“新農科”背景下研究生公共數學課程教學的改革探討

穆志民，陳雁東，劉琦

（天津農學院 基礎科學學院，天津 300392）

數學作為基礎學科，對于培養研究生的創新意識，提高其創新能力和科研水平尤為重要[1]。首先，很多專業的研究生后續即將學習的專業學位課程，如高級生物統計、生物統計與試驗設計、人工智能算法、圖像處理與機器視覺等都需要相應的數學知識作支撐。其次，新時代的研究生需要掌握以計算機技術為工具解決涉農實際問題的能力，能對實際問題進行一定程度的簡化和在一定的假設條件下建立數學模型，再對所建立的模型進行計算機求解得出結論，然后將結果反饋到實際問題中，這就要求研究生必須具有相應的數學建模能力。最后，數學類課程可以拓寬各個專業的研究廣度，例如在涉農領域還存在不少的計算問題，由于這些問題涉及到非線性、多相耦合等難點，在數學求解方面一直沒有很好的解決，所以計算實際問題的最優解是一個重要的研究方向，這同樣也需要數學知識的支撐。實際上針對非數學專業的研究生，就如何開設好數學課程從而更好為其專業課程服務，學者們已經做了廣泛的研究。劉明柱等[2]、李超等[3]、胡華[4]從研究生公共數學課程體系建設的角度探討了研究生公共數學課程體系的構建，并介紹了其課程體系的實施情況。劉慧[5]、韋琳娜等[6]、劉助忠等[7]、張玲玲等[8]就研究生公共數學課程的教學方法和教學模式方面做了深入的探討，以期更好地提高研究生的數學水平。隨著“新工科、新醫科、新農科和新文科”建設的提出，以前的研究生公共數學課程的教育理念、課程體系和教學范式都需要做相應的變革。

“新農科”是人工智能、大數據和物聯網等新興技術快速發展以及多學科交叉融合的產物，這些新興技術基本上都是結合計算機技術對實際問題的研究，即首先對實際問題提煉和抽象，并建立數學模型，然后借助計算機編程得出結論，最終反饋到實際中解決實際問題?！靶罗r科”要求面向新農業，打破固有學科邊界，破除原有專業壁壘，推進農理、農工、農醫、農文深度交叉融合創新發展，打造人才培養新模式。數學在“新農科”建設的浪潮中扮演著重要的不可替代的角色，數學能力的強弱在一定程度決定了研究生科研能力的高低。因此在當前“新農科”建設的背景下，研究生必須具備一定的數學應用能力。為適應“新農科”建設需求，對研究生公共數學課程教學進行改革及實踐探索是很有必要的，具有重要的理論指導意義和實踐意義。

1 研究生公共數學課程教學中存在的問題

2019 年安吉共識[9]指出“新農科”建設就是要推進農工、農理、農醫、農文深度交叉融合，發揮學科綜合優勢，支持和支撐涉農專業發展?！靶罗r科”建設對人才的培養提出了新要求，其核心就是著力提升學生的創新意識、創新能力和科研素養。然而現有涉農專業的研究生公共數學課程已經不再能更好地適應“新農科”建設的需求，在教學內容、教學方法和教學模式等方面還存在不少問題。

1.1 課程教學內容方面存在的問題

目前涉農專業研究生的公共數學課程一般是由專門從事數學教學的教師負責，目的是提高教學內容的深度和寬度，從而達到提高學生數學能力的目標。然而研究生的數學類課程一般具有很強的理論性和抽象性，使得很多學生恐學、厭學，為了學分而學習，實際效果很不理想，其主要原因在于教學內容更側重于數學理論，缺乏針對性與應用性，與學生研究的方向脫節，學生無法體會所學數學知識在其研究方向的實際用處和專業技能培養上的作用。此外，研究生公共數學課程的部分授課教師對立德樹人的內涵認識不足，將有限的課時重點放在對數學理論知識的傳授上，忽視了課程思政的融入，使課程的育人功能難以得到有效發揮。

