“信息和計(jì)算科學(xué)”專業(yè)教學(xué)探索
1998年教育部頒布了新的本科專業(yè)目錄,“信息和計(jì)算科學(xué)”被列為數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)科三個(gè)專業(yè)之一。該專業(yè)的設(shè)置反映了數(shù)學(xué)學(xué)科人才培養(yǎng)的發(fā)展,反映了社會(huì)對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科人才的需求熱點(diǎn)。如何辦好這一專業(yè),為眾多高等院校所必須思索的新問題。信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)發(fā)展如此之快,招生規(guī)模如此之大,對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的發(fā)展既是機(jī)遇,又是挑戰(zhàn)[1。
目前開辦該專業(yè)的高校全國(guó)已有300多所,但相當(dāng)多的院校存在著辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足,師資力量匱乏,以及辦學(xué)條件、教材等諸多因素的影響,在培養(yǎng)學(xué)生的過程中出現(xiàn)了這樣或那樣的新問題。其中主要包括摘要:(1)缺乏專業(yè)特色。很多學(xué)校要么是以計(jì)算數(shù)學(xué)及其應(yīng)用軟件為發(fā)展方向,要么是以計(jì)算機(jī)科學(xué)作為發(fā)展方向,無法適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的培養(yǎng)要求及就業(yè)市場(chǎng)的需求。(2)專業(yè)就業(yè)方向不是很明確。很多用人單位不明白該專業(yè)的專業(yè)背景,只是簡(jiǎn)單得理解為“計(jì)算機(jī)應(yīng)用”或“信息專業(yè)”,這將直接影響到本專業(yè)學(xué)生的就業(yè)及以后的招生。(3)一些專業(yè)書籍和參考資料的實(shí)用性不是很強(qiáng)。有些學(xué)生抱怨“學(xué)校學(xué)得都沒用,現(xiàn)在用的學(xué)校都沒教”。有必要在教學(xué)中增加一些該領(lǐng)域新的探究方向的介紹,拓寬學(xué)生的知識(shí)面。(4)師資缺乏,實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有待加強(qiáng)。在一些高校中,承擔(dān)信息和計(jì)算專業(yè)課程教學(xué)任務(wù)的老師要么是計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)出身,要么是計(jì)算機(jī)類專業(yè)出身,仍然缺乏一支把握信息和計(jì)算科學(xué)技術(shù)的強(qiáng)有力的師資隊(duì)伍[2。
我院從2003年起開始招收該專業(yè)本科生,從2007年起有畢業(yè)生走向社會(huì)。通過幾年的教學(xué)實(shí)踐,筆者積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。本文就信息和計(jì)算專業(yè)一些專業(yè)課程的教學(xué)新問題、教學(xué)策略,以及教學(xué)理念等方面的內(nèi)容闡述自己的觀點(diǎn)。
1 強(qiáng)化數(shù)學(xué)基礎(chǔ),充分發(fā)揮本專業(yè)的數(shù)學(xué)優(yōu)勢(shì)
信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)是由信息科學(xué)、計(jì)算科學(xué)、運(yùn)籌和控制科學(xué)等學(xué)科交叉滲透而形成的一個(gè)新的數(shù)學(xué)類專業(yè)。該專業(yè)主要培養(yǎng)具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)思維能力,把握信息和計(jì)算科學(xué)的基本理論、方法和技能,受到系統(tǒng)的科學(xué)探究練習(xí),能解決信息科學(xué)和工程技術(shù)實(shí)際新問題的高級(jí)專門人才;主要任務(wù)是探究“信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)和運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算工具高效求解科學(xué)和工程新問題的數(shù)學(xué)理論和方法”[3。信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和高度的抽象思維能力。該專業(yè)要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ),能夠利用數(shù)學(xué)理論解決信息科學(xué)領(lǐng)域中的實(shí)際新問題。對(duì)本專業(yè)的學(xué)生來說,數(shù)學(xué)理論、基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)是十分必要的。因此做好該專業(yè)的數(shù)學(xué)教學(xué)工作,為學(xué)生打好數(shù)學(xué)功底就顯得尤為重要[4。
