基于Living Lab理念的体验式教学设计与应用研究

摘要：针对传统“高等数学”课程教学存在抽象理论难以理解、实践应用环节欠缺、学习兴趣普遍不高和教学质量效果不佳等问题，提出采用LivingLab理念的体验式教学方法作为课堂教学的补充和改进方案。LivingLab理念强调在真实环境中进行学习和研究，以实地考察、实践操作和数学建模等活动为载体，将抽象的数学理论与实际生活和工程问题相结合，促进学生对数学知识的理解和应用。LivingLab理念的体验式教学为改进高等数学课程教学提供了新思路和新方法，有助于提高教学质量和激发学生的学习动力。关键词：LivingLab理念；教学设计；高等数学“高等数学”课程是职业本科专业基础课程，对培养学生的科学素养和逻辑思维能力至关重要。传统“高等数学”课程教学偏重理论，缺乏实践应用环节，因而学生对数学知识的理解和应用存在局限性，尤其是在抽象概念和复杂理论方面，学生难以找到实际应用的意义，从而导致学习兴趣不高、学习效果不佳等问题[1-3]。海南自贸港的建设和发展亟需大量具备数学建模、数据分析和逻辑思维能力的技能型人才，以支撑其经济、金融、科技等各个领域的发展。在这样的背景下，传统“高等数学”课程的教学改进和提升变得尤为迫切。LivingLab理念作为一种将真实环境融入到学习和研究过程中的方法论，强调通过在真实环境中进行学习和研究，使学生能够在实践中获得知识、技能和体验，为改进“高等数学”课程教学提供了新思路和新方法[4-5]。本文提出LivingLab理念的体验式教学设计和实践，以弥补传统“高等数学”课程教学偏重理论缺乏实践活动的不足，从而促进“高等数学”课程的教学改进和提升，探索如何将LivingLab理念融入到“高等数学”课程教学中，设计符合实际环境的体验式教学活动，通过实践应用加深学生对高等数学知识的理解，拓展LivingLab理念在“高等数学”课程教学中的应用前景。一、传统“高等数学”课程教学现状（一）抽象理论难以理解“高等数学”课程中的理论知识对于高职院校学生来说是抽象且难以理解的，如微积分中的极限、导数、积分等，要求学生具有较强的数学思维和逻辑推理能力才能理解和掌握，对于基础较差的高职院校学生而言，理论的抽象性会造成理解上的困难。传统“高等数学”课堂教学侧重于结论的证明和公式的推导，缺乏直观的示例分析和实际的应用场景，学生难以将抽象的数学理论与实际生活中的问题联系起来，缺乏对数学知识实际应用的认识和体验。另外，传统“高等数学”课程教学注重培养学生的数学技能，忽视了数学思维的培养。数学思维是一种抽象思维和逻辑推理能力，它不仅能帮助学生理解和应用数学知识，还能促进其在其他领域的学习和思考能力提升。然而，传统“高等数学”课堂教学往往缺乏对数学思维的训练和引导，导致学生难以适应抽象的数学理论。当学生接触数学新概念时，常常难以理解其背后的实际意义和应用场景，导致学习兴趣不高，学习效果不佳。（二）缺乏实践应用环节传统“高等数学”课程教学偏重于理论知识的传授，而缺乏与实际生活和工程实践相关的实践应用环节。学生感到理论知识与实际应用之间存在较大的脱节，难以独立将所学知识应用到实际问题中，导致学生对数学课程的学习兴趣不足，从而影响其学习动机和学习效果。缺乏实践应用环节就意味着学生缺乏与实际问题相结合的学习经验，无法培养和提升解决实际问题的能力。学生在面对实际问题时感到无所适从，缺乏应对困难挑战的能力。“高等数学”课程是学生学习专业知识的基础课程，但如果缺乏实践应用环节，学生就无法将所学知识与实际工作场景相结合，导致学生毕业后的就业竞争力不足。在现实生活和工作中，企业更加看重职业院校学生的实际应用能力和解决问题的能力，而非单纯的理论知识。（三）学习兴趣普遍不高传统“高等数学”课程过于注重理论知识的传授，学生在课堂上是被动式学习，被灌输数学原理和公式，缺乏实际解决问题和应用数学的机会，这使得学生难以将数学知识与实际生活和职业中的场景联系起来，导致学习兴趣不高。对于职业院校学生来说，“高等数学”的概念和理论相对抽象，这些抽象的概念和理论与学生的日常经验和生活实践存在脱节，难以激发学生的兴趣和好奇心。