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    計(jì)算方法課程教學(xué)實(shí)踐

    2015-09-10 10:41:00黃毅胡二琴
    考試周刊 2015年5期
    關(guān)鍵詞:計(jì)算方法教學(xué)實(shí)踐教學(xué)方法

    黃毅 胡二琴

    摘 要: 隨著信息技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)計(jì)算已成為同理論研究、實(shí)驗(yàn)技術(shù)并立的第三種方法,對當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用,而計(jì)算方法則是科學(xué)計(jì)算的核心和靈魂。本文針對計(jì)算方法課程教學(xué)中存在的一些問題,結(jié)合計(jì)算方法課程的特點(diǎn),深入分析學(xué)生實(shí)際,介紹了教學(xué)中教學(xué)改革的一些嘗試,取得了良好的教學(xué)效果。

    關(guān)鍵詞: 計(jì)算方法 教學(xué)方法 教學(xué)實(shí)踐

    隨著信息技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,科學(xué)計(jì)算現(xiàn)已成為同理論研究、實(shí)驗(yàn)技術(shù)并立的第三種方法,對當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用??茖W(xué)計(jì)算的物質(zhì)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī),而科學(xué)計(jì)算的核心和靈魂則是計(jì)算方法。計(jì)算方法是數(shù)學(xué)科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科,是計(jì)算數(shù)學(xué)的一個(gè)重要分支。它不像純數(shù)學(xué)那樣只研究數(shù)學(xué)本身的理論,而是把理論與計(jì)算緊密結(jié)合,著重研究數(shù)學(xué)問題的數(shù)值方法及其理論。目前應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到許多的學(xué)科領(lǐng)域,形成了一系列邊緣學(xué)科,如計(jì)算物理、計(jì)算力學(xué)、計(jì)算化學(xué)等。對于從事工程與科學(xué)技術(shù)工作的人員,學(xué)習(xí)和掌握《計(jì)算方法》)是非常必要的。

    當(dāng)今,隨著高等教育的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異,教學(xué)的環(huán)境和要求也在不斷發(fā)生變化,要跟上時(shí)代的發(fā)展,教學(xué)需要不斷推陳出新。當(dāng)前一些教學(xué)的理念、方法和內(nèi)容顯得有些陳舊,與教學(xué)現(xiàn)狀不太適應(yīng)。同時(shí),傳統(tǒng)教學(xué)的理論體系完整、縝密,知識點(diǎn)全面,基本適用于所有的理工科學(xué)生,針對性不強(qiáng)。新形勢下,對于工科學(xué)生來說,教學(xué)更需要有針對性,并且突出實(shí)踐性。

    一、計(jì)算方法課程教學(xué)中存在的問題

    當(dāng)前的計(jì)算方法課程教學(xué)中,存在以下幾個(gè)問題。

    1.存在學(xué)時(shí)少,內(nèi)容多的矛盾。該課程的內(nèi)容非常豐富,綜合性強(qiáng),知識面廣。涉及的知識點(diǎn)多,需要用到高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)的許多知識,同時(shí)有許多這些教材沒有講到的知識需要補(bǔ)充,要求有一定的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用、編程的基礎(chǔ)。而其課時(shí)很少,一般只有32或48學(xué)時(shí),其中還包括上機(jī)實(shí)習(xí)的課時(shí)。

    2.課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)結(jié)合不夠緊密。計(jì)算方法是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,開課的目的在于解決學(xué)生在應(yīng)用中碰到的計(jì)算問題。傳統(tǒng)教學(xué)中,不能夠?qū)W(xué)生所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的一些科學(xué)計(jì)算問題融入教學(xué)內(nèi)容中,并做到有所側(cè)重地教學(xué),導(dǎo)致學(xué)生對這門課的認(rèn)識不是很清楚,學(xué)習(xí)目的不明確,缺乏學(xué)習(xí)興趣。

    3.數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)不夠。數(shù)值實(shí)驗(yàn)的課時(shí)少,學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會少,對計(jì)算方法和理論方法的差別理解不清,沒有直觀認(rèn)識。比如避免兩個(gè)相近數(shù)相減、防止大數(shù)吃掉小數(shù)等原則,在理論計(jì)算中沒有區(qū)別,在利用計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算中差別就很大了。學(xué)生常常不能理解,只要多動(dòng)手試驗(yàn),這些是很好理解的。

    二、計(jì)算方法課程教學(xué)方法研究與實(shí)踐

    我們根據(jù)工科院校人才培養(yǎng)目標(biāo),針對工科學(xué)生的特點(diǎn),突破傳統(tǒng)教學(xué)的窠臼,以“適度、夠用”為原則,精簡理論,從而最大限度地降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,易學(xué)易教,注重對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng),形成“理論+算法+程序+案例”的模式。

