淺談如何提高大學(xué)生的科學(xué)計(jì)算能力

王濤濤，陳雨靜，康 晗

（石河子大學(xué) 理學(xué)院數(shù)學(xué)系，新疆 石河子 832000）

【學(xué)法指導(dǎo)】

淺談如何提高大學(xué)生的科學(xué)計(jì)算能力

王濤濤，陳雨靜，康 晗

（石河子大學(xué) 理學(xué)院數(shù)學(xué)系，新疆 石河子 832000）

在培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型人才的背景下，大學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力顯得越來(lái)越重要，而數(shù)學(xué)的應(yīng)用離不開計(jì)算，或者說(shuō)，應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究和教學(xué)，其核心內(nèi)容在于數(shù)學(xué)計(jì)算。所以，著名科學(xué)家陳懷琛教授指出：科學(xué)計(jì)算能力已成為各專業(yè)大學(xué)生的必備能力。

提高；大學(xué)生；科學(xué)計(jì)算能力

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們面臨著處理、計(jì)算、解釋各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究過(guò)程中收集捕捉的大規(guī)模數(shù)據(jù)集的艱巨任務(wù)。計(jì)算機(jī)以超乎人們想象的計(jì)算速度，使一大批原本由于手工計(jì)算的局限而難以解決的問(wèn)題獲得解決，它把科學(xué)計(jì)算推向了人類科學(xué)活動(dòng)的前沿。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的不斷提高，科學(xué)計(jì)算在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來(lái)越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問(wèn)題的有效途徑。如今，科學(xué)計(jì)算已經(jīng)深入到各個(gè)學(xué)科，成為各個(gè)應(yīng)用學(xué)科在研究過(guò)程中幾乎是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

在培養(yǎng)復(fù)合型、應(yīng)用型人才的背景下，大學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力顯得越來(lái)越重要，而數(shù)學(xué)的應(yīng)用離不開計(jì)算，或者說(shuō)，應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究和教學(xué)，其核心內(nèi)容在于數(shù)學(xué)計(jì)算。所以，著名科學(xué)家陳懷琛教授指出：科學(xué)計(jì)算能力已成為各專業(yè)大學(xué)生的必備能力。

所謂科學(xué)計(jì)算能力是指利用現(xiàn)代計(jì)算工具（包括硬件和軟件）解決教學(xué)，科學(xué)研究和工程技術(shù)中所遇到的數(shù)學(xué)計(jì)算。它包括掌握最新的數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行計(jì)算、建立適當(dāng)?shù)挠?jì)算模型、采用正確的計(jì)算方法、實(shí)現(xiàn)高效的編程和運(yùn)算、對(duì)計(jì)算結(jié)果作正確的表述和圖解等多方面的綜合能力。

近年來(lái)，我們對(duì)在校大學(xué)生的科學(xué)計(jì)算能力進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的調(diào)查和訪談，但發(fā)現(xiàn)不少學(xué)生根本不知道科學(xué)計(jì)算為何物。大多數(shù)學(xué)生學(xué)了高等數(shù)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，基本是考完就忘了。由于我國(guó)現(xiàn)行大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)方法，不少學(xué)生學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)知識(shí)就是為了應(yīng)付考試，不知數(shù)值計(jì)算。與此同時(shí)，不少數(shù)學(xué)教師也對(duì)科學(xué)計(jì)算軟件也不了解。

一、培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)計(jì)算的意識(shí)和興趣

目前，我國(guó)大多數(shù)大學(xué)數(shù)學(xué)課的教學(xué)任然是概念、定理、公式和解題，數(shù)學(xué)被理解成培養(yǎng)學(xué)生抽象思維的學(xué)科。學(xué)生學(xué)過(guò)之后不知道有什么用。甚至有的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)就是用筆算題。例如在講解高等數(shù)學(xué)中定積分的內(nèi)容時(shí)，書上的題目往往都是可積的。而2010年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模A題“儲(chǔ)油罐的變位識(shí)別與罐容表標(biāo)定”，拿到題目之后，很多學(xué)生立馬就斷定這一題目是典型的定積分的應(yīng)用題，然后開始用筆和紙計(jì)算相應(yīng)的積分，可這一題的積分是不可積的，應(yīng)該用數(shù)值積分求解，不少學(xué)生由于不了解數(shù)值計(jì)算，而在這里卡殼，浪費(fèi)了很多時(shí)間。因此，要在平時(shí)的大學(xué)數(shù)學(xué)課里就要加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)計(jì)算意識(shí)的培養(yǎng)。讓他們了解到數(shù)學(xué)并不僅僅是簡(jiǎn)單的筆算就可以解決的。例如，講解定積分的應(yīng)用時(shí)，這道數(shù)學(xué)建模題就是一個(gè)很好的例子，讓學(xué)生知道數(shù)值積分的概念。以便于他們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)工作中遇到類似問(wèn)題時(shí)，可以對(duì)該類問(wèn)題有所了解。

