高師院校數學實驗室建設探討

長春師范學院 數學學院 黃 健

高師院校數學實驗室建設探討

長春師范學院 數學學院 黃 健

一、數學實驗與數學實驗室

簡單來說，數學實驗室就是用各種各樣的設備儀器進行數學教學與研究的實驗室。隨著科學的發展和教育科研水平的提高，越來越多的大學甚至中小學都在探索對數學這一看起來抽象和枯燥的學科進行實驗教學。目前，高師院校的數學實驗教學與研究是以計算機為主要手段的。眾所周知，作為一門學科，計算機專業是從數學專業中產生并發展起來的，多數高校的計算機專業是從其原數學專業分離出來成為獨立專業的。作為一個機器，計算機自出現伊始，就與數學密不可分，從算法到編程無一不用到數學。數學實驗可以說是一種回歸，它就是利用各種開發出來的數學軟件在計算機上對數據進行處理和加工，從而使人擺脫繁重的演算與數值計算。目前高校實驗室應用較多的軟件是matlab和mathematics。

二、高師數學實驗室的特點

對于一個實驗室的建設來說，最主要的就是實驗室的效率，盡可能地發揮其科研和教學作用。對于高師院校來說，需要數學實驗的課程除了建模等專業課程之外，還有教法課程，這是以往數學實驗室建設所忽略的。目前大部分高校的數學實驗課僅限于數學專業開設，高等數學的數學實驗與全校理科生的數學建模的數學實驗課開設較少。就目前一般高師院校的實際情況而言，建設大規模的數學實驗室都是比較困難的，如何更有效率地建設便成為重要課題。以一個100 m2的實驗室為例，如果只作為普通的計算機房，可以裝60臺機器；如果添加教法課需要的微格實驗設備，僅需減少10臺機器，這樣可以大大增加實驗室的使用效率。

三、建設數學實驗室

1. 場地選擇。數學實驗室的儀器一般以計算機為主，如果作為一個機房來考慮，不存在特別不適合的場地，只要不潮濕即可。但是如果作為帶有教法實驗設備的數學實驗室，還應考慮其采光性。

2. 軟件配置。主要包括Windows XP，matlab和mathematics等專業軟件，以及多媒體教室、遙控攝像頭等大眾軟件。考慮到機器的流暢程度和維護成本，也兼顧到軟件的兼容性，推薦使用WindowsXP系統。多媒體教室類軟件對于課堂的管理和組織是必不可少的，因為多媒體教室類軟件可以進行屏幕傳送，可以互相對話，可以舉手發言、收發作業、在線考試，在課前可以點名，課后可以評分，還可以看到學生的屏幕，監督學生是否在聽講，并且還可以將某學生的屏幕切換到每個人的機器上，非常有利于教學，是多媒體教室必不可少的實驗教學工具。

3.設備選擇的注意事項。

（1）計算機一定要選擇靜音機箱，選擇液晶顯示器，因為CRT顯示器雖然在作圖方面有其不可替代的優勢，但是由于CRT顯示器瞬間啟動的負荷比較大，在運行中的耗電也高，所以應盡量選擇液晶顯示器。選擇帶有網絡同傳模塊功能的計算機，由于機房日常維護工作量最大的就是裝機，所以一定要選擇一款具有良好同傳功能的機器，能快速同傳，增量同傳，自動分配機器名和IP，這樣可以節省很多時間，提高工作效率。最好機器上還有硬件檢測功能，每次開機后將硬件情況上報給教師機，使教師很快發現哪個機器的硬件被改動過。帶有以上功能的計算機目前市場上已經有很多種了，可以按照自己的實際情況選擇。

（2）要選擇質量上乘的電腦桌，電腦桌容易損壞的地方是板材的連接處、鍵盤抽屜，特別是鍵盤抽屜。如果是普通家用電腦桌材質的話，使用一年的實驗室損壞率超過80%。

（3）計算機的排列是一個很有學問的事情，一般傳統的數學實驗室的計算機排列方式沿用傳統計算機房和教室座位的排列方式，教師在前面，學生面對教師，這種排列方式有助于學生聽講和教師對學生學習狀態地把握。但是作為研討型的課程，比如數學建模這類的課程，學生進行討論的時候不利于交流。筆者所在學校試著用2種新的排列方式來解決這一問題，一種是學生在四周老師在中間，學生電腦桌擺成六邊形，即每個組有6個人的圓桌形式，這樣擺法的優點是大大提高了學生的交互性。可是缺點也是非常明顯的，這樣擺非常占用空間而且需要至少2臺投影機和屏幕，使建設成本和維護成本相應提高。另一種擺法是老師還是在前面一側，學生6人一組，將電腦桌擺成矩形，即兩兩相對的對桌形式，這樣擺法的優點是解決了占用空間的問題，學生的交互性也非常好，但缺點是在實際建設中還要考慮到建筑格局與地下走線等的影響。

（4）交換機和路由器應選擇大品牌，由于學校的IP相對緊張，路由器可以用來給本機房的機器分配IP。

（5）多媒體控制臺首先一定要含有控制音響、投影機及屏幕的功能，推薦使用鐵柜式的多媒體控制臺。不僅結實耐用，而且在開放實驗室的時候，可以防止學生觸碰教師機和設備。還可將功放、中控都放置在鐵柜內，使實驗室整潔美觀。鐵柜上面要有筆記本連接投影機的插口、電源插口以及連接教師機的U盤插口。由于教師機的顯示器是傾斜鑲嵌在鐵柜中不可移動的，因此還要注意顯示器的傾斜角度，因為液晶顯示器往往有一定的可視角度，若超過其可視角度就會造成教師在上課的時候看不到屏幕，影響教學效果。音響應放置實驗室兩角，要盡量用口徑大的音響，放在教室前面兩側即可，機柜應放在實驗室前部靠窗的一側。

（6）地面靜電地板應選擇高強度地板。目前市面上較好的是鋼架瓷磚的靜電地板，表面上看就與地磚一樣，下面可以正常走線，而且堅固耐用。

（7）微格設備的監控攝像頭應安放在實驗室的后面或者中部，由于微格設備的錄制需要充足的陽光，而計算機和投影儀應避免陽光直射，為了解決這一矛盾，窗簾的選擇一定要注意遮光。

四、結論

以上是筆者在高等院校數學實驗室建設中總結的經驗，作為新興的實驗教學模式，關于實驗室的座位布置和實驗設備的調試還有許多問題需要完善，進一步完善實驗室的功能，提高實驗室的使用效率，才能更好地服務于科研和教學。