在大學(xué)數(shù)學(xué)課程中開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性

摘 要：主要從三個(gè)方面闡述了開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性：一是培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新人才的需要；二是提高教師信息化教學(xué)的主要手段；三是數(shù)學(xué)教學(xué)改革與發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：大學(xué)數(shù)學(xué) 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn) 數(shù)學(xué)軟件

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）04（a）-0025-02

在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，MATL AB、Mathmetica、MATHCAD、SSPS等諸多計(jì)算軟件的出現(xiàn)為科學(xué)、工程計(jì)算注入活力的同時(shí)，也對(duì)大中專院校數(shù)學(xué)科目的教學(xué)提出了新的要求[1]。數(shù)學(xué)這門課程相對(duì)工程技術(shù)學(xué)科理論性很強(qiáng)，除了讓學(xué)生從根本上理解基本數(shù)學(xué)原理外，如何使他們運(yùn)用這些計(jì)算軟件做到舉一反三，完成好數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)的消化與理解是所有數(shù)學(xué)教育從業(yè)者的共識(shí)。大學(xué)數(shù)學(xué)教育不僅只是注重學(xué)生計(jì)算能力、幾何直觀能力與邏輯思維能力的培養(yǎng)，還要培養(yǎng)他們對(duì)數(shù)學(xué)的創(chuàng)新能力與應(yīng)用意識(shí)。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的引入為培養(yǎng)這些能力提供了有利條件。把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)融入大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系中不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，還可以增強(qiáng)任課教師的現(xiàn)代化教學(xué)意識(shí)，同時(shí)這也是大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的一個(gè)必然趨勢(shì)。

1 開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)體系比較側(cè)重基本概念、公式推導(dǎo)、計(jì)算方法和定理證明等，強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算，這些雖然在一定程度上可以增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力、培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，但一味的給學(xué)生灌輸數(shù)學(xué)理論，缺乏基于計(jì)算軟件的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，勢(shì)必難以引起學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。所以在講清數(shù)學(xué)原理的同時(shí)，有必要適當(dāng)增加數(shù)學(xué)應(yīng)用環(huán)節(jié)。始于1992年的全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽是加強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的一種有益嘗試，得到了高校學(xué)生與教育界的充分肯定。建模競賽不同于傳統(tǒng)意義上以單純考察學(xué)生數(shù)學(xué)計(jì)算與證明為目的的數(shù)學(xué)競賽，而是要求參賽者通過對(duì)現(xiàn)實(shí)問題深入細(xì)微的觀察與分析，靈活巧妙地運(yùn)用各種數(shù)學(xué)知識(shí)從實(shí)際課題中抽象、提煉出數(shù)學(xué)模型，用借助計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算得到的結(jié)果來解釋實(shí)際問題，并接受實(shí)際的檢驗(yàn)，這充分體現(xiàn)了數(shù)學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用價(jià)值。為進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用意識(shí)并培養(yǎng)他們用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)去認(rèn)識(shí)問題和解決實(shí)際問題的能力，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)可以說是又一次大膽試驗(yàn)。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，在教師指導(dǎo)下將所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題中，目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)借助數(shù)學(xué)軟件解決數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)問題，使學(xué)生在做數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中能對(duì)所學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課的概念、定義和內(nèi)容有更直觀、深入的理解和體驗(yàn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展為這種試驗(yàn)提供了良好條件。借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能、圖像顯示功能并伴隨著各種數(shù)學(xué)軟件的不斷升級(jí)，使得學(xué)生不但可以根據(jù)需要選擇合適的軟件，而且還可以在分析結(jié)果時(shí)對(duì)屏幕上的信息通過幾何的、數(shù)值的觀察、類比與聯(lián)想，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提出解決問題的方法?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)提供的有利條件，學(xué)生親自動(dòng)手、動(dòng)腦，有效提高了他們的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力[2]。

一直以來，數(shù)學(xué)給人的印象是枯燥乏味的，多數(shù)人認(rèn)為數(shù)學(xué)就是“死記硬背+考試”，這種意識(shí)勢(shì)必會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)植入大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系后，學(xué)生不單是的被動(dòng)的聽眾，更要親自動(dòng)手設(shè)計(jì)操作，對(duì)課本結(jié)論的好奇不同程度地調(diào)動(dòng)了他們參與實(shí)驗(yàn)的興趣，從而體現(xiàn)了學(xué)生的主體學(xué)習(xí)意識(shí)，而不是傳統(tǒng)的填鴨式學(xué)習(xí)。某些開放性實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)激發(fā)了學(xué)生解決實(shí)際問題的欲望，有利于讓學(xué)生對(duì)自己的知識(shí)進(jìn)行重新整合，在查閱相關(guān)資料的同時(shí)又對(duì)其作出了延伸與拓展，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生自覺、主動(dòng)探索新的解決問題的方法，教師只起指導(dǎo)作用，這有助于提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用與獨(dú)立思考能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。

