Matlab在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探討

顏茂

摘 要：Matlab是一款擁有強(qiáng)大的圖像可視化功能的現(xiàn)代數(shù)學(xué)軟件，其出色的人機(jī)交互式程序設(shè)計(jì)能夠很好地輔助高中數(shù)學(xué)的教學(xué)，尤其在函數(shù)等章節(jié)的教學(xué)中，應(yīng)用效果顯著。本文簡要介紹了Matlab軟件及其主要特點(diǎn)，針對(duì)目前高中數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問題，以函數(shù)圖像的學(xué)習(xí)為例，具體探討了Matlab在高中數(shù)學(xué)中的教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Matlab；數(shù)學(xué)軟件；圖像處理；高中數(shù)學(xué)；教學(xué)方案設(shè)計(jì)

G633.6

引言

數(shù)形結(jié)合是數(shù)學(xué)教學(xué)中非常重要的一種思想方法，在高中數(shù)學(xué)中，學(xué)生開始接觸到大量復(fù)雜的幾何圖形或函數(shù)圖像，教師在課堂教學(xué)中經(jīng)常需要向?qū)W生們演示這些圖形，如果依靠傳統(tǒng)的教學(xué)方法，利用粉筆在黑板上作圖證明，一方面會(huì)占據(jù)過多的課堂時(shí)間，另一方面，學(xué)生也會(huì)覺得枯燥乏味，課堂教學(xué)效果大打折扣。Matlab軟件的出現(xiàn)，很好地解決了這個(gè)問題。教師利用這種新型的教學(xué)輔助工具，能夠從多個(gè)方面、多個(gè)角度為學(xué)生講解更為精細(xì)的理論和精準(zhǔn)的圖像結(jié)構(gòu)，從而幫助他們更好地掌握和理解相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

一、Matlab簡介

Matlab 是一款由美國科技公司開發(fā)的應(yīng)用軟件，主要用于可視化和交互式程序設(shè)計(jì)等高科技的計(jì)算環(huán)境當(dāng)中。Matlab憑借其簡單易用的語言自推出后，得到了迅速的發(fā)展，受到各行各領(lǐng)域的廣泛青睞，并一躍成為第四代計(jì)算機(jī)語言。其主要特點(diǎn)主要如下：

①函數(shù)庫豐富、簡潔、程序自由、使用靈活，對(duì)于剛接觸Matlab軟件的初學(xué)者而言，可以直接調(diào)用函數(shù)庫而不用自己編寫子函數(shù)；

②具有良好的可移植性，在Matlab軟件中編寫的程序基本適用于各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)；

③擁有強(qiáng)大的圖像處理功能，輸入數(shù)據(jù)通過簡單操作便可快速生成圖像，同時(shí)也可以在圖形界面中對(duì)圖形作相應(yīng)的編輯處理。

總之，Matlab軟件在各領(lǐng)域中都有著廣泛的實(shí)用價(jià)值，在國外，很多高校都將其作為基本的教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生必須掌握。同樣，Matlab在我國高校理工科的眾多專業(yè)中也有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。隨著信息化教育技術(shù)逐漸進(jìn)入高中課堂，高中教師團(tuán)隊(duì)中也加入了越來越多能夠熟練操作計(jì)算機(jī)軟硬件的年輕教師，在高中數(shù)學(xué)課堂中使用Matlab軟件輔助教學(xué)已成為一種新的教學(xué)趨勢(shì)。

二、高中數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的主要問題及分析

目前高中數(shù)學(xué)教師在教學(xué)時(shí)，大多仍使用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在這種模式下，要想取得較好的教學(xué)效果，需要教師耐心重復(fù)知識(shí)點(diǎn)的講解，學(xué)生自身也需要不斷琢磨?？陀^而言，主要存在以下幾點(diǎn)問題：

（一）教學(xué)方法死板

教師在講解函數(shù)或幾何章節(jié)時(shí)，常常需要作圖演示，如果使用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，用粉筆在黑板上作圖，一方面，教師手動(dòng)作圖，對(duì)于一些復(fù)雜的圖形，很難保證圖形的準(zhǔn)確性并且占用了大量的課堂時(shí)間；另一方面，黑板作圖是靜態(tài)的圖形，是無法表示出圖像運(yùn)動(dòng)、變化的過程，例如在函數(shù)章節(jié)中，單純地靠黑板演示，學(xué)生把握函數(shù)圖像與函數(shù)性質(zhì)兩者之間的關(guān)系，對(duì)函數(shù)的理解還停留在代數(shù)式的意識(shí)層面上。