二、加強(qiáng)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題

G·波利亞曾指出：數(shù)學(xué)有兩個(gè)側(cè)面，一方面它是歐幾里得式的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)，從這個(gè)方面看，數(shù)學(xué)像是一門系統(tǒng)的演繹科學(xué)，但另一方面，創(chuàng)造過(guò)程中的數(shù)學(xué)，看起來(lái)卻像是一門試驗(yàn)性的歸納科學(xué)。從20世紀(jì)90年代開始，國(guó)內(nèi)外不少高校開始開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課，將數(shù)學(xué)看成一門是實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)軟件解決數(shù)學(xué)問(wèn)題。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)并不一定要單獨(dú)開設(shè)專門的課程，也可以在大學(xué)公共數(shù)學(xué)課中作為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生講解。如講完導(dǎo)數(shù)一章后，可以利用一節(jié)課的時(shí)間專門講解如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)求解導(dǎo)數(shù)相關(guān)問(wèn)題。但這樣的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是零散的基礎(chǔ)內(nèi)容，要想讓學(xué)生從整體上學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，還需再最后加上綜合實(shí)驗(yàn)，比如一些數(shù)學(xué)建模案例，讓學(xué)生經(jīng)歷從建模到計(jì)算機(jī)求解再到論文寫作一整套過(guò)程，對(duì)加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)計(jì)算能力的培養(yǎng)是大有好處的。

三、培養(yǎng)信息化條件下的自主學(xué)習(xí)能力，不斷提升科學(xué)計(jì)算能力

2012年3月，我國(guó)教育部發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》的通知。該通知指出：以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，是我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。眾所周知，從全球范圍來(lái)看，當(dāng)前教育信息化進(jìn)程，已從強(qiáng)調(diào)“軟、硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”的初始階段，進(jìn)入到強(qiáng)調(diào)應(yīng)用、尤其是“教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用”的深入發(fā)展階段。信息化時(shí)代，科技進(jìn)步日新月異，先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算技術(shù)，科學(xué)計(jì)算軟件層出不窮，要想使大學(xué)生具備較高的科學(xué)計(jì)算能力，僅僅依靠教師上課講授的內(nèi)容是不夠的，必須加強(qiáng)學(xué)生信息化條件下的自主學(xué)習(xí)能力。當(dāng)學(xué)生遇到一些沒(méi)有學(xué)過(guò)的問(wèn)題時(shí)，能夠利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行檢索、自主探究、學(xué)習(xí)新興的科學(xué)計(jì)算技術(shù)。使學(xué)生依靠信息技術(shù)不斷提升自身的科學(xué)計(jì)算能力。

總之，培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)計(jì)算能力不是僅僅講解一下數(shù)學(xué)軟件，或是教學(xué)中開設(shè)一兩門科學(xué)計(jì)算課程就能完成的，它應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，教師和學(xué)生要相互配合，并在實(shí)踐中不斷地探索提高。

[1]曹一鳴.數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探究[J].課程教材教法，2003，（1）：46-48.

[2]陳懷琛.國(guó)內(nèi)外在大學(xué)科學(xué)計(jì)算工具上的差距—論科學(xué)計(jì)算與教學(xué)質(zhì)量的關(guān)系[J].中國(guó)電子教育，2008，（1）：44-47.

[3]何克抗.學(xué)習(xí)“教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃”—對(duì)“信息技術(shù)與教育深度融合”的解讀[J].中國(guó)電化教育研究，2012，（12）：19-23.

[4]陳志明.科學(xué)計(jì)算：科技創(chuàng)新的第三種方法[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2012，27（2）：161-166.

G642.41

A

1674-9324（2014）28-0089-02

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：理工科大學(xué)生科學(xué)計(jì)算能力現(xiàn)狀調(diào)查分析（201310759708）。