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2019年廣東省教育教學成果獎一等獎獲獎項目

成果名稱：基于教育數學思想的高校數學創新教學模式構建與實踐

張景中，計算機科學家、數學家和數學教育家，廣州大學計算科技研究院教授、名譽院長。2019年廣東省教育教學成果獎一等獎獲獎項目《基于教育數學思想的高校數學創新教學模式構建與實踐》成果主持人。1959年畢業于北京大學數學力學系，1995年當選中國科學院院士，兼任廣東省數學教育軟件工程技術研究中心主任、國際教育數學協會（IAEM）理事長、四川省計算機學會理事長、《計算機應用》主編等職務，第四屆中國科普作家協會理事長、第一屆中國教育數學學會理事長。是國內外著名的機器證明、教育數學、教育信息技術領域專家，是教育數學學科的創立者，對幾何定理可讀機器證明、教育數學、距離幾何及動力系統、教育信息技術學等學科領域以及數學科普做出了突出的貢獻，成果顯著。曾獲國家發明二等獎、國家自然科學二等獎、國家科技進步二等獎（三次）、中國科學院自然科學一等獎、國家教學成果二等獎、廣東省教學成果一等獎、香港國際發明展覽會金獎、全國優秀科普作品一等獎、國家圖書獎、五個一工程獎、廣東省優秀科普作品特等獎等。曾當選為中共十五大代表、獲全國五一勞動獎章、全國優秀教師、廣東省南粵教書育人優秀教師特等獎、建國以來貢獻突出的科普作家、中國兒童出版社十大金作家之一、廣東資深科普作家、廣東十大科學傳播達人等榮譽稱號。

成果介紹：

一、成果簡介

在歐美同學會成立一百周年上的講話指出“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力，也是中華民族最深沉的民族稟賦”。在注重邏輯嚴謹性、學術基礎性的高校數學教學中，如何提升學生學習數學的興趣以及應用數學解決問題的能力，進而有效地推動學生創新思維的培養，是高校的一個重要使命，也是本成果的基本出發點。

“教育數學”是張景中院士基于多年的研究與教育實踐提出的新理念，其目標是改造數學使之更適合教育，目的是把數學變得更容易。

本成果面向高校理工科數學教學，以“教育數學”思想為引領，構建基于“興趣發現-探究學習-創新活動-能力培養-創造發明”（5I）的教學理念，改革系列數學課程教學內容，建設了以知識性、學術性、新穎性及實用性相融合的多門特色數學課程，包括《動態幾何》、《動態幾何與邏輯動漫》、《數學建模的基礎與實踐》、《數學建模競賽的理論與實踐》、《數學實驗》等;形成基于“技術思考—數學思考—技術實現思考”(3T）的任務驅動教學模式，提高學生學習數學的興趣，有效地提升學生的多維思考能力及探索與解決問題的能力；通過研發基于互聯網的專業數學教育軟件及資源云平臺實現信息技術與數學教學的深度融合；建立了以創新思維培養為導向的高校數學創新教學模式。

二、成果實施的主要措施

（1）將教育數學思想融入數學教學全過程，創新改革數學課程教學內容，提升實用性與創新性。

明晰以創新思維培養為導向的教學目標，將教育數學思想融入數學教學全過程，形成基于5I的教學理念，以知識性、學術性、新穎性及實用性相融合為目標建設及改革系列數學課程。課程內容一方面深淺合適、體現生活，通過實際應用與趣味性引入數學思考；另一方面內涵豐富，涉及計算機技術及數學學科相關方向，通過學科交叉突顯創意。出版了《直來直去的微積分》、《動態幾何教程》、《互聯網+動態數學》、《數學教育技術》、《學科教學中的信息技術》、《數學哲學》等多部教材及著作。

（2）構建基于3T的任務驅動教學模式，促進學生思考能力與創新思維培養。

針對學生學習興趣不高，構建“技術思考—數學思考—技術實現思考”（3T）的任務驅動教學模式，形成“發現問題-數學模型-解決問題”的教學主線，實現“做中學、學中做”的教學方式，有效地提高學生學習數學的興趣，培養學生多維思考的能力，使得學生在教學活動中不僅獲得新知識，還能學習到應用數學知識解決問題的能力，促進學生的觀察和洞悉能力、發問和質疑能力、探索和解決問題能力的培養。

（3）研發專業的數學教育軟件與資源云平臺，實現信息技術與數學教學的深度融合，為創新數學教學提供技術支撐。

① 研發了基于互聯網的專業數學教育軟件“網絡畫板”，打造“互聯網+數學教育”的模式。網絡畫板功能包括動態幾何圖形繪制、符號與數值計算、自動推理、程序編寫等豐富功能，可以滿足數學教學過程中的各種需求，實現數學學科教學與信息技術的深度融合。軟件相關成果獲國家發明專利3項、軟件著作權10多項、發表相關學術論文40多篇，已在全國高校及中小學尤其是師范院校中被廣泛使用，注冊用戶超過70萬。

② 建設了教學資源云，實現了“共建共享”的創新教學資源建設方式。在資源云中，教師和學生都可以創建資源，并且資源可以不斷被師生優化，實現了教學資源師生“共建共享”的新模式，一方面使得教學資源越來越豐富、質量越來越高，目前資源數超過7萬；另一方面學生參與資源的建設，不僅促進學生之間分享與交流，而且可以促進學生對數學知識的進一步理解，提升學習的效果。

