探究“信息和计算科学”专业教学
根据信息和计算科学专业课程教学实践中的心得,针对教学过程中的一些新问题阐明了观点和解决方法,并提出一些有效的教学理念和教学策略。教学实践证实我们的方法是行之有效的。
1998年教育部颁布了新的本科专业目录,“信息和计算科学”被列为数学和统计学科三个专业之一。该专业的设置反映了数学学科人才培养的发展,反映了社会对数学学科人才的需求热点。如何办好这一专业,为众多高等院校所必须思索的新问题。信息和计算科学专业发展如此之快,招生规模如此之大,对数学学科的发展既是机遇,又是挑战。
目前开办该专业的高校全国已有300多所,但相当多的院校存在着办学经验不足,师资力量匮乏,以及办学条件、教材等诸多因素的影响,在培养学生的过程中出现了这样或那样的新问题。其中主要包括摘要:(1)缺乏专业特色。很多学校要么是以计算数学及其应用软件为发展方向,要么是以计算机科学作为发展方向,无法适应当前经济发展对人才的培养要求及就业市场的需求。(2)专业就业方向不是很明确。很多用人单位不明白该专业的专业背景,只是简单得理解为“计算机应用”或“信息专业”,这将直接影响到本专业学生的就业及以后的招生。(3)一些专业书籍和参考资料的实用性不是很强。有些学生抱怨“学校学得都没用,现在用的学校都没教”。有必要在教学中增加一些该领域新的探究方向的介绍,拓宽学生的知识面。(4)师资缺乏,实验室建设有待加强。在一些高校中,承担信息和计算专业课程教学任务的老师要么是计算数学专业出身,要么是计算机类专业出身,仍然缺乏一支把握信息和计算科学技术的强有力的师资队伍。
我院从2003年起开始招收该专业本科生,从2007年起有毕业生走向社会。通过几年的教学实践,笔者积累了一定的教学经验。本文就信息和计算专业一些专业课程的教学新问题、教学策略,以及教学理念等方面的内容阐述自己的观点。
1. 强化数学基础,充分发挥本专业的数学优势
信息和计算科学专业是由信息科学、计算科学、运筹和控制科学等学科交叉渗透而形成的一个新的数学类专业。该专业主要培养具有良好的数学基础和数学思维能力,把握信息和计算科学的基本理论、方法和技能,受到系统的科学探究练习,能解决信息科学和工程技术实际新问题的高级专门人才;主要任务是探究“信息技术的核心基础和运用现代计算工具高效求解科学和工程新问题的数学理论和方法”[3。信息和计算科学专业可以培养学生的计算素养、信息素养和高度的抽象思维能力。该专业要求学生具有较好的数学理论基础,能够利用数学理论解决信息科学领域中的实际新问题。对本专业的学生来说,数学理论、基础知识的学习是十分必要的。因此做好该专业的数学教学工作,为学生打好数学功底就显得尤为重要。
以《数值分析》的课程教学为例。该门课程在信息和计算科学的专业课程中占着举足轻重的地位。《数学分析》、《高等代数》和《常微分方程》为该门课程的必修先行课程。假如学生在学习这些先行课程的时候,能够很好地把握、理解基础数学理论和知识,那么他们在学习《数值分析》的时候,必将事半功倍。笔者在讲授《数值分析》时,首先从具体新问题的实例出发,以数学描述为切入点,逐步引导学生抽象出基本概念和结论。在这一方面,信息和计算科学专业的学生往往优越于计算机专业或其他工科专业学生。这是因为他们具有更为扎实的数学基础。而且,信息和计算科学专业的学生往往具有非常好的逻辑思维能力,这使得他们能更为深入地理解相关算法和程序,而这也是和扎实的数学基础密不可分的。
2. 注重师生互动,选择启发式教学
在教学过程中,强调以教师为主导,以学生为主体,采用知识接受式和新问题讨论式相结合的教学方法,尽量让课堂教学布满活力,把知识讲“活”。在教学中,变教师讲,学生听的“新问题-结论”教学方式成为“新问题-探索-结论”教学方式。要教会学生如何思索,如何分析,如何探索,使学生能“举一反三”、“触类旁通”。尽量激发学生的潜能,激发学生的喜好和求知欲望,在讲课过程中提出一些启发性、探索性的新问题,学生始终处在积极思索的状态之中,充分调动学生学习的主动性和积极性;努力发现学生创新思维的闪光点,鼓励学生敢于发表不同的意见,实现师生互动,教学相长。此方法为学生提供了一个良好的学习环境和条件,能充分发挥学生的独立思索和开拓精神,培养应用和创新意识,锻炼和提高他们解决新问题的能力。
