探究“信息和計算科學”專業(yè)教學

　　根據(jù)信息和計算科學專業(yè)課程教學實踐中的心得,針對教學過程中的一些新問題闡明了觀點和解決方法,并提出一些有效的教學理念和教學策略。教學實踐證實我們的方法是行之有效的。

　　1998年教育部頒布了新的本科專業(yè)目錄,“信息和計算科學”被列為數(shù)學和統(tǒng)計學科三個專業(yè)之一。該專業(yè)的設(shè)置反映了數(shù)學學科人才培養(yǎng)的發(fā)展,反映了社會對數(shù)學學科人才的需求熱點。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。信息和計算科學專業(yè)發(fā)展如此之快,招生規(guī)模如此之大,對數(shù)學學科的發(fā)展既是機遇,又是挑戰(zhàn)。

　　目前開辦該專業(yè)的高校全國已有300多所,但相當多的院校存在著辦學經(jīng)驗不足,師資力量匱乏,以及辦學條件、教材等諸多因素的影響,在培養(yǎng)學生的過程中出現(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。很多學校要么是以計算數(shù)學及其應用軟件為發(fā)展方向,要么是以計算機科學作為發(fā)展方向,無法適應當前經(jīng)濟發(fā)展對人才的培養(yǎng)要求及就業(yè)市場的需求。(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,只是簡單得理解為“計算機應用”或“信息專業(yè)”,這將直接影響到本專業(yè)學生的就業(yè)及以后的招生。(3)一些專業(yè)書籍和參考資料的實用性不是很強。有些學生抱怨“學校學得都沒用,現(xiàn)在用的學校都沒教”。有必要在教學中增加一些該領(lǐng)域新的探究方向的介紹,拓寬學生的知識面。(4)師資缺乏,實驗室建設(shè)有待加強。在一些高校中,承擔信息和計算專業(yè)課程教學任務的老師要么是計算數(shù)學專業(yè)出身,要么是計算機類專業(yè)出身,仍然缺乏一支把握信息和計算科學技術(shù)的強有力的師資隊伍。

　　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。通過幾年的教學實踐,筆者積累了一定的教學經(jīng)驗。本文就信息和計算專業(yè)一些專業(yè)課程的教學新問題、教學策略,以及教學理念等方面的內(nèi)容闡述自己的觀點。

　　1. 強化數(shù)學基礎(chǔ),充分發(fā)揮本專業(yè)的數(shù)學優(yōu)勢

　　信息和計算科學專業(yè)是由信息科學、計算科學、運籌和控制科學等學科交叉滲透而形成的一個新的數(shù)學類專業(yè)。該專業(yè)主要培養(yǎng)具有良好的數(shù)學基礎(chǔ)和數(shù)學思維能力,把握信息和計算科學的基本理論、方法和技能,受到系統(tǒng)的科學探究練習,能解決信息科學和工程技術(shù)實際新問題的高級專門人才;主要任務是探究“信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)和運用現(xiàn)代計算工具高效求解科學和工程新問題的數(shù)學理論和方法”[3。信息和計算科學專業(yè)可以培養(yǎng)學生的計算素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和高度的抽象思維能力。該專業(yè)要求學生具有較好的數(shù)學理論基礎(chǔ),能夠利用數(shù)學理論解決信息科學領(lǐng)域中的實際新問題。對本專業(yè)的學生來說,數(shù)學理論、基礎(chǔ)知識的學習是十分必要的。因此做好該專業(yè)的數(shù)學教學工作,為學生打好數(shù)學功底就顯得尤為重要。

　　以《數(shù)值分析》的課程教學為例。該門課程在信息和計算科學的專業(yè)課程中占著舉足輕重的地位?！稊?shù)學分析》、《高等代數(shù)》和《常微分方程》為該門課程的必修先行課程。假如學生在學習這些先行課程的時候,能夠很好地把握、理解基礎(chǔ)數(shù)學理論和知識,那么他們在學習《數(shù)值分析》的時候,必將事半功倍。筆者在講授《數(shù)值分析》時,首先從具體新問題的實例出發(fā),以數(shù)學描述為切入點,逐步引導學生抽象出基本概念和結(jié)論。在這一方面,信息和計算科學專業(yè)的學生往往優(yōu)越于計算機專業(yè)或其他工科專業(yè)學生。這是因為他們具有更為扎實的數(shù)學基礎(chǔ)。而且,信息和計算科學專業(yè)的學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,而這也是和扎實的數(shù)學基礎(chǔ)密不可分的。

　　2. 注重師生互動,選擇啟發(fā)式教學

　　在教學過程中,強調(diào)以教師為主導,以學生為主體,采用知識接受式和新問題討論式相結(jié)合的教學方法,盡量讓課堂教學布滿活力,把知識講“活”。在教學中,變教師講,學生聽的“新問題-結(jié)論”教學方式成為“新問題-探索-結(jié)論”教學方式。要教會學生如何思索,如何分析,如何探索,使學生能“舉一反三”、“觸類旁通”。盡量激發(fā)學生的潛能,激發(fā)學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,學生始終處在積極思索的狀態(tài)之中,充分調(diào)動學生學習的主動性和積極性;努力發(fā)現(xiàn)學生創(chuàng)新思維的閃光點,鼓勵學生敢于發(fā)表不同的意見,實現(xiàn)師生互動,教學相長。此方法為學生提供了一個良好的學習環(huán)境和條件,能充分發(fā)揮學生的獨立思索和開拓精神,培養(yǎng)應用和創(chuàng)新意識,鍛煉和提高他們解決新問題的能力。

