新工科建设视域下的工科数学教师教学能力提升对策研究

孙和军

摘    要：新工科建设是以培养工程创新型人才为目标的我国高等工程教育改革的新方向。工科数学教师的教学能力水平直接关系着新工科人才培养的质量。课程思政教学能力、学科交叉融合能力、混合式教学能力和研究性教学能力是工科数学教师在新工科建设进程中所要重点关注的教学能力要素。文章通过加强教师教学发展中心内涵建设、打造新工科数学教学学术共同体、完善教学评价和激励制度等构想的提出，以期为工科数学教师教学能力提升提供切实保障。

关键词：新工科建设;教师教学能力;教师发展;工科数学;工程教育

中图分类号：G642          文献标识码：B          文章编号：1002-4107（2021）02-0055-03

新工科建设是基于世界科技革命新进展、国际竞争新形势、国家产业变革和经济发展新需求、人才培养新要求而提出的我国高等工程教育改革新方向，其人才培养目标是“培养能主动适应新技术、新产业、新经济发展的工程创新型人才”[1]。数学在新工科创新型人才培养中发挥着不可或缺的基础性支撑作用，工科数学教师的教学能力水平直接关系着新工科人才培养的质量。下面我们就工科数学教师教学能力对新工科建设的意义、新工科建设视域下的工科数学教师教学能力要素和提升保障措施进行探讨。

一、工科数学教师教学能力对新工科建设的意义

数学是新工科建设视域下所要重点关注的学科之一。首先，从新工科的定义可以看出数学在新工科中所占有的基础性重要地位。“新工科”中的“工科”指的是工程学科。而工程学科（工科）是指运用数学、自然科学、经济、社会学和实践经验等知识，发明、创新、设计、建造、维护、研究和改进结构、机器、工具、系统、组件、材料、过程、解决方案和制作结构的学科[2]。“新工科”中的“新”指的是工科与其他学科的交叉复合、应用理科向工科的延伸等方式产生的新型学科，这其中都离不开数学的身影。其次，数学是新工科人才所要掌握的更先进的知识之一。事实上，数学在包括大数据、人工智能、云计算、量子通信、5G通信、物联网、虚拟现实等在内的新技术中都扮演着举足轻重的角色。再次，数学可以为新工科人才解决复杂工程问题和进行原发性的工程创新工作，提供创新思维能力的培养依托。数学是人类对未知世界的好奇心和执着探求而形成并不断发展的一门学科，只有用创新思维才能透过纷繁的各种表象获得带有预见性和真理性的数学创新结果。而这种结果往往是人类未来科技突破的基石。例如，麦克斯韦在1865年给出了由20个变量、20个方程构成的麦克斯韦方程组。凭借着这个复杂的数学方程组，他预见了与可见光的波长和频率不同的其他电磁波的存在。随后，这一伟大预見被德国物理学家赫兹的实验所证实，并被马可尼等人加以技术应用开发，成为人类电气时代的重要基石。

教师是新工科建设中至关重要的一环。《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》要求，要引导高校教师潜心教书育人。在“新时代全国高等学校本科教育工作会”上，教育部部长陈宝生指出：教师素质是新工科建设下一步所要着力解决好的问题之一。工科数学教学是新工科育人体系的关键环节，工科数学教师的教学能力直接关系到新工科人才培养的质量，关系到工程教育的水平。在新工科建设由理念到行动探索深化的关键阶段，工科数学教师教学能力发展问题无疑对新工科建设具有重要的现实意义。

二、新工科建设视域下的工科数学教师教学

能力要素

基于新工科人才培养的要求和高等教育发展的态势，我们对新工科建设视域下的工科数学教师的能力要素进行分析探讨。

（一）课程思政教学能力

新时代的中国高等教育要回答好培养什么人、怎样培养人以及为谁培养人的问题。习近平总书记要求“坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，要用好课堂教学这个主渠道”[3]。归根结底，新工科建设所要培养的仍然是“又红又专、德才兼备、全面发展的中国特色社会主义合格建设者和可靠接班人”。新工科人才要具有家国情怀、要具有社会责任感、要“工具理性和价值理性兼备”[4]。因此，承担新工科育人任务的工科数学教师必须把立德树人摆在教育教学工作的首位，不断提升课程思政教学能力。

对照上述新工科人才培养要求，工科数学教师要从多方面提升自己的课程思政教学能力：要加强思想政治学习，提升准确理解和把握社会主义核心价值观深刻内涵的能力;要提升课程思政教学设计能力，能够挖掘数学课程与新工科思想政治教育的契合点;要提升课程思政教学组织能力，能做到潜移默化、春风化雨、润物无声;通过教学能力的提升，做好数学能力培养与价值引导有机结合的工作：发挥数学在唯物主义和自然辩证法思政教育方面的优势来提升学生的马克思主义世界观和方法论素养，从国家意志、社会需求、工程本质属性、个体发展等维度对学生进行思想、态度和价值观正面引导，引导学生把个人的理想追求和实现“中国梦”、中华民族的伟大复兴统一起来，引导学生树立以知识、能力和技术报国的奋斗目标，把家国情怀、社会责任感、工具理性和价值理性基因式地沁入学生的心田。