以《矩阵计算》教学课程为例。笔者在教学过程中往往会有计划地组织一些讨论课,课前要求学生预习,把教学内容分解成一系列的新问题,并抓准学生轻易出错或难于理解的新问题。先在课堂上让学生发表自己的理解和思路,然后进行讨论,为学生提供一个思想摩擦的环境,以拓宽学生的视野。例如在讲解“隐式重新开始的QR算法”这一部分内容时,首先要求学生考虑摘要:为什么要采用隐式重新开始技术,好处在那里,理论依据是什么,算法的主体框架是怎样的,程序上如何具体实现等一系列新问题。通过学生主动思索这些新问题,激发了学生的学习积极性,变学生被动学习为主动思索,使得原本复杂困难的内容变得简单起来,提高了教学效率。
3. 多媒体教学和黑板教学有机结合
和传统教学模式相比,多媒体教学有着明显的优点,运用后可提高学生学习的主动性和积极性。多媒体教学是一种新的教学手段,它提供了丰富的教学资源和良好的教学环境。信息和计算专业的许多专业课程都离不开多媒体教学,通过精心制作的多媒体课件,复杂难懂的专业知识变得生动有趣。在有限的课堂教学时间里,可以给学生提供最大的信息量,有利于突出重点、化解难点,深入浅出得讲解知识。
而现在的多媒体教学缺少了教师的热情参和,既不利于学生阅读,又增加了学生视觉上的负担,对学生的自主学习很不利。在课堂上,教师关注更多的是多媒体的操作,而弱化了对学生的知识把握和技能培养的信息反馈;学生关注的是屏幕上所演示的内容,教师只是一个多媒体的操作者,人际化的师生情感交流被冷冰冰的人机对话所取代,教师也便将课堂拱手让给了多媒体,使得师生互动成为一件较为困难的事情。
为此,笔者认为多媒体教学只是教师授课的教学手段之一,应和黑板教学有机结合。两种教学手段都具有其各自的特征和独特的功能,在教学中它们是相互补充、取长补短,相辅相成的关系。
4. 科研和教学相辅相成,缺一不可
同其他专业建设一样,科研成果的质量和数量、教学质量的好坏,是衡量信息和计算科学专业建设和发展的重要指标。但是,和某些学科相比,数学论文的发表周期相对较长,成果出得较慢,这使得到学数学教师的科研压力相对较大。因此,在教学和科研的双重压力下,如何处理好科研和教学的关系就显得尤为重要。笔者认为,科研和教学是相辅相成、缺一不可的,科研、教学的共同目的在于提高教育水平和人才培养标准。
一方面,科研对教学工作是大有好处的。在高等学校,教学是必要的要求,科研是充分的要求。科研反映了教师对本学科清楚不清楚,教学工作假如没有科研作为底蕴,是很难做好的。教师教书育人,应该要有自己的见解,对教学内容需要深入理解,这是建立在深厚的专业理论基础之上的。为此,教师必须搞科研,才能增长学术水平;教师水平的提高,要靠自己的科研工作。
另一方面,教学对科研也大有帮助。(1)教学实践能使自己对基础理论更加融会贯通。(2)教学不但可以熟能生巧,为探究创造更多的可能,而且让教师增添了许多体验发现和发明的始末的机会,在这种体验中可以增强探索能力,把握探索特征。(3)课程开发是高等学校教学的一项基本任务,同时,这也应是教师科学探究的一部分,更广义地说,教学探究可视为科研的一部分。
5. 抓实践环节,培养学生的实际动手能力
理论教学和实践是人才培养的两个重要环节,两者既有区别,又有联系。在强调基础理论的同时,更要将理论和应用实际紧密结合起来。以《数学实验》课程教学为例。在每次上机之前,我们都要求学生事先预习相关内容,明确上机内容、实验目的,编制好程序,并要求学生及时观察记录实验结果。为了提高实验效率,我们在进行实验设计时,做到学生每人一台机器,独立操作,指导教师主动巡回指导,根据上机过程中出现的新问题和错误,及时给予纠正。写实验报告是提高学生分析综合能力的一个重要环节,能起到对课堂教学内容消化理解,加深拓宽知识面的功能。同时,教师可以通过结合课程基本理论,直接面向实际应用的授课方式,既可以向学生传授基本理论知识,同时又培养了学生良好的动手、动脑能力,起到事半功倍的效果。此外,结合本专业特征,加强实验室软、硬件建设是加强学生实际动手能力的必要条件。为此,我院已建立了一个专业实验室供本系学生进行数学建模、科学和工程计算、数学实验教学等活动。
6. 精心选用教材
信息和计算专业课程的教材选用,应以“把握概念、强化应用、培养技能”为重点,体现以应用为目的、理论必需、适度够用的原则,从实际新问题入手,将数学的思想和信息、计算机应用有机结合起来。建议使用全国高校使用量最大,或国家评定的优秀教材。如清华大学出版社的《数值分析》、《C程序设计》,北京大学出版社的《数值线性代数》,高等教育出版社的《微分方程数值解法》等。
总之,信息和计算专业的专业课程教学,仍需要大量精心细致的工作,还有许多值得探究和探索的地方。上述几点仅为笔者的个人教学心得,有待于在今后的教学实践中进一步充实和完善。
