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數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)融入經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)研究

2008-12-31 00:00:00王積建茹永梅韓義秀
職業(yè)教育研究 2008年12期

摘要:將數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)融入高職院校經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中,能夠使學(xué)生深化對(duì)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解,增強(qiáng)數(shù)學(xué)興趣,提高自信心和成功感,提高數(shù)學(xué)應(yīng)用能力,形成用實(shí)驗(yàn)方法解決經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)問(wèn)題的習(xí)慣,培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn);經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué);實(shí)驗(yàn)研究

問(wèn)題的提出

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是使用計(jì)算機(jī)等工具,用實(shí)驗(yàn)的方法研究數(shù)學(xué)的一門(mén)課程,它將數(shù)學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)應(yīng)用三者融為一體,可以使學(xué)生深入理解數(shù)學(xué)的基本概念和理論,掌握數(shù)值計(jì)算方法,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,是一門(mén)既有演示性,又有實(shí)踐性的課程。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程已成為我國(guó)近年來(lái)大學(xué)數(shù)學(xué)教育所關(guān)注的熱點(diǎn)之一。如何在經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)課程教學(xué)中實(shí)施數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,是需要研究的新問(wèn)題。本研究試圖通過(guò)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn),探索在高職院校經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)形式,并進(jìn)一步揭示數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的功能與價(jià)值,為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程提供實(shí)證依據(jù)。

研究方法

實(shí)驗(yàn)對(duì)象我們以浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)貿(mào)系國(guó)際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專(zhuān)業(yè)0702班(30人)和0701班(17人)為實(shí)驗(yàn)班,以經(jīng)貿(mào)系房產(chǎn)營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)業(yè)0701班(31人)和國(guó)際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專(zhuān)業(yè)0705班(54人)為對(duì)照班。在實(shí)驗(yàn)前,進(jìn)行了有關(guān)的前測(cè),兩個(gè)班的學(xué)生在數(shù)學(xué)能力與情感方面無(wú)顯著差異,符合實(shí)驗(yàn)要求。

自變量實(shí)驗(yàn)班采取數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)相交替的形式進(jìn)行教學(xué),即在每單元的教學(xué)內(nèi)容安排上,先呈現(xiàn)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)內(nèi)容,再呈現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對(duì)照班仍然以經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。

因變量(1)數(shù)學(xué)情感。(2)數(shù)學(xué)能力。(3)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

