数学模型与数学实验课程思政教学设计与实现

李玲娜 杜卓婷 田东红 葛晓春

摘  要：课程思政是在进行专业知识教学过程中围绕课程教学目标实施的，优质的课程思政教学应做到有机融入课程思政元素，“如盐入味”。将数学模型和数学实验的知识与工程实际案例紧密融合，在案例中充分挖掘思政元素，拓展教学内容，创新教学模式，改革评价方式，注重培养专业素养的同时，引导学生形成正确的世界观、人生观和价值观，突出专业课程教学的育人导向，为其他专业类课程的课程思政教育改革提供参考和借鉴。

关键词：数学模型与数学实验;课程思政;教学设计;实现路径

中图分类号：G641 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）36-0177-04

Abstract： The ideological and political education in curriculum is implemented around curriculum teaching objectives in the course of professional knowledge teaching. High-quality ideological education should realize the natural integration of the elements of ideological education into the course， which is like adding salt in the dish. The paper closely integrates the knowledge of mathematical models and mathematical experiments with actual cases in life， fully excavatesideological and political elements in cases， expands teaching content， innovates teaching models， reforms evaluation methods， focuses on cultivating professional qualities， and guides students to form the correct world view， the outlook on life and values， emphasizes the education orientation of professional curriculum teaching， providing reference for the reform of ideological and political education in other professional courses.

Keywords： Mathematical Model and Mathematical Experiment; the ideological and political education in all courses; teaching design; realizing route

一、研究背景

2014年，上海市高校開始探索如何解决大学生思想政治教育的“孤岛”困境，尤其是解决思想政治理论课与其他课程之间实际存在的“两张皮”现象[1]。2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强”，“其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。2017年，教育部召开2017年高校思想政治理论课教学质量年上海调研片会暨高校“课程思政”现场推进会，推动全国各地各高校深入开展思政课教学质量年各项工作，同时提出“让所有课都上出‘思政味’，所有任课教师都挑起‘思政担’”。同年12月，教育部发布《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》，指出要大力推动以“课程思政”为目标的课堂教学改革[2]。2020年5月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，指出课程思政建设的总目标是立足于解决“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本问题，围绕全面提高人才培养能力这个核心点，在全国所有高校、所有学科专业全面推进，让课程思政的理念在各地各高校形成广泛共识，全面提升广大教师开展课程思政建设的意识和能力，建立健全协同推进课程思政建设的体制机制，构建全员全程全方位育人大格局，努力培养担当民族复兴大任的时代新人，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

课程思政是我国建设世界一流大学和世界一流学科的重要环节[3]。进行课程思政的关键是针对不同专业课程挖掘课程思政元素，并恰当地与专业知识教学相融合。

数学模型与数学实验课程教学内容具有丰富的教学案例，在课程思政教学设计上具有先天优势。该课程于2018年列入四川省创新创业教育示范课程，2020年入选首批国家级线上线下混合式一流课程，已经积累了非常丰富的线上线下教学资源，许多数学建模案例来源于实际工程问题，其中蕴含丰富的思想政治教育元素，为教师在教学中进行思政教育创造了可能性和可行性。下面以数学模型与数学实验课程为例，介绍本课程的课程思政教学设计。

二、课程简介

数学模型与数学实验课程是为提高学生应用数学知识解决实际问题、培养创新意识和训练综合能力所开设的一门课程，既可以作为高校数学类专业开设的专业核心课，也可以作为其他专业开设的跨学科选修课。课程旨在通过对常见数学模型和数学软件的介绍，使学生掌握数学建模基本思想、基本原理和基本方法，拓展学生的视野和跨学科的知识。培养学生应用科学研究方法简化分析实际问题、建立数学模型、熟练运用数学软件编程求解的能力，初步锻炼科技论文的写作能力，使学生体验运用数学知识将实际问题转化为数学问题并加以求解的全过程，进一步了解数学广泛的应用领域，既弘扬求实精神，又鼓励敢于创新的精神，践行社会主义核心价值观，培养学生集智攻关、团结协作的协同精神。

