地方理工类高校研究生《工程数学》课程建设探讨
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摘要：双一流建设和传统行业面临产业升级，这对地方高校具有工程创新能力的引领性复合型人才培养提出了更高要求。文章以安徽理工大学研究生《工程数学》课程建设为例，就高水平地方理工类院校如何强化数学理论与工程背景相结合，进一步夯实研究生数学基础，助力高素质、创新型工程人才的培养进行了探讨。
关键词：工程数学;课程建设;研究生;数学建模
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）52-0186-02
一、引言
当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革正加速进行，综合国力竞争愈加激烈，产业发展与工科院校的教育紧密相关。安徽理工大学作为一所特色地方高水平大学，具有“办学历史悠久，地域特色鲜明，综合实力较强，区域地位突出”的良好办学基础，并在人才培养、科学研究、社会服务、文化传承创新上越来越发挥着重要作用。与此同时，随着经济社会发展和高等教育体制的改革，特别是在双一流建设和传统行业面临产业升级的背景下，社会对高素质、创新型的工程人才培养提出了更高的要求[1，2]。面对这一严峻挑战，我校需结合在相关领域内工科优势明显、学科体系健全、与行业发展联系紧密的独特优势，根据已有基础和条件，遵循工程的集成与创新特征，不断加强研究生的工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力的培养，并加大课程整合力度，构建通专融合、理实结合的课程体系，同时对课程设置及建设等做进一步改革和探索。
随着现代科学技术的快速发展，数学本身正经历着深刻的革命。新的数学思想、数学分支层出不穷，数学内部的相互交叉、互相渗透以及数学与其他学科的相互交叉、互相渗透，是数学学科近年来新的发展趋势，尤其在以大数据为特征的智能时代，各领域众多研究对象的数量化趋势愈发加强，这种新发展趋势就更加明显。数学教育在高校研究生教育中的地位与作用正发生变化，数学不再仅仅是学习后续课程与工程计算的工具，而是成为培养研究生理性思想和文化素质的重要载体，成为探索和创新的必备素养[2，3]。
二、我校工程数学课程教学现状及建设探索
《工程数学》作为我校工科研究生的一门重要数学公共基础课，既是学生储备数学基础知识、掌握数学工具的必修基础课，也是培养学生理性思维和应用数学知识实践创新的主要载体。目前，我校电气与信息工程学院、机械工程学院的电气工程、控制科学与工程、机械工程等一级学科的学术型、专业型硕士研究生，均在一年级第一学期开设《工程数学》这一重要学科基础课程，共54学时。按照“国家卓越工程师教育培养计划2.0”对学科专业结构优化的要求，电子信息类和机械类的硕士学位点均归属于电类这一专业大类。我校最新版的电类专业研究生培养目标要求该专业领域的学位获得者应成为基础扎实、素质全面、工程实践能力强且具有一定创新能力的应用型、复合型高层次工程技术人才。因此，《工程数学》课程作为我校工科电类专业研究生的必修学科基础课，其教学效果的好坏直接影响学生未来从事学术研究的能力，以及解决工程技术中复杂疑难问题的能力。
但目前我校研究生生源，包括电类专业的研究生，大多来自于一些应用型本科院校。由于近年来应用型本科院校对包含高等数学、线性代数和概率统计等大学数学类在内的课程，均存在不同程度的学时压缩情况，且通常采用理论较强而涉及较少实践教学的大学数学类教材，这导致招录的研究生均存在不同程度的数学基础薄弱、运用数学知识解决实际问题能力不强等现象。此外，工程数学涉及矩阵分析、数值计算、优化理论、统计分析等方面的知识，理论性强、对数学思维和方式要求高，有相当比例的研究生因为没有找到合适的学习方法而逐渐丧失了学习的兴趣，这些问题严重制约着我校研究生教育教学质量的进一步提升。我校也充分认识到基础学科与基础研究对工科发展乃至学校整体建设的重要性，为此明确提出“工科+基础”的发展思路，倡导工科学科依托基础理科共同发展，强化工程基础研究，并出台《安徽理工大学本硕（博）连读学生选拔与培养办法（试行）》，希望通过实行本硕（博）连读培养，进一步强化其科研创新能力。
