利用網絡平臺進行數學物理方程課程輔助教學的探討

凌 智，張群英

利用網絡平臺進行數學物理方程課程輔助教學的探討

凌 智，張群英

本文分析了數學物理方程課程傳統(tǒng)課堂教學模式在教育信息化的新形勢下存在的一些不足，探討了如何利用網絡教學平臺對數學物理方程課程實施有效的輔助教學，建立新的課程教學模式以提高學生學習數學物理方程的興趣，有效激發(fā)學生的學習主動性，更好地培養(yǎng)學生的解決實際問題的能力。

數學物理方程；網絡平臺；輔助教學

凌智/揚州大學數學科學學院副教授，博士（江蘇揚州 225002）；張群英/揚州大學數學科學學院講師，博士（江蘇揚州 225002）。

隨著Internet技術的廣泛應用以及網絡基礎設施的逐步完善，我國的信息化教育發(fā)展迅速，水平也在不斷提高[1]。越來越多的學科正在重新思考他們的傳統(tǒng)教學理念和技術，以適應新技術和時代的發(fā)展。與此同時，隨著精品課程建設的大力發(fā)展，利用網絡教學平臺豐富教學資源、輔助教學也越來越受到重視。如何合理地將傳統(tǒng)的教學模式與快速、高效的網絡教學平臺相結合來強化學生的綜合運用知識解決實際問題的能力以及培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力，已成為高校教學改革研究需要解決的重要問題之一。本文就如何利用網絡平臺進行數學物理方程課程輔助教學，培養(yǎng)學生學習數學物理方程的興趣，有效激發(fā)學生的學習主動性，更好地培養(yǎng)學生的解決實際問題的能力做一些探討。

一、數學物理方程課程的應用背景

目前，許多高等院校理工科都開設了數學物理方程課程。該課程主要研究物理學、生物學以及其它一些自然科學和工程中所產生的一些典型偏微分方程。從課程的結構和特色來看，數學物理方程是最能體現數學素質教育特色的課程。它所涉及的數學問題多樣而復雜，并且絕大多數都與自然現象和工程實際問題有關，因此，具有很強的實際應用背景。而現實世界和生產實踐活動中又會不斷地提出或產生需要解決的新課題。這些問題往往所涉及的數學物理方程多樣而復雜,因此它又不斷地促進著許多相關數學分支（如泛函分析、復變函數、微分幾何、計算數學等)的發(fā)展,并從中引進許多的解決問題的有力工具[2]。由此可見,數學物理方程是純粹數學的許多分支和自然科學及工程技術等領域之間的一個重要橋梁。

二、傳統(tǒng)教學模式的不足

數學物理方程課程的傳統(tǒng)教學模式往往是一種灌輸式的教學模式。該模式以老師課堂講授為主，而學生處于被動接受的狀態(tài)，學生只能通過課后再看書進行消化和吸收。再加上學生要面對大量的前期基礎課和專業(yè)課程，理論性內容較多，因此學生學起該課程來自然會感覺很單調，枯燥無味，很難學好，更談不上應用所學知識來解決問題。此外，很多高校數學物理課程的考試多采用開卷考試的考核形式，教學效果可見一斑。究其原因，傳統(tǒng)的教學模式忽視了學生學習的主動性，在學習過程中學生只是被動地接受知識，缺乏自主探索的機會，不利于培養(yǎng)學生的自學能力，也無法有效地調動學生的學習積極性、主動性和創(chuàng)造性。因此，這種教學模式很難培養(yǎng)出適應新形勢的創(chuàng)新型理工科人才。

三、網絡教學平臺內容體系的構建

構建數學物理方程課程網絡教學平臺可以為學生的學習提供豐富的教學資源、形成良好的反饋機制、實現高效的互動功能，充分發(fā)揮其在課堂教學和課外輔助教學中的作用[3]。在具體的實踐中，我們構建了該課程網絡教學平臺體系的四大功能模塊：系統(tǒng)管理功能模塊、資源管理功能模塊、教學支持功能模塊和教務管理功能模塊[4]，如圖1所示。

圖1 網絡教學平臺模塊結構示意圖

其中，系統(tǒng)管理模塊可以在線對模塊組織、用戶信息等進行管理。一方面對用戶的使用情況進行查看，包括教師在線的活動情況，如，刪增教學資源，解答學生問題等以及學生在線學習的情況，另一方面還可以對功能模塊進行定義。資源管理模塊是對教師提供上傳、對學生提供下載教學資源的接口。可以為教師和學生提供大量可供檢索的教學素材資源、視頻資源以及網絡課程。教學支持模塊主要是為學生提供網上學習環(huán)境。在該模塊下，教學文件搭載有教師上課的教學大綱、教學日歷、電子講稿、教案等。此外教學日志、師生互動平臺等也搭載在該模塊下。教務管理模塊主要功能是控制學生通過注冊和教師審核以后才能登錄數學物理方程課程網絡教學平臺。在該模塊中，教務管理人員除了可以及時發(fā)布教學、教務信息，對網絡教學平臺的使用情況進行觀摩和巡視，還可以進行教務管理的查詢檢索，開展問卷調查等活動。