三、课程教学目标设置

思政育人目标：坚定学生对中国共产党的信任以及对科学社会主义的信仰;弘扬爱国主义精神，厚植爱国主义情怀;传承科学家精神，培养学生勇攀高峰、敢为人先的創新精神，以及集智攻关、团结协作的协同精神;树立正确的世界观、人生观、价值观，践行社会主义核心价值观，激励学生自觉践行爱国、敬业、求实、奉献的精神。

知识目标：课程旨在通过对数学模型概念、数学建模方法、数学软件的介绍，使学生掌握数学建模的基本思想、基本知识和基本方法，拓展学生视野和跨学科的知识。

能力目标：培养学生应用科学研究方法简化分析实际问题，建立数学模型，熟练运用数学软件编程求解，应用数学知识描述规律、解释现象的能力，培养学生查阅资料获取信息、自主学习、现学现用的能力;初步锻炼学生科技论文的写作能力;培养学生的沟通、表达、交流能力。

素质目标：培养学生终身学习的意识，使学生体验运用数学知识将实际问题转化为数学问题并加以求解的全过程，进一步了解数学广泛的应用领域，培养学生的科学研究精神和团队合作精神。

四、课程思政教学设计

本课程共64学时，包括理论教学48学时和实验教学16学时。课程紧紧围绕融入社会主义核心价值观教育、爱国主义教育、科学家精神等方面全面进行课程思政教学设计[4]，每章选择1-2个课程思政切入点，融入思政元素，实现“如盐入味、润物细无声”的效果。

思政元素设计具体如表1所示。

以表1中第8个课程思政元素为例，教师介绍问题背景并提出问题：地震波数值模拟技术是探明碳酸盐岩这一类油气储集层地下地质情况的重要手段，由研究人员通过地震波记录仪记录地震波信号，推断地球内部构造情况，如地层结构、岩石密度等，从而探明地下石油、天然气等能源的储量[5]。那么，地震波在不同介质的传播规律是怎样的呢？如何建立数学模型模拟地震波的传播规律？

此时，教师通过介绍地震波模拟技术取得的一系列石油勘探成果，使学生了解数学在石油勘探领域中的应用和贡献，让学生体会到数学的强大作用，激发学生学习兴趣，培养学生“学以致用、知行合一”。

在教师引导学生完成建模，学生初步取得数学建模的成果后，教师再以图片+讲述的形式介绍我国地质勘探发展历史，让学生了解在20世纪50年代以前，外国专家提出“中国贫油论”，我国地质学家李四光等以极大的爱国热情，在黑暗中苦苦探索，从理论和实践上进行反驳，阐述在幅员辽阔的中国大地上蕴藏着丰富的石油矿藏。李四光的研究及其理论极大地鼓舞了石油战线的广大工作者，我国相继发现了胜利、大港和江汉等油田，彻底粉碎了“中国贫油论”。通过此案例的学习，学生既学习了利用波动方程建模求解的相关知识，又增加了民族自豪感和爱国主义精神，激励自身树立“强国志、报国行”的远大志向。

五、课程思政实现路径

（一）组建课程思政示范教学团队

组建一支思想素质高、业务能力强的数学建模课程思政教学团队，对于开展课程思政教学设计与实现具有至关重要的作用。教学团队包含两类教师，分别是数学模型与数学实验的专业授课教师和思政课程教师，注重在平时加强教师培训，提高教学团队教师队伍本身的思想政治理论水平。定期开展课程思政集体备课、专题教学研讨和示范教学活动等，探讨如何在课程教学过程中进行课程思政教育。

（二）升级改造课程教学内容

本课程与时俱进地重新确定了课程教学目标，包括思政目标、知识目标、能力目标和素质目标。围绕教学目标，开展对原有课程教学内容的升级改造，结合实际案例，生活中身边小事，有机融入“课程思政”元素，树立知识传授与价值引领同频共振的教学理念，在传授知识的同时，强化政治方向和思想引领，突出课程的价值引导功能。

