人工智能專業(yè)的高等數學課程分析

李永寧

摘?要：本文分析了人工智能專業(yè)學生在學習過程中存在的主要問題和困難，然后在教學設計和教學過程中有針對性地給出了具體建議和改進方法，使得人工智能專業(yè)學生能更高效的學好高等數學知識并將這些知識和方法運用到專業(yè)學習上去，實現數學與人工智能的有機結合，從而推動人工智能專業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：高等數學；人工智能；教學模式；長江雨課堂

中圖分類號：G4?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.01.077

習近平總書記在黨的十九屆中央政治局第九次集體學習時深刻指出：加快發(fā)展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業(yè)變革機遇的戰(zhàn)略問題。當今時代，人工智能正成為推動人類進入智能時代的決定性力量。世界主要發(fā)達國家均把發(fā)展人工智能作為提升國家競爭力、維護國家安全的重大戰(zhàn)略，力圖在國際科技競爭中掌握主導權。如何培養(yǎng)高質量的人工智能人才是適應時代和智能產業(yè)發(fā)展的重要課題。國發(fā)〔2017〕35號文件《國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中鼓勵高校要重視人工智能與數學、計算機科學、物理學、生物學、心理學、社會學、法學等學科專業(yè)教育的交叉融合。高等數學雖然是門公共基礎課，但是對于人工智能專業(yè)來說卻尤為重要，利用數學理論知識對拓展計算機人工智能的科技化有著重要的推動作用。因此，如何幫助該專業(yè)學生扎實學好高等數學的知識和方法，進而把高等數學融入人工智能領域，實現數學與人工智能的有機結合具有極其重要的意義。本文將從人工智能專業(yè)的特點出發(fā)，以重慶工商大學人工智能專業(yè)學生高等數學學習情況為調查依據，分析現今人工智能專業(yè)學生在高等數學學習過程中存在的各方面的主要問題和困難，在教學設計中，有針對性地將高等數學的知識架構、思想方法和思維模式有機的滲透進人工智能專業(yè)的學習中去，發(fā)揮高等數學作為基礎課的生命力，助力人工智能專業(yè)的良好發(fā)展。

1?人工智能專業(yè)高數學習存在的問題和困難

1.1?對高等數學課程的認識不足，學習興趣缺乏

高等數學課程是普通高等院校理工科專業(yè)學生必修的一門重要的公共基礎課程，尤其是對人工智能專業(yè)來講，是該專業(yè)學生學習后續(xù)數學相關教程的基礎，例如，概率論、最優(yōu)化理論等，并為該專業(yè)后續(xù)的專業(yè)課程的學習提供必要的數學知識、數學思維和數學方法。而且高等數學課程也是理工科學生參加研究生入學考試的必考課程之一。由于該課程安排在大一的上、下學期，在該階段，學生們修讀的主要是一些公共基礎課程，例如，大學英語、大學體育、大學生心理健康教育、中國近現代史綱要、思政道德與法治等課程，而高等數學在這些課程中極少有所應用。并且教師在教授該課程過程中，較為注重定理公式的推導、例題講解和練習，常常忽視或缺少數學知識的背景引入和應用，這使得很多學生在高等數學學習過程中被大量的定義定理、公式、計算、解題方法等內容充塞大腦，覺得高等數學課程太難，內容枯燥乏味，沒有太大的用處，不明白為什么要學習高等數學，對該課程的重要性認識不足，從而抑制了對高等數學課程的學習興趣。

1.2?學生的數學水平參差不齊

高等教育已經從以往的精英教育轉向現在的素質教育，各高校招生規(guī)模在逐漸擴大，生源分布越來越廣，這使得很多學生的數學基礎參差不齊，學習習慣和學習能力也有所差別。而高等數學課程作為理工科的公共基礎課，各高校普遍采用大班授課模式，授課教師采用統一的授課大綱、教學計劃和教學目標，這就使得基礎差的學生跟不上教學進度，學習吃力，逐漸喪失學習高數的興趣和信心，最終導致掛科；使得數學基礎好的學生覺得講課進度較慢，例題講解偏易，通過聽課無法或較少提升其數學能力，從而覺得上高等數學課乏味無趣。由于學生數學水平的不一致，且該問題在大規(guī)模招生情況下日益嚴峻，這使得大班授課模式下無法較為有效的組織和安排課堂教學，從而一定程度上，阻礙了學生個體的良好發(fā)展。

