MATLAB在士官院校數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究

肖峰 張敏 劉俊

摘 要：隨著軍隊(duì)院校體制改革的不斷深化，士官職業(yè)技術(shù)教育對(duì)學(xué)員應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力要求也越來越高。文章針對(duì)MATLAB軟件在士官數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用展開討論，基于 MATLAB軟件的優(yōu)勢(shì)和可行性分析，具體闡述借助MATLAB軟件提高士官學(xué)員學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)興趣的有效途徑。

關(guān)鍵詞：MATLAB軟件;高等數(shù)學(xué);士官院校;職業(yè)教育

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2020）25-0120-02

高等數(shù)學(xué)是士官職業(yè)技術(shù)教育的重要組成部分，高等數(shù)學(xué)知識(shí)的枯燥性以及教學(xué)模式的單一性，再加上大部分士官學(xué)員的數(shù)學(xué)水平有限，使得士官學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中對(duì)高等數(shù)學(xué)知識(shí)難以理解。為提高學(xué)員學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的積極性，培養(yǎng)其數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，教師可以利用MATLAB軟件的數(shù)據(jù)計(jì)算和圖形可視化的功能，將理論與實(shí)踐課程相結(jié)合，并從MATLAB的基礎(chǔ)功能和編程入手，由淺入深，循序漸進(jìn)，逐步深入，以激發(fā)士官學(xué)員學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣和欲望，提升士官學(xué)員學(xué)習(xí)成就感，從而達(dá)到提高高等數(shù)學(xué)教學(xué)效率的目的。

一、MATLAB軟件簡(jiǎn)介

MATLAB最早是美國MathWorks公司設(shè)計(jì)并推出的一款商業(yè)性的應(yīng)用軟件，也是國際科學(xué)界應(yīng)用極為廣泛的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言之一。掌握MATLAB編程語言，不但有助于更深入理解和掌握數(shù)學(xué)問題的求解思路，提高求解數(shù)學(xué)問題的能力，而且可以充分利用該語言在其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)中得到積極的幫助。MATLAB的產(chǎn)生與數(shù)學(xué)計(jì)算是密不可分的，隨著實(shí)際數(shù)據(jù)規(guī)模逐漸龐大，MATLAB編程語言在應(yīng)用數(shù)學(xué)中占據(jù)重要地位。就教學(xué)而言，考慮士官學(xué)員學(xué)習(xí)能力較為薄弱，課程應(yīng)由淺入深，如介紹從MATLAB的安裝、工作環(huán)境和通用命令的使用到MATLAB的簡(jiǎn)單基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)學(xué)運(yùn)算和繪圖等，使學(xué)員能夠快速掌握運(yùn)用MATLAB解決數(shù)學(xué)問題的能力。

二、MATLAB軟件在士官數(shù)學(xué)教學(xué)中的可行性分析

MATLAB 又稱矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory），將MATLAB軟件引入士官職業(yè)技術(shù)教育的數(shù)學(xué)課程中，其目的是向士官學(xué)員展示數(shù)學(xué)知識(shí)與現(xiàn)代科技的融合，引起他們的學(xué)習(xí)興趣?，F(xiàn)在大多士官學(xué)員是“零零”后，相比于數(shù)學(xué)，他們對(duì)電腦更感興趣。如果將數(shù)學(xué)知識(shí)與電腦中的數(shù)學(xué)軟件結(jié)合起來，就容易讓士官學(xué)員多動(dòng)手，勤操作，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。因此，在具體的教學(xué)中，每一個(gè)章節(jié)學(xué)習(xí)完畢后，教員就需要引導(dǎo)學(xué)員到機(jī)房中進(jìn)行MATLAB軟件的實(shí)戰(zhàn)學(xué)習(xí)。士官學(xué)員可帶著問題，對(duì)比軟件計(jì)算和理論推導(dǎo)過程，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。因此，將 MATLAB 實(shí)踐課程引入士官學(xué)員的數(shù)學(xué)教學(xué)中是非常有必要的。

隨著軍隊(duì)士官院校計(jì)算機(jī)設(shè)備的不斷更新完善，學(xué)校已具備實(shí)施 MATLAB軟件教學(xué)的條件，已經(jīng)能夠滿足士官接受職業(yè)技術(shù)教育的學(xué)習(xí)需要。另外，士官學(xué)員學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的現(xiàn)狀要求將 MATLAB 軟件加入到數(shù)學(xué)教學(xué)中。由于軍隊(duì)士官院校的士官學(xué)員數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，特別是對(duì)于高等數(shù)學(xué)這樣一門既需要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，又考驗(yàn)學(xué)員邏輯思維能力的基礎(chǔ)課程，很多學(xué)員在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的過程中會(huì)感到力不從心，或者對(duì)部分?jǐn)?shù)學(xué)概念的理解有誤，從而產(chǎn)生厭學(xué)心態(tài)。所以，要利用 MATLAB 軟件輔助教學(xué)，讓學(xué)員充分利用計(jì)算機(jī)軟件的數(shù)值功能和圖形功能理解基本概念，以激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的興趣，提升其解決數(shù)學(xué)問題的能力。

