面向应用型人才培养的物联网《工程数学》课程教学体系改革与实践

张敏

【摘 要】工程数学是物联网专业开设的一门专业课。它旨在响应国家相关文件，培养高职学生应用能力。然而在互联网及相关产业如此飞速发展的今天，就学生而言，学习自主性及积极性仍有待加强，教师授课中互联网使用程度亟需提高，因此了解学生、教师的困惑及存在的问题，切实提出可行措施是刻不容缓的。这也正是本课题得以开展的现实基础。

【关键词】物联网 工程数学 线性代数 概率统计

【中图分类号】G4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）32-0090-02

一、引言

物联网专业是国家新设置的学科专业方向，由于物联网涉及检测、计算机、网络通信、操作系统、电子技术、控制等多领域的知识，而且每个学校对物联网的切入点也不一样，都处于探索阶段.物联网是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。代表了未来网络的发展趋势与方向，政府大力支持物联网的发展，企业和教育界、科技界共同推动，物联网产业已经成为国家战略性新兴产业，需要大量熟悉和精通物联网的专业人才.

目前物联网专业课程的覆盖面较窄，偏重于系统前端的硬件采集原理，系统的概念较为薄弱，从人才培养的角度来看，已经满足不了厚基础、宽口径的人才需求，学生掌握知识的集成度不高。为了既保持传统的经典知识内容，又要为课程体系增加新的特色和先进内容，将传统的专业方向赋予时代意义，使学生们真正学以致用，课程改革已经迫在眉睫，其中包括《工程数学》课程教学改革。

工科数学（包括高等数学、工程数学）是工科大学生重要的基础理论课，它作为高等工程教育中的一个重要内容，其目的在于培养工程技术人才所必须具备的基本的数学素质.长期以来，传统的教学思想、教学观念一直占主导地位，片面地认为，工科数学仅仅是为大学生学习后继课程提供知识储备与工具.因而，从教学内容到教学方法基本上以灌输知识为主要目的，教学内容陈旧（三十年不变） ，教学手段落后（一块黑板、一只粉笔） ，教学方法多采用保姆式、注入式.在21世纪到来之际，人类已经进入了知识、信息大爆炸的时代，面对科学技术的加速发展和急剧变革，高等教育必须改变以传授已有知识为中心的状况，把培养学生获取知识的能力作为重点，而提高学生素质，培养创新能力是其核心，也是教学改革的根本目的.

就工科数学而言，如何提高工程技术人员的数学素质，培养他们创造性的应用能力，亦即应用数学知识创造性地解决实际问题的能力应是教学改革的方向与目的.素质与创造能力不仅仅必须通过有效知识特别是基础知识的传授来培养，更重要的是要引导学生应用所学的知识创造性地解决实际问题.

基于上述认识，工科数学的教学改革的指导思想应该是，教学内容应在精讲经典内容的同时，渗透现代数学观念、概念、方法、术语和符号，为现代数学适当提供内容展示的窗口和延伸发展的接口，培养学生获取现代数学知识的能力.其次要淡化运算技巧训练，加强应用，增加工程中常用的数学思想和方法.加强学生数值计算和数据处理的能力的培养，将计算机技术引入数学教学之中.

二、预备

互联网+时代到来的中国，包括政府在内都在推动互联网与各传统行业结合创新。教育行业作为中国传统行业之一，与互联网的有效结合必定能促进双方的发展，达成双赢。物联网专业课程的覆盖面较窄，偏重于系统前端的硬件采集原理，系统的概念较为薄弱，从人才培养的角度来看，已经满足不了厚基础、宽口径的人才需求，学生掌握知识的集成度不高。为了既保持传统的经典知识内容，又要为课程体系增加新的特色和先进内容，将传统的专业方向赋予时代意义，使学生们真正学以致用，课程改革已经迫在眉睫，其中包括《工程数学》课程教学改革

三、改革与实践

1、课程体系、教学内容方面的探索与改革

《线性代数》、《概率论与数理统计》是高等工科院校普遍开设的两门工科数学课程. 前国家教委“九五”立项课题《工科数学教学内容和课程体系改革的研究与实践》课题组提出了工科大学生必备的四个方面的数学基础，其中包括《线性代数》（离散量的基础）和《概率论与数理统计》（随机量的基础） ，占了两个方面，由此可见，这两门课程在大学生数学基础知识构成中的份量. 《线性代数》亦是我院确定的十二门重点基础课程之一.

