成果导向背景下的计算方法课程教学创新实践研究

摘要：“计算方法及MATLAB应用”课程为利用计算机解决工程数学问题提供了重要理论支撑，具有较为充实的应用背景，课程内容逻辑性强，是一门培养学生缜密思维的学科基础课程。在课程建设和项目实施的过程中，教学团队紧紧围绕学校办学定位和人才培养目标，以成果为导向，将思政元素融入课程教学，建设了一条“基础—关键—渠道—发展”的改革创新之路，为本专业的课程建设做出了重要贡献。

关键词：教学创新；计算方法；建设内涵；成果导向；立德树人

1概述

在课程建设和项目实施的过程中，教学团队紧紧围绕学校办学定位和人才培养目标，以成果为导向，将思政元素融入课程教学，搭建了“一种理念—两相融合—三个转变”为主线的创新教学模式，扎实领会了“基础—关键—渠道—发展”之间的课程内涵。

（1）秉持一种理念：秉持学生为中心、成果产出为导向、持续改进的OBE理念，构建“课程+思政”的培养体系［1］。

（2）推动两相融合：①融合课程教学大纲和课程育人大纲，深化课程教学改革。②跨越虚拟，融合在线与实时交流协同的线上线下两种资源，打通“学、测、评”之间的增强回路。

（3）实现三个转变：①教学主体从以“教”为中心向以“学”为中心转变，实现“学为主，教为导”。②教学内容从传统的理论知识向聚焦新工科转变，跨学科融合推进实践教学建设。③考核评价从“静”态向“动”态转变，评价主体多元化实现定性和定量评价。

具体而言，计算方法课程建设的基础在课堂，关键是教学主体，渠道是教学方式，发展靠考核评价。课程建设的主要任务是通过创新教学手段和方式加强实践教学，培育教师队伍的德育意识和能力，在多维的闭环评价中持续改进教学质量。主要解决了以下三个方面的教学问题：

（1）如何融入课程思政的主体思想，发掘专业课程与思政元素的切入点，在课程思政的建设中落实立德树人的根本任务。

（2）如何创新课程思政的教学方法，突破专业课程与思政课程之间的断层。

（3）如何对接产业链，聚焦工程教育认证［1］，推进实践教学课程思政建设。

2教学创新方法

2.1秉持成果导向理念，构建课程培养体系

以学生为中心，基于OBE教育理念，教学团队构建了“课程+思政”的培养体系。从课程思政的本源出发，深入挖掘和系统梳理计算方法课程中蕴含的思政教育资源及其核心内容，将爱国主义元素、科学研究和创新精神、中国传统文化教育、科学家奋斗励志和人生价值追求等思政元素与课程知识点衔接，自然融入课堂教学中，努力实现润物细无声，发挥“小课堂立德树人”的“大作为”。

2.1.1合理设置课程目标

计算方法课程紧紧围绕思想道德素质高、动手实践能力强的机制专业应用型人才培养目标，着重从知识、能力和价值观培养三个方面设立了课程目标，引导学生先明道路方向，后明道路曲直，再明如何作为［23］。结合专业认证课程体系与毕业要求关联矩阵的三个指标点11，43和51，在教学与实践环节培养学生：具有现代数学的观点和方法；初步掌握计算机处理常用数值问题的构造思想和计算方法；抽象思维和缜密概括的能力；具有良好的开拓工程专业理论的素质；在机械工程实践中初步掌握并使用各种技术、技能和现代化设计工具的能力［1］。

2.1.2提升课程内容的高阶性

计算方法课程的主要内容从非线性方程、线性方程组、插值方法、最小二乘法、数值积分到常微分方程的数值解法，各章节内容既有一定的相对独立性，又有一定的循序渐进性。基于教材、教学大纲和学生的学习情况，选用了优质在线课程资源，每一章节的教学重点和教学难点都是教学团队在掌握了丰富的教学材料和多学科的知识之后为学生设定的，具有一定的思想性、前沿性和时代性，对学生来讲具有一定的挑战性。在线下课堂教学时段，重点讲授知识框架与重难点内容，安排班级内优秀学生辅导学生的课外实验，这一过程中增强了学生解决复杂问题的综合能力。

2.1.3量化考核评价过程

计算方法的3个课程目标，分别支撑3条毕业要求中的3个指标点。应用课程目标达成度量化课程的教学改革效果，对于教学过程中出现的新问题，做到持续改进与发展。例如，对机制21级学生期末成绩进行达成度计算，显示课程目标1～3的达成情况分别为0.66、0.51和0.85，其中课程目标2的达成结果较低，特别是机制2班的达成度只有0.49。这表明学生选用合适的数据分析方法对数据进行分析和解读工程问题的能力有欠缺，特别是机制2班第56～63号学生较差，在今后的相关学习活动中应对这8位学生予以关注和指导。

