《數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革探索

張軍芳 杜鵬 程鳳林 崔紅芳 楊君子 陳萍

摘 要：《數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》是一門(mén)新興課程，文章給出其在教學(xué)內(nèi)容和課程考核、教學(xué)方法的改進(jìn)建議；同時(shí)以衡水學(xué)院數(shù)計(jì)學(xué)院為例驗(yàn)證了改進(jìn)的教學(xué)建議的可行性；本項(xiàng)目對(duì)學(xué)生、教師、高校和社會(huì)來(lái)說(shuō)都具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)軟件；數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.217

數(shù)學(xué)是許多科技發(fā)明的基礎(chǔ)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的完善和普及，各種數(shù)學(xué)軟件如：Matlab、Mathematica、Lingo、Spss等隨之出現(xiàn)，促成了數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的完美結(jié)合。《數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》正是兩者結(jié)合的產(chǎn)物，該課程以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)軟件為工具，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件工具進(jìn)行數(shù)學(xué)問(wèn)題的探究，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐性教學(xué)課程。依據(jù)現(xiàn)有教學(xué)中遇到的問(wèn)題，宜從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩方面進(jìn)行改進(jìn)。

1 數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容和考核改進(jìn)建議

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的總體思路是：以學(xué)生為主體，問(wèn)題為主線，實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力為目標(biāo)，精心組織教學(xué)過(guò)程[1]。

（1）使學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷推進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降母母锖蛣?chuàng)新。授課過(guò)程主要分為理論講解以及上機(jī)操作，理論講解主要涉及程序語(yǔ)言的組成，程序語(yǔ)言編寫(xiě)。在理論授課過(guò)程中，要適當(dāng)加強(qiáng)程序思想和程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容的引導(dǎo)，以分析實(shí)際問(wèn)題，提升解決問(wèn)題能力為最終目的。讓學(xué)生在理解程序自身的同時(shí)，能夠提升程序創(chuàng)新能力。上機(jī)過(guò)程除了驗(yàn)證程序之外，提升學(xué)生編寫(xiě)程序的能力和注意事項(xiàng)。

（2）改革課程考核方式和評(píng)價(jià)體系。課程考核采用上機(jī)考試，學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系主要由上機(jī)考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)考查與創(chuàng)新設(shè)計(jì)和課外科研創(chuàng)新活動(dòng)三部分組成。新增的課外科研活動(dòng)成績(jī)主要來(lái)源于學(xué)生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)以及教師科研課題項(xiàng)目，根據(jù)學(xué)生的參與程度以及創(chuàng)新效果直接在總成績(jī)的基礎(chǔ)上加分，并計(jì)入最終的考核成績(jī)[2]。

2 數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法改進(jìn)建議

嘗試對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程采用分層次教學(xué)，將其分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。建議在學(xué)好基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比例[3]。

（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要包括基本操作、軟件數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、圖形繪制和程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)以學(xué)生理論基礎(chǔ)為目標(biāo)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)以學(xué)生利用數(shù)學(xué)軟件加深數(shù)學(xué)抽象概念為主，提升學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課內(nèi)容的理解能力。兩者主要探索基礎(chǔ)課的理論和內(nèi)容，利用課程中講解的基本思想和方法，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的規(guī)律性進(jìn)行更加直觀的理解。考核主要涉及軟件基本操作和使用，程序設(shè)計(jì)能力。實(shí)驗(yàn)以學(xué)生自主探究和實(shí)踐為主要教學(xué)方式，教師講解和演示為輔助教學(xué)手段。

（2）應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)以實(shí)際問(wèn)題為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合理論和實(shí)踐兩方面知識(shí)，將問(wèn)題中各個(gè)要素建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)合理論知識(shí)，建立模型中各數(shù)學(xué)參數(shù)量之間的關(guān)系，進(jìn)而借助計(jì)算機(jī)或數(shù)學(xué)軟件來(lái)完成對(duì)模型的求解，最后對(duì)解決問(wèn)題的應(yīng)用的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行評(píng)述。

現(xiàn)有《數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)降低了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例，增加了應(yīng)用型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為該課程的課程設(shè)計(jì)和其它專(zhuān)業(yè)課的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)搭建平臺(tái)；同時(shí)利用校內(nèi)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)，讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和研究項(xiàng)目，學(xué)習(xí)交流靈活，實(shí)驗(yàn)課程效果明顯。

3 數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的意義

（1）在專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中，數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的改革既強(qiáng)化了理論性課程內(nèi)容教學(xué)，又優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中理論與應(yīng)用結(jié)合的課程教學(xué)模式。課程改革中將應(yīng)用技能提升到更高的水平，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方式拓展專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)，從而提升教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容的靈活性。

（2）本項(xiàng)目的實(shí)施提升了師資水平。教師高姿態(tài)、高素質(zhì)要促進(jìn)自身能力的的提升，借助現(xiàn)代化的教學(xué)手段，促進(jìn)信息技術(shù)與數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)教師復(fù)合型人才隊(duì)伍的構(gòu)建。

（3）通過(guò)數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革，學(xué)生受益匪淺。學(xué)生能夠更加靈活的將學(xué)科理論知識(shí)與軟件工具結(jié)合，在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，能夠更加靈活應(yīng)用于實(shí)際，學(xué)生創(chuàng)新能力不斷提升，從而更好的促進(jìn)了學(xué)生科技創(chuàng)新能力，優(yōu)化了數(shù)學(xué)建模和畢業(yè)論文（ 設(shè)計(jì)） 的質(zhì)量，如此良性循環(huán)，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

4 總結(jié)與展望

“數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程在整個(gè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中起基礎(chǔ)性的作用，它是后續(xù)運(yùn)籌學(xué)、數(shù)值分析和數(shù)學(xué)建模等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵。結(jié)合在教學(xué)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題以及調(diào)整策略，在課程教學(xué)中將傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代化手段教學(xué)相結(jié)合，從而改善教學(xué)手段；融合不同課程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行佐證，從而擴(kuò)展應(yīng)用研究領(lǐng)域；以科研輔助形式加強(qiáng)校內(nèi)和校外實(shí)踐，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)效果反饋表明，最顯著的變化是學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的重視程度提高了，出勤率高了，學(xué)習(xí)效果也明顯進(jìn)步，而且課堂上學(xué)生問(wèn)問(wèn)題也明顯增多。調(diào)查顯示：絕大部分學(xué)生認(rèn)同數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革實(shí)踐，它使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)方便易懂，90%以上的學(xué)生認(rèn)為收獲較大，對(duì)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課及自身工作有很大作用；“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)+驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)+應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)”分層次教學(xué)法把數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本思想、方法和相關(guān)理論融入相關(guān)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)，增強(qiáng)了課程的吸引力，提高了數(shù)學(xué)軟件與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)在各學(xué)科的應(yīng)用性。此外學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力、組織協(xié)調(diào)能力也有很大提升，學(xué)生素質(zhì)得到全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張軍芳（1982-），女，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，講師，研究方向：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模與同步研究。