2019年广东省教育教学成果奖一等奖获奖项目

 

成果名称：基于教育数学思想的高校数学创新教学模式构建与实践

 

 

张景中，计算机科学家、数学家和数学教育家，九游体育（中国）官方网站/登录入口/手机APP下载计算科技研究院教授、名誉院长。2019年广东省教育教学成果奖一等奖获奖项目《基于教育数学思想的高校数学创新教学模式构建与实践》成果主持人。1959年毕业于北京大学数学力学系，1995年当选中国科学院院士，兼任广东省数学教育软件工程技术研究中心主任、国际教育数学协会（IAEM）理事长、四川省计算机学会理事长、《计算机应用》主编等职务，第四届中国科普作家协会理事长、第一届中国教育数学学会理事长。是国内外著名的机器证明、教育数学、教育信息技术领域专家，是教育数学学科的创立者，对几何定理可读机器证明、教育数学、距离几何及动力系统、教育信息技术学等学科领域以及数学科普做出了突出的贡献，成果显著。曾获国家发明二等奖、国家自然科学二等奖、国家科技进步二等奖（三次）、中国科学院自然科学一等奖、国家教学成果二等奖、广东省教学成果一等奖、香港国际发明展览会金奖、全国优秀科普作品一等奖、国家图书奖、五个一工程奖、广东省优秀科普作品特等奖等。曾当选为中共十五大代表、获全国五一劳动奖章、全国优秀教师、广东省南粤教书育人优秀教师特等奖、建国以来贡献突出的科普作家、中国儿童出版社十大金作家之一、广东资深科普作家、广东十大科学传播达人等荣誉称号。

 

成果介绍：

 

一、成果简介

在欧美同学会成立一百周年上的讲话指出“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是中华民族最深沉的民族禀赋”。在注重逻辑严谨性、学术基础性的高校数学教学中，如何提升学生学习数学的兴趣以及应用数学解决问题的能力，进而有效地推动学生创新思维的培养，是高校的一个重要使命，也是本成果的基本出发点。

“教育数学”是张景中院士基于多年的研究与教育实践提出的新理念，其目标是改造数学使之更适合教育，目的是把数学变得更容易。

本成果面向高校理工科数学教学，以“教育数学”思想为引领，构建基于“兴趣发现-探究学习-创新活动-能力培养-创造发明”（5I）的教学理念，改革系列数学课程教学内容，建设了以知识性、学术性、新颖性及实用性相融合的多门特色数学课程，包括《动态几何》、《动态几何与逻辑动漫》、《数学建模的基础与实践》、《数学建模竞赛的理论与实践》、《数学实验》等;形成基于“技术思考—数学思考—技术实现思考”(3T）的任务驱动教学模式，提高学生学习数学的兴趣，有效地提升学生的多维思考能力及探索与解决问题的能力；通过研发基于互联网的专业数学教育软件及资源云平台实现信息技术与数学教学的深度融合；建立了以创新思维培养为导向的高校数学创新教学模式。

二、成果实施的主要措施

（1）将教育数学思想融入数学教学全过程，创新改革数学课程教学内容，提升实用性与创新性。

明晰以创新思维培养为导向的教学目标，将教育数学思想融入数学教学全过程，形成基于5I的教学理念，以知识性、学术性、新颖性及实用性相融合为目标建设及改革系列数学课程。课程内容一方面深浅合适、体现生活，通过实际应用与趣味性引入数学思考；另一方面内涵丰富，涉及计算机技术及数学学科相关方向，通过学科交叉突显创意。出版了《直来直去的微积分》、《动态几何教程》、《互联网+动态数学》、《数学教育技术》、《学科教学中的信息技术》、《数学哲学》等多部教材及著作。

（2）构建基于3T的任务驱动教学模式，促进学生思考能力与创新思维培养。

针对学生学习兴趣不高，构建“技术思考—数学思考—技术实现思考”（3T）的任务驱动教学模式，形成“发现问题-数学模型-解决问题”的教学主线，实现“做中学、学中做”的教学方式，有效地提高学生学习数学的兴趣，培养学生多维思考的能力，使得学生在教学活动中不仅获得新知识，还能学习到应用数学知识解决问题的能力，促进学生的观察和洞悉能力、发问和质疑能力、探索和解决问题能力的培养。

（3）研发专业的数学教育软件与资源云平台，实现信息技术与数学教学的深度融合，为创新数学教学提供技术支撑。

① 研发了基于互联网的专业数学教育软件“网络画板”，打造“互联网+数学教育”的模式。网络画板功能包括动态几何图形绘制、符号与数值计算、自动推理、程序编写等丰富功能，可以满足数学教学过程中的各种需求，实现数学学科教学与信息技术的深度融合。软件相关成果获国家发明专利3项、软件著作权10多项、发表相关学术论文40多篇，已在全国高校及中小学尤其是师范院校中被广泛使用，注册用户超过70万。

② 建设了教学资源云，实现了“共建共享”的创新教学资源建设方式。在资源云中，教师和学生都可以创建资源，并且资源可以不断被师生优化，实现了教学资源师生“共建共享”的新模式，一方面使得教学资源越来越丰富、质量越来越高，目前资源数超过7万；另一方面学生参与资源的建设，不仅促进学生之间分享与交流，而且可以促进学生对数学知识的进一步理解，提升学习的效果。

