浅谈在工程数学教改中加强数学软件培养的探索

黄豆豆 · 发表于 2014-2-16 15:56:53

【论文关键词】工程　数学教改　数学软件

　　【论文摘要】针对目前新升本科院校在工程数学教学方面存在的不足所进行的探索，即以加强数学软件培养为手段，将数学知识、数学应用和软件进行有效的结合，培养学生的动手能力，达到提高学生素质的目的.
　　一、前言
　　当今，新升本科院校中许多课程，根据新形势和新需要，推出富有特色的教学改革措施，加强培养学生的动手能力，并取得了良好效果.同时，很多数学工作者对作为基础课的数学类课程的教学改革，都提出了自己的观点，进行了有益的尝试.其中，针对目前在新升本科院校中存在的如何运用数学工具解决实际问题、数学工作者缺乏从实际问题中提练数学模型的能力和学生缺乏运用数学模型处理问题的能力等诸多问题，数学教育界提出了将数学知识、数学建模与三者有机的结合，使学生掌握数值计算方法，建立数学模型，熟悉常用的数学软件，学会使用计算机解决实际问题.但这一教改思想处于初级阶段，特别是针对新升本科院校的数学教改没有成熟的模式和方法.为了解决这些问题，我们在进行了大量的调研和考察后，决定从各专业的工程数学类课程突破，对课程内容和教学方式进行大胆的改革，加强对学生使用数学软件的培养，并取得了较丰富的经验和良好的教学效果.
　　二、工程数学教学的现状及教改实验
　　工程数学类课程作为新升本科院校工科各专业的基础课程，有它自身的特点，它既是高等数学教学的延续，同时是工科专业学习的基础，具有很强的针对性，对它的教学改革也是专业教改的需要.但是受传统思想和条件的限制，在新升本科院校中工程数学的教学还存在很多问题：
　　1.长期以来，在工程数学类教学中，大多以教师的课堂教学为主，普遍存在着概念、定义、定理、论证推理和例题演算的“满堂灌”讲授现象，往往为了保证数学理论系统的完整性和推理的严密性，把教学内容形式化，使学生体会不到数学的魅力，影响他们对数学的兴趣及研究能力.
　　2.工程数学教材内容的叙述结构大多是先建立严格的定义，再根据定义导出各个定理、性质，之后是解题技巧的训练，最后就是内容的实际应用举例.虽然这种教材安排从数学理论体系的角度来看较为完善，也能使学生的数学基础比较扎实，但不能满足新升本科院校学生的教学要求，针对如何将数学、计算机以及专业知识融合在一起的教材却很少.
　　3.数学教师知识的陈旧老化也是实施教改的一个主要障碍.当今，多学科相互渗透是科学发展的一大特色.但是，很多新升本科院校对数学的认识狭隘，使得对数学教师科研和知识更新的关注与资金投入较少，不能开拓视野的数学教师很难摆脱旧思想、旧方法，从而不能保证教改的顺利进行.
　　4.由于新升本科院校都进行了专业教改，增加了实践教学环节的学时数，对基础课程的授课学时进行了较大幅度的削减，同时高校扩大招生，使得新升本科院校学生的起点降低，这些也使得原先的教学方法和现实情况之间的矛盾越来越突出.
　　很多数学工作者对怎样改变以上数学教学中的不足，进行了有益的尝试，提出了为了提高学生学习数学的兴趣和应用数学的能力，将数学、计算机有机地结合起来解决实际问题的观点.当今，像Matlab、Mathematica、SPSS等数学软件包已经越来越多地受到高等院校的重视，甚至专门开设了“数学实验”或“仿真软件”等课程，利用数学软件培养学生的数学建模能力，提高学生的素质.目前在新升本科院校中由于课程设置和教学要求有所不同，所以专门开设数学软件课不太可能，所以在现有的课程设置上，怎样提高学生使用数学软件的能力，是我们主要解决的问题.
　　三、教改的具体实施措施
