大數據時代下高校線性代數教學工作改革研究

楊赟

摘要：線性代數是高等教育中的一項重要基礎學科，其在工科等非數學專業中發揮著重要作用。隨著信息時代的到來，線性代數在眾多領域研究中的地位也在不斷上升。本文對當前高等教育線性代數教學中存在的問題進行了分析，并針對性的提出了相應的解決措施，以滿足學科發展的需要，以期為線性代數教學的改善提供指導意義。

關鍵詞：大數據 線性代數 教學改革

一、引言

大數據時代下，信息和數據的處理逐漸成為人們解決問題的主要途徑。目前，大部分資源都是由眾多數據所構成的，線性代數是數據科學的基礎，在數據科學研究中占據著重要地位。只有深入掌握線性代數的知識并能夠自如的應用，才能在處理數據領域問題時減少困難和挫折。《線性代數》是一門矩陣、向量、方程和行列式變換和分析的學科，通過以簡單的線性方程或者行列式等將復雜的問題簡單化，從而對多個變量之間的關系進行研究。線性代數是一門應用性的學科，是理工專業的基礎課程。其教學目標為培養學生的邏輯能力和解決實際問題的能力，以線性代數的思想和模式去解決實際現實中的問題。大數據時代對高等教育的線性代數教學提出了新的要求，同時也為其教學改革提供了重要思路。傳統的線性代數教學大多集中在理論的講解，而對學生實踐應用能力提升方面的關注較少。該教學模式無法滿足當前大數據時代下學生的發展需要。因此，改變線性代數傳統的教學模式，注重增強學生的應用能力是當今線性代數教學改革中的重要課題。

二、大數據給線性代數教學工作帶來的創新改革

（一）利用數據促進學生個性化學習

要想進一步提高線性代數教學質量，首先應對當前線性代數教學中存在的問題和不足進行充分分析，并探討出現該問題的因素，基于學生的學習情況，充分利用各種信息技術，例如各種學習平臺等，滿足學生的學習需求，改善學生的學習方式。利用大數據分析課程大綱和課程內容進行分析，從而提煉出知識結構，掌握課程的重點和難點所在。通常情況下，線性代數主要包括三大版塊，分別為線性方程組、行列式和矩陣，針對上述版塊進行討論。了解學生對每個版塊的知識掌握情況。采取因材施教和個性化的教學模式，掌握學生的知識盲區和薄弱點，從而針對性增添或者刪減部分內容，從而提高學生的學習效率，滿足不同學生的學習需求。對于涉及到大量計算的教學內容，例如線性方程組的結構、對角化、分塊矩陣等，教師可通過相應的模擬軟件，使學生了解計算原理從而更便捷的進行計算，以滿足不同學生的多樣化學習需求。

（二）利用大數據實現教師角色的轉變

“大數據+”是基于當代信息高速發展背景下所形成的。目前，該平臺已經廣泛應用于各大領域中。其中教育云平臺將現代教育和大數據有機結合起來，使人工智能、云計算等多種信息技術服務于現代教學，顯著提高了教學質量，改善了傳統教學中資源有限的弊端，實現了“教、學、考、評、管”等多方面的結合。教師在教學過程中，可以應用大數據技術等幫助學生了解到大數據在線性代數中的應用，從而培養學生利用大數據來解決問題的能力。例如，教師在進行特征值和特征向量的教學環節時，可通過引入馬爾科夫鏈、人口流動和投入產出模型等，引導學生通過大數據來分析和操作。在教師的指導下，學生獨立自主的完成大數據的分析，并對其線性代數問題解決帶來一定的啟發。此外，教師還可通過數學建模實驗，提高學生的建模能力。將復雜的數學問題以簡單的模型代替，并進行求解，從而增強學生的抽象思維等。用大數據呈現線性代數的假設、建模和求解等全過程。

（三）創新大數據時代下的教學觀念

教師作為課堂的引導者，在學生能力的培養和知識掌握的過程中發揮著重要能夠。對此，線性代數教師應加深對該學科的理解和認識，明確該學科在高等教育下的重要性，同時教師還應不斷反思學生的課堂行為，積極采用先進的教學模式，創新教學觀念，實現大數據和課堂的有機結合，有意識的培養學生的大數據思維。互聯網和信息技術的高速發展為學生獲取知識提供了多樣化的途徑，同時也對學生的數據處理能力提出了更高的要求。傳統的課堂中學生獲取知識的途徑有限，只能從單一的課本和教師的講解中獲取知識，無法滿足學生全面發展的需要。因此，線性代數教學的改革應注重改變教學模式，意識到大數據在實際教學中的重要作用，培養學生的大數據思維，引導學生通過大數據等來獲取知識，幫助學生更好的運用大數據。在課堂中教師要在完成課堂教學目標的同時，通過為學生布置一些應用性較強的習題，培養學生獨立解決問題的能力。由于高等教育下學生的發展方向和追求不同存在較大的差異，部分學生選擇繼續研究，而另外一部分學生可能會選擇就業等。因此這些習題應涵蓋不同的層面，以滿足學生的多樣化需要。對于考研的學生，教師應側重理論層面的研究，培養學生深入思考的能力。而對于就業的學生，教師可選擇一些應用性較強的題目，培養學生理論聯系實踐的能力，提高學生的實踐技能，從而使教學目標更為明確。此外，教師還應對大數據時代有一個正確的認識，積極順應時代的變化，做好充分的準備滿足時代發展的需要，最大限度的發揮大數據的作用，創新課堂模式，提高學生的學習效率。