以《數(shù)值分析》的課程教學(xué)為例。該門課程在信息和計(jì)算科學(xué)的專業(yè)課程中占著舉足輕重的地位�！稊�(shù)學(xué)分析》、《高等代數(shù)》和《常微分方程》為該門課程的必修先行課程。假如學(xué)生在學(xué)習(xí)這些先行課程的時(shí)候,能夠很好地把握、理解基礎(chǔ)數(shù)學(xué)理論和知識(shí),那么他們?cè)趯W(xué)習(xí)《數(shù)值分析》的時(shí)候,必將事半功倍。筆者在講授《數(shù)值分析》時(shí),首先從具體新問題的實(shí)例出發(fā),以數(shù)學(xué)描述為切入點(diǎn),逐步引導(dǎo)學(xué)生抽象出基本概念和結(jié)論。在這一方面,信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往優(yōu)越于計(jì)算機(jī)專業(yè)或其他工科專業(yè)學(xué)生。這是因?yàn)樗麄兙哂懈鼮樵鷮?shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。而且,信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往具有非常好的邏輯思維能力,這使得他們能更為深入地理解相關(guān)算法和程序,而這也是和扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)密不可分的。
2 注重師生互動(dòng),選擇啟發(fā)式教學(xué)
在教學(xué)過程中,強(qiáng)調(diào)以教師為主導(dǎo),以學(xué)生為主體,采用知識(shí)接受式和新問題討論式相結(jié)合的教學(xué)方法,盡量讓課堂教學(xué)布滿活力,把知識(shí)講“活”。在教學(xué)中,變教師講,學(xué)生聽的“新問題-結(jié)論”教學(xué)方式成為“新問題-探索-結(jié)論”教學(xué)方式。要教會(huì)學(xué)生如何思索,如何分析,如何探索,使學(xué)生能“舉一反三”、“觸類旁通”。盡量激發(fā)學(xué)生的潛能,激發(fā)學(xué)生的喜好和求知欲望,在講課過程中提出一些啟發(fā)性、探索性的新問題,學(xué)生始終處在積極思索的狀態(tài)之中,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性;努力發(fā)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維的閃光點(diǎn),鼓勵(lì)學(xué)生敢于發(fā)表不同的意見,實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng),教學(xué)相長(zhǎng)。此方法為學(xué)生提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件,能充分發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思索和開拓精神,培養(yǎng)應(yīng)用和創(chuàng)新意識(shí),鍛煉和提高他們解決新問題的能力。
以《矩陣計(jì)算》教學(xué)課程為例。筆者在教學(xué)過程中往往會(huì)有計(jì)劃地組織一些討論課,課前要求學(xué)生預(yù)習(xí),把教學(xué)內(nèi)容分解成一系列的.新問題,并抓準(zhǔn)學(xué)生輕易出錯(cuò)或難于理解的新問題。先在課堂上讓學(xué)生發(fā)表自己的理解和思路,然后進(jìn)行討論,為學(xué)生提供一個(gè)思想摩擦的環(huán)境,以拓寬學(xué)生的視野。例如在講解“隱式重新開始的QR算法”這一部分內(nèi)容時(shí),首先要求學(xué)生考慮摘要:為什么要采用隱式重新開始技術(shù),好處在那里,理論依據(jù)是什么,算法的主體框架是怎樣的,程序上如何具體實(shí)現(xiàn)等一系列新問題。通過學(xué)生主動(dòng)思索這些新問題,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)思索,使得原本復(fù)雜困難的內(nèi)容變得簡(jiǎn)單起來,提高了教學(xué)效率。
3 抓實(shí)踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力
理論教學(xué)和實(shí)踐是人才培養(yǎng)的兩個(gè)重要環(huán)節(jié),兩者既有區(qū)別,又有聯(lián)系。在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論的同時(shí),更要將理論和應(yīng)用實(shí)際緊密結(jié)合起來。以《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)為例。在每次上機(jī)之前,我們都要求學(xué)生事先預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容,明確上機(jī)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?編制好程序,并要求學(xué)生及時(shí)觀察記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了提高實(shí)驗(yàn)效率,我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),做到學(xué)生每人一臺(tái)機(jī)器,獨(dú)立操作,指導(dǎo)教師主動(dòng)巡回指導(dǎo),根據(jù)上機(jī)過程中出現(xiàn)的新問題和錯(cuò)誤,及時(shí)給予糾正。寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是提高學(xué)生分析綜合能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié),能起到對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容消化理解,加深拓寬知識(shí)面的功能。同時(shí),教師可以通過結(jié)合課程基本理論,直接面向?qū)嶋H應(yīng)用的授課方式,既可以向?qū)W生傳授基本理論知識(shí),同時(shí)又培養(yǎng)了學(xué)生良好的動(dòng)手、動(dòng)腦能力,起到事半功倍的效果。此外,結(jié)合本專業(yè)特征,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室軟、硬件建設(shè)是加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的必要條件。為此,我院已建立了一個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室供本系學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、科學(xué)和工程計(jì)算、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)等活動(dòng)。