　　我们在教学实践中，确定了以各专业的工程数学类课程为教改对象，主要考虑到以下几个方面：（1）由于学生在第一、二学期开设的《高等数学》是数学课程的基础，没有良好的基础，就不可能有更好的发展.（2）一年级学生还处于转型期，有些学生计算机方面的基础较薄弱，直接学习数学软件较为吃力，所以不适合在课程中引入数学软件的教学内容.（3）工程数学类的课程内容和专业知识结合较为紧密，由于同期也开设有专业课，学生可以利用数学软件分析和解决一些专业的问题，学习兴趣更强.如何有效地在工程数学课程中引入数学软件，我们采取了以下几个方面的措施：
　　1打破理论体系，精讲课程内容，发挥学生的主观能动性.
　　原先工程数学的教学基本上就是围绕和保证课程的理论体系，所以教师在授课时，往往要面面俱到，让学生较为完整地了解课程的理论体系.现在，我们在教学中打破了常规，比如：在讲授“复变函数”这部分内容时，没有按部就班地介绍复变函数的理论体系，而是采用比较教学的方法，对在复变函数中与实变函数相同的内容，由于学习了高等数学课程，学生大多都能很快理解，而对重点和难点我们也采用了精讲和讨论的方式，发挥学生的主观能动性.采用了以上的措施后，既减轻了教师在课堂上的教学压力，也使学生对课程的重要部分能够较好地掌握.
　　2注重先进的教学方法和教学手段.
　　随着计算机的普及和应用，在课堂教学中，采用先进的教学方法和教学手段已经是大势所趋，由于CAI课件采用了多媒体技术，通过逼真的、可交互的用户，在教学中可以集中学生的注意力和激发学生的主动性，节省课堂授课时间，提高教学效率.在吸取了同类CAI软件的优点并结合自身的教学实践，我们利用Authorware、Powerpoint开发了《高等数学》《概率与数理》等教学CAI软件，应用于课堂教学中，取得了明显的教学效果.
　　3加强与专业相关的数学软件的教学.
　　由于工科院校的专业设置不同，培养规格不同，工程数学教学侧重点也相应的有所不同，基于这一点考虑，我们在不同系科和不同专业的数学软件教学上也有所不同.比如：自动化、和各专业在控制理论、数值分析和曲线拟合方面要求较强，所以我们在教学中主要讲授Matlab软件的使用.和贸易各专业，偏重有关经贸内容的统计分析，而且SPSS软件包具有易操作性，所以我们主要讲授SPSS软件包的使用.
　　4提高教师整体素质，保证工程数学教改的顺利实施.
　　建立一支具有高素质的教师队伍是教学和教改工作顺利实施的保证.为了实现这个目标我们做了以下几点工作：（1）加强教研室内部讨论学习.我们每周的教研室活动都组织教师之间学习交流新知识，通过交流，教研室内部的学习气氛浓厚，教师的自我提高意识增强.（2）组织一部分教师参观考察数学教改情况较好的高等院校，开阔了眼界，统一了教改思想，明确了教改方向.（3）对一些有能力的年轻教师进行外出培养，解决后备人才问题，使教改工作具有连续性.
　　四、结束语
　　培养创新精神，树立创新教育的观念，把素质教育提高到一个新水平，是21世纪提出的艰巨任务.通过教学实践，结合工程数学类课程本身，引入了数学软件的教学，并在教学方式和手段上进行辅助的改革，培养和加强了学生利用数学理论、方法和软件去分析解决问题的能力，是新升本科院校数学教改的有效途径.
　　【参考文献】
　　［1］张奠宙，唐瑞芬，等.数学教育学［M］.南昌：江西教育出版社，1991.
　　［2］黄新民，林桂莲，等.高等数学课程改革设想［J］.广西高教研究，1999（1）：23-24.
　　［3］刘龙，李明，等.利用多媒体轻松实现数学课堂直观教学［J］.科技创新导报，2011（2）：

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