到什么数学方法?然后与学生一起总结出“化整为零,化零为整”的数学方法,并告知学生遇到问题要勤于思考,善于变通。从中国故事出发,以直线代替曲线和极限思想,建立曲边梯形面积的求解数学模型,从而引出定积分的定义,使学生更容易理解。这不仅使学生理解“化整为零,化零为整”的数学方法,而且还体会了中国古人的智慧。
(四)高职院校高等数学课程教学评价方法改革
以往教学评价过多以学生成绩高低作为衡量的标准,未能有效挖掘学生在高等数学学习中的思维品质和学习潜能。高等职业院校期末考试的目的是有别于高考考试的,高职的期末考试主要目的不在于选拔人才,而在于检查学生本学期知识掌握情况及教师教学质量情况。
考核评价方法:总成绩=平时成绩×40%+期末闭卷考试成绩×60%,对平时成绩衡量标准和考试试题设计进行全面改革,主要采用过程考核和结果考核相结合的方式,其中平时成绩主要来源学习通平台,包括考勤,课前任务完成情况,随堂练习,课后作业,PPT预习等内容,既锻炼了学生自学能力,又可以辅助教师掌握学生学习情况来指导教师调整教学方法或内容。期末试卷试题增添了一些与专业相关的数学知识应用考查,每类题设有水平1和水平2两个不同难度层级,供学生选做。不科学的教学评价方法有时会影响到学生的自信心,要让学生有成就感,不能用一个标准来衡量,要结合学生基础来考核评价。
三、教学改革效果分析
自2020年以来,我一直担任无人机专业群的高等数学课程教学,经统计近三年本学院的学生生源质量和规模基本稳定。高等数学的教学改革举措在2021级和2022级无人机专业群学生中进行逐步开展,在2021级学生的高等数学课程教学中开始对教学内容调整、教学模式转变,在2022级学生的高等数学课程教学中全面按照教学改革措施执行,经过两年教学改革举措的运行,教学效果显著,教学改革后比教学改革前高等数学不及格率减少了7.40%,相关专业课的不及格率减少5.2%,梳理近三年学生对高等数学课程的满意度问卷调查统计,学生满意度提高了11.7%,在教学过程中,感觉学生的参与课堂的积极性比之前有较大提升。
四、结语
结合自身教学实践,认真分析了高职院校高等数学在教学改革中存在的问题,并针对存在问题展开了系统研究,找出了适应当今高职院校高等数学教学改革的一系列有效措施,并在本学院无人机专业群学生中进行了教学实践,取得了良好的教学效果。
参考文献
[1] 李海洋,王磊. 高职院校机电类专业数学课程改革的探索[J],河北能源职业技术学院学报, 2013(12):87-89.
[2] 张清仕 ,王云青. 克拉默法则的教学困境与应对策略[J],江西电力职业技术学院学报, 2022,35(6):26-27.
[3] 于新艳.混合式教学在高等数学教学改革中的运用探析[J],延边教育学院学报,2022(10):4-6.
[4] 李建龙,郭志荣,姚星桃.高等数学教学改革中微课教学的应用[J],湖北开放职业学院学报,2023(7):167-169.
[5] 刘庆岗,王润玲,王云青.高职无人机专业《高等数学》课程教学改革探析[J],山西青年,2023(6):74-76.
[6] 傅乃文.高职数学课程思政教学探索[J],数学学习与研究,2023(10):137-139.
[7]丁黎明. 基于专业特点的高等数学课程思政改革[J],南通职业大学学报, 2022(6):36-37.
...