1.3?課程考核和成績評定方式較為單一、低效

受高等數學課程內容偏向理論和計算的特點以及該課程通常采取大班授課模式的影響，多數情況下，大多數院校的高等數學課程的成績評定方式采取平時成績和期末閉卷考試成績三七開或其他比例作為最終成績。該方式雖然摒棄了一考定終身的弊端，但由于平時成績大多是以出勤率和作業(yè)完成度來給定，而該種方式在高等數學大班授課模式下效率較低。每次上課通過點名統計出勤率難度較大，且平時作業(yè)的批改及成績統計的工作量對任課教師來說較為繁重，需要花費較多時間完成，這使得學生作業(yè)上交后無法及時得到作業(yè)完成情況的反饋，不利于調動學生的學習積極性。有些學生為了獲得較高的平時成績，抄作業(yè)現象比較嚴重。另外，通常情況下，期末考試成績所占比例較重，一定程度上會助長學生“平時不努力，考試靠突擊”的不良學習風氣，這使得教師無法對學生做出比較客觀全面的評價。

1.4?教學模式較為傳統，教學手段缺乏多樣性

當前，大多數普通高等院校的高等數學課程幾乎都是采用多媒體課件和板書相結合的模式或者僅有板書的模式，以教師課堂講授為主。在教學過程中，教師按照教學大綱和計劃，采用常見的教學方法系統的講解教材上的定義定理公式和例題，并選取教材后的部分習題作為作業(yè)。在這種傳統的教學模式中，學生較為被動，學習的自主能動性不高，缺少自主探究和獨立思考的機會，對知識的體會理解不深入，應用所學知識解決問題的能力較差。這就造成一些學生盡管課堂聽得懂，但做題就不會的情況時常發(fā)生。另外，講授為主的教學模式下，教學手段較為單一，缺乏多樣性，無法吸引和調動盡可能多的學生的學習興趣和積極性。

2?高等數學教學建議和策略

2.1?將專業(yè)融合進高等數學教學中去，激發(fā)學生學習興趣

在高等數學教學過程中結合專業(yè)特點，以專業(yè)為導向，讓數學知識生活化、專業(yè)化、趣味化。人工智能的發(fā)展離不開數學知識的應用。在人工智能專業(yè)學生的高等數學教學過程中，引入人工智能案例，讓學生理解人工智能與高等數學中相關知識的聯系，使所學的知識促進該專業(yè)學生的專業(yè)學習，激發(fā)學生的高等數學學習興趣。例如：當前廣受關注的自動駕駛相關問題中，如何合理的動態(tài)規(guī)劃自動駕駛車輛的行駛路徑，應用到了麥克勞林公式、復合函數的鏈式求導法則、多元函數求偏導、梯度等高等數學知識。在高等數學教學過程中，可在相應章節(jié)的學習中引入該例，并通過利用課前或者課間時間，播放網絡上講解該案例背后數學原理和思想的相關視頻，讓學生體會利用高等數學知識和思想解決人工智能中的應用設計問題，了解其用途，加強高等數學知識和專業(yè)知識的內在聯系，激發(fā)和提高學生的高等數學學習興趣，促進他們將人工智能和高等數學知識有機地融合，使高等數學服務于專業(yè)學習，促進專業(yè)發(fā)展。這樣，既提升了教學效果，又幫助學生提高了應用數學知識解決實際問題的能力，使得高等數學在人工智能專業(yè)的實用性得以實現。

2.2?以學生為中心，分層次設計教學

由于學生的數學水平參差不齊，采用分層次教學能夠滿足不同專業(yè)不同數學基礎的學生的更好培養(yǎng)。在學生進入大學后，建議組織一次數學摸底水平測試，然后根據考試成績按所上的數學學科門類將學生分為快慢班兩個層次組織教學，改變統一的教學模式，以學生為教學的主體，因材施教，制定適宜的教學目標和對應的教學要求，例如：面對慢班學生，在要求他們掌握定義、基本定理、重要公式的基礎上，加強相應的練習，確保高數核心知識的掌握。對于快班的學生，可對教學內容進行適當的拓展和延伸，增加練習題的難度和數學知識的應用，鼓勵他們參加數學建模、數學競賽等活動來進一步提高他們的數學能力和水平。對于不同層次的學生，期末采用不同層次的考卷和適宜的成績評價方式，能夠更為合理公平的評價他們數學上的進步。分層次設計和組織高等數學課程教學，使每個學生都能在適合自己的環(huán)境中最大程度的提升自己的數學能力，取得數學上的進步。