（二）学科交叉融合能力

当前，科学技术正在从高度分化走向交叉融合，新学科的产生和科技的重大突破常常是在学科交叉和相互渗透的过程中形成的。在1981年到2011年间的诺贝尔自然科学奖的111项获奖成果中，属于交叉成果的共76项，比例高达69%。而且，新一轮科技革命和产业变革不会仅仅局限于一个学科，而是多学科、多技术领域的高度交叉与深度融合。例如，近几年来发展起来的多传感器数据融合技术是由多学科交叉融合发展起来的一种应用技术，涉及到模糊数学、概率统计、信号处理、模式识别、人工智能和信息论等理论。因此，新工科建设要“主动布局、设置和建设服务国家战略、满足产业需求、面向未来发展的工程学科与专业，培养造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才”[5]，要大力促进现有工科的交叉复合、工科与其他学科的交叉复合以及应用理科向工科的延伸。基于科学技术发展的趋势和新工科的生成特点，学科交叉是新工科教育范式下所要关注的新工科人才培养的重要路径之一。

数学在工程学科研究和应用中发挥着重要作用，所以说数学是新工科学科交叉教育路径下所要重点关注的学科之一。从事新工科教学和人才培养的数学教师要充分发挥数学作为众多工程学科专业底层核心工具的地位，破除数学与工程学科之间的知识壁垒，拓宽知识和思维的学科视野，提升多学科交叉融合的数学教学设计能力，把数学理论放在多学科交叉的问题情境中，强化数学知识与多学科问题解决的联系，帮助学生学会如何用数学的科学理论和方法来解决工程领域的关键性問题，为学生未来解决复杂工程问题和从事工程创新奠定数学知识和能力基础。

（三）混合式教学能力

未来工程活动将由传统的集约化、规模化向分散化、个性化和定制化方向转变。在这样的背景下，新工科教育要立足于促进人的全面发展，树立“以学生为中心”的教育理念，要以学生发展为中心和本位，以便为学生应对未来工程新业态的重大挑战做好准备。从某种意义上来说，以教师为中心、单纯依赖课堂教学、把学生当作知识灌输对象的传统教学已经无法满足新工科的个性化、定制化人才培养需求。而且，现代教育技术的飞速发展也为混合式教学的开展创造了越来越好的条件。2019年地平线报告预计在未来1到2年内加速高等教育技术应用的关键趋势是：重设学习空间与混合式学习设计。同时，报告预测了高等教育技术未来的重要进展：移动学习和分析技术会在未来1年甚至更短的时间内得到应用;混合现实和人工智能会在2到3年内得到应用;区块链和虚拟助手会在未来4到5年得到应用。

因此，作为新工科教育的重要执行者，工科数学教师目前亟需提升综合运用MOOC、SPOC、PBL和OBE

等教学方式和方法开展混合式教学的能力，将“以教师为中心”的传统课堂教学结构转变为“教师为主导、学生为主体、以学为中心”的线上和线下有机结合的课堂教学结构，提升工科数学课程教学的广度、深度和创新性，发挥学生学习的积极性、主动性和创造性。这几种方法有一个共同点，都是以学生为中心，强调学生的主体地位，契合了新工科教育以学生成长和能力达成为中心和本位的要求。

从事新工科教学和人才培养的数学教师要掌握在线课程网络平台、教学APP、大数据、人工智能、混合现实、区块链等现代信息技术教学手段，提升课程在线资源开放能力、学情分析追踪能力、线上和线下结合教学的把控能力以及考核评价反思能力。工科数学教师可以针对不同工程学科和专业学生培养的多元化需求，采用OBE的理念进行课程的整体设计，进行MOOC的模块化资源建设，开设不同模块化组合的SPOC;采用课堂线下教学+模块化的线上教学相结合的方式改变教与学的方式，拓展教学的空间和时间;基于PBL进行整个教学过程的问题驱动链设计，推动学生通过自主探究、团队合作进行深度学习。通过混合式教学的开展，把对数学知识的浅层理解引向对数学原理和方法的更深层次理解，帮学生形成牢固的深度学习与终身学习能力。

（四）研究性教学能力

在未来二十年里，工程技术人才将面临着工程新业态带来的各种复杂工程问题的挑战，对工程技术人才解决复杂问题能力的需求将超过对认知能力的需求。中国工程院院士李培根指出：对于一个优秀的工程师或工程技术研究者而言，“问题视野”比“知识视野”更重要[6]。而在美国教育心理学家加涅（R.M.Gagne，1916—2002年）的学习分类中，问题解决是学生学习能力的最高形式。而数学在工程问题解决中发挥着重要作用。在《华盛顿协议》规定的毕业生素质中，就明确了数学对解决复杂工程问题的地位。

