加强实验中心建设 提升数学类专业学生创新能力

孟品超 周林华

[摘 要] 随着社会经济的发展和科学技术的进步，社会对高等教育人才培养质量的要求越来越高，对拔尖创新人才的需求越来越多。数学类专业建设过程中也必须关注社会需求，探索教学体系优化，教学内容更新，教学模式改革的有效途径，改善实验设备和条件，加强学生创新能力的培养。

[关键词] 数学类专业;创新能力;实践教学;教学改革

[基金项目] 吉林省本科高等教育教学改革立项课题（201840-02）;数学省级实验教学示范中心“融合创新，深度开放”实践平台建设

[作者简介] 孟品超（1978—），女，吉林省吉林市人，硕士，副教授，研究方向为计算数学。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）37-0387-02    [收稿日期] 2019-12-24

一、引言

数学类专业受基础类学科与专业特点的影响，人才培养目标普遍强调厚基础、宽口径，在强化数学基础的同时，提升学生的动手实践能力。实践教学中存在重理论轻实践的短板，制约着数学类人才培养质量和创新能力的提高。因此，加强数学实验教学中心建设，遴选优秀的数学类课程实践项目，推动实践教学体系改革，促进学生通过自主学习，参与科研项目训练，自由探索知识，将有效提高数学类专业人才的创新能力，提升自主创新思维。

二、背景与现状

笔者所在的学校是地方性理工科院校，肩负着为地方经济发展培养应用创新型人才的重任，因此非常重视学生理论基础和创新能力的培养，尤其是着力培养一批拔尖创新性人才。从现实情况看，我校数学类专业起步于20世纪90年代，现有数学与应用数学、信息与计算科学两个本科专业，并于2014年建成了吉林省数学实验教学示范中心。

2018年我们改版了新的本科教学人才培养方案，新的人才培养方案加大了实践教学的占比，推动了实践教学模式的改变，教学条件的完善。目前两个数学类本科专业实践类教学内容，占总教学内容的30%以上，主要实践类教学内容包含三个方面：一是课内实验。如数值代数、数值逼近、微分方程数值解等课程中有1/3的学时安排了实验教学，学生在实验过程中加深对数值计算理论的理解;统计计算、智能计算、复杂系统分析与建模等课程有1/2的学时安排了实验教学，学生在实验过程中不仅理解现代计算方法的理论，更能将计算方法和实际问题碰撞产生新的思想。二是集中实践环节。如课程设计和计算机实习，采用集中实践的方式，利用相关理论较完整的解决实际问题，从问题提出、问题分析、模型建立、模型求解等方面系统的进行理论梳理和动手实践;科研训练和创新研究实践则是在前期各种实践训练的基础上自主选题，通过文献检索和文献研读，深入、系统地分析和研究某学科、某领域或某各方面的研究成果，培养学生应用专业知识提出问题、分析问题、解决问题的能力，自主分析和研究，并形成方案的能力，及培养学生自主学习能力和终身学习的意识。三是课外实践环节。如大学生创新创业训练计划项目、大学生数学建模竞赛、大数据分析与挖掘竞赛、大学物理实验竞赛、物理学术竞赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛，等。

三、数学实验中心的建设

培养学生创新能力的核心是培养学生的创新意识和发现知识的能力。数学实验教学中心以培养学生掌握数学理论基础知识和创新能力为目标，因此在实践教学体系、实践教学模式、实践教学环境等方面加强建设。

1.构建零起点、全程化的数学类专业学生创新实践体系。我们为数学类专业学生构建了“零起点四层次三维度全过程”大学生创新实践体系。大一新生入学，无论是专业知识还是实践能力几乎是零基础，我们针对不同年级学生设置了四个层次的实践教学体系，同时从课内实验、集中实践、课外创新活动和竞赛三个维度提升学生的创新实践能力，构成了零起点、四层次、三维度、全过程的数学类专业本科生创新实践体系。建立了实验教学中心研究项目、大学生创新创业训练计划项目、大学生课外学术科技作品竞赛、大数据分析与挖掘竞赛、数学建模竞赛的项目链条，满足了不同层次学生参加不同创新训练项目的需求。

