信息工程类各专业的工程数学教学改革与实践

张海娥

（唐山学院 基础教学部，河北 唐山 063000）

近年来，地方性本科院校经过升本以来十几年的发展，已经成为高等教育的主要力量之一。21世纪，高校正处在更新教育观念、深化教学改革的热潮中，各个课程的教学改革也是一个重要方向。基于建设应用型本科院校的的目标，我院教师对诸多课程进行了大量适合于我院学生的教学改革与实践,并取得了良好效果。针对于工科各专业的数学基础课程--工程数学，我作为负责人带领课题组成员进行了教学改革与实践，同时借鉴了河北大学王培光教授[1]对该课程改革的一些成功做法，取得了良好效果。

1 工科工程数学教学改革的必要性

工程数学(线性代数、概率论与数理统计、复变函数与积分变换等)是我院信息工程系、环境与化学工程系、机电工程系、土木工程系等工科各专业学生的一门基础课,是学习专业课的基础课程。工程数学教学目标是使学生能够应用数学知识解决工程中的实际问题，然而在现实中，教师课堂上着重于介绍严谨的数学原理和枯燥的逻辑推演，学生课上听得乏味、昏昏欲睡，课下专注定理推导、解题技巧，很多学生不知道工程数学到底有什么用，感觉太抽象，失去了学习兴趣，甚至产生了厌倦情绪。结果导致教师课上一味强调“工程数学很有用”，学生却不知如何用的现象[2-3]。所以,如何改进工程数学教学模式,与学生所在专业知识有机结合，使原本抽象枯燥的工程数学课程更好地为学生所在专业服务,是每位从事工程数学教学工作的教师需要解决的问题。到目前为止，项目组针对于专业课程和工程数学结合最紧密的通信专业、电气自动化专业（信息工程系）进行了教学实践。具体如下：

2 工程数学教学如何与各专业相结合

2.1 进一步细化原有教学计划，调整教学内容，彰显专业特色

对原有教学大纲及计划做了仔细的分析与讨论适时调整课程内容，结合学生所在专业的特点，精选教学内容，进一步细化原有教学计划。由于各专业知识体系不同，教师如何讲授可以使学生在有限的时间内获取足够的工程数学知识，为后继的专业课程打下坚实的基础，需要教师对学生专业课程的大致内容要了解，从而对教学内容进行优化整合，删除一些不必要内容，增加工程应用实例，进一步细化原有的授课计划。

我院信息工程系的通信专业、电气自动化专业课程是与工程数学结合最紧密的专业，《微波技术基础》、《天线技术基础》、《数字信号处理》、《信号与系统》、《信息论》、《数字信号处理》、《电磁场理论》、《自动控制原理》等课程大量的问题都归结为工程数学和高等数学的知识。

在微波传输中传输线的矩阵解、矩形波导、园波导等传输线方式分析；微波网络分析中无耗互异网络特性分析、密码通信中的加密、解密；微波负载元件、微波连接元件、阻抗匹配元件、功率分配元件等特性分析等问题用到了线性方程组求解、求解特征值、特征向量、求矩阵的逆，将矩阵对角化等《线性代数》的知识。在《信息论》中，信号的输入与输出中信道的传递概率等问题就是利用《概率论与数理统计》中离散随机变量的条件概率、全概率公式、贝叶斯公式等知识。《线性代数》与《概率论与数理统计》的矩阵理论与样本均值与方差的结合用于《图像处理》中的变换核分析。所以在讲解工程数学这些知识点时要注重解题技巧及如何解决专业课程的相关问题，弱化一些工程数学本身的理论推导。

《自动控制原理》、《信号与系统》课程中时域、频域分析及数字滤波器分析用到了大量的积分变换。留数定理是计算拉氏变换和 变换的重要手段，但是前提是函数在区域内解析，以往工程数学教学中为追求严密性，过多地纠缠于抽象的理论细节，讨论函数在区域内解析，但是在工程上的很多实例信号本身就满足解析条件，所以在授课时避免了“头重脚轻”。

2.2 工程数学理论知识与实际应用（数学建模）的有效结合

在课程中增加数学实验教学，像MatLab、Mathematics语言内容,结合专业背景，设计了几个实际问题《密码的设计、解码与破译》、《信息的度量与应用》、《交通流问题》。通过实际工程问题建立数学建模，借助数学软件对实际问题进行研究分析，将线性代数的矩阵论、概率统计中的多元回归分析及数据拟合、误差分析等工程数学的知识完美结合，这样可以直接将理论教学与数学实验相连接,帮助学生及时从实践中加强对理论的理解。通过数学建模，既激发了学生的想象能力，活跃了思维，又提高了学生的学习兴趣，培养了学生的创新能力，取得了非常好的教学效果。

2.3 结合专业制定合理的考核方式，鼓励学生进行专业探索

随着教学改革的深入展开，教学内容、方法和手段都发生了变化，因此考试内容及方法也应与之相适应。考试内容要能较为全面地反映教改的效果以及学生对课程知识的掌握情况，更主要的是要能够对学生的综合素质进行有效的区别。课题组改变了传统的“一张卷子是大头”模式,改变了传统只参考作业、课堂表现作为平时成绩的方式，在现有考核方式中，显现了学生在处理专业问题时运用工程数学知识的能力，从而更加综合地测评了学生学习成果。具体如下：

（1）在平时成绩的评定中,除了等情况外,任课老师根据教学内容,联系相关的专业问题设计几个开放性题目,学生可以根据兴趣选择题目，查找相关资料,并对计算的结果进行数据分析,结合实际,给出可行性建议,最后以论文的形式上交，教师给予评分,作为考核成绩的一部分。

（2）教师采取了综述报告和科技演讲两个方式进行测试作为学生期末成绩的附加分，学生可以自由选择。要顺利完成综述报告，学生要对该课程内容有整体把握，哪些内容是专业课程必须的，哪些内容仅是提高学生的逻辑思维能力，要求学生能分清伯仲。在此过程中需要查阅大量的资料，从而开阔了学生的专业知识面，更能深刻体会工程数学课程在专业课程学习的联系和重要性，综述报告中能够深层次的检测学生对该课程的理解及相关应用。学生在期末亦可以选择科技论文演讲，学生自愿参加，根据自己所在专业，下载相关1-2篇和工程数学结合紧密的学术文献，读透理解，并整理出摘要，准备做一次20分钟的演讲，课题组教师酌情给分。通过实施，学生的学习能力、创新能力、专业探索能力、实践能力都有了很大的提高。

3 结论

《工程数学》课程与学生的部分专业课程是同时进行的，此做法的实施祛除了传统的工程数学教学与学生所学专业课程脱节、分离的弊病，使学生更有针对性、更高效地掌握工程数学课程的理论知识，对自己后继专业课程的衔接更加自然，从而提高了学生的学习热情。

通过数学建模，使学生将所学工程数学理论与专业相关的工程实际问题相结合，提高了学生应用工程数学知识解决实际问题的能力，也为我院学生参加全国大学生数学建模大赛打下坚实的基础。

［1］王培光，高春霞，赵璞.电气信息类工程数学教学改革的探索与实践[J].教育与职业，2010(26)：109-110.

［2］刘守宗，黄明湛.与专业相结合探讨工程数学教学模式[J].廊坊师范学院学报：自然科学版，2009(06)：123-124.

［3］原保全，胡越.浅谈工科工程数学的教学改革[J].工科数学，1998(01)：99-100.