大学数学课堂融入数学实验教学探讨

来源 :数学学习与研究·教研版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jicaomin
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  [摘要]本文对数学实验融入到高等数学教学中的意义、目的和方法进行了探讨,对教学过程中出现的一些问题进行了具体的讨论和分析。
  [关键词]数学实验;高等数学;数学软件
  
  数学实验作为一种科研方法和技术手段,在提出猜想、验证定理、解决实际工程问题等方面起到了不可估量的作用,尤其随着近年来计算机技术日新月异的发展,计算速度的高速提升,使得以前无法计算的问题得到解决。进而进一步促进了数学实验的发展,使得在传统的归纳、推理、证明以外又开辟了一条发现和研究问题的新途径,并且大量的事实证明,这是一条行之有效,可以在某种程度上摆脱机械性的符号演算的新道路,从而有助于创造性模式的研究和发展,
  正因如此,数学实验被带入高等数学课堂已经成了大趋势,19世纪中叶,海王星的发现是应用数学实验解决实际问题的著名例子,诸如此类的算例数不胜数,它们不仅从天文学上验证了实验解决问题的正确性,而且有助于人们看到“公理化方法的最恶劣表现”,有助于人们在实际生活中激发学习和研究数学的兴趣,现今最常用的方法就是应用电子计算机模拟,借助软件和高速计算来揭示数学现象和结论,
  通常情况下,教学时间紧、任务重,给学生的感觉是内容多、枯燥乏味,以致学习积极性大打折扣,而且大多数学生只学到了“纸上谈兵”,不会将数学知识应用于实际,譬如,线性方程组的求解,实际中要求高阶的不可能在纸上实现,教给学生如何借助计算机计算是实际应用迫切需要的,常用的Maflab,Mathematica,Lingo,Sas软件的使用融入课堂教学是意义非凡的它不仅可以调动学生的学习积极性,激发他们的创造性思维和实际动手能力,还能加强他们的计算机应用能力,进而加深对定理的理解,达到教学的良性循环。
   数学实验课程与高等数学比较起来,后者更侧重于理论的说教,主要教学方法还是传统的;而前者在教学的过程中应该更侧重于让学生自己动手,在不断的对软件的学习和摸索中掌握应用计算机解决实际数学问题的能力,课堂的主题应该是教师“点到为止”,主要的应靠学生自己动手,进而熟练软件的使用和对问题的理解,譬如,在应用Matlab求解矩阵分解的教学中,可以只讲几个主要的命令函数,而对于具体的格式和原理,可由学生自己探讨,另外,高等数学课堂的讨论式教学也可应用到数学实验中来,可让学生分组讨论,互相阐述遇到的问题,互相解惑;老师做“导演”,学生做“演员”,师生互动,共同来加深软件的使用技巧和理论的理解。
  在现有的有限学时中,如何将数学实验更好地有机地融入到高等数学课堂q1来,对教学者是个很大的难题和挑战,时间太短,实验内容太少则达不到预期效果;时间太长,实验内容太充实又会对原有教学计划产生影响,因此,在课堂上应合理分配时间,以现有教学为主,实验内容为辅,不能本末倒置;而在课下,则鼓励学生充分利用课余时间学习实验内容,熟练软件的操作,譬如,在极限和导数课后,可简单介绍limit,diff,polyder等命令和相关参数,并结合多媒体演示几个简单例子;在Taylor展开式课后,利用几分钟时间介绍taylor命令的参数和返回等;并结合极限和导数命令,讲解它们集合的实际应用:连续计息问题,以实际中银行的连续复利计算利息问题,给出较为详细的Matlab求解步骤,结合实际问题,让学生对使用方法有更直观的了解,而且可激发他们的学习兴趣;并可留课下思考问题,譬如与之相关的瘟疫传染的数学问题,让学生参照连续计息问题自己进行操作解决,这样更能加深对问题的理解和加强对软件的使用能力。
  数学实验被引入高等数学课堂是时代和计算机应用发展的必然结果,同时使得数学和计算机的结合越来越紧密,它不仅是对传统教学内容和教学模式的挑战,同时给新形势下的大学数学教育注入了一股新鲜血液,这就要求在第一线的教师们,不断加强自身的数学修养,以适应教学的新需求,同时要不断改进教学手段和方法,将数学理论知识和计算机技术、多媒体技术有机结合起来,让学生学以致用,不仅在课堂上掌握数学严密的推理和严谨的逻辑,还要会用它们来解决实际问题。
  数学实验课程的特点使得它也可作为数学建模课程的辅助,在学生初步接触理论的时候就掌握初等的软件处理能力,这样在建模以后,能够有的放矢,使软件操作能力在建模课上得到进一步的提升,从而使得几门课都达到事半功倍的效果,一年一度的全国大学生数学建模竞赛上,不知模型从何处下手,数据不知该怎样使用数学软件进行处理的学生不在少数,现学现用,从而许多人在时间和熟练效果上大打折扣,而数学实验教学的引入正可合理解决这个问题
  “上善若水,利万物而不争”,数学实验在大学数学教育中所发挥的作用正被越来越多的教育者认识到,既可将高等数学等课程和数学建模有机地融为一个整体,又可将经济、工程中的许多实际问题带到课堂上来,激发学习兴趣,对计算机能力的提高也有很大的帮助,相信随着众多一线教育者的共同努力,数学实验将在大学数学教学中发挥越来越大的作用。
  
  [参考文献]
  [1]周志英,开展数学实验教学 促进数学教学改革[J].实验室研究与探索,2006(10).
  [2]常浩,数学建模思想方法融入“高等数学”课程的教学改革思路[J].高等理科教育,2009(2).
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