1.2 課程教學方法方面存在的問題

當前，絕大部分研究生公共數學課程的授課方法相對單一，課堂上以教師講授理論知識為主，師生、學生之間嚴重缺乏交流與討論，同時學生往往是單通道的被動學習或者個體自主學習，無法深入訓練學生主動思考、探索問題本質的能力，學生的創新能力和創造意識也得不到很好的提升。其主要原因在于數學專業的教師更注重于純數學的方法和技巧，強調數學邏輯的嚴密性和數學知識體系的連貫性，導致在課堂上教師片面強調邏輯訓練，忽略教學內容和學生的實際研究課題需求的結合，在一定程度上抑制了學生學習的熱情和數學應用創新能力。

1.3 課程教學模式方面存在的問題

研究生公共數學課上普遍使用的是“教為導向”的教學模式。它的特點是以教師為中心開展教學活動，以PPT 和板書講解為主，一次期末考試決定學生成績，教學模式比較單一，同時缺乏對學生個體差異和需求的考慮。這種模式導致研究生數學教學過程中存在平時上課不走心，期末考試靠突擊的不良學風，同時由于學生始終處于被動學習的狀態，無法形成“我要學”的自主終身學習的意識。筆者認為其主要原因在于教師們普遍存在認為研究生已經具備了自主學習和主動學習的能力，只需將精力集中到課程內容講授上的思維定勢，忽視了研究生除了需要掌握數學理論知識外，更需要引導研究生形成善于思考、樂于探究、勤于動腦、努力求知的研究態度，使研究生具備運用數學思維解決實際問題的意識和能力。

“新農科”建設要求高校著力培養具備創新意識和創新能力，融合學科交叉的復合型、應用型、技能型的鄉村振興人才。但是由上述分析可知，目前的研究生公共數學課程教學體系難以達到培養學生的創新意識、創新能力以及提高學生發現問題和解決問題能力的目標。因此，必須對研究生公共數學課程教學開展改革創新。

2 “新農科”研究生公共數學課程教學改革實踐

結合當前研究生公共數學課程在教學內容、教學方法和教學模式等方面存在的問題，基于培養研究生成為創新型、復合型、應用型等新型鄉村振興人才的目標，本文提出新農科研究生公共數學課程教學改革思路，以期幫助研究生夯實數學基礎，提升應用數學思維解決科研問題的能力，逐漸形成善于發現問題，樂于研究問題，主動創新的科研意識。

2.1 基于項目研究思維的教學內容重構

“新農科”要求學生要具備實踐能力和創新思維能力，研究生課程應具有科學前沿性、科技先進性、學科交叉融合性等特點。同時研究生已經具備了一定的自主學習能力。因此在有限的課時下，研究生公共數學課程的教學內容應該遵循“突出重點、抓關鍵，聯系實際、勤實踐”這一原則。這樣既能提高學生的自主學習能力，變被動學習為主動學習，也使得學生體會到學習數學課程的價值，提高學生運用數學理論知識解決問題的創新能力。

具體來講，就是打破傳統的按照數學邏輯來組織教學內容的現狀，采用以微課題為中心來制定數學教學內容的模塊化思想，打破專業和學科的藩籬。即先將涉農方向的實際問題中所要用到的數學知識進行歸納、分類和總結，然后將數學知識點和與之相匹配的涉農問題封裝成一個個小課題，再結合MATLAB 軟件，構建從實際涉農問題到數學模型，再到編程求解的全流程，科研式的教學模塊，最大程度地復現科研全過程，實現數學與多學科的融合，踐行在應用中學習，在實踐中成長的教學理念，有效提升研究生對涉農實際問題的數學建模能力及編程求解能力，提高研究生的跨界交叉融合的創新意識，達到提高研究生綜合能力的目的。

2.2 基于微課題的師生研討式教學方法

目前研究生公共數學課程教學中采取最多的是教師“灌”、學生“受”的教學方法，雖然在課程知識內容傳授的深度和廣度方面有著一定的優勢，但這種教學方法嚴重制約了學生獨立思維、辯證思維能力的發展。在當前知識更新迭代速度加快及學科深度交叉融合的新形勢下，這種教學方法已經無法適應“新農科”建設的需求。研究生公共數學課程在教學方法上應樹立授之以漁的指導思想。

具體來講，以研究微課題為目標，師生共同查找相關資料，共同研究、討論和探索，提出解決微課題的方法，并形成一篇研究報告，與此同時將課程思政有效融入教學中，提高育人效果。這種師生研討式的教學方法可以極大地提高研究生學習的主動性，激發學生的創新能力，提高學生的科學素養和人文素養。