2 開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是提高教師信息化教學(xué)的有效手段

在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于計(jì)算機(jī)的引入和數(shù)學(xué)軟件包的應(yīng)用，使學(xué)生擺脫了繁重的乏味的數(shù)學(xué)演算和數(shù)值計(jì)算，為數(shù)學(xué)的思想與方法注入了更多、更廣泛的內(nèi)容，促進(jìn)了數(shù)學(xué)同其他學(xué)科之間的結(jié)合，從而使學(xué)生有時(shí)間去做更多的創(chuàng)造性工作[3]。正是因?yàn)閿?shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，對(duì)教師提出了更高的要求，為了滿足學(xué)生基于數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件學(xué)習(xí)的需要，教師首先應(yīng)在信息化教學(xué)方面提高自己的業(yè)務(wù)能力。

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是結(jié)合相關(guān)軟件來完成的，教師課前不但要熟悉諸如MATLAB、Mathm- etica、MATHCAD、SSPS、SAS、Maple等一些常見的軟件環(huán)境，而且還要掌握J(rèn)AVA和C語言等程序語言工具的使用，并能用LaTeX、amsTeX、CCT、CJK等系統(tǒng)對(duì)數(shù)學(xué)符號(hào)和公式進(jìn)行排版。由此可見，教師良好的軟件應(yīng)用水平是教好數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的前提與基礎(chǔ)。

現(xiàn)在有條件的高校大多都借助計(jì)算機(jī)技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中推行了多媒體輔助教學(xué)，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)學(xué)信息化教學(xué)。交互式電子課件數(shù)形結(jié)合，集演示與實(shí)驗(yàn)與一體，把一些難以板書或口述的復(fù)雜圖形經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)處理后，直觀形象，生動(dòng)有趣，使學(xué)生更易理解，這極大豐富了數(shù)學(xué)教學(xué)的表現(xiàn)形式與手法。信息化教學(xué)使得枯燥的問題趣味化，復(fù)雜的問題簡單化，抽象的問題具體化，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)手法的不足，兩種手段相互滲透，相互促進(jìn)，共同提高了教學(xué)質(zhì)量。

3 開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是數(shù)學(xué)教學(xué)改革與發(fā)展的必然趨勢(shì)

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門新的改革課程，是數(shù)學(xué)教學(xué)體系、內(nèi)容與方法改革的一項(xiàng)嘗試。它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)學(xué)軟件的發(fā)展而被廣大數(shù)學(xué)教育工作者逐步提起的新事物。在大學(xué)中開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課為學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)際操作能力的提高提供了良好條件，求解線性方程組、數(shù)值微分與積分、求解常微分方程等典型的數(shù)學(xué)問題，借助計(jì)算機(jī)便可輕易完成，使學(xué)生擺脫了繁雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，進(jìn)而有更多的時(shí)間與精力去做其它一些創(chuàng)造性的工作，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)無疑有效地推動(dòng)了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)并促進(jìn)了大學(xué)數(shù)學(xué)的改革與發(fā)展。大學(xué)數(shù)學(xué)教育中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)同時(shí)也是教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”課題組的主要研究成果，他們建議把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為高校非數(shù)學(xué)類專業(yè)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課之一。國內(nèi)有些高校由此嘗試開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)并將其作為必修課，都取得了很好的效果。一年一度的數(shù)學(xué)建模競賽也對(duì)學(xué)生的計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)軟件水平提出了更高的要求，促成了高校對(duì)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)進(jìn)行改革的思考。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及大量專業(yè)數(shù)學(xué)軟件的出現(xiàn)極大推動(dòng)了數(shù)學(xué)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。數(shù)學(xué)一改原來給人們的“一張紙+一支筆”繁瑣計(jì)算的刻板印象，現(xiàn)在在處理現(xiàn)實(shí)問題時(shí)，人們只需根據(jù)實(shí)際問題抽象出一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型，提出如何求解它的方法，而對(duì)問題的求解這個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過程則可以交給計(jì)算機(jī)來完成。

4 結(jié)語

開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)符合現(xiàn)代教育規(guī)律，也適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。在當(dāng)今的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系中融入數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等數(shù)學(xué)教育未來的發(fā)展方向。在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，秉承培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的理念，扎實(shí)推進(jìn)教學(xué)改革是每個(gè)數(shù)學(xué)教育工作者的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)

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