　　以《矩陣計算》教學課程為例。筆者在教學過程中往往會有計劃地組織一些討論課,課前要求學生預習,把教學內(nèi)容分解成一系列的新問題,并抓準學生輕易出錯或難于理解的新問題。先在課堂上讓學生發(fā)表自己的理解和思路,然后進行討論,為學生提供一個思想摩擦的環(huán)境,以拓寬學生的視野。例如在講解“隱式重新開始的QR算法”這一部分內(nèi)容時,首先要求學生考慮摘要: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,程序上如何具體實現(xiàn)等一系列新問題。通過學生主動思索這些新問題,激發(fā)了學生的學習積極性,變學生被動學習為主動思索,使得原本復雜困難的內(nèi)容變得簡單起來,提高了教學效率。

　　3. 多媒體教學和黑板教學有機結(jié)合

　　和傳統(tǒng)教學模式相比,多媒體教學有著明顯的優(yōu)點,運用后可提高學生學習的主動性和積極性。多媒體教學是一種新的教學手段,它提供了豐富的教學資源和良好的教學環(huán)境。信息和計算專業(yè)的許多專業(yè)課程都離不開多媒體教學,通過精心制作的多媒體課件,復雜難懂的專業(yè)知識變得生動有趣。在有限的課堂教學時間里,可以給學生提供最大的信息量,有利于突出重點、化解難點,深入淺出得講解知識。

　　而現(xiàn)在的多媒體教學缺少了教師的熱情參和,既不利于學生閱讀,又增加了學生視覺上的負擔,對學生的自主學習很不利。在課堂上,教師關(guān)注更多的是多媒體的操作,而弱化了對學生的知識把握和技能培養(yǎng)的信息反饋;學生關(guān)注的是屏幕上所演示的內(nèi)容,教師只是一個多媒體的操作者,人際化的師生情感交流被冷冰冰的人機對話所取代,教師也便將課堂拱手讓給了多媒體,使得師生互動成為一件較為困難的事情。

　　為此,筆者認為多媒體教學只是教師授課的教學手段之一,應和黑板教學有機結(jié)合。兩種教學手段都具有其各自的特征和獨特的功能,在教學中它們是相互補充、取長補短,相輔相成的關(guān)系。

　　4. 科研和教學相輔相成,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、教學質(zhì)量的好壞,是衡量信息和計算科學專業(yè)建設(shè)和發(fā)展的重要指標。但是,和某些學科相比,數(shù)學論文的發(fā)表周期相對較長,成果出得較慢,這使得到學數(shù)學教師的科研壓力相對較大。因此,在教學和科研的雙重壓力下,如何處理好科研和教學的關(guān)系就顯得尤為重要。筆者認為,科研和教學是相輔相成、缺一不可的,科研、教學的共同目的在于提高教育水平和人才培養(yǎng)標準。

　　一方面,科研對教學工作是大有好處的。在高等學校,教學是必要的要求,科研是充分的要求?？蒲蟹从沉私處煂Ρ緦W科清楚不清楚,教學工作假如沒有科研作為底蘊,是很難做好的。教師教書育人,應該要有自己的見解,對教學內(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,才能增長學術(shù)水平;教師水平的提高,要靠自己的科研工作。

　　另一方面,教學對科研也大有幫助。(1)教學實踐能使自己對基礎(chǔ)理論更加融會貫通。(2)教學不但可以熟能生巧,為探究創(chuàng)造更多的可能,而且讓教師增添了許多體驗發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的始末的機會,在這種體驗中可以增強探索能力,把握探索特征。(3)課程開發(fā)是高等學校教學的一項基本任務,同時,這也應是教師科學探究的一部分,更廣義地說,教學探究可視為科研的一部分。

　　5. 抓實踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)學生的實際動手能力

　　理論教學和實踐是人才培養(yǎng)的兩個重要環(huán)節(jié),兩者既有區(qū)別,又有聯(lián)系。在強調(diào)基礎(chǔ)理論的同時,更要將理論和應用實際緊密結(jié)合起來。以《數(shù)學實驗》課程教學為例。在每次上機之前,我們都要求學生事先預習相關(guān)內(nèi)容,明確上機內(nèi)容、實驗目的,編制好程序,并要求學生及時觀察記錄實驗結(jié)果。為了提高實驗效率,我們在進行實驗設(shè)計時,做到學生每人一臺機器,獨立操作,指導教師主動巡回指導,根據(jù)上機過程中出現(xiàn)的新問題和錯誤,及時給予糾正。寫實驗報告是提高學生分析綜合能力的一個重要環(huán)節(jié),能起到對課堂教學內(nèi)容消化理解,加深拓寬知識面的功能。同時,教師可以通過結(jié)合課程基本理論,直接面向?qū)嶋H應用的授課方式,既可以向?qū)W生傳授基本理論知識,同時又培養(yǎng)了學生良好的動手、動腦能力,起到事半功倍的效果。此外,結(jié)合本專業(yè)特征,加強實驗室軟、硬件建設(shè)是加強學生實際動手能力的必要條件。為此,我院已建立了一個專業(yè)實驗室供本系學生進行數(shù)學建模、科學和工程計算、數(shù)學實驗教學等活動。

　　6. 精心選用教材

　　信息和計算專業(yè)課程的教材選用,應以“把握概念、強化應用、培養(yǎng)技能”為重點,體現(xiàn)以應用為目的、理論必需、適度夠用的原則,從實際新問題入手,將數(shù)學的思想和信息、計算機應用有機結(jié)合起來。建議使用全國高校使用量最大,或國家評定的優(yōu)秀教材。如清華大學出版社的《數(shù)值分析》、《C程序設(shè)計》,北京大學出版社的《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,信息和計算專業(yè)的專業(yè)課程教學,仍需要大量精心細致的工作,還有許多值得探究和探索的地方。上述幾點僅為筆者的個人教學心得,有待于在今后的教學實踐中進一步充實和完善。