自我校开设《工程数学》研究生课程以来，数学与大数据学院在人员配置上主要由具有教授和副教授职称的教师组成教学团队负责课程的教学，并保持授课队伍的相对固定。教学团队主要由从事运筹学与控制论、微分动力系统、计算数学等方向的教师组成，均或多或少具有跨理工学科教学、科研的背景，对一些实际工程问题有一定的研究积累和认识，同时为了更加深入了解工程数学在专业领域中的应用，更好地符合应用型人才培养的办学定位，学院不定期与电气与信息工程学院、机械工程学院等工科学院举办“跨学科课程建设”教学交流研讨会，探讨与思考《工程数学》教学内容和教学方式的重新定位，听取工科专业课老师对课程知识点的选择及建议。经过多年实践和探索，教学团队突破学科定式，坚持案例驱动，紧密联系实际，结合工科教育特点，强调基础，注重应用，不断对课程内容进行整合优化和重组课程体系，逐步摸索出适合电类专业需求的模块化教学内容和具有学术型、专业型特色的模块化教学方式。
同时，为了充分调动学生的积极性与探索知识的好奇心，激发学习兴趣，《工程数学》教学团队精心选择合适的教材，教材内容在注重基本数学理论的基础上，以基本数学方法为重点。在概念引入时尽可能弱化推理和证明，强调应用分析和实例，并跟踪电类专业领域的国际科技前沿，结合教学内容适当补充与之相联系的科技前沿内容。例如在讲解正交矩阵内容时，介绍了正交矩阵在计算机视觉、三维成像、机器人等方面的具体应用，并引导学生自学与此密切相关的李代se（3）和李群SE（3）的知识，了解其在各种刚体机械构件中的具体应用，并特别注重培养学生用数学概念、思想、方法消化吸收工程概念、工程原理的能力，把实际问题转化为数学问题的能力，以及利用计算机结合软件求解数学模型的能力。
随着大数据、人工智能融入教育领域，计算手段已成为研究生学科基础教育的重要手段[5]。因此课程建设也紧密跟踪、结合人工智能、大数据的最新发展，加强研究生计算方式、计算手段和计算思维方面的训练，为研究生进一步从事智能制造、物联网、智能传感等方面的研究夯实基础。
数学建模是数学与实际问题之间的桥梁，它把实際问题转化为数学问题。数学的价值一定程度上是通过数学建模实现的，离开数学建模数学就鲜有用武之地，并且会逐渐变成无源之水。数学建模竞赛题目来源于实际，题材广泛，且通常没有标准答案，需要建模团队在深入分析研究对象内在规律的基础上，创造性地运用所掌握的数学知识和计算机技术，在规定时间内完成相应问题数学建模的全过程，并就问题的重述、简化和假设及其合理性的论述、模型建立和求解、检验等内容撰写论文。这就要求参赛学生相互协作，充分发挥创新能力去思考建模中的实际问题，尽可能多地尝试与常规思路不同的解决方法，使得模型的建立、求解、实现具有创新性[4]。因此，参与数学建模竞赛能够很好地培养和锻炼学生的创新意识和能力，以及运用数学方法解决实际问题的实践能力，同时让教学改革与课程建设因竞赛而更加科学有效。
三、总结与展望
稳步提高工程教育质量是把我国建成为世界工程教育大国的重要前提。本文结合我校研究生《工程数学》课程的改革与建设，介绍了教师在教学过程中不断突破学科壁垒，努力实现理科和工科的深度交叉融合，积极完善和改进《工程数学》的教学方法和手段，努力帮助学生架起连接数学理论学习和工程实际应用的桥梁，不断提升我校的研究生工程教育水平和质量。
参考文献：
[1]尤政.建设世界一流工科引领工程教育发展[J].清华大学教育研究，2019，（03）：1-7.
[2]王传毅，王瑜琪，杨佳乐.重思硕士培养定位：争论与可能[J].清华大学教育研究，2019，（02）：115-125.
[3]曹殿立，苏克勤，马巧云，姬利娜，白洪远.研究生《工程数学》课程建设的探索与实践[J].教育教学论坛，2018，（33）：102-103.
[4]戴明强，金裕红，李卫军.在国际大学生数学建模竞赛培训中培养创新能力浅探[J].高等教育研究学报，2015，38（4）：114-116.
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