此外，传统“高等数学”课程教学采用较为单一的课堂讲授和演示教学方法，学生缺乏足够的互动和参与机会，课堂内容枯燥乏味，缺乏吸引力和挑战性，加剧了学生学习兴趣和动力的下降。加之受到课程考试制度的压力和功利性思维的影响，部分学生将学习“高等数学”视为一种应付考试和拿学分绩点的手段，无法形成对数学知识和技能的真正理解和应用，这种功利性的学习态度削弱了学生对“高等数学”的兴趣。（四）教学质量效果不佳传统“高等数学”课程常常采用单向的讲授式教学模式，教师主导组织教学，学生被动接受知识，单一的教学模式难以激发学生的学习兴趣和积极性，容易造成学生的学习倦怠和厌学情绪。而目前“高等数学”课程存在如教材内容陈旧、课件设计简单、实验器材有限等问题，导致教师教学过程缺乏足够的支持和帮助，难以激发学生的学习兴趣和主动性。而且传统“高等数学”课程中教学评估方式相对单一，主要以考试和作业为主，极易造成对学生综合能力的片面评价，无法全面了解学生的学习情况和问题所在，从而影响教师的教学质量和学生的学习效果。随着社会发展和教育改革的不断推进，社会对“高等数学”课程教学的质量和学习效果提出了更高的要求，传统的教学方法已经不能满足现代教育的需求，亟须寻找一种更加有效的教学方法，以提高“高等数学”课程教学质量和学习效果。二、LivingLab理念的体验式教学内涵LivingLab理念融入“高等数学”课程是一种创新的教学方式，可以使数学的抽象概念更加具体化和实用化，让学生在实际场景中探索数学的应用，提高学生的学习兴趣和理解深度。LivingLab理念的体验式教学是基于真实的学习环境和工作环境进行创新实践，使得教学活动更贴近实际需求和场景[6]。与传统的教学方式不同，LivingLab提供了真实的教育环境，可以让学生在课堂之外进行实践和探索。这种实践体验是课堂教学的补充，让学生亲身感受和应用课堂上所学知识，从而更加深入地理解和掌握。LivingLab理念的体验式教学强调学生参与和驱动创新，将学生视作教学的核心参与者和合作伙伴。在“高等数学”课程教学中，将LivingLab理念的体验式教学作为课堂教学的补充。教师为学生提供更加丰富、实践性强的学习体验，如实地考察、实践操作和数学建模等第二课堂实践活动，将课堂上的抽象数学理论与实际生活和工程问题紧密联系起来，提高学生对数学知识的理解和应用能力，使学生理解数学在工程领域中的应用价值。通过与学生共同设计、实践和评估教学活动，教师能够更好地理解学生的学习需求，从而提供更贴近学生真实需求的教学方案。LivingLab理念的体验式教学鼓励跨学科合作与交流，整合不同领域的专业知识和技能，促进创新的跨界融合。LivingLab涉及多个学科领域的合作，课堂上结合实践经验进行跨学科的讨论和交流，让学生将LivingLab的实践经验与不同学科的理论知识相结合，拓展学生的知识视野。三、LivingLab理念的体验式教学设计LivingLab理念的体验式教学设计将传统的理论教学与实践活动相结合，旨在为学生提供一个既具有理论深度又能够身临其境的学习环境。在教学设计中，理论教学被融入各种实践活动中，与学生实际的探索和应用紧密结合，相辅相成，共同构建起学生的数学学习体验。一方面，理论知识作为教学的基础，为学生提供了系统的数学知识框架和方法论。通过课堂教学，教师可以向学生传授数学的基础理论知识和方法，让学生建立起对数学概念的理解和认识。这些理论知识为学生后续的实践活动提供了坚实的基础，使学生能够更好地应用数学方法解决实际问题。另一方面，体验式教学为学生提供了一个具体的场景，让学生在实践中感知和应用数学。在实地考察、实践操作、数学建模等活动中，学生需要运用课堂所学的理论知识，与真实环境相结合，解决实际的数学问题。体验式的学习过程不仅能够加深学生对数学概念的理解，还能够培养学生的实践能力和创新思维。通过亲自动手和实践操作，学生深入地探索数学的应用场景，从而增强对数学知识的实际感知和理解。此外，体验式教学强调学生的主动参与和合作，在团队项目或实验中，学生共同合作、讨论和解决实际问题，不仅培养了其团队合作能力，还促进了学生之间的互动和思想碰撞。