（四）創新大數據時代下的教學手段和方法

在教學方面應積極實現大數據和教學的結合，發揮大數據對教學的促進作用。積極采用先進的教學手段，提高學生的學習興趣。大數據的到來為教學改革提供了重要條件，在大數據的時代背景下，教師可通過案例啟發、課堂展示和討論以及視頻演示等多種形式來豐富課堂形式，使學生較深對課堂內容的理解，將線性代數的抽象知識以具體和生動的案例展現出來，調動學生學習的積極性，提高課堂的趣味性。教師還可通過大數據對學生的學習現狀進行分析，了解學生對知識的掌握情況從而針對性的改變課堂的教學重點，不放棄每一位學生，采用個性化的教學模式，滿足學生的學習需求。大數據的到來促進了課堂的交互性，為教師改善課堂教學模式提供了可能。通過大數據進行交互式教學，建立學生與教師之間的互動。在教學平臺上完成課前預習和課后作業布置等內容，通過在線監測學生的學習完成情況可以了解學生的知識薄弱點，進而可以針對性的進行教學。傳統的教學模式大多以板書的形式呈現給學生。該教學模式不僅占用了較長的課堂時間，同時還因單調、乏味等使學生喪失了學習興趣。在信息時代背景下，教師應廣泛利用各種教學輔助工具，如多媒體、音頻影像以及PPT展示等，增添學習的趣味性，吸引學生的學習興趣。通過新穎好玩的內容放入PPT中并展示給學生，可以使學生集中注意力，同時還節省了板書的時間，有助于教師掌握課堂節奏，全面提高課堂效率。此外，教師還可在PPT中拓展和課堂知識相關的有趣內容，以圖文并茂的形式活躍課堂氛圍，通過擴充知識進一步加深學生對課堂內容的理解，使所學知識得以消化吸收。

（五）實現多元化教學模式——微課、慕課

傳統的教學模式大多是講授加板書的模式。盡管板書能夠以較為直觀的方式使學生了解到課堂的重點和難點，但是在實際教學中發現，由于黑板容量有限，因此板書不足以突出課程的全部知識點。此外，板書也會在一定程度上耗費課堂時間，從而導致課堂效率下降。多媒體的出現改變了板書的教學模式，通過將圖片、視頻和音頻等信息匯集到課件中，從某種程度上節省了課堂時間。但是在實際教學中發現，多媒體課件往往包含大量的信息，學生很難在短時間內消化和理解，從而導致部分學生無法跟上教學節奏，并且無法抓住課堂重點。大數據背景下，人們所面臨的數據量不斷增加，與此同時，線性代數理論也更為豐富。因此，教師可以通過借鑒先進的教學模式，例如微課和慕課等方式，實現針對性教學。將復雜的知識點以簡單易懂的視頻呈現出來，幫助學生理解。此外，教師還可通過與學生進行在線互動等掌握學生的學習情況，以便針對性的進行完善。

三、結語

現如今，大數據和人們的日常生活聯系愈加緊密。線性代數作為大數據的基礎，對學生大數據思維的構建和大數據的應用具有重要作用。對此，教師在線性代數教學中，應注重培養學生的實踐能力，提高學生對線性代數的認識。同時還要積極運用大數據技術進行備課，在教學中滲透大數據的概念，幫助學生更好掌握大數據的同時提高教學質量。

參考文獻：

[1]趙玉娟.大數據下的線性代數課程教學[J].無線互聯科技，2019（07）：85-86.

[2]覃利華.大數據時代下線性代數教學改革的研究[J].教育現代化，2019（24）：102-104.

[3]閔莉花.線性代數課程“互聯網+”教學模式初探[J].科技資訊，2015（027）：115-116.

[4]胡瑩瑩，孫毅.《線性代數》課程教學改革的研究與思考 [J].吉林省教育學院學報，2018（3）：49-52.

[5]黃小玲，葉國棟.高校《線性代數》課程的教學改革研究與探索[J].教育現代化，2019（27）：66-67+84.

[6]馮瑩瑩，熊彥.線性代數課堂教學方法探討[J].數學學習與研究，2016（11）：23-24.

基金項目：本文受“高等學校大學數學教學研究與發展中心項目”資助。

作者系南京工業大學講師，碩士