“新农科”背景下研究生公共数学课程教学的改革探讨

穆志民，陈雁东，刘琦

（天津农学院 基础科学学院，天津 300392）

数学作为基础学科，对于培养研究生的创新意识，提高其创新能力和科研水平尤为重要[1]。首先，很多专业的研究生后续即将学习的专业学位课程，如高级生物统计、生物统计与试验设计、人工智能算法、图像处理与机器视觉等都需要相应的数学知识作支撑。其次，新时代的研究生需要掌握以计算机技术为工具解决涉农实际问题的能力，能对实际问题进行一定程度的简化和在一定的假设条件下建立数学模型，再对所建立的模型进行计算机求解得出结论，然后将结果反馈到实际问题中，这就要求研究生必须具有相应的数学建模能力。最后，数学类课程可以拓宽各个专业的研究广度，例如在涉农领域还存在不少的计算问题，由于这些问题涉及到非线性、多相耦合等难点，在数学求解方面一直没有很好的解决，所以计算实际问题的最优解是一个重要的研究方向，这同样也需要数学知识的支撑。实际上针对非数学专业的研究生，就如何开设好数学课程从而更好为其专业课程服务，学者们已经做了广泛的研究。刘明柱等[2]、李超等[3]、胡华[4]从研究生公共数学课程体系建设的角度探讨了研究生公共数学课程体系的构建，并介绍了其课程体系的实施情况。刘慧[5]、韦琳娜等[6]、刘助忠等[7]、张玲玲等[8]就研究生公共数学课程的教学方法和教学模式方面做了深入的探讨，以期更好地提高研究生的数学水平。随着“新工科、新医科、新农科和新文科”建设的提出，以前的研究生公共数学课程的教育理念、课程体系和教学范式都需要做相应的变革。

“新农科”是人工智能、大数据和物联网等新兴技术快速发展以及多学科交叉融合的产物，这些新兴技术基本上都是结合计算机技术对实际问题的研究，即首先对实际问题提炼和抽象，并建立数学模型，然后借助计算机编程得出结论，最终反馈到实际中解决实际问题。“新农科”要求面向新农业，打破固有学科边界，破除原有专业壁垒，推进农理、农工、农医、农文深度交叉融合创新发展，打造人才培养新模式。数学在“新农科”建设的浪潮中扮演着重要的不可替代的角色，数学能力的强弱在一定程度决定了研究生科研能力的高低。因此在当前“新农科”建设的背景下，研究生必须具备一定的数学应用能力。为适应“新农科”建设需求，对研究生公共数学课程教学进行改革及实践探索是很有必要的，具有重要的理论指导意义和实践意义。

1 研究生公共数学课程教学中存在的问题

2019 年安吉共识[9]指出“新农科”建设就是要推进农工、农理、农医、农文深度交叉融合，发挥学科综合优势，支持和支撑涉农专业发展。“新农科”建设对人才的培养提出了新要求，其核心就是着力提升学生的创新意识、创新能力和科研素养。然而现有涉农专业的研究生公共数学课程已经不再能更好地适应“新农科”建设的需求，在教学内容、教学方法和教学模式等方面还存在不少问题。

1.1 课程教学内容方面存在的问题

目前涉农专业研究生的公共数学课程一般是由专门从事数学教学的教师负责，目的是提高教学内容的深度和宽度，从而达到提高学生数学能力的目标。然而研究生的数学类课程一般具有很强的理论性和抽象性，使得很多学生恐学、厌学，为了学分而学习，实际效果很不理想，其主要原因在于教学内容更侧重于数学理论，缺乏针对性与应用性，与学生研究的方向脱节，学生无法体会所学数学知识在其研究方向的实际用处和专业技能培养上的作用。此外，研究生公共数学课程的部分授课教师对立德树人的内涵认识不足，将有限的课时重点放在对数学理论知识的传授上，忽视了课程思政的融入，使课程的育人功能难以得到有效发挥。

