工科數學教育應加強數學實驗課的教學

潘玉榮，賈朝勇

（蚌埠學院 數理系，安徽 蚌埠 233000）

工科數學教育應加強數學實驗課的教學

潘玉榮，賈朝勇

（蚌埠學院 數理系，安徽 蚌埠 233000）

數學實驗課是一門從實際問題出發，通過建立數學模型，借助數學軟件，解決問題的實驗課程,它是工科數學教育的重要組成部分，也是培養工程技術人才具備的數學素質不可或缺的一個重要環節，筆者認為工科院校要從人的因素即學校領導、教師和學生切實重視和加強數學實驗課程的教學.

數學實驗課；工科數學教育；數學素質

偉大的物理學家愛因斯坦說:“創造性原則寓于數學之中”，許多科學家就是在探索數學的過程中,成就了自己的事業,同時也為人類做出了巨大的貢獻，社會發展到了今天，數學文化已成為現代科技文化核心.工科院校肩負著為國家培養21世紀高級技術人員和高級研究人員的重要任務,要想培養出的高素質人才能在原發性的創新工作中占有一席之地，就一定要重視數學教育.

工科數學教育問題一直是國內學者研究的熱點.田有先根據工科數學教育的現狀,討論了數學教育的基礎性、全體性、主體性和可持續性等重要特征[1]，他認為在工科院校數學教育的基礎性在于它是培養人才創新能力的有效工具.知識經濟社會對教育提出了巨大挑戰,對工科數學課程教學提出了新的要求.王朝輝認為工科數學改革可從三方面入手:培養學生思維能力、培養學生科學審美意識以及大力推廣現代教育技術手段和現代教學方式,更好發揮數學工具作用[2].而有識之士指出[3]“今天，在技術科學中最有用的數學研究領域是數值分析和數學建模”.筆者認為數學實驗課是數學教育的重要組成部分，它不僅可以提高學生學習數學的興趣，加強對數學理論知識的理解，而且對培養工科學生的創造性思維、意識和實踐能力具有特殊的作用，因此工科數學教育應重視數學實驗課.近年來，國內一些學者對工科的數學實驗課教學展開了研究并提出一些有意義的想法[4-6]，并且有一些院校也開設了這門課，但我國很多工科院校對數學實驗課程教學的重視程度還遠遠不夠，數學實驗課是培養工科學生具備良好數學素質和創新能力的重要環節，所以工科院校應進一步加強數學實驗課程教學.

1 工科數學開設數學實驗課的目的和意義

數學實驗課是一門從實際問題出發，通過建立數學模型，借助計算機和數學軟件，解決問題的實驗課程,是工科數學教育的重要組成部分.工科院校開設數學實驗課的目的在于，通過數學實驗的手段將高等數學中原本抽象的定義、公式和定理等具體化形象化，提高了學生們學習數學的興趣，使他們愿意積極主動地參與到課程實踐中來.數學實驗課的開設還可以使學生們更好地掌握數學的思想方法及精髓，進而提高對數學的應用意識和創新能力，以適應新時期高素質技術人才的需要[7].

數學實驗作為一種有用的學習手段，不僅改進了原有的教學方法，而且為學生提供了一個應用數學模型來解決各種實際問題方法的模擬訓練場，學生們可根據自己的需要，充分發揮主觀創造性.數學實驗往往通過對特定例子的計算和觀察，可幫助學生直觀地理解非常抽象的數學內容，了解它的應用背景，化枯燥為生動，激發學習數學的興趣.數學實驗更是一種有效地科研方法：將一堆數據可視化，選擇有代表性的實例進行觀察，從中發現和歸納有意義的規律并進行理論論證，這種研究方法現被科學者廣泛地采用.如今，隨著計算機技術的發展，高校高等數學教學改革步伐的加快和辦學條件的改善，數學實驗課已成為數學課程體系的一個重要環節.

總而言之，數學實驗課程教學不僅可以縮短了數學理論與實踐的距離，彌補了傳統的數學教學中的許多不足；而且使學生深入理解數學基本理論，體會數學技術的重要性，注重創新思維的訓練；激發學習數學的興趣；并掌握數值計算方法，熟悉常用的數學軟件；提高自身的數學素養，為將來面對的科學研究和生產實踐奠定必要的基礎.

