邢志紅 趙 坤
(佳木斯大學理學院,黑龍江 佳木斯 154007)
隨著社會的進步、科學技術的發(fā)展和高等教育水平的不斷提高,數學已滲透到自然科學、經濟、金融、社會等各個領域,而且其影響越來越大。如今,高等數學課已成為高等院校非數學類各專業(yè)學生都應該學習的課程。高等數學課作為各專業(yè)的主干基礎課程,對培養(yǎng)學生的邏輯思維能力,分析問題、解決問題的能力,建立數學模型的能力,對開闊學生思路,提高學生綜合素質等都有很大幫助。
1.1 高等數學教學內容陳舊落后。教學內容總體上沿用20世紀60年代的體系,幾百年來教材體系本質上沒有多大的變化,許多仍離不開前蘇聯教材的框架和模式。突出的問題表現在重知識的傳輸、輕能力的培養(yǎng),重技巧的訓練、輕數學思想的學習,重理論教學、輕數學應用的訓練,經典較多、現代不足,連續(xù)較多、離散不足,分析推導較多、數值計算不足。缺乏現代數學的思想、觀點、概念和方法,也缺乏現代數學的術語和符號。隨著科學技術的不斷發(fā)展,原有的內容和體系離今天的實際已越來越遠,學生從課堂上所學道的數學知識在實際中不能運用,而在實踐中能夠用得上的,課堂上卻又不學或者很少學到,這種教學與實際嚴重脫節(jié)的現象極大的影響了人才培養(yǎng)的質量,也很大程度上影響了學生求知用學的學習積極性和數學素質的提高。因此,改革教學內容和課程體系已迫在眉睫。
1.2 教學時數和教學內容安排不合理。近幾年來,在提倡創(chuàng)新教育和素質教育教學改革中,總的課堂教學時數普遍被壓縮,各專業(yè)又爭相強調本專業(yè)課程的重要性,高等數學課程作為公共基礎課,課時得不到根本的保證,教學內容和教學時數的矛盾突出,不能很好地完成教學內容,無法滿足后繼課程和相關專業(yè)的需要。而高等數學課程內容又強調盡可能完整,理論闡述盡可能詳盡,結構體系盡可能嚴密,缺乏對現代數學知識的更新和補充,忽視在實際工程中的應用,課程靈活性不夠,少有兼顧學生和社會發(fā)展的真實需求。培養(yǎng)出來的學生適應能力差,后勁不足等等,已經使大學的教學質量令人擔憂。
1.3 高等數學的應用面窄,僅停留在古典的幾何和物理問題上,很少涉及到其它領域的應用,無形中限制了高等數學應用的廣泛性,在內容方法上缺乏工程中慣用的方法介紹,實用性較弱。
1.4 忽視建模能力和實際計算能力的培養(yǎng)。事實上數學建模是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題的最好方法和途徑。而現行教學內容則偏重于解題技巧,忽視了數學建模訓練與計算機有關的數值計算方面的訓練。
國家教委“九五”立項課題《工科數學教學內容和課程體系改革的研究與實踐》課題組提出了工科大學生必備以下四個方面的數學基礎:連續(xù)量的數學基礎-以微積分為代表的工科數學分析基礎;離散量的數學基礎-以線性代數和解析幾何為主體的代數與幾何基礎;隨機量的數學基礎-概率論與數理統計;數學應用基礎-以數學建模、數值計算和數據處理為主體的數學實驗。根據此精神和要求,我們課題組從新的視角對高等數學的教學內容進行了改革:
2.1 在教學過程中增加歷史人物與歷史背景的介紹。這樣,一方面可以活躍課堂氣氛,給學生創(chuàng)造出一種輕松愉快的氛圍,從而提高學生學習高等數學的興趣。另一方面,可以啟迪他們怎樣去發(fā)現問題與研究問題的欲望,從而提高學生學習高等數學的積極性。
2.2 根據當代科技與數學科學的發(fā)展,對教學內容進行吐故納新,處理好傳統內容與現代內容的關系。用現代數學的觀點、思想、方法統率和改革傳統的教學內容,促進分析、代數與幾何的相互滲透和有機結合,促進教學內容的重組和體系的更新,淡化運算技巧和訓練,強化綜合應用能力的培養(yǎng)。在講解經典內容的同時,注意滲透現代數學的觀點、方法、術語和符號,為現代數學適當地提供內容展示的窗口和延伸發(fā)展接口,培養(yǎng)學生獲取現代數學知識的能力。