因此，工科数学教师要高度重视新工科人才问题解决能力的培养。而可行的途径是开展研究性教学，发挥数学教学提升逻辑推理、分析、综合和批判性思维等核心素养培养方面的先天优势，提升学生的研究性学习能力。因为，从本质上来说，研究性学习就是基于问题解决的学习[7]。在研究性教学过程中，教师要进行角色的转变，要由传统的知识传授者变成问题、教学场景和情境的设计者以及教学过程的组织者、调控者和学生的指导者，提升开展研究性教学的教学认知能力、教学组织能力和教学监控能力。工科数学教师要关注新经济、新产业和新工科对数学理论和方法的支撑需求，发掘数学理论和工程应用问题的契合点，并在它们之间搭建桥梁，精心还原和设计数学理论的工程问题情境，精心营造研究性的教学场景，培养学生的问题意识和主动发现问题的能力，激发学生的探究动机，引导其经历发现问题、进行问题的分类和表征与确定问题的解决策略、执行策略以及评价问题解决的结果这样一个过程，帮助学生习得突破现有思路和方法的限制，寻求解决问题的创新性思路和方法的认知策略和能力，以提升新工科人才所必需的批判性思维、创新性思维以及宏观思维的能力。

总而言之，课程思政教学能力、学科交叉融合能力、混合式教学能力和研究性教学能力是工科数学教师在新工科建设进程中所要重点关注的教学能力要素。

三、工科数学教师教学能力提升保障措施

教师教学能力的发展和提升是一个持之以恒的长期过程，不可能一蹴而就。在新工科建设的过程中，工科数学教师教学能力的提升要坚持长期性和发展性的原则，并通过多种保障措施确保教师教学能力不断提升。

（一）加强教师教学发展中心内涵建设，为教师的能力发展助力赋能

我国高校从2012年起陆续建立了以促进教师发展、提升教师教学能力的服务型教学组织机构——教师教学发展中心。目前，高校教师教学发展中心已经从规模扩张向内涵建设迈进。面对新工科人才培养提出的新挑战，教师教学发展中心要依托自身优势，通过多种途径为工科数学教师的能力提升助力赋能：要在工科数学教师与工科教师之间牵线搭桥，搭建跨学科的教学能力发展交流平台;要组织多样化的新工科教学能力提升培训研修活动，推动教师教育教学理念的更新、教学方法的改革与教育信息技术能力的提升;要组建跨学科的教师能力发展专家团队，为工科数学教师在新工科教学和能力提升中遇到的问题答疑解惑，并提供专业化的咨询诊断。

（二）打造新工科数学教学学术共同体，搭建新工科教学能力发展的朋友圈

在新工科教育背景下，从教学目标的设定、教学内容的选取、教学资源的构建、教学方法的选择、教学组织的设计以及教学效果的評价等多个维度来看，新工科数学教学都需要创新性的思路和方法来解决各种相关问题，这属于教学学术的范畴。将教学上升到教学学术，打造由工科数学教师与工科专业教师构成的新工科数学教学学术共同体是打破学科壁垒、提高新工科数学教学质量、提升工科数学教师能力的现实选择。通过不同学科专业教师间思维认知的碰撞、专业知识的互为补充以及教学经验的取长补短，教学学术共同体的教师一同致力于在工科数学教学瓶颈问题的反思与研究，这将为教学能力的共同提升提供切实的保障。

（三）完善教学评价、激励制度，激发教师教学能力发展的内生动力

一方面，要坚持发展性和指导性原则，完善教学评价制度。要着眼于教师的教学改进和能力提高，对工科数学教师的教学工作“量”和“质”进行多维度、全方位评价，及时发现教师教学能力的不足，并及时向教师反馈提升建议。另一方面，要完善职称评聘、岗位考核、绩效分配等激励制度。要用好教学评价与激励制度这根对教师发展方向起引导作用的指挥棒，扭转职称评聘舍教学而就科研的失衡局面，改变青年教师偏重教学就是自毁前程的现实状况，增加中青年教学型教师的职称晋升指标，加大教学学术成果的认定比重和奖励力度，激发教师教学能力发展的内生动力，引导更多的教师潜心教学、乐于教学。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究.    2017（3）.

[2]徐雷，胡波，冯辉，等.关于综合性高校开展新型工程教育的    思考[J].高等工程教育研究，2017（2）.

[3]中共中央，国务院.关于加强和改进新形势下高校思想政    治工作的意见[EB/OL].（2017-02-27）[2020-09-07].http：    //www.gov.cn/xinwen/2017-02/27/content_5182502.htm.

[4]项聪.培养工具理性与价值理性兼备的工程师[J].高等工    程教育研究，2017（6）.

[5]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，    2017（2）.

[6]李培根.未来工程教育的几个重要视点[J].高等工程教育    研究，2019（2）.

[7]皮连生，刘杰.现代教学设计[M].北京：首都师范大学出版    社，2005：225.