1.2 课程教学方法方面存在的问题

当前，绝大部分研究生公共数学课程的授课方法相对单一，课堂上以教师讲授理论知识为主，师生、学生之间严重缺乏交流与讨论，同时学生往往是单通道的被动学习或者个体自主学习，无法深入训练学生主动思考、探索问题本质的能力，学生的创新能力和创造意识也得不到很好的提升。其主要原因在于数学专业的教师更注重于纯数学的方法和技巧，强调数学逻辑的严密性和数学知识体系的连贯性，导致在课堂上教师片面强调逻辑训练，忽略教学内容和学生的实际研究课题需求的结合，在一定程度上抑制了学生学习的热情和数学应用创新能力。

1.3 课程教学模式方面存在的问题

研究生公共数学课上普遍使用的是“教为导向”的教学模式。它的特点是以教师为中心开展教学活动，以PPT 和板书讲解为主，一次期末考试决定学生成绩，教学模式比较单一，同时缺乏对学生个体差异和需求的考虑。这种模式导致研究生数学教学过程中存在平时上课不走心，期末考试靠突击的不良学风，同时由于学生始终处于被动学习的状态，无法形成“我要学”的自主终身学习的意识。笔者认为其主要原因在于教师们普遍存在认为研究生已经具备了自主学习和主动学习的能力，只需将精力集中到课程内容讲授上的思维定势，忽视了研究生除了需要掌握数学理论知识外，更需要引导研究生形成善于思考、乐于探究、勤于动脑、努力求知的研究态度，使研究生具备运用数学思维解决实际问题的意识和能力。

“新农科”建设要求高校着力培养具备创新意识和创新能力，融合学科交叉的复合型、应用型、技能型的乡村振兴人才。但是由上述分析可知，目前的研究生公共数学课程教学体系难以达到培养学生的创新意识、创新能力以及提高学生发现问题和解决问题能力的目标。因此，必须对研究生公共数学课程教学开展改革创新。

2 “新农科”研究生公共数学课程教学改革实践

结合当前研究生公共数学课程在教学内容、教学方法和教学模式等方面存在的问题，基于培养研究生成为创新型、复合型、应用型等新型乡村振兴人才的目标，本文提出新农科研究生公共数学课程教学改革思路，以期帮助研究生夯实数学基础，提升应用数学思维解决科研问题的能力，逐渐形成善于发现问题，乐于研究问题，主动创新的科研意识。

2.1 基于项目研究思维的教学内容重构

“新农科”要求学生要具备实践能力和创新思维能力，研究生课程应具有科学前沿性、科技先进性、学科交叉融合性等特点。同时研究生已经具备了一定的自主学习能力。因此在有限的课时下，研究生公共数学课程的教学内容应该遵循“突出重点、抓关键，联系实际、勤实践”这一原则。这样既能提高学生的自主学习能力，变被动学习为主动学习，也使得学生体会到学习数学课程的价值，提高学生运用数学理论知识解决问题的创新能力。

具体来讲，就是打破传统的按照数学逻辑来组织教学内容的现状，采用以微课题为中心来制定数学教学内容的模块化思想，打破专业和学科的藩篱。即先将涉农方向的实际问题中所要用到的数学知识进行归纳、分类和总结，然后将数学知识点和与之相匹配的涉农问题封装成一个个小课题，再结合MATLAB 软件，构建从实际涉农问题到数学模型，再到编程求解的全流程，科研式的教学模块，最大程度地复现科研全过程，实现数学与多学科的融合，践行在应用中学习，在实践中成长的教学理念，有效提升研究生对涉农实际问题的数学建模能力及编程求解能力，提高研究生的跨界交叉融合的创新意识，达到提高研究生综合能力的目的。

2.2 基于微课题的师生研讨式教学方法

目前研究生公共数学课程教学中采取最多的是教师“灌”、学生“受”的教学方法，虽然在课程知识内容传授的深度和广度方面有着一定的优势，但这种教学方法严重制约了学生独立思维、辩证思维能力的发展。在当前知识更新迭代速度加快及学科深度交叉融合的新形势下，这种教学方法已经无法适应“新农科”建设的需求。研究生公共数学课程在教学方法上应树立授之以渔的指导思想。

具体来讲，以研究微课题为目标，师生共同查找相关资料，共同研究、讨论和探索，提出解决微课题的方法，并形成一篇研究报告，与此同时将课程思政有效融入教学中，提高育人效果。这种师生研讨式的教学方法可以极大地提高研究生学习的主动性，激发学生的创新能力，提高学生的科学素养和人文素养。