三、成果特色與創新點

（1）教育數學思想引領下的“5I”教學理念的創新

將教育數學思想融入數學教學全過程，形成了5I的教學理念：“通過創新性教學內容激發學生的學習興趣（Interest），以問題引導學生進行探究學習（Inquiry），組織學生使用知識進行創新活動（Innovate），逐漸培養學生的能力（Ability），進而培養學生創造發明（Invent）的能力”，在教育數學和5I的理念指導下，以知識性、學術性、新穎性及實用性相融合為目標建設及改革系列數學課程，有效地提升高校數學課程的實用性和創新性。

（2）基于“3T”的任務驅動教學模式的創新

傳統的數學教學模式以教師講授為主，容易導致學生缺乏學習興趣、缺失創新意識，本成果形成了“技術思考—數學思考—技術實現思考”三維思考任務驅動教學模式，有效地提高學生學習數學的興趣、促進學生的思考與思維發散，促進學生的觀察和洞悉能力、發問和質疑能力、探索和解決問題能力的培養，進而促進學生創新思維的培養。

（3）“互聯網+數學教育”教學方式的創新

研發了基于互聯網的專業數學教育軟件，打造“互聯網+數學教育”的模式，實現數學學科教學與信息技術、互聯網的深度融合，保障了創新教學模式的實施；并建設了教學資源云，實現了師生“共建共享”的創新教學資源建設方式。

四、標志性成果

（1）學生的綜合能力得到明顯增強。本成果在學校數學與信息科學學院及計算機科學與教育軟件學院相關專業實施，成效顯著。2015至2018年試點專業學生獲各類國際、國家及省級學科競賽獎勵300多項。其中，全國大學生數學建模競賽中2017年獲國獎一等獎4項，全省排名第一；2018年獲國獎一等獎3項，和中大華工并列全省第一。全國大學生數學競賽國家級中2019年獲廣東省唯一一個國家一等獎。數學建模競賽2015-2018年我校分別有13、12、20、12支隊獲得省一等獎，連續4年都有10支隊被選送參評國獎一等和二等獎，達到每校最多上報10支隊的上限。

（2）數學教育軟件與平臺的建設。課程團隊研發了基于網絡的動態幾何軟件“網絡畫板”，目前網絡畫板已是國內外眾多動態數學軟件中功能最完善、使用最方便的軟件，實現數學學科教學與信息技術的深度融合。已在全國高校尤其是師范院校中被廣泛使用，注冊用戶超過70萬。建設了教學資源云，實現了“共建共享”的創新教學資源建設方式。

（3）出版了系列相關教材與著作。包括《數學與哲學》、《互聯網+動態數學》、《直來直去的微積分》、《學科教學中的信息技術》、《數學教育技術》、《幾何定理機器證明中的幾何不變量方法》、《動態幾何教程》等。

（4）本成果研究取得了豐富的理論成果和實踐經驗，成果完成人發表教研論文50多篇，其中中文核心、CSSCI、SCI及EI收錄40多篇。

五、推廣應用情況

（1）引領國內外院校及學者開展教育數學相關的研究與實踐。

l 國內數學教育界知名專家出版了《走進教育數學》叢書，包括林群院士的《微積分快餐》、張奠宙教授的《情真意切話數學》、李尚志教授的《數學的神韻》、談祥柏教授的《數學不了情》、沈文選教授的《走進教育數學》等。

● 教育數學及動態幾何相關的國內博碩論文超過50篇、學術論文超過500篇，其中核心期刊論文超過200篇。

● 國內十多所高等院校開展了教育數學相關研究與實踐，各包括電子科技大學、華中師范大學、西安電子科技大學、上海大學、哈爾濱工程大學等。

（2）美國奧特本大學數學系設立“教育數學”講座教授，專門開設教育數學碩士班。

（3）動態幾何、數學建模等課程推向全國高校，助力創新人才培養。

《動態幾何》是本成果的系列課程之一，由張景中院士親自建設，并主講，作為是一門計算機與數學的交叉新課程，對學生創新思維的培養具有積極作用。經過多年建設我校該課程已在全國起到很好的引領示范效果。

● 2009年起課程陸續成為我校本科專業選修課、精品通識類選修課、廣東省精品視頻公開課、廣州市大學城十?；ミx課程（http://mooc.gzhu.edu.cn），累計近2萬學生選修該課程；

● 2018年起該課程相繼在愛課程(http://www.icourse163.org/course/GZU-1002923015)、學堂在線（http://www.xuetangx.com/courses/course-v1:GZHU+20180718001+2019_T1/about）等國內MOOC平臺發布，廣受學生歡迎，已有萬余名學習者選修；

● 國內十多所院校開設動態幾何相關課程，包括華中師范大學、貴州師范學院、成都師范學院、魯東大學、廣西民族師范學院、海南師范大學、福建師范大學等。

數學建模系列課程也是本成果的課程之一，對培養學生應用數學知識發現和解決問題具有積極作用。我校的成功經驗已被鄭州大學、山東齊魯工業大學、廣州醫科大學、廣東第二師范學院、廣東科技學院、廣東白云學院等院校借鑒學習，并已取得各校學生建模競賽歷史突破。

（4）成立了中國高等教育學會教育數學專業委員會。專委會就教育數學的研究與實踐每年舉辦一次學術年會，2018年參會人數超過300人。

（5）在國內外學者的倡導下于2016年在美國注冊成立了國際教育數學協會，其宗旨是“讓育數學的理念走向世界，提高全世界數學教育的質量，使世界給個國家的學生能夠更好更深入地學習數學，以便將來更有效地應用數學理解世界、改造世界”。