無(wú)關(guān)變量為了有效地驗(yàn)證理論假設(shè),實(shí)現(xiàn)科學(xué)的歸因分析,盡量對(duì)無(wú)關(guān)變量進(jìn)行了控制。一是實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班由同一個(gè)教師執(zhí)教;二是實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班的課時(shí)量、輔導(dǎo)方式與時(shí)間以及考試內(nèi)容與方式等完全一致;三是在兩個(gè)班的學(xué)生中不提“實(shí)驗(yàn)”二字,避免學(xué)生產(chǎn)生積極或消極的心理效應(yīng)從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程和方法從2007年9月至2008年1月,在1個(gè)學(xué)期的數(shù)學(xué)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容是一元函數(shù)微積分、常微分方程初步、線性代數(shù)初步、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì),共6個(gè)單元,總課時(shí)數(shù)64,除去2課時(shí)的總復(fù)習(xí),新課(含習(xí)題課)共62課時(shí)。實(shí)驗(yàn)班的教學(xué)內(nèi)容有所精簡(jiǎn),減少了繁雜的手工計(jì)算的內(nèi)容,把繁雜的計(jì)算安排到實(shí)驗(yàn)課中訓(xùn)練,這樣可以在每單元抽出2課時(shí)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在每個(gè)單元的教學(xué)中,先上理論課,然后是2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課,每次實(shí)驗(yàn)課有2~3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為以下五個(gè)層次:(1)實(shí)驗(yàn)工具介紹。介紹MATLAB軟件入門(mén),為后續(xù)實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。(2)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)驗(yàn)證一些數(shù)學(xué)性質(zhì)(包括定理、公式等),幫助學(xué)生理解性質(zhì),提高記憶效果。(3)計(jì)算性實(shí)驗(yàn)。代替手工對(duì)一些繁雜的計(jì)算題進(jìn)行計(jì)算。(4)探索性實(shí)驗(yàn)。挑選一些經(jīng)典案例,讓學(xué)生觀察數(shù)學(xué)上某些奇特的現(xiàn)象,教會(huì)學(xué)生通過(guò)對(duì)這些現(xiàn)象的深入觀察,體會(huì)數(shù)學(xué)中有關(guān)理論的基本思想和典型方法,從而加深對(duì)抽象的數(shù)學(xué)概念的感性認(rèn)識(shí)。(5)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。選擇某些應(yīng)用型案例(主要是數(shù)學(xué)建模案例),培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問(wèn)題中提煉數(shù)學(xué)模型的能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力(應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)只要求學(xué)生了解即可)。在實(shí)驗(yàn)班中,以實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式為主,具體教學(xué)環(huán)節(jié)是:推出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟—編寫(xiě)程序并運(yùn)行—得出結(jié)果—結(jié)果分析與探討。學(xué)生采用自主學(xué)習(xí)與小組合作學(xué)習(xí)的方式,每個(gè)單元布置2~3個(gè)實(shí)驗(yàn)作業(yè),作業(yè)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相似。實(shí)驗(yàn)作業(yè)以填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式完成,實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成質(zhì)量作為評(píng)價(jià)的依據(jù)記入平時(shí)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班在理論課的教學(xué)方法、作業(yè)內(nèi)容及方式、考試內(nèi)容及方法方面沒(méi)有差別,課堂教學(xué)以講授法為主,作業(yè)內(nèi)容是教材中的習(xí)題,由學(xué)生手工完成,考試內(nèi)容與作業(yè)內(nèi)容類(lèi)似,以閉卷的形式手工完成。

數(shù)據(jù)收集本研究試圖探索數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)的途徑和方法以及數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)高職學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和數(shù)學(xué)情感的功能與價(jià)值。主要從三個(gè)方面收集數(shù)據(jù):(1)數(shù)學(xué)情感與態(tài)度。實(shí)驗(yàn)前,對(duì)實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班進(jìn)行數(shù)學(xué)興趣調(diào)查。實(shí)驗(yàn)后,對(duì)實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,并作相應(yīng)的訪談,調(diào)查與訪談結(jié)果作為觀察實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的情感與態(tài)度以及實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)興趣的差異的依據(jù)。(2)數(shù)學(xué)能力測(cè)試和分析。數(shù)學(xué)能力作為實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班對(duì)數(shù)學(xué)課學(xué)習(xí)效果的測(cè)量和分析的依據(jù)。(3)學(xué)生填寫(xiě)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)感受的一個(gè)觀測(cè)點(diǎn),作為測(cè)量數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果的依據(jù),并可據(jù)此總結(jié)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題,為今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

(一)對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的情感態(tài)度調(diào)查

調(diào)查結(jié)果顯示,在實(shí)驗(yàn)班,有86%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)微積分有極大的幫助或較有幫助;有66%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)的意識(shí)和能力;有51%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于提高學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣;有74%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力;有53%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于鞏固所學(xué)知識(shí);有83%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的難度適中,經(jīng)教師演示或討論后,自己可以上機(jī)操作。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣的后測(cè)調(diào)查結(jié)果如圖1所示。實(shí)驗(yàn)班有83%的學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)極感興趣或較感興趣,而對(duì)照班只有35%的學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)極感興趣或較感興趣。從總體上看,實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生比對(duì)照班的學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)更感興趣。

