工科专业高等数学网络课程的设计与实现

1、工科专业高等数学网络课程的设计与实现    摘 要 首先，文章阐述了开发高等数学网络课程的必要性，以及当前的高等数学网络课程建设中存在的问题；其次，对工科专业高等数学课程内容结构进行了具体的分析，如课程目标、课程内容的分析等；最后，为了解决网络课程建设中出现的问题，基于科学的教育思想和先进的教育理念，笔者进行了相关的模块设计，并以一个具体的案例，说明工科专业高等数学网络课程建设的功能实现方式。关键词 高等数学； 网络课程； 设计； 实现中图分类号 G434 文献标识码 A作者简介 张锐（1966），男，甘肃渭源人。副教授，主要从事“信息技术与高等数学课程

2、整合的理论与实践研究”。E-mail:cjorzr2003yahoo··。一、高等数学网络课程建设的必要性及存在的问题（一）高等数学网络课程建设的必要性在信息技术迅猛发展的今天，教师的教学理念、学生的学习方式等正在发生着深刻的变化。数学教学已不再局限于“一块黑板、一支粉笔”的教学模式，教学活动也不再局限于课堂。网上教学、网上答疑、多媒体教学等现代教育方式，正逐步从数学教学的辅助地位上升为数学教学的基本形式。教师角色也逐渐由“知识传授者”向“引导者、促进者”转变。1对学生来说，e-Learning作为一种重要的学习模式，已成为学生日常学习的重要组成部分。教师的教学网站、校园数

3、字图书馆等，已是学生经常光顾的第二课堂，学生可以随时上网查找自己需要的资料、查看教师的教案，并通过电子邮件、网上教学论坛等与他人相互交流与探讨。（二）目前高等数学网络课程建设中存在的问题纵观已有的高等数学网络课程，我们经过比较、分析，发现普遍存在以下问题：1. 设计理念定位不准，大多数网络课程内容只是教师教案的电子搬家。2. 页面链接不流畅，导航系统不强，2不利于激发学生学习的积极性。3. 互动性太差，学生的主体性不能得到很好地发挥。目前我国高等数学网络课程建设还存在自主学习资源不足、3更新周期较长等问题，这就迫切需要研究与构建优秀的高等数学网络课程。二、工科专业高等数学课程内容分析（一）课程

4、目标分析本课程的总体目标要求是：通过对高等数学课程的学习，使学生能够获得相关专业课及工程数学所必需的重要的数学基础知识，以及基本的数学思想方法和必要的应用技能；使学生学会用数学的思维方式去观察、分析现实社会，去解决学习、生活、工作中遇到的实际问题，从而进一步增进对数学的理解和兴趣；使学生具有一定的创新精神和提出问题、分析问题、解决问题的能力，从而促进生活、事业的全面充分的发展；使学生既能够独立思考又具有团体协作精神，在科学工作事业中实事求是、坚持真理，勇于攻克难题；使学生能敏感地把握现实社会经济的脉搏，适应社会经济的变革发展，做时代的主人。（二）课程内容分析下面以同济二版高等数学4教材为例，对

5、高等数学知识结构进行归纳、分类，提炼如下：由以上高等数学课程内容体系出发，结合工科专业教学大纲的要求，我们认为在具体教学中，应以基本概念为切入点，以算法为主线，引导、培养学生的抽象、概括、分析、综合等能力，最终以实际应用、问题解决为目标。三、工科专业高等数学网络课程的设计为了解决上述网络课程设计与应用中存在的问题，更好地提高学生自主学习的积极性，依据工科专业高等数学教学的特点要求（基础性、工具性、应用性），我们设计了该网络课程。本网络课程的设计遵循以下原则：突破简单的演示型模式，体现知识的意义建构过程；提供丰富的多媒体资源，创设有意义的学习情境；通过超链接结构，启发学生的发散思维；重视问题与回

6、答方式的设计，提高学生的主体参与意识；注重数学实验、数学建模、问题解决环节的设计，培养学生的数学应用意识和自主创新能力。5在以上设计原则的基础上，我们将工科专业高等数学网络课程的主要内容整体上分为九个模块：课堂学习、辅导答疑、课程作业、网上考试、知识应用、课外交流、教学资源、成绩查询、教学评价。（一）系统设计以上内容按各自所需的软件工具做好后，在KINGOSOFT高校网络教学平台上即可轻松实现。设计模块图，如图2所示。课堂学习由课程内容讲解、多媒体课件和动画演示三个部分组成。课堂学习通过这三个层次的由浅入深、由形象到抽象、图文并茂地讲解，可使学生获得对数学概念、原理的意义建构，使枯燥抽象的数学