2.2突破专业课程与思政课程之间的断层

课程思政的基础在课堂，在工业智能化和数字化发展的大潮中，对机械工程专业人才提出了更多、更高的要求，而常规的课程教学趋向于将工程问题理论化、数学化，从客观上导致专业课程与思政课程出现了断层。计算方法课程融合课程教学大纲和课程育人大纲以及线上线下两种资源，为专业课堂链接思想素质教育甚至机制专业教学改革提供了正确的方向。在这个过程中，教学团队的德育意识和能力就是课程建设的关键。

2.2.1思政教学理念融入教学设计，发挥课堂引领

课程思政建设的渠道之一是课堂教学［45］。在课堂教学过程中，依据人才培养方案和教学大纲设计了详细的授课计划。参照工程认证标准的知识矩阵，深度挖掘课程思政资源，明确每个单元和每个章节的思政元素融入策略，整个课程中的思政元素多达42处，发挥了专业课堂引领学生健康成长的作用［45］。例如，讲述减少运算次数以降低计算误差的典型案例——秦九韶算法。介绍秦九韶是我国南宋时期著名的数学家，其代表作《数书九章》标志着世界数学在中世纪的最高水平。在讲解高斯消元法时，指出我国早在公元前250年就掌握了求解方程组的消去法，以此来激发学生的民族自豪感［67］，向学生传达科学技术的创造需要全民族共同努力的理念，再次激励学生奋发学习，攀登数学高峰，努力赶超外国的先进科学与技术。

2.2.2开展线上线下混合式教学，拓展第二课堂

课程思政建设的另一渠道是实践教学。教学团队积极开展线上线下混合式教学，以数值计算的一般原则这一节为例，布置学生课前查阅文献、浏览竞赛网站，学习线上课程资源的任务，提出问题、参与讨论、练习，在课堂上通过导入案例，结合数值，引导学生与教师直接对话，巩固已学知识，进一步强化学生的知识理解能力，帮助学生逐步树立正确的科学研究精神和人文数理修养，培养他们的爱国主义情怀，践行专业课教学与培养学生正确世界观、人生观和价值观的统一。

2.2.3创新驱动，拓宽专业视野

在加强思政元素融入课堂教学的同时，根据计算方法课程独有的特点和专业培养要求，增设“工程建模创新设计”的实践环节，鼓励学生走向网络、车间和工厂，积极参加学科竞赛和创新创业项目。这些活动的实施不仅能够解决实际问题，更重要的是，在备赛和参赛的过程中，学生从发现问题到自学知识再到学以致用，教师指导学生时的倾情付出、甘于奉献的精神在潜移默化地影响学生、鼓励学生，学生身体力行地接受了一次思想政治教育，更加体现了课程思政的核心目标。

2.3推进实践教学课程建设

2.3.1聚焦工程教育认证，契合行业需要

作为工程教育认证体系中的一门支撑课程，课程内容设置上需要讲授与工程领域相关的行业知识［1，7］。结合误差在工程实践中的应用，将前沿的科研成果引入教学过程，引导学生的深入思考，激发学生的学习热情。在我国很多飞机、船舶甚至航天器的重要精密零部件上，都可以见到金属3D打印的身影，这种激光“打印”金属粉末的工艺，使得金属材料冷却凝固速度极快，组织细小，力学性能优异，也具备了像锻件一样的高强度。3D打印过程涉及材料和建模计算等多个过程，需要严格控制零部件的技术要求，包括误差、精度和配合等工艺参数。此时，教育学生向航空航天科技工作者们学习，学习他们那种艰苦奋斗，超越自我，实现人生价值的大国“工匠”精神。

2.3.2对接产业链，深化产教融合

2022年6月28日，习近平总书记在武汉华工激光考察时指出：推动我国制造业转型升级，建设制造强国，必须加强技术研发，提高国产化替代率，把科技的命脉掌握在自己手中，国家才能真正强大起来。这次考察既是对制造业的肯定，也为制造业转型升级提出了新的发展方向，作为专业课教师只有紧跟时代发展，理解其精神内涵，才能实现润物细无声的思政教育［7］。一方面，教师团队参加学校内部的技术培训和专家讲座，了解先进制造行业当前最先进的技术和方法；另一方面，教师团队在暑期赴智能制造示范企业进行考察和调研，学习企业文化和企业管理［78］。双向互动使教师团队的理论知识与产业发展紧密结合，在开展课堂教学时更加得心应手。

3教学创新成果

3.1智慧化思政教学

线上线下混合式教与学的数据采集、动态评价和及时反馈，实现了跨越虚拟与现实、交流互动的立体化以及评价决策的数据化，推动了智慧化思政教学［8］，教学成效具体表现为以下三个转变：

