“新基建”背景下中职学校工科专业数学教学改革探究

武志鹏

(武汉技师学院机电工程系 湖北武汉 430051)

2020年3月，中共中央政治局常务委员会召开会议提出，要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新基建不同于旧基建，主要包括以人工智能、大数据中心、工业互联等高科技产业为基础而开展的一系列促进国民经济发展的战略举措，将极大地提升人民的生活水平，提升消费质量。新型基础设施不只是网络基础，更包含数字基础、运算基础，加快计算力支撑非常重要[1]。

一、中职学校对数学教学的要求

对于中职学校，传统的工科包括机械制造类、电子电气类和计算机类。然而，在“新基建”背景下，上述三类被整合成为交叉学科的“智能制造”领域和“人工智能”领域。在这两个领域中，三个重要的技术支撑是数控加工技术、自动控制技术和计算编程技术。

数控加工技术除了包括传统的数控车、铣技术和数控冲压等技术，还包括工业机器人技术。虽然“三角函数”即可满足多数计算要求，然而，由于多轴加工技术的引入，固然可以借助CAD/CAM软件实现轨迹控制，但是在后处理环节却需要坐标系的空间变换知识。

计算机编程技术是现代工业技术的基石[2]，而算法是现代计算机编程技术的核心。“新基建”背景下的高技能人才应具备将物理现象抽象为数学模型的能力。在校生应能根据需要找到和专业相关的初等函数和超越函数公式，并改写成高级计算机语言程序。

二、当前数学教学的痛点

（一）学生学习动力不足

大多数学生在入学之前，学习数学的唯一目的就是参加中考或高考。学生极易对数学的学习产生误解与偏见，以致学习动力普遍不足[3]，更有甚者抵触反感，进而提出“数学无用论”，这对后续的教学活动产生了较大的负面影响。

（二）教师教学因循守旧

入学后的常规课堂教学方式难以打破学生早期产生的数学学习思维定势。以幻灯片和视频为主的多媒体教学也难以令人产生新的感官刺激。加之无法突破教材的限制，教学效果不理想。

（三）课程课时安排不足

教学活动不是短期行为，数学学习不可能一蹴而就，应与专业课程相生相伴。然而，数学作为基础课程，在课时的安排上无法与专业课比拟。片面的数学知识点又难以系统地应用，这就更加强化了前述的“数学无用论”。

（四）学生学习效率低下

对于学习能力强、学习兴趣高的学生而言，现有的教学大纲远远无法满足“新基建”背景下对工科专业的数学能力要求[4]。除了超纲的知识点，另一个困扰学习效率的问题是，数值计算与分析需要耗费大量的时间与精力。

三、应对策略

（一）改善教学方法

数学课是职业技能教育中的基础课，其教学活动应该服务于专业课程的学习。同时，其教学方法也可以参考专业课，简要开展理论教学后随即进入实践课程，待学生初步掌握该项技能后，再转入更深层次的理论学习，然后进一步地实践应用。虽然数学的精髓之一在于推理与证明，但在职业技能教育中，不妨将数学这类基础课程的学习更加“功利化”，对于已经证明过的公式和定理，把重点放在公式和定理的物理学意义上，即数学的学习应服务于专业课程的学习。对于需要参加技能高考或者“3+2”类的学生，则需要将数学分化为教育数学和专业应用数学等[3]。

（二）提升教师专业能力

一方面是数学专业能力，教师要积极扩建数学知识体系，构建符合“新基建”要求的数学知识架构。同时，应注重数学素养的提升，包括知识点的背景知识、人物介绍和历史典故，把公式化的数学学习转变为具有人文气息的数学文化学习。另一方面是数学应用能力的提升，专职数学老师也应参与专业实习课教学，依照专业特点安排教学内容，设计教学案例，采用案例式教学，项目式教学，与专业教师合作，编纂案例集，针对具体的工程案例，开发成项目式教学课例。

（三）深化课程改革

1.明确工科应用数学知识体系

针对不同专业，拟定知识体系框架。例如，对于工业控制类专业，势必要开展微积分教学，除了上文所述的PID是以微积分为基础外，更进一步地，还应对积分变换具有一定认识，虽然可以不要求学生会进行拉普拉斯变换，但是应能明白拉氏变换的意义与功能，并且能认出拉氏变换。对于数控加工专业，固然CAD/CAM软件提供了较为成熟的刀具路径解决方案，但是随着多轴加工技术的逐步普及，程序后处理将是数控技术高端人才无法回避的问题，这将需要线性代数、矩阵变换和解析几何方面的知识，同样地，对中职学生而言，掌握这些知识是有难度的，但了解这些知识却是意义重大的。

2.数学与计算机基础课程融合

职业技能教育中的计算机课程不应仅限于办公软件的教学。“新基建”背景下的工程专业必然要借助计算机实现工程应用。对于数值的计算和分析，可以尝试交由计算机完成，借助具有图形化功能的计算机软件从几何意义的角度去分析数值。从软件资源的角度来看，当前有大量的免费开源软件可以利用，通用的如python和C语言编译器，专业的如MATLAB。从硬件资源来看，不必建立专用的计算机房，因为几乎每个学生都有一部智能手机，python和C语言编译以及MATLAB均能在智能手机上运行。这种利用智能手机开展数学教学的方式不仅能解决学习软硬件柔性化的问题，还能为解决学生沉迷手机游戏提供一种解决方案。

四、结束语

从职业技能教学法的存在性和可行性来看，并不是工程实践都需要先具备深厚的理论知识，以具体的应用作为切入点，先学怎么用，再学为什么。同理，并非所有的工程实践都是先做严谨的数学推理与证明，没有系统的数学理论知识也能掌握具体的数学算法，而这些算法对于提升底层的技术工作能效非常有用。比如，三角函数在工业机器人料库系统中的应用、参数方程在宏程序中的应用。在传统的职业技能教育中，数学教学从集合的概念开始，到向量的点积叉积计算等，教学活动中与专业知识交集少甚至无交集，导致后期再开设专业数学，如数控数学，这无形中又增加了课程冗余度，因此，中职数学教学改革势在必行。