從縱向變化來(lái)看,在實(shí)驗(yàn)前,實(shí)驗(yàn)班有41%的學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)極感興趣或較感興趣,通過(guò)實(shí)驗(yàn),這一比例提高了42個(gè)百分點(diǎn),學(xué)生的數(shù)學(xué)興趣提高了一倍多。而對(duì)照班學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)數(shù)學(xué)感興趣的占35%,實(shí)驗(yàn)后占36%,實(shí)驗(yàn)前后變化不大。這說(shuō)明數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于增強(qiáng)數(shù)學(xué)興趣具有顯著作用。

在課堂上,學(xué)生熱烈討論,思維活躍,有的學(xué)生提交的報(bào)告很有見(jiàn)地,比預(yù)想的要好。

(二)數(shù)學(xué)能力測(cè)試與分析

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,使用數(shù)學(xué)能力測(cè)試題進(jìn)行測(cè)試,并使用SPSS11.0軟件,運(yùn)用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對(duì)測(cè)試成績(jī)顯著性水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如下表所示。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)學(xué)期后,實(shí)驗(yàn)班的理論課平均成績(jī)明顯高于對(duì)照班,標(biāo)準(zhǔn)差明顯低于對(duì)照班,且在0.01的水平上有顯著差異,說(shuō)明數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)于提高學(xué)生的數(shù)學(xué)能力具有顯著效果。

實(shí)驗(yàn)班壓縮了理論課時(shí),減少了大量繁雜計(jì)算的內(nèi)容,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,減少了繁雜的手工計(jì)算內(nèi)容之后,并沒(méi)有影響學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)基本技能的掌握,而增加的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(包括繁雜的機(jī)器計(jì)算)反而會(huì)促進(jìn)學(xué)生“雙基”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

(三)學(xué)生填寫(xiě)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

從學(xué)生完成的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容來(lái)看,大多數(shù)學(xué)生都能夠完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程,包括運(yùn)用畫(huà)圖、計(jì)算等方式進(jìn)行驗(yàn)證或探索,實(shí)驗(yàn)有程序,有計(jì)算機(jī)給出的結(jié)果,有結(jié)論。

為了進(jìn)一步弄清楚時(shí)間斷點(diǎn)的詳細(xì)情況,畫(huà)出[-10,10]、[-1,1]、[-0.1,0.1]、[-0.01,0.01]、[-0.001,0.001]……的圖像,比如[-0.001,0.001]的圖像如圖3所示。從圖3可以看出,在時(shí),函數(shù)值在[-1,1]之間上下震蕩,極限不存在,這就是函數(shù)的間斷點(diǎn)的原因,可以把這類(lèi)間斷點(diǎn)叫做震蕩間斷點(diǎn)。

該學(xué)生不但完成了實(shí)驗(yàn)題目的要求(在點(diǎn)間斷),而且通過(guò)圖像觀察到函數(shù)在點(diǎn)附近極限不存在的原因與震蕩特點(diǎn),表明該學(xué)生具有較強(qiáng)的洞察力和想象力。

從學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的學(xué)習(xí)感受來(lái)看,他們對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)具有濃厚興趣,幾乎所有學(xué)生都認(rèn)為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)改變了他們對(duì)數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)。

傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容主要是概念、定理(公式)和計(jì)算,缺乏數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容陳舊,不能滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的要求。學(xué)生一見(jiàn)到龐大的數(shù)學(xué)計(jì)算公式就會(huì)產(chǎn)生畏懼心理,從而喪失信心。而在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)這個(gè)平臺(tái)上,學(xué)生自己動(dòng)手,用他們喜歡的計(jì)算機(jī)解決經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的問(wèn)題,或自己提出實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,尤其是將龐大繁雜的數(shù)學(xué)計(jì)算交給計(jì)算機(jī)完成是非常輕松的事,過(guò)去害怕的數(shù)學(xué)計(jì)算、畫(huà)函數(shù)圖像、解方程等任務(wù),使用計(jì)算機(jī)可以在瞬間完成,學(xué)生一下子感覺(jué)到在數(shù)學(xué)面前自己由弱者變成了強(qiáng)者,由失敗者變成了勝利者、成功者。