三、MATLAB 軟件在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

士官職業(yè)技術(shù)教育針對(duì)士官學(xué)員進(jìn)行的高等數(shù)學(xué)知識(shí)的教學(xué)具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性。但想要讓士官學(xué)員充分內(nèi)化吸收數(shù)學(xué)知識(shí)并運(yùn)用到實(shí)際工作中，就需要士官學(xué)員對(duì)基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行深入理解和掌握。士官學(xué)員數(shù)學(xué)教學(xué)的基本知識(shí)包括極限與連續(xù)、導(dǎo)數(shù)、微分和積分及其應(yīng)用等。這些內(nèi)容對(duì)于士官學(xué)員來說，比較抽象難懂。教員如果僅僅采用單純講授的方式，難以達(dá)到良好的效果，因此可以采取理論和實(shí)踐課程（MATLAB實(shí)踐教學(xué)）相結(jié)合的方式，通過 MATLAB軟件將教學(xué)內(nèi)容以程序運(yùn)算或者圖形展示的形式呈現(xiàn)出來，這樣士官學(xué)員就能順利地理解和掌握數(shù)學(xué)概念，并獲得成就感。

比如，教員在講授函數(shù)極限的概念時(shí)，通過前期大家對(duì)數(shù)列極限的學(xué)習(xí)，以及課前預(yù)習(xí)，可以對(duì)比數(shù)列極限與函數(shù)極限的異同，通過MATLAB實(shí)踐課程，利用其圖形窗口將函數(shù)圖像直觀展現(xiàn)在學(xué)員面前，使枯燥的函數(shù)極限概念以直觀化的形式表現(xiàn)出來，提升學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性。此外，在求解函數(shù)極限時(shí)，教員除了在課堂上教授學(xué)員關(guān)于函數(shù)極限的運(yùn)算法則、兩個(gè)重要極限、等價(jià)無窮小代換以及洛必達(dá)法則等求解方式外，還需要通過實(shí)踐課讓學(xué)員學(xué)習(xí)利用MATLAB的簡(jiǎn)單編程語句來求解函數(shù)極限， 體會(huì)其中的方便與迅速。這樣學(xué)員在遇到某些難以解決的函數(shù)極限問題時(shí)，就可以通過MATLAB十分方便地獲得答案。根據(jù)學(xué)員的掌握情況，教員可以適當(dāng)拓展MATLAB的函數(shù)極限求解，例如當(dāng)需要求解單邊極限的時(shí)候，應(yīng)修改語句為：L=limit（f， x， x0，'left'或'right'）。

再比如，教員在給士官學(xué)員講解函數(shù)求導(dǎo)的計(jì)算時(shí)，首先通過課堂講授函數(shù)的和、差、積、商的求導(dǎo)法則、基本初等導(dǎo)數(shù)公式以及復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)法則，來解決不同類型的函數(shù)求導(dǎo)問題。然后，教員通過實(shí)踐課，利用MATLAB軟件求解函數(shù)的導(dǎo)數(shù)問題，體會(huì)利用軟件求解導(dǎo)數(shù)的方便、快捷和準(zhǔn)確。此外，實(shí)踐課還能夠進(jìn)一步拓展函數(shù)求導(dǎo)的知識(shí)，通過MATLAB編程語言f1=diff（f， x， n），可以求函數(shù)f的任意階導(dǎo)數(shù)。最后，要讓士官學(xué)員在掌握一定的函數(shù)求導(dǎo)公式和技巧的基礎(chǔ)上，當(dāng)遇到求解起來非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題時(shí)，能夠利用MATLAB軟件快速求解。這樣的實(shí)踐課程自然會(huì)讓士官學(xué)員認(rèn)識(shí)到MATLAB數(shù)學(xué)軟件的強(qiáng)大與便捷。

四、結(jié)束語

MATLAB 數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用于士官數(shù)學(xué)教學(xué)能夠有效提高士官學(xué)員對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力，將一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)概念直觀化、具體化。這可以讓學(xué)員心中單調(diào)而又枯燥的數(shù)學(xué)知識(shí)變得形象生動(dòng)起來。此外，教員在傳授高等數(shù)學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，還可以結(jié)合MATLAB進(jìn)行數(shù)學(xué)建模教學(xué)，進(jìn)一步提高數(shù)學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉蕓.淺析MATLAB 繪圖功能在高等數(shù)學(xué)中的應(yīng)用[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（07）.

[2]薛定宇.高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問題的MATLAB求解（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]張穎.MATLAB 在線性代數(shù)教學(xué)中的若干應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2016（09）.