三、成果特色与创新点

（1）教育数学思想引领下的“5I”教学理念的创新

将教育数学思想融入数学教学全过程，形成了5I的教学理念：“通过创新性教学内容激发学生的学习兴趣（Interest），以问题引导学生进行探究学习（Inquiry），组织学生使用知识进行创新活动（Innovate），逐渐培养学生的能力（Ability），进而培养学生创造发明（Invent）的能力”，在教育数学和5I的理念指导下，以知识性、学术性、新颖性及实用性相融合为目标建设及改革系列数学课程，有效地提升高校数学课程的实用性和创新性。

（2）基于“3T”的任务驱动教学模式的创新

传统的数学教学模式以教师讲授为主，容易导致学生缺乏学习兴趣、缺失创新意识，本成果形成了“技术思考—数学思考—技术实现思考”三维思考任务驱动教学模式，有效地提高学生学习数学的兴趣、促进学生的思考与思维发散，促进学生的观察和洞悉能力、发问和质疑能力、探索和解决问题能力的培养，进而促进学生创新思维的培养。

（3）“互联网+数学教育”教学方式的创新

研发了基于互联网的专业数学教育软件，打造“互联网+数学教育”的模式，实现数学学科教学与信息技术、互联网的深度融合，保障了创新教学模式的实施；并建设了教学资源云，实现了师生“共建共享”的创新教学资源建设方式。

四、标志性成果

（1）学生的综合能力得到明显增强。本成果在学校数学与信息科学学院及计算机科学与教育软件学院相关专业实施，成效显著。2015至2018年试点专业学生获各类国际、国家及省级学科竞赛奖励300多项。其中，全国大学生数学建模竞赛中2017年获国奖一等奖4项，全省排名第一；2018年获国奖一等奖3项，和中大华工并列全省第一。全国大学生数学竞赛国家级中2019年获广东省唯一一个国家一等奖。数学建模竞赛2015-2018年九游体育（中国）官方网站/登录入口/手机APP下载分别有13、12、20、12支队获得省一等奖，连续4年都有10支队被选送参评国奖一等和二等奖，达到每校最多上报10支队的上限。

（2）数学教育软件与平台的建设。课程团队研发了基于网络的动态几何软件“网络画板”，目前网络画板已是国内外众多动态数学软件中功能最完善、使用最方便的软件，实现数学学科教学与信息技术的深度融合。已在全国高校尤其是师范院校中被广泛使用，注册用户超过70万。建设了教学资源云，实现了“共建共享”的创新教学资源建设方式。

（3）出版了系列相关教材与著作。包括《数学与哲学》、《互联网+动态数学》、《直来直去的微积分》、《学科教学中的信息技术》、《数学教育技术》、《几何定理机器证明中的几何不变量方法》、《动态几何教程》等。

（4）本成果研究取得了丰富的理论成果和实践经验，成果完成人发表教研论文50多篇，其中中文核心、CSSCI、SCI及EI收录40多篇。

五、推广应用情况

（1）引领国内外院校及学者开展教育数学相关的研究与实践。

l 国内数学教育界知名专家出版了《走进教育数学》丛书，包括林群院士的《微积分快餐》、张奠宙教授的《情真意切话数学》、李尚志教授的《数学的神韵》、谈祥柏教授的《数学不了情》、沈文选教授的《走进教育数学》等。

  

 

● 教育数学及动态几何相关的国内博硕论文超过50篇、学术论文超过500篇，其中核心期刊论文超过200篇。

● 国内十多所高等院校开展了教育数学相关研究与实践，各包括电子科技大学、华中师范大学、西安电子科技大学、上海大学、哈尔滨工程大学等。

（2）美国奥特本大学数学系设立“教育数学”讲座教授，专门开设教育数学硕士班。

（3）动态几何、数学建模等课程推向全国高校，助力创新人才培养。

《动态几何》是本成果的系列课程之一，由张景中院士亲自建设，并主讲，作为是一门计算机与数学的交叉新课程，对学生创新思维的培养具有积极作用。经过多年建设九游体育（中国）官方网站/登录入口/手机APP下载该课程已在全国起到很好的引领示范效果。

● 2009年起课程陆续成为九游体育（中国）官方网站/登录入口/手机APP下载本科专业选修课、精品通识类选修课、广东省精品视频公开课、广州市大学城十校互选课程（http://mooc.gzhu.edu.cn），累计近2万学生选修该课程；

● 2018年起该课程相继在爱课程(http://www.icourse163.org/course/GZU-1002923015)、学堂在线（http://www.xuetangx.com/courses/course-v1:GZHU+20180718001+2019_T1/about）等国内MOOC平台发布，广受学生欢迎，已有万余名学习者选修；

 

● 国内十多所院校开设动态几何相关课程，包括华中师范大学、贵州师范学院、成都师范学院、鲁东大学、广西民族师范学院、海南师范大学、福建师范大学等。

数学建模系列课程也是本成果的课程之一，对培养学生应用数学知识发现和解决问题具有积极作用。九游体育（中国）官方网站/登录入口/手机APP下载的成功经验已被郑州大学、山东齐鲁工业大学、广州医科大学、广东第二师范学院、广东科技学院、广东白云学院等院校借鉴学习，并已取得各校学生建模竞赛历史突破。

（4）成立了中国高等教育学会教育数学专业委员会。专委会就教育数学的研究与实践每年举办一次学术年会，2018年参会人数超过300人。

（5）在国内外学者的倡导下于2016年在美国注册成立了国际教育数学协会，其宗旨是“让育数学的理念走向世界，提高全世界数学教育的质量，使世界给个国家的学生能够更好更深入地学习数学，以便将来更有效地应用数学理解世界、改造世界”。