与此同时，教师在实践活动中起到引导和指导的作用，及时给予学生反馈和指导，帮助学生理清思路、发现问题、寻找解决方案。LivingLab理念的体验式教学设计实现了理论知识与实践活动的有机融合。理论知识为实践提供了基础和指导，而实践活动则为学生提供了一个具体、真实的学习场景，这种有机融合不仅使数学学习更加具体和实用，也培养了学生的实践能力、创新思维和团队合作精神。（一）确定课程目标确定课程目标是教学设计的基础，明确目标才能有效地指导教学实践，确保教学活动的有效开展。在确定课程目标时，需要综合考虑“高等数学”课程的教学目标及学生的学习需求。课程目标具体而明确，能够客观地反映出学生在本次教学活动中应该达到的核心能力和技能水平。目标一：加强学生对“高等数学”知识的深刻理解和灵活应用能力。通过课程教学，学生不仅要能够理解数学概念和理论，还要能够灵活运用这些知识解决实际问题，将数学应用于不同领域和情境中。目标二：培养学生的实践能力和创新思维。通过课程教学，学生应该具备通过实践探索和创新解决问题的能力，能够灵活运用数学方法和工具分析并解决现实生活中的复杂问题。目标三：强化学生在数学领域的自主学习和探索能力。通过课程教学，学生具备自主学习和独立思考的能力，能够主动探索和发现数学知识的深层内涵，不断拓展自己的数学视野和思维方式。（二）设计实践环节实践环节的设计应紧密围绕着课程目标展开，以便为学生提供与数学知识在实际环境中的联系和应用体验。通过设计形式多样的实践性活动，例如实地考察、实践操作等，学生将有机会亲身体验数学在现实生活中的应用场景和应用价值。实践教学活动不仅能够帮助学生将抽象的数学理论与实际问题相联系，还能够激发学生的学习兴趣和学习动力，提高学习效果。例如，设计实地考察建筑结构的活动，让学生通过观察和分析现实建筑中的结构特点，探索数学在建筑设计和工程实践中的应用。通过实践教学活动，学生不仅能够加深对数学概念的理解，还能够培养学生的实践能力和创新思维。此外，还可以设计数学建模和仿真实验等活动，让学生运用数学方法和工具模拟和解决实际问题，从而提高学生的问题解决能力和创新能力。总之，实践环节的设计具有一定的灵活性和创新性，能够有效地激发学生的数学学习兴趣和主动性，提高学生的数学素养和实践能力。（三）准备教学资源为了支持教学活动的顺利进行，需要充分准备与课程内容相关的教学资源。教学资源包括但不限于多媒体课件、实验器材、计算机软件等。教学资源的选择应与教学目标和实践活动相匹配，确保能够有效地支持学生的学习和实践。例如，针对数学建模活动，需要准备适用于建模的软件工具，如MATLAB、Mathematica等，以及相关的数据集和案例；对于实地考察活动，需要提前安排，并准备好必要的测量工具或设备。在选择教学资源时，充分考虑资源的更新性和适用性，确保能够满足学生对最新科技和工具的需求。同时，还需要保证教学资源的充足和有效性，以满足学生的学习需求。例如，对于多媒体课件，需要确保其内容丰富、清晰，并具有一定的交互性，以便更好地吸引学生的注意力和提高学生的学习效果；对于实验器材，需要确保其齐全、安全，并且能够满足实验活动的要求；对于计算机软件，需要确保其稳定性和易用性，以便学生能够顺利地进行操作和实践。教学资源的准备要充分考虑教学需要和学习需求，确保能够为教学活动的顺利开展提供有力的支持和保障。（四）安排教学过程在安排教学过程时，首先，根据教学目标和学生的实际情况，设计合适的教学活动和任务。教学活动和任务应当紧密贴合课程目标，既能够促进学生对数学知识的理解和应用，又能够培养学生的实践能力和创新思维。其次，需要合理安排教学活动的顺序和时间分配。根据教学内容的复杂程度和学生的学习进度，确定教学活动的先后顺序和时长。一般采用由浅入深、由易到难的原则，循序渐进地进行教学。最后，需要合理控制教学时间，避免过长或过短，以确保教学过程的高效性和学习效果的达成。在教学过程中，通过设置合适的教学活动，采用恰当的教学方法，激发学生的学习热情和积极性。