数学教学中工科学生创新思维能力的培养

2022-09-10

21世纪现代社会正在经历由工业社会向信息社会过渡的变革。信息社会要求高素质的人才不仅要有广博丰富的知识,还要具有敢于开拓、锐意进取、勇于创新的工作精神,这就迫切需要在人才培养方面进行相应的改革。江泽民同志在第三届全国教育工作会议上曾经提出:“必须转变那种妨碍学生创新精神和创新能力发展的教育观念、教育模式,特别是由教师单向灌输知识,考试分数作为衡量教育成果的唯一标准,以及过分呆板的教育、教学制度。”大学是人才培养的摇篮,数学教育是大学素质教育不可缺少的一部分,数学课程是非数学专业共同的基础课程,是大学生应具备的理性思维的基础和创新意识的发端,对于高校各专业人才素质培养关系重大。

1 培养创新思维的必要性

1.1 创新思维能力是21世纪人才培养的要求

年轻一代是国家未来发展建设的主力军,国家未来经济的发展将直接取决于年青一代的能力素质水平。美国教育技术CEO论坛第4年度报告明确指出,创新思维能力是“2 1世纪的能力素质”应包含的方面。因此培养学生创新能力是当今素质教育的一项举足轻重的工作,创新能力的高低是衡量人才素质优劣的重要指标。创新是国家竞争力的核心,是国家未来科学和技术发展的战略主题。因此,每一位教育工作者都应该把培养学生的创新能力放在尤其重要的位置。

1.2 创新思维能力是数学思维的一个方面

数学是关于现实世界的空间形式和数量关系的科学,数学思维是以数和形为思维对象,以数学语言为载体,以认识和发展数学规律为目的的一种思维活动。数学思维体现了思维的深刻性、广阔性、灵活性、创造性、敏捷性、批判性等品质。对数学学习者来说,其中思维的创造性通常表现为分析、思考、理解数学知识和解决数学问题中的某种独特见解和独创解法。数学作为一门培养和提高学生科学思维方法和科学研究能力的重要基础课,蕴含着极为丰富的素质教育内容,为培养创新型人才提供了极大的空间。

1.3 培养工科学生的创新思维能力是新世纪工程教育变革提出的必然要求

“工程”一词来自拉丁语“ingeniator”,意思是独创性,“工程师”一词来自于“e n g i n e”,意为创造。创造性是工程与生俱来的本质属性,工程师所做的就是在限制条件下的设计,而追求精致的设计则是最具创新性的活动之一。工程教育作为教育的一个类别,旨在培养工程人才。美国工程院在2005年夏季发表的报告《培养2020的工程师:为新世纪变革工程教育》中描绘了未来工程师应该具备的品质,包括很强的分析能力;实践才能;创新意识和创新能力;较高的伦理道德标准以及职业素养;动态、机敏、具有弹性、灵活地更新并应用知识的能力;终身学习能力等等。这些对新型工程师的描述反映了未来工程教育的发展趋势,为培养在全球人才市场上具有竞争优势的工程人才指明了方向。在新世纪,工程教育将进一步走出技术教育和科学教育的阴影,更加重视工程思维训练,培养学生创新能力,特别是工程设计能力。工科院校作为培养创新人才的基地,担负着艰巨的历史使命。

2 数学教学中创新思维能力培养的几条途径

2.1 在课堂教学过程中培养学生创新思维能力

课堂教学是教学中最基本的教学形式。数学教学不仅要传授知识,更重要的是要培养学生良好的思维习惯,为完善学生的思维品质、发展学生的智力服务。

(1)结合数学史,唤醒学生创新思维的意识

创新过程不仅仅是智力活动过程,还需要有敢于创新、不怕挫折的恒心和毅力,有对真理执着追求的勇气。纵观数学的发展历程,每一次飞跃都与数学家的创新思维密不可分。在数学课堂教学中,可以适时向学生介绍创新思维的典型范例。比如,在讲解微积分时,介绍由无穷小量的矛盾引起的第二次数学危机;讲到空间解析几何时,可以顺便谈谈抽象的n维空间以及罗巴切夫斯基建立非欧几何的开创性工作;学习复变函数时,回顾一下复数的引入,这些事例都充分体现了数学家不畏艰险、挑战传统的勇气。以史为鉴,激励学生勇于创新。