《线性代数》课程，目前国内工科院校普遍使用同济大学编写的教材，该教材自1982年首次出版以来，虽再版多次，体系、内容基本未变，仍沿用五十年代前苏联的模式，存在诸多弊端.在新形势面前，这些弊端愈发显得突出. 具体表现为，过分拘泥于严密的理论推导，忽视了概念、原理和模型的实际背景，缺乏解决实际问题的训练.如： 向量组的线性相关和秩的内容过分讲究体系的完整，从理论到理论，没有相应的具体模型，从教与学两方面都是难点，虽课时用了很多，但效果不好，并且这部分内容对完整了解线性科学理论体系也帮助不大；矩阵作为现代数学理论和方法的强有力的工具，在科学研究和工程技术中的作用举足轻重，而在目前的教学内容中，仅就其运算作了简单介绍，显得不足；线性方程组部分缺少实际求解的训练；相似变换和二次型的标准形应增加一些工程方面的内容，以利于学生能力的培养。

近年来，我们教研室部分教师在《线性代数》课程的教学改革中做了大胆地探索.张兆宁副教授在教学中摒弃了传统的过于严密、抽象深奥的理论推证方法，采用独创的流程式论证方法，适应了现代思维方式的训练要求，得到了学生们的认同.增加了计算机实践的内容，即将一些证明题、计算题编寫成算法，由学生上机求得结果. 其经验和体会写成《当代线性代数》一书，由南开大学出版社出版.牟德一副教授在讲授《线性代数》时，尽量简化理论性较强的内容，对于基本概念的引入都以实际问题作为引例，对重要的理论结果都有工程背景方面的知识介绍，并且对于一些理论结果的实现方法都作了简单交代.这样，使得学生在学习这门理论课程时，不至于感到过于抽象，在掌握有关知识的同时，也得到了分析问题、解决问题的能力的培养.

《概率论与数理统计》课程，国内工科院校普遍使用浙江大学的教材，与目前的教学改革的需要有不相适应之处，表现在概率论理论部分相对较多. 而工程技术中需要的数理统计方法较少，由于学时有限，教学大纲只对简单情况下的参数估计、假设检验两种方法作了要求，而对在实际问题中研究和处理随机现象问题的常用方法，如方差分析、回归分析等未能涉及.而这些原理和方法对于工程技术人员分析问题、解决问题的能力培养、知识面的拓宽都是至关重要的. 针对这种状况，我们在教学中，对教材内容作了适当地调整，具体做法是，尽量压缩概率论部分的内容，以搞清随机变量及其分布的概念与方法为原则，将连续型、离散型随机变量放在一起讲以节省学时，减少概率性质、计算特别是古典概型的内容，这样可将数理统计内容的课时由16增至22左右，不但使得较全面地介绍各种数理统计方法成为可能，还可针对不同的专业，增加一些内容以开阔学生的视野，如对电子系的学生，可講一点随机过程在信号处理中的应用，对经管系的学生，讲一点数理统计方法在经营管理和经营决策中的应用实例。

2.教学方式和教学手段的探索与改革

在目前高新技术、信息技术尤其计算机技术日益发展、普及的今天，传统以传授知识为中心的教学方式与手段显得如此不合时宜，以至于改革的呼唤比以往任何时候都要强烈.注入式、保姆式的教学方法是传统教学思想指导下的产物，即以教师为中心，学生成为被灌输知识的对象.教师试图在课堂上把所有问题讲细、讲透、讲全，学生盲目、被动地记忆所谓知识，课后机械地套用公式解题以完成作业. 这一做法，不但无法扩大课堂信息量而且必然助长学生产生依赖心理、养成思想懒惰的习惯，不能激发学生学习的主动性，严重妨碍学生的创新意识和创新能力的培养.

我们在教学中，一直注意用教师的主导作用调动学生的主观能动性，充分发挥学生的主体作用.课堂上以讲清主干概念为原则，枝节问题留给学生去思考、归纳.加入相关背景知识以增加课堂信息量.比如，张国强副教授在每次课上都要提问学生，启发学生对一些问题提出见解，然后加以分析、综合，进而引入新的概念和方法. 既吸引了学生的注意力，活跃了课堂气氛，又使得学生始终处于主动地位，深刻领会所学内容.

在教学手段方面，为力争早日改变一本教材、一只粉笔、一块黑板从教一辈子的传统数学教师的形象，着手将现代科技手段尤其多媒体计算机技术引入数学教学中来. 如测试系统，为教考分离、教学评估提供必要的手段；辅导答疑系统，可减轻教师的负担，增强学生自学能力的培养； 演示系统，可将抽象的数学原理、方法、模型以较直观、生动的方式展示给学生.

四、主要应用

1.明确该课程的目的和定位

《工程数学》课程不是《高等数学》的浓缩，也不再是简单传授某些知识，而是要求在数学知识和软件实现的结合上下工夫，培养学生解决实际问题的兴趣和能力。

2.教学中注意激发学生的兴趣

在教学过程中，我们发现高职的学生基础还是薄弱一些，如果内容较难掌握又比较没有新意的话，学生很容易产生厌学的情绪。因此，我们在教学中特别强调激发学生的兴趣，一方面我们引导学生从他们熟悉的知识切入，在教学过程中，也特别注意让他们自己成为主角，让他们体会实现的成就感，当然，在介绍案例的时候，我们会加入大量的科技小知识，尽可能拓展他们的视野，激发他们学习的兴趣。