2.3 淡化抽象理論部分,加強其直觀性。在內容主次處理上,突出重點,對概念強調理解,對定理公式強調背景和應用。如對極限分析定義的處理,我們一改過去過多講述分析定義的做法,通過極限的描述性定義和應用舉例,使學生充分理解極限思想方法的實質,了解這一思想方法的應用價值,使學生一開始就認識到了極限思想的重要性和應用的廣泛性,并使學生從難以理解的極限分析定義中解脫出來,這樣即使學生對極限思想有了充分的認識,又掃清了學生對極限概念學習的障礙。在教學內容改革中,我們還對一些傳統的理論推導,做了新的改進,如對于幾個中值定理的推證,突出了其幾何特征的說明,通過幾何特征的分析,減少了其抽象性,加深了理解。
2.4 增強應用性。高等數學不能像過去那樣以培養(yǎng)學生的抽象思維和邏輯推理為目標,而應培養(yǎng)學生實際工作中解決問題的能力。在教學內容的選擇上應增強應用性,使數學應用與數學理論有機結合起來。為此在教材中除了保留原有的幾何、物理、電學方面的例子外,還引入了如經濟學、生物學、天文學、醫(yī)學等領域的例子,力求用形象的典型實例來闡明數學的觀點,以增強學生的應用意識,使學生感受到數學不是枯燥無味的知識積累,而是幫助人們解決實際問題的必不可少的工具,從而提高學生的學習興趣。
2.5 加強數學建模和數值計算,培養(yǎng)學生運用數學知識分析問題和解決問題的能力。在教學內容上,我們以數學建模為應用的主線,引導學生如何將錯綜復雜的實際問題,抽象為合理的數學模型,例如,在一元函數導數應用中,建立數學模型“產銷平衡狀態(tài)下的最優(yōu)價格”和“一個能裝500立方厘米飲料的鋁罐所用材料最少的尺寸”;在多元函數極值中,建立數學模型“消費者的平衡”;在微分方程中,用數學模型“懸索線方程”理解高階微分方程。 通過不斷的訓練使學生掌握把實際問題轉化為數學問題的方法,使學生感到對高等數學的學習是學有所用。在突出應用過程中,我們把擴大數學的應用面與數學建模能力培養(yǎng)結合起來,廣泛狩獵不同領域的知識,這樣不但使學生感到高等數學具有廣泛的應用,而且使學生建立數學模型的能力有了進一步的提高。
通過高等數學教學內容改革實踐,我校的高等數學教學體系取得了一定的成效。體現在:強化了基本概念的引入,注重闡明基本概念的實際背景;突出應用,加強了數學建模內容;重視數值計算與計算特征,為提高學生計算水平提供了素材;體現了數學在工程運用方面的特點,有利于將數學方法運用于工程技術中,具有一定的實效性;削弱了理論推導,增強了內容的直觀性;削弱了理論教學時數,加大了教學單位時間的知識含量,提高了教學效率;采用教學內容改革后的教學,學生在課堂紀律、課前預習、完成作業(yè)、主動發(fā)言等方面,都比教學內容改革前的教學有明顯的提高;本課題研究了我校不同層次、不同專業(yè)對數學知識的基本要求,針對學生情況和專業(yè)需求,遵循“必需、夠用”的原則,將高等數學課程分為四個不同教學內容、教學要求和學時的層次。
高等院校作為培養(yǎng)高素質人才的搖籃,加快構建適應新時期發(fā)展需要的人才培養(yǎng)模式,是當前高等院校教學改革的關鍵。事實表明,現代科學技術的發(fā)展和社會的進步離不開數學,這使得高等數學的教學在高等教育中的地位日益重要;由于數學所獨有的高度抽象性、嚴密性、邏輯性決定了其對于培養(yǎng)學生的分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力的突出作用;又由于數學在各個學科、專業(yè)的廣泛應用,學習數學已成為人們用來提高思維能力的重要載體,這就要求教師在教學過程中,嚴格遵循教育的發(fā)展規(guī)律,積極探索和研究高等數學教學內容的改革,不斷提高學生的創(chuàng)新思維能力,努力培養(yǎng)適應社會主義市場經濟需要的高素質人才。
[1]黎琳,“高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃”述評[J].高等理科教育,2001(2).
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[3]趙中時,面向未來,適應時代,轉變數學思想,更新教學觀念,工科數學,1999(4)
[4]同濟大學應用數學系 高等數學 [M]北京:高等教育出版社,2002