7、知识显得更有生气。辅导答疑6是课堂讲授的继续、补充和再提高，由释疑解惑和在线答疑两部分组成。这个模块中，我们将教学实践中积累起来的学生难以理解的问题编入释疑解惑部分，同时设置了在线答疑，方便学生在网上即时提问、教师实时解答。课程作业由课堂练习、课外作业两部分构成。课堂练习是针对每节课的基本概念、基本方法和基本计算而设置的即时练习，以填空、选择、判断及简单解答题为主，并配有答案，供学生自主练习、即时检测。加强数学实验，有助于学生对数学知识本质的理解。网上考试包括在线测试和自主答卷两部分。高等数学课程学习完毕，为了检查系统掌握知识的情况，以便查漏补缺，我们设置了自主答卷模块。该模块中，我们将每节中

8、的知识点细化，以填空、判断、选择，计算、证明、应用等题目类型出现，学生根据自己的实际情况，可以有针对性地选择，组成考试试卷。知识应用模块是高等数学课程内容的进一步深化。通过该模块的学习，一方面可以帮助学生对高等数学知识有一个系统、完整的理解，另一方面可以增强学生学习高等数学的兴趣和热情。我们从学生的后继专业课程中、众多高等数学教材中、历届数学建模问题中精选出一些与高等数学课程内容相关联的题目整合到该模块中，并提供参考答案，供学生研究、欣赏。另外在系统设计中还需要考虑学生课外交流功能、教学资源、考试成绩查询、教学评价等模块的设计。（二）开发工具的选择在整个高等数学网络课程系统中，不同的学习环节有

9、各自的特点。例如课程学习中需要一些动画演示来化解难点；在线答疑要具有学生在网上提出问题，教师予以回答的实时交互功能；整个课程系统在网上要便于发布、传播；各种界面之间能及时地跳转、链接等。经过反复比较与论证，我们选择以Dreamweaver为基本平台，以Word、Flash、Powerpoint、几何画板等为主要工具，来制作功能互补、界面友好、操作灵活方便的高等数学网络课程。（三）网络学习活动设计目前网络课程设计的核心是网络学习活动的设计，而网络课程的学习活动设计不同于一般的教学设计，既要体现以学习者为中心的设计理念，又要体现网络学习环境的特殊性。7学习活动的一般开展流程为：根据学习目标，制定活

10、动主题，确定活动形式，最后进行实施。在学习活动中，学生作为主体而存在，教师制定活动主题并提供帮助、指导和进行监管。工科专业高等数学网络课堂，要打破传统课堂的教学方式，学生是参与该课程学习的全部学习者，而教师借助网络环境给予一定的指导和支持。根据网络环境中教学过程的组织形式，网络教学模式大致可分为以下三类：以教师讲授为主的网络教学模式、以学习者自主学习为主的网络教学模式、以小组学习为主的网络教学模式。8根据这三种模式，笔者结合高等数学教学的特点和具体的教学目标，将学习活动分为以下几种类型，并一一进行了设计。如图3所示。参考图2，在课堂学习模块中，我们就设计了小组合作、讨论、任务驱动三种学习活动，

11、结合教师的讲授以及网站提供的资源，学习基本知识、理解数学概念，从而完成相应的教学活动。辅导答疑模块主要以教师解答为主，学生可根据教师的解答，理解难点，并利用BBS讨论板等网络工具及时提问交流，如“网上接龙”这种形式是激发学习动机的一个较好的活动方式。课程作业和知识应用模块可采用“自主学习+小组学习”模式相结合的方法进行，在这一环节教师可设计问题，这些问题应该有很强的综合性，并有适当的难度。根据学习者特征进行同质或异质分组，制定明确的评价方法和量规，告知其学习目标，并提供适量的资源链接，使学习者在交流讨论中完成此类知识的学习。教学评价模块可以设计多元化的评价方式，如电子档案袋、量规、学习契约等等

12、，目的是为学习者提供一个明确的评价标准，发挥评价的导向性功能。在工科专业高等数学网络课程中，教师可以借助网络公告设置活动主题，学习活动由教师主持，一部分是与课程目标紧紧联系的内容，让学生分析探讨，共同促进；一部分是有争议性的问题，可将学生进行分组，鼓励学生组内讨论、组间协作完成任务。学生通过讨论来交流自己的观点，或者可以发布数学趣闻，既可以扩展视野，也可以提高学习的兴趣。（四）网络课程交互设计为了使教师对学习者提供更好的支持服务，这就要求网络课程具有良好的交互性。网络课程的交互性是由学习内容、学习支持和教与学活动这三个要素的设计决定的。如果这三个要素的交互设计不够充分，那么在网络课程学习过程中