教学主体从“教”向“学”发生变化，这是第一个转变。引入能帮助学生形成正确“三观”、科学信仰等的案例，以小组为单位，由学生独立查阅文献、组织材料，汇报自己的观点或结论，并分析、阐述理由。通过教师点评和课堂讨论，激发和引导学生对理想信念、职业态度和工作作风等的思考。

教学内容从传统的理论知识向聚焦新工科转变，这是第二个转变。有效利用和整合机械工程学院人才培养的优势，强化学科基础与素质教育，培养既有扎实的理论基础，又具有良好素质和多种能力的综合性人才。加强与其他院校的合作，充分利用院校跨学科培养的优势，致力于在“计算方法—机械”“计算方法—数学”“计算方法—计算机”“计算方法—环境科学”“计算方法—土建”“计算方法—自动化”“计算方法—医学”等交叉学科方面做出探索和创新。

课程教学的改进和发展靠考核评价，考核评价从“静”态向“动”态转变，重过程不唯结果，这是第三个转变。在课程评价方面，改变以往评价过分强调甄别与选拔的功能，强化改进与激励的功能，既重视学生的现在，更着眼学生的未来。关注学生在学习过程中表现出来的兴趣和情感，将学生的日常学习与表现纳入评价体系，对学生的学习过程实施动态评价，科学、客观地反映学生的整体学习情况。考核在总成绩中所占的比例从以往的40%逐步增大至50%，以提高思政教育效率。

3.2强师赋能，完善教学体系

坚持培育学生的工程素养，强师赋能，润泽师生成长，不断完善“课程+思政”的教学体系。教学团队积极参与各类教学竞赛，在多次备赛学习中，充分展示了自己的教风教态、教学责任心，考察了教师对教材的处理能力、对所教课程内容的熟悉程度、课堂教学组织能力、多媒体课件在课堂教学中的运用水平以及教学特色等各个方面［1012］。教学团队在带领学生参加各类学科竞赛的备赛中，研读各项比赛规程和评分细则，与学生共同配合，在赛后的学习和反思中反哺提高教师的教学水平和教学能力。近两年，教学团队成员荣获省级或校级教学竞赛二等奖2次和三等奖2次，学科竞赛省级三等奖3项。

结语

计算方法课程以成果为导向，走出了一条“基础—关键—渠道—发展”的改革创新之路。教师授课过程中，不断深入挖掘知识点所蕴含的思政元素，把思想政治教育融入每个知识点的教学环节，同时组建了一支具有较强课程思政育人能力的教学团队，充分利用课堂和竞赛项目的促进作用，切实将课程思政融入计算方法课程的教学中来，提高了教学育人水平。

参考文献：

［1］李梦君，李涛，马飞，等.工程教育认证背景下机械类专业实践教学问题与对策［J］.农机使用与维修，2023（9）：133135.

［2］杨焓.产教融合背景下应用型高校新工科师资质量提升策略［J］.三明学院学报，2020（37）：9499.

［3］刘今子，郭立丰，杜辉，等.以数学建模能力为驱动的本科高校应用型创新人才培养模式探索［J］.创新创业理论研究与实践，2021（4）：134136.

［4］傅斌，何朝成，李晓媛，等.理工类专业课程思政融入多重元素的教学改革［J］.教育教学论坛，2020（51）：7375.

［5］闵杰，李璐，欧剑.《数值分析》课程思政教学改革研究与实践［J］.大学数学，2020（36）：4045.

［6］丁文文，魏岳嵩，郑云英，等.MATLAB在大学生数学建模竞赛中的应用［J］.江西电力职业技术学院学报，2020（33）：111112.

［7］李娟，简绍勇，刘润华，等.数学建模思想在工业领域中的应用初探［J］.高等教育，2020（42）：9394.

［8］陈璟，蒋春生，冯丹丹，等.大数据背景下工科教师提升课程思政教学能力的实践与探索［J］.产业与科技论坛，2022（21）：243244.

基金项目：2021年教育部第二批产学合作协同育人项目“‘科学创新’视角下《计算方法及MATLAB应用》示范课程教学研究与实践”（202102211045）；2021年湖北文理学院课程思政教学研究专项项目“‘科学创新’视角下《计算方法及MATLAB应用》课程思政教学改革研究与实践”（SZ2021024）；2021年湖北文理学院一流本科课程《计算方法及MATLAB应用》（2021）；2022年湖北高校省级教学研究项目“地方高校智能制造工程专业人才培养模式探索”（2022409）；2023年湖北文理学院课程思政专项“智能制造背景下的《数字信号处理》课程思政教学与实践（SZ2023019）”

*通讯作者：吕祎（1976—），女，湖北襄阳人，博士，副教授，主要从事电子器件封装及热管理研究。