2 數學實驗課是培養工科學生具備良好數學素質的重要環節

現代數學教育觀認為：所謂人的數學素質是指認識和處理數與形的規律，理解和運用邏輯關系，領會和研究抽象事物的能力，也是一種思維模式和思維習慣.對大學生主要表現在對問題善于從量的方面洞察、抽象和研究，思維的邏輯性和嚴謹性；用數學的原理方法去解決實際問題的意識、興趣和能力以及思維方式的創新性等方面.誠然，工科大學生的良好數學素質培養和提高是多方面的,但最關鍵的是自主學習的意識、應用能力和創新能力的培養，而這些都需要通過相應的課程體系來體現和反映出來.數學實驗課是數學教育改革的產物，它既提供了一些新的教學內容,又構成了一個新的教學環節；它將數學知識、數學建模與計算機應用三者融為一體，強調讓學生通過解決實際問題來學數學、用數學,注重學生在教學過程中的主觀能動性與共同參與意識的培養，而這些正是數學素質教育所蘊涵.數學知識是數學實驗課的基礎和根本，數學建模是數學實驗課程的核心內容，它是實際問題的抽象與模擬，需要學生發揮主觀能動性，通過學生心智活動的參與，實現問題的建構和解決.數學建模特別強調學生自主學習能力，而這對培養學生的數學綜合素質無疑具有典型意義.數學模型的建立、求解以及驗證都離不開計算機，所以熟練使用計算機，掌握數值計算方法對數學素質的培養也是至關重要的.因此，要培養工科學生具備良好數學素質，數學實驗課的教學是一個不可或缺的重要環節.

3 工科數學教育應重視和加強數學實驗課程教學

數學實驗課作為一門近年來新興的數學課程,是21世紀高等數學教學改革的產物，它的許多問題包括課程教學內容、教學方法等確實尚待探索.但作為數學課程本身而言，筆者個人認為工科院校首先應從主觀上即人的因素來重視和加強數學實驗課程的教學：

一、工科院校的院、系領導首先要重視這門課，加大宣傳力度,要在政策上予以傾斜，經費上給予投入；要建立本課程教學所必需的實驗設備；積極鼓勵數學教師和其他教師重視這門課程的教學，要制定切實可行的措施,穩定現有的師資隊伍,并培養一批優秀的數學實驗課的中青年骨干教師和補充“雙師型”教師從事這方面的教學.

二、一支好的教師隊伍是數學實驗課教學得以實施的重要保障.數學實驗這門課程對任課教師的素質有很高的要求.首先,擔任此課的教師必須具備比較扎實的數學專業知識和豐富的教學經驗,對數學建模中的各種數學模型非常熟悉，并能依據教學大綱制定出行之有效的教學方案.其次,要有較高的計算機應用水平,能熟練操作相關的數學軟件如Mathematica、Matlab、SAS、SPSS等.最后，還要求擔任數學實驗課的老師知識面要寬、要廣，對其他專業的知識要了解，以便在教學過程中能根據問題的專業背景建立相關的數學模型.所以，擔任此課程的教師任重而道遠.

三、數學實驗課的教學更離不開學生的積極參與.在教學過程中,學生要積極參與到問題的探討、模型的構建中來，學習時不只是關注計算機的操作和實驗的方法,更重要的是通過課程學習去體會新思想的產生過程,培養自身發現問題、解決問題的能力，以及初步的科學研究精神和素質.另外，學生積極參加全國大學生數學建模競賽和高等數學競賽，通過競賽促進數學實驗課程的學習.

總之，工科數學教育的目的在于培養工程技術人才具備的良好的數學素質，數學實驗課教學是達到這個目的的一個重要環節；它將數學理論與應用的緊密結合,充分調動學生學習數學的主動性，并能培養學生的應用能力和創新意識.因此，工科數學教育應切實重視和加強數學實驗課程的教學.

〔1〕田有先.工科數學教育特征研究[J].大學數學，2005(4):27-29.

〔2〕王朝暉.關于工科數學課程教學改革的思考[J].大學數學，2003,19(5):21-23.

〔3〕左雙奇.數學實驗—一種研究性學習的實踐方式[J].數學通報，2003,(9):24-26.

〔4〕王莉琴,李乃華.工科數學教學應當突出數學方法的教育 [J].天津輕工業學院學報，2003(12): 121-123.

〔5〕錢樹華.工科院校高數課程中開設數學實驗的探索與實踐[J].高師理科學刊，2005(4)：17.

〔6〕王彤.工科數學建模教學的問題與方法探討[J].重慶交通學院學報(社科版)，2006（2）:135-136.

〔7〕杜靜.對《計算機數學基礎》數學實驗課的認識與實踐[J].甘肅科技縱橫.2007,35(6):179.

O13；G642

A

1673-260X（2014）02-0001-02

安徽省高等學校優秀青年教師人才科研資助項目(2010SQRL115)；蚌埠學院2013年院級教研項目(2013jyxm04)