例如，通过小组讨论、问题解决、案例分析等形式，增加学生的参与度和互动性，提高学生的学习兴趣和学习动力。将LivingLab体验式教学融入教学实践中，结合课堂理论教学和体验式教学，学生在课堂中建立起数学知识的基础和理论框架后，通过实地考察、实践操作和数学建模等环节，深化了对数学概念的理解和应用，提高了实践能力和创新思维。此外，根据学生的反馈和表现，灵活地进行教学调整和优化。通过及时反馈和指导，帮助学生克服学习困难，提高学习效果和成绩。安排教学过程时应充分考虑教学内容和学习目标的需要，确保教学过程的顺利进行和学习效果的达成。（五）教学评估与反馈教学评估与反馈环节是教学过程中至关重要的一环，通过科学有效的评估和反馈机制，可以不断改进教学方法，提升教学质量，促进学生的学习效果。首先，采用问卷调查的方式，让学生就教学内容、教学方法、教师表现等方面进行匿名评价。其次，观察记录学生在教学过程中的表现和反应，包括学生的参与度、学习态度、问题解决能力等方面。最后，通过课堂测验、作业评定等形式对学生的学习情况进行定量评估，以获取更具体的数据和信息。评估结果可以作为教学反馈的重要依据，帮助教师更准确地把握学生的学习水平和需求。在收集和分析评估数据的基础上，教师能够及时对教学进行调整和改进。例如，针对学生反馈的问题和意见，教师可以调整教学内容和教学方法，提供更贴近学生需求的教学方案。同时，通过向学生提供针对性的反馈和指导，帮助学生克服学习困难，提高学习效果。四、LivingLab理念的体验式教学实践在开展LivingLab理念体验式教学实践环节之前，学生已经在教师的理论课堂讲解和指导下建立了数学知识的基础和理论框架，为后续的实践活动提供了必要理论基础和条件。在LivingLab理念的体验式教学实践中，每一个实践环节都紧密结合课堂知识要点，从而使学生能够将理论知识与实际应用相结合，加深对数学概念的理解和应用。（一）实地考察在实地考察环节，学生可通过亲身体验探索数学知识在实际环境中的应用情况，从而加深对数学概念的理解和应用能力。教师在设计实地考察的内容和场景时，要结合课堂学习的数学知识要点，让学生将所学理论知识应用到实际中去。教师可选择不同类型的实地场景，包括建筑工地、自然风景区等，让学生从不同角度去观察和理解数学在实际生活中的应用。例如，在建筑工地考察中，学生可以了解建筑结构中的几何形状、力学原理等数学知识。通过观察不同类型的建筑物，如桥梁、高楼等，学生可以探索其中所蕴含的数学规律，从而加深对数学概念的理解。在自然风景区考察中，学生可以观察自然界中的地形、地貌等现象，探索其中隐藏的数学规律和关系。例如，通过解读地形图、分析地质构造等活动，学生可以理解地理空间中的数学意义，从而将数学知识与实际地理环境相结合。在实地考察过程中，教师可引导学生运用数学工具和方法进行数据收集和分析，从而加深对数学知识的理解和应用。例如，通过测量建筑物的尺寸、角度等数据，学生可以运用几何知识进行分析和计算；通过采集地形图上的高程数据，学生可以运用数学模型进行地形分析和地质解释。（二）实践操作在实践操作环节，学生可通过动手操作来理解和掌握数学概念，从而提高学生的实践能力和应用水平。教师设计的实践活动与课堂上学习的数学知识要点密切相关，要能够让学生将理论知识转化为实际技能。例如，在建筑结构的实践操作中，学生可以根据课堂上学习的几何知识和力学原理，如利用硬纸板、小竹条等简易材料，按照教师提供的设计方案搭建模型建筑结构。在搭建过程中，学生运用数学几何知识和力学原理，合理安排结构的支撑点和构造形式，以确保模型的稳定性和坚固性。通过实际操作，学生能够理解建筑结构的稳定性原理，掌握相关的数学概念和应用技巧。同时，教师还可以引导学生在不同条件下对模型建筑结构进行测试和观察，以探究结构在不同情况下的稳定性变化。例如，通过改变支撑点的位置、调整结构的形状等方式，学生可以观察和比较结构在不同条件下的表现，进而深入理解数学原理在实际应用中的作用和意义。通过实践操作活动，不仅可以增强学生的团队合作能力和动手能力，还能够让其在实践中理解数学知识，提高应用知识的体验感和实际操作