2.3 基于線上線下雙平臺的混合教學模式

線上線下雙平臺的混合教學模式指的是以超星學習通APP 為融合工具，將超星線上教學平臺和線下傳統課堂教學平臺有機融為一體的一種混合教學模式。

具體來講，①上課前1 周將封裝好的微課題及其相關的數學理論和專業知識上傳至超星學習通教學平臺，同時在網絡教學平臺上建設教學課件、教學視頻、章節測驗、章節作業等資源，并通過設置任務點的形式，督促學生按時完成預習，初步形成一篇研究報告，預習期間師生可以通過QQ 交流群充分交流。②課堂上借助超星學習通APP 隨機選取若干學生闡述課前預習時完成的研究報告，并開展全員大討論，實施課堂翻轉，把大部分時間留給學生，讓學生充分展現。最后教師針對課堂上對微課題的討論情況進行總結，把精力放在知識點的歸納、總結以及重點和難點的講解，通過微課題實例的討論和講解，培養學生理論與實際應用相結合的能力。③課后學生根據課堂上研討的結果形成最終研究報告，期間可繼續通過QQ 交流群交流，提交于超星線上教學平臺，教師評判研究報告，給出評價分值。④課程成績評價強調過程與結果并重，改變以往以一次考試成績為主的狀況，課程突出學生的應用能力和較強的創新能力的考核，將考核分散在教學過程的各個環節，教師根據學生在線上和線下各教學各個環節的表現，制定各個環節的成績比重，給出每個學生最終的課程成績。

以天津農學院工程技術學院開設的線上線下數學課程的混合式教學工作為基礎，將線上學習平臺、傳統課堂、翻轉課堂、實驗教學等環節相結合的教學模式應用于數學課程的教學過程中，探索雙平臺的混合教學新模式，并對翻轉課堂進行了實踐研究，培養學生自主學習的能力和解決問題的能力。通過“線上+線下”混合式教學模式的改革，筆者發現研究生的學習積極性被有效的激發，自主學習能力和創新能力得到進一步增強，學習質量有了明顯提高。

2.4 實踐教學效果分析

為了分析改革前后的教學效果，本文選取“數值分析”課程作為研究對象，對比了天津農學院農業水土工程專業2019 級（傳統教學）和2020 級（改革后）研究生的成績。圖1 為改革前后總評成績各項分數值對比，圖2 為改革前后期末成績各項分數值的對比。

圖1 總評成績各項分數值對比

圖2 期末成績各項分數值對比

由圖1、圖2 可知，不論是總評成績還是期末成績，雖然改革前后的平均成績并沒有太大變化，但是最高成績和最低成績都有了較明顯的提高。同時通過翻轉課堂教學實施情況、網絡學習平臺資源利用等情況來看，課堂氛圍不再沉悶，逐漸變得活躍，研究生主動提出問題、分析問題、思考問題和解決問題的能力在不斷提高。當然，由于針對“新農科”研究生公共數學課程改革的參考資料并不多，實踐時間也不夠長，本文的改革措施還有很多不足，后期還有更多改進的空間。

3 結束語

“新農科”代表著適應經濟社會發展、適應科學技術發展的新的農科發展方向。而在“新農科”建設中，研究生是國家實現鄉村振興發展戰略的一只必不可少的主力軍，也是實現中華民族偉大復興的重要支撐和保障。面對當今世界進入新的動蕩變革期，確保國家糧食安全和綠色發展，推動我國由農業大國向農業強國跨越，探索一條具有中國特色的“新農科”研究生培養模式將是現在及未來一段時期內給農業高校的重要任務和職責。雖然針對“新農科”建設的需求，數學課程在教學內容、教學方法和教學模式等方面開展了一定的改革，并取得了一定的成績，但是也應清醒地看到，“新農科”背景下涉農專業研究生公共數學課程的教學改革不僅僅要求數學教師和專業課教師相互配合、相互交流，還需要各二級學院在思想上足夠重視、在行動上鼎力支持。只有這樣才能為“新農科”研究生培育創造有利條件，圓滿實現“新農科”研究生的公共數學課程教學改革與實踐目標。