2.3 基于线上线下双平台的混合教学模式

线上线下双平台的混合教学模式指的是以超星学习通APP 为融合工具，将超星线上教学平台和线下传统课堂教学平台有机融为一体的一种混合教学模式。

具体来讲，①上课前1 周将封装好的微课题及其相关的数学理论和专业知识上传至超星学习通教学平台，同时在网络教学平台上建设教学课件、教学视频、章节测验、章节作业等资源，并通过设置任务点的形式，督促学生按时完成预习，初步形成一篇研究报告，预习期间师生可以通过QQ 交流群充分交流。②课堂上借助超星学习通APP 随机选取若干学生阐述课前预习时完成的研究报告，并开展全员大讨论，实施课堂翻转，把大部分时间留给学生，让学生充分展现。最后教师针对课堂上对微课题的讨论情况进行总结，把精力放在知识点的归纳、总结以及重点和难点的讲解，通过微课题实例的讨论和讲解，培养学生理论与实际应用相结合的能力。③课后学生根据课堂上研讨的结果形成最终研究报告，期间可继续通过QQ 交流群交流，提交于超星线上教学平台，教师评判研究报告，给出评价分值。④课程成绩评价强调过程与结果并重，改变以往以一次考试成绩为主的状况，课程突出学生的应用能力和较强的创新能力的考核，将考核分散在教学过程的各个环节，教师根据学生在线上和线下各教学各个环节的表现，制定各个环节的成绩比重，给出每个学生最终的课程成绩。

以天津农学院工程技术学院开设的线上线下数学课程的混合式教学工作为基础，将线上学习平台、传统课堂、翻转课堂、实验教学等环节相结合的教学模式应用于数学课程的教学过程中，探索双平台的混合教学新模式，并对翻转课堂进行了实践研究，培养学生自主学习的能力和解决问题的能力。通过“线上+线下”混合式教学模式的改革，笔者发现研究生的学习积极性被有效的激发，自主学习能力和创新能力得到进一步增强，学习质量有了明显提高。

2.4 实践教学效果分析

为了分析改革前后的教学效果，本文选取“数值分析”课程作为研究对象，对比了天津农学院农业水土工程专业2019 级（传统教学）和2020 级（改革后）研究生的成绩。图1 为改革前后总评成绩各项分数值对比，图2 为改革前后期末成绩各项分数值的对比。

图1 总评成绩各项分数值对比

图2 期末成绩各项分数值对比

由图1、图2 可知，不论是总评成绩还是期末成绩，虽然改革前后的平均成绩并没有太大变化，但是最高成绩和最低成绩都有了较明显的提高。同时通过翻转课堂教学实施情况、网络学习平台资源利用等情况来看，课堂氛围不再沉闷，逐渐变得活跃，研究生主动提出问题、分析问题、思考问题和解决问题的能力在不断提高。当然，由于针对“新农科”研究生公共数学课程改革的参考资料并不多，实践时间也不够长，本文的改革措施还有很多不足，后期还有更多改进的空间。

3 结束语

“新农科”代表着适应经济社会发展、适应科学技术发展的新的农科发展方向。而在“新农科”建设中，研究生是国家实现乡村振兴发展战略的一只必不可少的主力军，也是实现中华民族伟大复兴的重要支撑和保障。面对当今世界进入新的动荡变革期，确保国家粮食安全和绿色发展，推动我国由农业大国向农业强国跨越，探索一条具有中国特色的“新农科”研究生培养模式将是现在及未来一段时期内给农业高校的重要任务和职责。虽然针对“新农科”建设的需求，数学课程在教学内容、教学方法和教学模式等方面开展了一定的改革，并取得了一定的成绩，但是也应清醒地看到，“新农科”背景下涉农专业研究生公共数学课程的教学改革不仅仅要求数学教师和专业课教师相互配合、相互交流，还需要各二级学院在思想上足够重视、在行动上鼎力支持。只有这样才能为“新农科”研究生培育创造有利条件，圆满实现“新农科”研究生的公共数学课程教学改革与实践目标。