探究“信息和計算科學”專業教學

　　根據信息和計算科學專業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目錄,“信息和計算科學”被列為數學和統計學科三個專業之一。該專業的設置反映了數學學科人才培養的發展,反映了社會對數學學科人才的需求熱點。如何辦好這一專業,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發展如此之快,招生規模如此之大,對數學學科的發展既是機遇,又是挑戰。

　　目前開辦該專業的高校全國已有300多所,但相當多的院校存在著辦學經驗不足,師資力量匱乏,以及辦學條件、教材等諸多因素的影響,在培養學生的過程中出現了這樣或那樣的新問題。其中主要包括摘要:(1)缺乏專業特色。很多學校要么是以計算數學及其應用軟件為發展方向,要么是以計算機科學作為發展方向,無法適應當前經濟發展對人才的培養要求及就業市場的需求。(2)專業就業方向不是很明確。很多用人單位不明白該專業的專業背景,只是簡單得理解為“計算機應用”或“信息專業”,這將直接影響到本專業學生的就業及以后的招生。(3)一些專業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,現在用的學校都沒教”。有必要在教學中增加一些該領域新的探究方向的介紹,拓寬學生的知識面。(4)師資缺乏,實驗室建設有待加強。在一些高校中,承擔信息和計算專業課程教學任務的老師要么是計算數學專業出身,要么是計算機類專業出身,仍然缺乏一支把握信息和計算科學技術的強有力的師資隊伍。

　　我院從2003年起開始招收該專業本科生,從2007年起有畢業生走向社會。通過幾年的教學實踐,筆者積累了一定的教學經驗。本文就信息和計算專業一些專業課程的教學新問題、教學策略,以及教學理念等方面的內容闡述自己的觀點。

　　1. 強化數學基礎,充分發揮本專業的數學優勢

　　信息和計算科學專業是由信息科學、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學類專業。該專業主要培養具有良好的數學基礎和數學思維能力,把握信息和計算科學的基本理論、方法和技能,受到系統的科學探究練習,能解決信息科學和工程技術實際新問題的高級專門人才;主要任務是探究“信息技術的核心基礎和運用現代計算工具高效求解科學和工程新問題的數學理論和方法”[3。信息和計算科學專業可以培養學生的計算素養、信息素養和高度的抽象思維能力。該專業要求學生具有較好的數學理論基礎,能夠利用數學理論解決信息科學領域中的實際新問題。對本專業的學生來說,數學理論、基礎知識的學習是十分必要的。因此做好該專業的數學教學工作,為學生打好數學功底就顯得尤為重要。

　　以《數值分析》的課程教學為例。該門課程在信息和計算科學的專業課程中占著舉足輕重的地位。《數學分析》、《高等代數》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、理解基礎數學理論和知識,那么他們在學習《數值分析》的時候,必將事半功倍。筆者在講授《數值分析》時,首先從具體新問題的實例出發,以數學描述為切入點,逐步引導學生抽象出基本概念和結論。在這一方面,信息和計算科學專業的學生往往優越于計算機專業或其他工科專業學生。這是因為他們具有更為扎實的數學基礎。而且,信息和計算科學專業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算法和程序,而這也是和扎實的數學基礎密不可分的。

　　2. 注重師生互動,選擇啟發式教學

　　在教學過程中,強調以教師為主導,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-結論”教學方式成為“新問題-探索-結論”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”。盡量激發學生的潛能,激發學生的喜好和求知欲望,在講課過程中提出一些啟發性、探索性的新問題,學生始終處在積極思索的狀態之中,充分調動學生學習的主動性和積極性;努力發現學生創新思維的閃光點,鼓勵學生敢于發表不同的意見,實現師生互動,教學相長。此方法為學生提供了一個良好的學習環境和條件,能充分發揮學生的獨立思索和開拓精神,培養應用和創新意識,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,好處在那里,理論依據是什么,算法的主體框架是怎樣的,程序上如何具體實現等一系列新問題。通過學生主動思索這些新問題,激發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合

　　和傳統教學模式相比,多媒體教學有著明顯的優點,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境。信息和計算專業的許多專業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的信息反饋;學生關注的是屏幕上所演示的內容,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,相輔相成的關系。

　　4. 科研和教學相輔相成,缺一不可

　　同其他專業建設一樣,科研成果的質量和數量、教學質量的好壞,是衡量信息和計算科學專業建設和發展的重要指標。但是,和某些學科相比,數學論文的發表周期相對較長,成果出得較慢,這使得到學數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。科研反映了教師對本學科清楚不清楚,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,對教學內容需要深入理解,這是建立在深厚的專業理論基礎之上的。為此,教師必須搞科研,才能增長學術水平;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理論更加融會貫通。(2)教學不但可以熟能生巧,為探究創造更多的可能,而且讓教師增添了許多體驗發現和發明的始末的機會,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. 抓實踐環節,培養學生的實際動手能力

　　理論教學和實踐是人才培養的兩個重要環節,兩者既有區別,又有聯系。在強調基礎理論的同時,更要將理論和應用實際緊密結合起來。以《數學實驗》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內容,明確上機內容、實驗目的,編制好程序,并要求學生及時觀察記錄實驗結果。為了提高實驗效率,我們在進行實驗設計時,做到學生每人一臺機器,獨立操作,指導教師主動巡回指導,根據上機過程中出現的新問題和錯誤,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節,能起到對課堂教學內容消化理解,加深拓寬知識面的功能。同時,教師可以通過結合課程基本理論,直接面向實際應用的授課方式,既可以向學生傳授基本理論知識,同時又培養了學生良好的動手、動腦能力,起到事半功倍的效果。此外,結合本專業特征,加強實驗室軟、硬件建設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實驗室供本系學生進行數學建模、科學和工程計算、數學實驗教學等活動。

　　6. 精心選用教材

　　信息和計算專業課程的教材選用,應以“把握概念、強化應用、培養技能”為重點,體現以應用為目的、理論必需、適度夠用的原則,從實際新問題入手,將數學的思想和信息、計算機應用有機結合起來。建議使用全國高校使用量最大,或國家評定的優秀教材。如清華大學出版社的《數值分析》、《C程序設計》,北京大學出版社的《數值線性代數》,高等教育出版社的《微分方程數值解法》等。

　　總之,信息和計算專業的專業課程教學,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。