大一学生在专业知识零起点的情况下，首先进行专业认识实习和“面向对象程序设计”课程设计，对所学专业有初步的认识并掌握基本的编程基础;大二学生进行“Matlab软件应用”计算机实习和“数据结构与算法”课程设计，为后续的专业实践储备足够的软件设计基础;专业基础较好的同学可以参加大学生创新创业训练计划项目及大学生数学建模竞赛等实践活动，得到更多的锻炼和提高;大三学生已具备初步的专业实践的理论和软件基础，信息与计算科学专业会进行“数值分析”课程设计和“数据处理与分析”计算机实习，数学与应用数学专业会进行“多元统计分析”和“数据挖掘”课程设计，这些实践内容专业性更强，在此基础上，学生更具实力参与大数据分析与挖掘競赛和课外学术科技作品竞赛;经过三个学年的专业知识学习和专业能力积累，第七学期开展了“实用办公软件”计算机实习、科研训练、学术活动和创新研究实践，“实用办公软件”计算机实习强调报告和论文的专业规范训练，通过科研训练，强化学生搜集文献资料的能力，熟悉专业文献资料查找和资料积累方法，提高对文献资料的归纳、分析综合能力，学术实践是科学研究的重要基础环节，学术活动是学术实践的一部分，通过创新研究实践项目的完成，使学生了解专业知识在科研活动过程当中的重要性，培养学生应用专业知识提出问题、分析问题、解决问题的能力，及自主分析和研究，并形成方案的能力。

2.推进研究性教学，拓展学生自主学习空间。经过多年的教学改革，重数学理论教学，轻能力培养的问题已经得到很好的改善，但作为基础学科，难以避免的在教学中仍存在学生被动学习，接受教师灌输知识的现象，在某种程度上扼杀了学生自主学习和发现知识的能力。研究性教学是以知识教育为依托，以能力培养为主要内容，把学习、研究、实践有机地结合，引导学生的高度参与及主动性的充分发挥，并且创造性地运用知识和能力，主动地发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维，培养高层次、复合型、多样化的高素质创新型应用人才的一种教学方法。

我们积极探索研究性教学方式改革，尤其在实践教学过程中，通过研讨式教学、探究式学习、问题讨论小组、科研项目小组等形式，鼓励学生自主学习和研究性学习，探索“以学生自主学习能力发展为主线、以学生创新能力培养为核心”的教学方法改革途径。如在智能计算课内实验中，学生组成5人左右的讨论小组后选择感兴趣的智能计算领域内的问题，在老师的指导下开展小组讨论，分析和寻找解决问题的有效途径，最终小组协作解决该问题后撰写项目报告，并进行口头答辩。在问题选择中，可能是同一个实际问题，但不同小组对应不同的方法，也可能是同一种方法，不同小组对应不同问题。通过这种小组内的研讨和探究，拓宽学生的知识视野、提升理论思维能力，让他们获得发现知识的乐趣，养成自主学习的习惯。在专业知识教学中，突出科研创新能力培养，增强学生学术发展潜力。

3.公共实验平台共享环境建设。我们转换管理和服务理念，以教学实验中心网站为平台，开展专业课程及实践教学的信息化建设。将信息管理系统分门别类，进行模块化管理。实验教学管理模块预约实验项目，日常信息管理模块发布信息，自学助手管理模块提供自主学习网络环境，学习资源共享模块共享各种资源。信息化建设统筹规划，模块实施，提升管理和学习效率。实验中心实现对教师和学生全天24小时的开放共享，大幅度提高现有实验设施用于人才培养的利用率，给学生提供自由宽松的创新实践环境。

参考文献

[1]刘存霞，吕文，宋潇.地方高校数学类专业实践教学的几点思考[J].课程教育研究，2019（45）：140-143.