4 多媒體教學(xué)和黑板教學(xué)有機(jī)結(jié)合
和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比,多媒體教學(xué)有著明顯的優(yōu)點(diǎn),運(yùn)用后可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。多媒體教學(xué)是一種新的教學(xué)手段,它提供了豐富的教學(xué)資源和良好的教學(xué)環(huán)境。信息和計(jì)算專業(yè)的許多專業(yè)課程都離不開多媒體教學(xué),通過精心制作的多媒體課件,復(fù)雜難懂的專業(yè)知識(shí)變得生動(dòng)有趣。在有限的課堂教學(xué)時(shí)間里,可以給學(xué)生提供最大的信息量,有利于突出重點(diǎn)、化解難點(diǎn),深入淺出得講解知識(shí)。
而現(xiàn)在的多媒體教學(xué)缺少了教師的熱情參和,既不利于學(xué)生閱讀,又增加了學(xué)生視覺上的負(fù)擔(dān),對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)很不利。在課堂上,教師關(guān)注更多的是多媒體的操作,而弱化了對(duì)學(xué)生的知識(shí)把握和技能培養(yǎng)的信息反饋;學(xué)生關(guān)注的是屏幕上所演示的內(nèi)容,教師只是一個(gè)多媒體的操作者,人際化的師生情感交流被冷冰冰的人機(jī)對(duì)話所取代,教師也便將課堂拱手讓給了多媒體,使得師生互動(dòng)成為一件較為困難的事情。
為此,筆者認(rèn)為多媒體教學(xué)只是教師授課的教學(xué)手段之一,應(yīng)和黑板教學(xué)有機(jī)結(jié)合。兩種教學(xué)手段都具有其各自的特征和獨(dú)特的功能,在教學(xué)中它們是相互補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短,相輔相成的關(guān)系。
5 科研和教學(xué)相輔相成,缺一不可
同其他專業(yè)建設(shè)一樣,科研成果的質(zhì)量和數(shù)量、教學(xué)質(zhì)量的好壞,是衡量信息和計(jì)算科學(xué)專業(yè)建設(shè)和發(fā)展的重要指標(biāo)。但是,和某些學(xué)科相比,數(shù)學(xué)論文的發(fā)表周期相對(duì)較長(zhǎng),成果出得較慢,這使得到學(xué)數(shù)學(xué)教師的科研壓力相對(duì)較大。因此,在教學(xué)和科研的雙重壓力下,如何處理好科研和教學(xué)的關(guān)系就顯得尤為重要。筆者認(rèn)為,科研和教學(xué)是相輔相成、缺一不可的,科研、教學(xué)的共同目的在于提高教育水平和人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
一方面,科研對(duì)教學(xué)工作是大有好處的。在高等學(xué)校,教學(xué)是必要的要求,科研是充分的要求。科研反映了教師對(duì)本學(xué)科清楚不清楚,教學(xué)工作假如沒有科研作為底蘊(yùn),是很難做好的。教師教書育人,應(yīng)該要有自己的見解,對(duì)教學(xué)內(nèi)容需要深入理解,這是建立在深厚的專業(yè)理論基礎(chǔ)之上的。為此,教師必須搞科研,才能增長(zhǎng)學(xué)術(shù)水平;教師水平的提高,要靠自己的科研工作。
另一方面,教學(xué)對(duì)科研也大有幫助。(1)教學(xué)實(shí)踐能使自己對(duì)基礎(chǔ)理論更加融會(huì)貫通。(2)教學(xué)不但可以熟能生巧,為探究創(chuàng)造更多的可能,而且讓教師增添了許多體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的始末的機(jī)會(huì),在這種體驗(yàn)中可以增強(qiáng)探索能力,把握探索特征。(3)課程開發(fā)是高等學(xué)校教學(xué)的一項(xiàng)基本任務(wù),同時(shí),這也應(yīng)是教師科學(xué)探究的一部分,更廣義地說,教學(xué)探究可視為科研的一部分。
6 精心選用教材
信息和計(jì)算專業(yè)課程的教材選用,應(yīng)以“把握概念、強(qiáng)化應(yīng)用、培養(yǎng)技能”為重點(diǎn),體現(xiàn)以應(yīng)用為目的、理論必需、適度夠用的原則,從實(shí)際新問題入手,將數(shù)學(xué)的思想和信息、計(jì)算機(jī)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來。建議使用全國(guó)高校使用量最大,或國(guó)家評(píng)定的優(yōu)秀教材。如清華大學(xué)出版社的《數(shù)值分析》、《C程序設(shè)計(jì)》,北京大學(xué)出版社的《數(shù)值線性代數(shù)》,高等教育出版社的《微分方程數(shù)值解法》等。
總之,信息和計(jì)算專業(yè)的專業(yè)課程教學(xué),仍需要大量精心細(xì)致的工作,還有許多值得探究和探索的地方。上述幾點(diǎn)僅為筆者的個(gè)人教學(xué)心得,有待于在今后的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步充實(shí)和完善。
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