(2)结合课堂举例,培养学生创新思维能力

现结合高等数学问题中的两例,说明创新思维的锻炼。

该问题属于微分中值定理部分的典型问题,解决这类问题的途径是构造辅助函数,而辅助函数往往不是惟一的。这种构造型解法对创造性思维是有益的锻炼。

例2利用高斯公式计算曲面积分

该问题先利用高斯公式,可化为三重积分接下来可以通过化为三次积分的方法进行计算。还有没有其他简便方法呢?注意到空间立体的形心计算公式：

这里Ω是一个边长为的正方体，其形心为故原积分值为

这种非常规解法强调知识的灵活应用,足以反映数学思维的灵活性、创造性。

2.2 开展实验课教学,培养学生的创新思维能力

“数学实验”是今年高校教学改革的热点之一。“数学实验”改变了数学教学中的单向灌输模式,改变了由公式定理的推导、套用和手工计算作为考试唯一依据的办法,而是以课题、研讨、数学建模、报告、答辩进行综合考核,是一种崭新的教学形式。在整个实验教学过程中,教师始终以学员为中心,发挥组织者、指导者、帮助者和促进者的作用,通过创设情境、促进协作、开展讨论等来调动学员的主动性、积极性和首创精神,最终促进学员知识水平和创新能力的提高。一部分优秀学生通过参加全国大学生数模竞赛进一步提高了创新能力,具备了在某个专门领域从事开拓性思维和进行创造性活动的必要条件。

数学实验引入数学教学,非常有利于唤醒学生的创新意识,促进学员的学习及创造力培养,必将对创新型人才培养产生深远的影响。

2.3 更新教学手段和教学模式,激发学员创造性

随着教学改革的深入,教学手段越来越多地倚仗以多媒体技术和网络技术为核心的现代教育技术的支持;由于网络的逐渐生长,学校将突破明显的校园界限,向无形的方向发展。以往学校过多强调学生的书本知识和过于频繁地进行书面考试,而激励学生创新精神不足的缺陷日益突出,中国几千年来形成的以教师为中心的传统教学模式受到严峻挑战。

在课堂讲授中适当采用多媒体辅助教学是近年来高校教学手段改革的一个方面,已经取得了很多成功的经验。多媒体教学不仅大大节省了板书时间,更有利于进行教学互动,还可以将抽象复杂的空间图形等生动形象地展现在学生面前,调动学生学习兴趣,吸引学生的注意力,激发学生创新思维能力。

随着网络技术的发展和普及,通过网络进行学习的一种全新的学习方式正在悄然改变着人们的学习。在电脑和互联网络的支持下,把学习时间、地点和进度的控制权交还给学生,彻底改变传统课堂教学形式及教师讲学生听的教学方法,这种以学生为中心的主动的、开放的、交互式的网络教育模式充分实现了个性化学习,不仅有利于学生的主观发现、主动探索,还有利于发展联想思维和建立新旧知识之间的联系,使学生能充分利用现代教育媒体进行自主学习,随时激发学生的创造思维,推动人才培养由知识型、经验型向研究型、创新型转化。

3 结语

人类社会正在步入知识经济时代,现代工程技术的突出特点是更加具有科学性、社会性、实践性、创新性和复杂性。一名合格的工程师必须具备知识、能力和品德三方面基本素质,创新素质是这三方面基本素质的有机结合。工科大学生数学教育也必须紧跟时代发展步伐,积极改进教学方法和手段,努力探索适合现代工程技术特点及要求的人才培养模式、课程体系、课程内容等,培养出更多新世纪的创新型人才,全面推动人才综合素质的提高。

摘要：本文从素质教育的要求出发,阐述了创新能力培养的必要性,介绍了工科数学教学中培养学生创新思维能力的一些途径。

关键词：素质,创新思维,数学实验,网络教学