13、，学习者会遇到困难和障碍，影响学习者学习的顺利进行，导致学习动机水平降低，学习者之间的交流也变得比较困难；反之，根据课程目标对这三要素进行充分的设计，使各要素之间相互协调，富有交互，学习者在学习过程中的交互也就深入而有效，还可保持较高的学习动机。1. 学习内容的交互设计网络课程中学习内容的交互设计主要包括内容结构设计、多媒体呈现设计、内容中的问题设计、内容的可操作性设计等几个方面。工科专业高等数学内容较为枯燥，但知识前后的关联性较强，这就要求在设计网络课程的内容结构时，注意新旧知识的关联线索，以促进学习者对数学知识体系的重构。2. 学习支持的交互设计学习支持的交互设计是比较重要的要素。网络课程

14、的学习支持是以更好地支持学习者的有效学习为导向，通过配置课程中的学习资源，使网络课程满足学习的自主性、情境性和社会性的设计原则，为学习者营造一个主动学习的学习环境。学习支持的交互设计要满足学习者在不同地域都可实时、方便地获取学习内容；要有友好的导航功能，在不同界面、不同内容之间可轻松、快捷地进行跳转、链接；要能根据学习过程数据记录分析和学习回馈，提供学习者个性化的帮助。3. 教与学活动的交互设计目标导向的网络课程理论认为，网络课程中的教与学活动从大的层次上来说可以划分为三种：以学科为中心的知识传递活动、以问题为中心的探究活动和表现性活动。教与学活动的设计主要根据课程目标和教学策略来进行，而教与

15、学活动的交互设计主要是分析活动中涉及的教学元素、交互方式和途径、交互实现技术，以及交互活动设计涉及到的学习支持种类等。9高等数学网络课程是一个动态、开放的系统，对于同一知识内容，可提供相关的网址和参考资料，进行不同角度的诠释和描述，让学生在不同看法中进行交叉思考，提高学生分析问题和解决问题的能力。另外，一些新内容、新技术、新要求可随时添补进来，使网络课程始终保持时代性、前瞻性。四、高等数学网络课程的功能实现以上我们构建了工科专业高等数学网络课程系统，下面谈谈该系统的功能实现，并以不定积分的第一换元积分法为例来阐述如何利用该系统解决网络课程设计理念定位不准、页面链接不流畅，导航系统不强、互动性差

16、等问题。课堂学习内容可以通过文字和动画两种方式来呈现，在文字讲解部分，要兼顾数学公式的输入，因此先编辑成Word文档，再转化为Web文件。CAI课件宜小不宜大，用Powerpoint、几何画板及Flash等制作实现。动画可以表现高等数学课程内容中某些现象的变化过程（如空间图形的旋转、平移、反射、组合、拆分、截面、截线等），有助于学生理解课程内容。在线答疑过程涉及到数据库访问工作，我们采用了动态数据库访问技术ASP来实现这种实时交互的动态功能。在线答疑界面处，设计了提出问题、问题列表、浏览解答和教师管理四项，分别实现学生提出问题、显示问题以及该问题是否已解答的状态、观看问题解答和教师回答问题的功

17、能。课程作业分为课堂练习部分和课外作业部分，课堂练习部分是学生在课堂的自行练习，它的界面既要考虑到学生便于做题，也要便于查看答案进行对照。课外作业部分设置了布置作业、提交作业、答案下载和问题反馈四个附件项。在线考试是目前的一个发展方向，在本课程的在线测试部分设置了发布试题、下载试题和提交试卷等项，分别实现教师发布新试卷、学生下载和提交试卷。对整套题设置了时间限制，时间一到，答题过程结束。中的两个（x）又会同时被u取代，接着出现结果F（u）+C，最后u又会被（x）取代。这种释疑与我们的设计理念相吻合，学生和学习内容之间交互及时，而且能反复观看课件演示，这种形象、直观的变化过程其效果比老师用语言反

18、复阐述要好得多，更为重要的是，学生对第一换元积分法的学习是通过自己的内心反省、自觉主动地形成的，真正做到了对第一换元积分法知识的意义建构。以上我们对高等数学网络课程的设计思路与内容呈现方式作了整体的思考与分析，当然在实施中还会存在一些细节问题，如交互的有效性、试题库的建设等，我们将以“甘肃省高等学校研究生导师科研项目”的立项为契机，继续做好这方面的工作。参考文献1 马戈，等.现代教育技术环境下高等数学教学改革的实践与思考J.高等数学研究，2004，（5）:1113.2 3 林君芬，余胜泉.关于我国网络课程现状与问题的思考DB/OL.http:/·edu·/20020305/3021721_3.shtml.4 同济大学应用数学系.高等数学（上、下）M.上海:同济大学出版社，2009.5 郭迎春.信息化条件下高等数学教育教学新模式探讨J.河北师范大学学报（教育科学版），2008，（4）:8789.6 王香柯.网络化高等数学学习系统的设计与实现J.大学数学，2008，（2）:2124.7 蒋家傅.网络课程的特性、建构原则及其建构模式探讨J.电化教育研究，2004，（3）：4750.8 武法提.网络教