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)之所以有如此神奇的效果,一是可使數(shù)學(xué)思維(即邏輯思維)的過(guò)程視覺(jué)化、形象化,從而刺激大腦接受信息的興奮點(diǎn),起到激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的效果;二是可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展人機(jī)對(duì)話(huà),既能鞏固學(xué)到的數(shù)學(xué)知識(shí),又能提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平,使學(xué)生感受到用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的快樂(lè),激發(fā)其進(jìn)一步學(xué)好數(shù)學(xué)的愿望,有利于培養(yǎng)數(shù)學(xué)興趣、應(yīng)用意識(shí)與創(chuàng)新精神,從而形成數(shù)學(xué)教學(xué)的良性循環(huán)。新的教學(xué)內(nèi)容、新的教學(xué)方式使大多數(shù)學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的興趣,實(shí)踐效果充分證明,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是一門(mén)深受學(xué)生喜愛(ài)的可以稱(chēng)為教學(xué)改革突破口的新興課程。

(四)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決對(duì)策

通過(guò)一個(gè)周期的教學(xué)實(shí)驗(yàn),我們對(duì)將數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融入經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié),大致有以下幾點(diǎn):

第一,部分學(xué)生的英文基礎(chǔ)較差,而MATLAB軟件是英文版本,學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣很高,都想一試身手,但“軟件語(yǔ)言難懂”的問(wèn)題常常使得學(xué)生望而卻步。特別是當(dāng)程序有錯(cuò)誤時(shí)計(jì)算機(jī)給出的反饋信息難以識(shí)別,不知道怎樣調(diào)試程序,或者對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤讀,不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹R虼耍跀?shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要重視培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的翻譯能力和對(duì)反饋語(yǔ)言的閱讀理解能力。

第二,部分學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差,往往需要增加理論教學(xué)課時(shí),這與大多數(shù)學(xué)生要求增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)的要求相矛盾。因此,采取分層教學(xué)的方式很有必要。

第三,每單元2個(gè)課時(shí)(90分鐘)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間顯得不夠。采取小組合作,一人上機(jī)操作,其他學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的方式,雖然能夠完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),但無(wú)法滿(mǎn)足所有學(xué)生上機(jī)的愿望。因此,可在課前布置實(shí)驗(yàn)任務(wù),要求學(xué)生在上機(jī)課之前完成某些程序的編寫(xiě),這樣就會(huì)提高實(shí)驗(yàn)效率,增加動(dòng)手操作的人數(shù),達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。

結(jié)論與建議

將數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)融入高職院校經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)中,能夠使學(xué)生深化對(duì)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解,增強(qiáng)數(shù)學(xué)興趣,提高自信心和成功感,提高數(shù)學(xué)應(yīng)用能力,形成用實(shí)驗(yàn)方法解決經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)問(wèn)題的習(xí)慣,培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

為此提出以下建議:(1)在經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)各單元教學(xué)中融入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(2)建立數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室不僅能夠?yàn)閷?shí)施經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供條件,而且能夠?yàn)閿?shù)學(xué)課進(jìn)行項(xiàng)目課程改革奠定基礎(chǔ),還能夠?yàn)閿?shù)學(xué)建模訓(xùn)練提供日常化的實(shí)訓(xùn)基地。(3)適當(dāng)增加經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)的總課時(shí),以便增加實(shí)驗(yàn)課時(shí),滿(mǎn)足學(xué)生親手做實(shí)驗(yàn)的愿望,使實(shí)驗(yàn)課能夠從質(zhì)和量上起到鞏固所學(xué)理論知識(shí)、鍛煉學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力的作用。

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作者簡(jiǎn)介:

王積建(1966—),男,甘肅景泰人,碩士,浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,主要從事數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)教育研究。

(本文責(zé)任編輯:王恒)

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