2.3?建立合理、多元化的課程考核方式

現在大多數高校采用平時成績和期末成績相結合的方式進行考核。但此種課程考核方式仍有其弊端，需要進一步完善。在平時成績部分，為了杜絕學生通過抄襲別人作業(yè)獲得更高的平時成績，可通過進行適當的課堂小測驗或者章節(jié)測試來減少學生此類行為帶來的成績上的作假。而且，為了提高學生的課堂參與度和學習的積極性，可在平時成績中設置一部分分值留給課堂上參與問答、積極互動等課堂活動上來。為了避免由于期末考試所占比例較重，一些不注重平時的數學練習和積累，通過臨時抱佛腳來應對期末考試的現象，可將期末考試占比適當縮小，拿出一部分分值設置期中考試，該方式能有效地改善學生平時不努力，期末來突擊的不良的高等數學學習風氣。對于實行線上線下混合式教學模式的情況，可設置占比不低于20%的線上考核成績，用來督促學生養(yǎng)成良好的課前預習和課后復習習慣。

2.4?借助現代科技和軟件助力教學，提高教學效率

利用優(yōu)秀的在線視頻網站，例如，嗶哩嗶哩，選取其上和教學內容相關或者和數學有關的視頻在課間或課堂上進行播放，例如，播放優(yōu)秀的數學電影片段，偉大數學家的紀錄片，著名的數學公式的有趣講解，數學競賽宣傳片等視頻，提高學生對數學的學習興趣，開闊學生的數學視野，增加他們對數學學科的認識和理解。還可借助一些優(yōu)秀的教學軟件助力課堂教學，例如，長江雨課堂軟件。該軟件允許任課教師提前將教學相關的PPT，影音資料等通過雨課堂上傳，并發(fā)布預習任務，使學生方便在個人手機上閱覽PPT及其他授權的教學資料。課前，教師通過雨課堂登陸進個人賬號，選擇授課班級，調出動態(tài)上課二維碼，使學生可通過微信掃碼方式進入課堂，便于統計學生出勤情況。重要的還可利用雨課堂豐富的功能，增加與學生的互動，激活課堂。例如隨機點名功能，增加學生的課堂興奮度，課間開通彈幕功能，通過匿名發(fā)言，使生生交流，師生交流更加活躍，利于了解和掌握學生的心理狀態(tài)；投稿功能使得在課堂練習時，不再受黑板大小的局限，能同時提問多名同學將練習解答步驟進行拍照投稿，然后通過長江雨課堂投影到大屏幕上評講。

2.5?開展線下線上混合式教學

在“互聯網+”的時代背景下，采用線上線下混合式教學模式比線下傳統教學有效或高效。以教師為主導，在網絡教學平臺上提前將授課內容相關的教學大綱、教學計劃、教學目標、教學課件、案例、視頻、題庫等教學資源上傳至網絡教學平臺并發(fā)布預習任務，引導學生利用優(yōu)秀的線上資源自主的進行深度預習，引導學生進行獨立思考和自主探究，對將要學習的章節(jié)內容有一定程度的認識和了解，并且教師可在平臺上設置互動討論區(qū)，留言區(qū)、作業(yè)區(qū)，成績區(qū)等管理專區(qū)，多角度的滿足學生自主學習的需求。而教師也可根據網絡教學平臺上學生的預習數據更好地做好課堂教學設計，更合理的安排教學內容的講解。對學生線上自主學習提出的疑問點組織學生進行課堂討論，增加師生之間的互動交流，活躍課堂氛圍。課后，教師可將精心挑選的難度不同的題目的課后作業(yè)發(fā)布在網絡課程平臺，讓學生通過平臺提交作業(yè)，并在學生提交作業(yè)后，將參考答案上傳至平臺，使學生能及時地得到反饋。

參考文獻

[1]朱青春.“高等數學”教學中存在的問題與對策[J].福建開放大學學報，2021，（4）：4750.

[2]李紅梅.基于翻轉課堂的軟件開發(fā)類課程混合式教學模式的研究[J].中湖北開放職業(yè)學院學報，2021，（1）：150152.

[3]涂黎暉.新形勢下高校高等數學教學存在的問題與改革策略[J].教育現代化，2019：7778.

[4]黃文寧，李群蘭.“互聯網+”教育下地方高校非數學專業(yè)高等數學教學改革思考[J].教育教學論壇，2020，（51）：171174.

[5]劉葵，黎華琴.基于“雨課堂”的高等數學教學策略[J].西部素質教育，2019，（14）：191193.