（二）教學(xué)沒有結(jié)合教學(xué)實(shí)際背景

高中數(shù)學(xué)知識(shí)具有一定的抽象性，教師在課堂教學(xué)時(shí)，很難結(jié)合生活實(shí)例來幫助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。由于教學(xué)內(nèi)容增多，難度增大，而課堂教學(xué)時(shí)間有限，所以教師在高中數(shù)學(xué)教育活動(dòng)中很少會(huì)去為學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，大多只是簡單地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)前面所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧整理，隨即進(jìn)入新的概念的講解。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法并不能幫助學(xué)生掌握并理解概念的背景，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)起來時(shí)，會(huì)覺得十分難懂、難學(xué)。

（三）學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，失去自由發(fā)展空問

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，大多時(shí)候，都是由教師在講臺(tái)上講，學(xué)生在下面記，教師問學(xué)生答，教師為了完成“教”而教，忽視了學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的主體地位，使其被動(dòng)地接受知識(shí)。此外這種靠機(jī)械記憶的教學(xué)方法，忽略了學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，阻礙了學(xué)生的全面發(fā)展。

綜上，目前我國傳統(tǒng)的高中數(shù)學(xué)教學(xué)方式還有很大的提升空間。毫無疑問，在信息化的教育背景下，高中數(shù)學(xué)教學(xué)也應(yīng)當(dāng)采取現(xiàn)代化的教學(xué)方式，利用現(xiàn)代科技軟件進(jìn)行輔助教學(xué)。

三、Matlab軟件在高中數(shù)學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)

本文以高中數(shù)學(xué)中函數(shù)教學(xué)為例，具體探討Matlab軟件在數(shù)學(xué)教學(xué)中的輔助作用與教學(xué)設(shè)計(jì)。函數(shù)具有典型的抽象性，教師如果用傳統(tǒng)的教學(xué)方法來講解函數(shù)章節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生很難對(duì)函數(shù)產(chǎn)生感性的認(rèn)知，理解起來很困難。采用Matlab軟件能夠很好地改善這一狀況，并且可以根據(jù)教學(xué)需求隨時(shí)修改變換函數(shù)圖像，使得教師的課堂教學(xué)更加靈活。在建構(gòu)主義教學(xué)理論的基礎(chǔ)上，我們針對(duì)高中函數(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)出了兩種教學(xué)課型，分別是教師演示式以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自學(xué)指導(dǎo)式。

（一）教師演示課型

這種課型主要是由學(xué)生提前預(yù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容并提出問題，課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)的方式探索答案。在繪制函數(shù)圖像時(shí)，由教師進(jìn)行演示，讓學(xué)生了解Matlab軟件的操作。Matlab能夠把函數(shù)抽象的概念、圖像性質(zhì)和變化特征詳細(xì)具體地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生對(duì)指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等發(fā)生過程一目了然，進(jìn)而突破函數(shù)教學(xué)的重難點(diǎn)。教師的課堂演示能夠幫助學(xué)生將函數(shù)抽象的內(nèi)容形象化，降低學(xué)習(xí)難度，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

（二）學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自學(xué)指導(dǎo)式教學(xué)課型。

這種教學(xué)課型下，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下思考課本中的問題，采用小組合作的方式并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，在此過程中，大部分時(shí)間由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師只需適時(shí)地進(jìn)行指導(dǎo)即可。這種教學(xué)方法將教學(xué)的重點(diǎn)由“教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)”，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力與自學(xué)能力，充分體現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位。

三、總結(jié)

總而言之，在現(xiàn)代化教學(xué)背景下，高中數(shù)學(xué)教師應(yīng)緊跟時(shí)代發(fā)展潮流，適當(dāng)利用Matlab等高科技的數(shù)學(xué)軟件來輔助自己的教學(xué)。一方面，教師借助這類輔助教學(xué)工具大大地簡化了備課和課堂演示的過程，節(jié)約更多的時(shí)間用于更好地服務(wù)于學(xué)生，加強(qiáng)與學(xué)生的溝通交流；另一方面，Matlab強(qiáng)大的圖像可視化功能能夠幫助學(xué)生更好地掌握和理解所學(xué)的知識(shí)，拓寬他們的知識(shí)視野，激發(fā)他們對(duì)于數(shù)學(xué)知識(shí)的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，課堂教學(xué)效果得到顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]昝友. 在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用圖形計(jì)算器的實(shí)踐與探索[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備. 2016（14）

[2]李旭. MATLAB與高中數(shù)學(xué)教學(xué)策略研究[J]. 教育現(xiàn)代化. 2016（21）