四、網絡教學平臺輔助教學的實施方式

1．修訂教學大綱以適應教學的需要。目前，國內大多數數學物理方程課程的教材都是首先介紹具有物理背景的若干經典數學物理方程的推導；然后介紹數學物理方程的分類及定解問題；最后給出定解問題的一些求解方法。這樣，學生在開始學習該課程時就會遇到繁瑣的方程推導和冗長的求解過程，倍感解決一個數學物理方程定解問題十分困難，往往從一開始就會失去對該門課程的學習興趣。為此，運用網絡進行輔助教學可以使學生從掌握一些簡單數學物理方程的求解入手，鼓勵學生利用一些軟件，如Matlab、Maple等對所學的方程進行可視化的求解[5]，更加直觀、形象地了解問題的解的性態(tài)。為了從根本上有所改變，我們對原有的數學物理方程課程教學大綱中的各章節(jié)理論課時進行了適當的調整，特別補充了一些實驗課時，并制定了實驗大綱。同時也制作了數學物理方程多媒體課件。我們研究了使用多媒體實施教學的弊端，并提出一些克服辦法，尤其是補充了一些直觀算例，在此基礎上形成了高質量的多媒體教案。

2．基于網絡教學平臺的教學互動。眾所周知，師生交互應貫穿教與學的整個過程，而教學改革最重要的一個環(huán)節(jié)就是師生交互。網絡教學平臺的最大優(yōu)勢就在于網絡在空間和時間兩個方面為實現師生的交互提供了可能。目前，學生借助網絡教學平臺，可以隨時查看教學大綱、電子教案，共享一些方程求解的源程序資源等。借助網絡教學平臺的討論區(qū)，學生可以上傳他們在學習中遇到的問題，在學生與學生之間、學生與教師之間，互相從問題的不同側面進行探討與辯論。同時學生也可以對課程的學習提出自己的看法等。這些互動可以使學生對數學問題的來龍去脈進行充分探索，更加全面地認識問題，從而深刻地掌握知識。采用新型的“課堂教學+網絡教學互動”教學模式，以課堂講授為主,教學平臺討論交流為輔可以進一步增強師生之間、同學之間的溝通，從而進一步提高了學生學習數學物理方程課程的興趣和積極性。在彌補傳統(tǒng)課堂教學模式不足的同時,提高了教學效率和質量。

3．以問題驅動培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。針對課程的應用背景強這一特點，在教改中增設了實驗性教學環(huán)節(jié)。一方面，通過教師在網絡教學平臺的引導，學生可以在互聯網上查閱相關資料、了解相關的學科前沿動態(tài)。在此基礎上，通過解決一些預設的實際問題，讓學生更多地了解該課程知識的背景和實用性。在實際問題的驅動下，學生的求知欲望也更加強烈。另一方面，鼓勵學生在各種專業(yè)論壇上尋找到許多需要利用數學物理方程知識來解決的一些工程上的具體問題來做。如果他們充分掌握了所學的知識，就敢于介入這些問題的探討，并大膽提出自己的觀點，設計出合理的解決方案，更有甚者還會利用計算機進行仿真，更加直觀地了解問題解答的實際狀況。學生在解決實際問題中獲得的滿足感和成就感是不言而喻的，這樣既培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，又能激發(fā)學生更濃的學習興趣，形成良性循環(huán)。從這一點來看，網絡教學平臺對課堂教學的輔助效果是十分明顯的。

五、結語

基于網絡學習平臺開展的教學，不僅是對傳統(tǒng)教學的一種有益補充，而且是一種全新的學習方式，是信息技術、網絡計算機和多媒體發(fā)展到一定程度的必然產物[6]?；贗nternet構建數學物理方程課程網絡教學平臺開展教學可以激發(fā)學生的學習興趣，使學生在學習活動中發(fā)揮更加積極的作用。而其中利用計算機仿真模擬數學的理論結果則是一個有效的學習方法，它可以簡化理論的理解，鼓勵學生探索和實踐，無疑也能讓學習過程更加愉快。因此，利用網絡教學平臺對數學物理方程課程進行輔助教學不僅可以提高教學質量和教學效率，還能充分調動學生的學習積極性，增強學生自主學習的能力。但是我們也應該注意到教師和學生必須在整個教學過程中扮演好各自的角色,既要充分發(fā)揮網絡優(yōu)勢,又不能過分地依賴網絡。只有這樣，利用網絡教學平臺對數學物理方程課程進行輔助教學才能真正有效地提升數學物理方程課程的信息化教學水平。

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[1]李永明．教育信息化的現狀與思考[J]．文教資料,2009（17）

[2]白江紅．數學物理方程課程教學的實踐與體會[J]．長春師范學院學報(自然科學版),2011（3）

[3]劉淳，章強，武齊陽等．交互式網絡教學平臺的研究與實現[J]．南京大學學報(自然科學版),2006（1）

[4]蔡文青，梁斌．網絡教學平臺在C++程序設計課程教學改革中的運用[J]．計算機教育，2011（1）

[5]彭芳麟.數學物理方程的MATLAB解法與可視化[M].清華大學出版社,2004

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1671-6531(2013)18-0103-02

責任編輯：姚 旺