（三）建设“课程思政”教学资源

在深入挖掘“课程思政”元素的基础上修订课程教学大纲，创新教学设计，制作教学课件和授课教案，设计高质量的数学建模“课程思政”案例，建设案例库，课程所选案例多来自于实际工程问题，与实际工程背景紧密结合，既有利于提高学生学习兴趣，又有利于挖掘案例中蕴含的课程思政元素。拍摄授课视频，撰写数学建模课程思政教材，丰富线上线下教学资源。

（四）创新教学模式

为了更好地将思政元素与专业知识相结合，教师需要进一步优化教学内容、创新教学方法和改革教学模式[6-7]。将思想价值引领贯穿教育教学全过程和各环节，依托网上教学平台和信息化教学工具，加强课堂讨论，提高学生参与度，将专业课程思政教学目标融入教学设计、融入学生学习任务，提高学生学习主动性和学习兴趣。

采用“混合课堂+作品展示+竞赛引导”的互动模式，本课程开展基于PBL（Project Based Learning，基于项目的学习）的线上线下混合式教学改革，混合式教学整体设计如图1所示。学生线上学习基本知识，完成线上作业和测试，线下教学由教师引导学生以项目形式完整体验数学建模全过程，包括问题提出、模型假设、符号说明、模型建立、模型求解、结果分析和模型推广等。穿插进行课程思政教育，使得“思政教育”和“专业教育”同向同行，“德育”与“智育”全面融合。同时将学生探究式学习内化到整个教学过程，以学生发展为中心，鼓励学生在学习过程中积极参加数学建模、数据挖掘等学科竞赛或科技创新实践活动，学以致用。

（五）改革考试内容与评价方式

实施以过程考核为主的形成性评价和非标准答案考试改革，课程成绩依据平时学习记录、作业和练习、数学实验、PBL问题和课程作品汇报与展示等环节采用互评方式进行综合评价。创新课程实践活动，激发学生主体的自我创新能力，鼓励学生参加学科竞赛、课外开放实验项目、省级国家级创新创业训练项目等课外科技活动。

六、课程育人效果

通过课程教学，学生不仅学到了数学建模的基本知识和基本方法，学生的情感、价值观、认知模式和行为习惯等也受到潜移默化的影响。学生能将知识探索、科技进步与国家发展、综合国力相结合，将科学实践、成绩取得与人生目标、价值实现相结合。学生学习主动性明显增强，科研创新精神明显提高。近两年，学生在各类数学建模竞赛、数据挖掘竞赛等活动中表现优异，获得省级及以上奖项200余项，其中全国一等奖14项。在此基础上，学生以数学建模问题为基础，积极申报课外开放实验项目、创新训练项目近20项。学生在工作或继续深造中表现出更强的工作能力或科研能力。

七、结束语

通过对数学模型与数学实验课程思政元素的深度挖掘，深入研究专业育人目标，将思政教育贯穿于整个课程教学，充分发挥专业课课程思政的育人作用。课程思政改革是培养德智体美劳全面发展社会主义合格建设者和接班人的必然趋势和重要途径。下一步，课程将着力于理工科专业学生人才培养目标和培养要求，继续深挖提炼专业知识体系中蕴含的思想价值和精神内涵，科学合理拓展专业课程的广度和深度，进一步提高课程挑战度。

参考文献：

[1]王学俭，石岩.新时代课程思政的内涵、特点、难点及应对策略[J].新疆师范大学学报（哲学社会科学版），2020，41（2）：50-58.

[2]张建林.课程思政的价值意蕴与实践路径研究[J].黑龙江教育（理论与实践），2021（10）：28-30.

[3]薛桂琴.高校课程思政的实践哲学意蕴[J].高校教育管理，2021，15（6）：25-32.

[4]杜震宇.一切有形，皆含道性——高校理工科课程的课程思政原则与教学策略[J].高等理科教育，2021（1）：19-25.

[5]姜启源，谢金星.数学模型案例选集[M].北京：高等教育出版社，2006.

[6]陈航.数学课程思政的探索与实践[J].中国大学教学，2020（11）：44-49.

[7]孙和军，王海侠.科学素养与人文精神的融通——大学数学课程思政教学改革探析[J].高等理科教育，2020（6）：22-27.