    1.教學(xué)內(nèi)容新老結(jié)合,適當(dāng)創(chuàng)新。傳統(tǒng)教學(xué),側(cè)重介紹數(shù)學(xué)原理及算法,采用C語言編程;我們在教學(xué)中側(cè)重實(shí)用性,注重案例分析,摒棄繁瑣理論推導(dǎo),改用Matlab軟件,易于編程,降低了課程前置要求,改變了學(xué)生“學(xué)不好、學(xué)好不會用、學(xué)后易忘記”的狀況。同時(shí),對傳統(tǒng)的理論進(jìn)行適當(dāng)壓縮,增加了近年來一些前沿方法的講解。例如將多層網(wǎng)格法、并行計(jì)算等新方法的思想融入教學(xué)中,并適當(dāng)介紹遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代計(jì)算智能方法及研究成果,擴(kuò)大學(xué)生的知識面。

    2.教學(xué)手段的改革。我們合理運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)和設(shè)備,以自制的電子教案講授理論,并配以多媒體動(dòng)畫演示,用符號計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)畫演示插值、擬合和數(shù)值積分等問題的求解及其誤差,配以必要的課堂板書。例如在講非線性方程的Newton法時(shí),我們用動(dòng)畫演示Newton法的迭代過程;用Matlab作圖區(qū)別單根和重根的情形,使學(xué)生直接發(fā)現(xiàn)用Newton法求單根和重根的收斂速度是不一樣的。清楚明了,易于理解,增強(qiáng)學(xué)生的直觀感,同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,有效解決學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾。

    3.教學(xué)體現(xiàn)針對性,突出實(shí)用性。我們針對工科學(xué)生的特點(diǎn),在簡明精煉的講授數(shù)學(xué)理論、傳統(tǒng)算法的同時(shí),注重引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具、數(shù)學(xué)手段和方法解決實(shí)際問題,加強(qiáng)了數(shù)值計(jì)算軟件的應(yīng)用及實(shí)際案例的分析,將數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想與方法融入課程的教學(xué)中。通過案例對學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn),尤其注重選取既具有實(shí)用背景又能對闡明基本概念有幫助、提高學(xué)生興趣的案例,鼓勵(lì)學(xué)生編程上機(jī)實(shí)現(xiàn),熟悉相關(guān)軟件工具,提高學(xué)生對知識的實(shí)際操作能力和綜合運(yùn)用知識的能力。

    4.注重實(shí)踐教學(xué),注重培養(yǎng)學(xué)生對知識的實(shí)際操作能力和綜合運(yùn)用知識的能力。我們特別注重實(shí)踐教學(xué)體系的探索和開展,針對本課程,除了課程中安排的上機(jī)實(shí)訓(xùn)外,還安排了課程設(shè)計(jì),要求學(xué)生利用課本中的知識和算法解決實(shí)際中的問題(或模擬問題)。

    5.建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等輔助教學(xué)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)從課內(nèi)向課外的延伸。充分利用學(xué)校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及校圖書館、院計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的電子資源,充分利用Matlab等數(shù)學(xué)軟件及其他教學(xué)軟件,拓寬學(xué)生視野和知識面,開拓學(xué)生的新思維。

    近幾年的教學(xué)實(shí)踐中,我們注重對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng),在講解傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上,添加數(shù)值計(jì)算軟件的應(yīng)用及實(shí)際案例的應(yīng)用,通過案例對學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn),提高了學(xué)生對知識的實(shí)際操作能力和綜合運(yùn)用知識的能力,使學(xué)生能學(xué)以致用,教學(xué)效果良好,深受廣大教師和學(xué)生的好評。每年全國大學(xué)生數(shù)模競賽、全美數(shù)模競賽中,問題的求解都離不開計(jì)算方法,通過本課程的學(xué)習(xí),很多學(xué)生在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中獲得了良好的成績。

    參考文獻(xiàn):

    [1]馬東升,雷勇軍.數(shù)值計(jì)算方法[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

    [2]大學(xué)數(shù)學(xué)課程報(bào)告論壇組委會.大學(xué)數(shù)學(xué)課程報(bào)告論壇論文集2008[M].北京:高等教育出版社,2009.

    課題項(xiàng)目:本文由湖北省教育廳科研項(xiàng)目“網(wǎng)上拍賣中信息披露與信息優(yōu)勢問題研究”(項(xiàng)目編號Q20131405)及湖北工業(yè)大學(xué)教研項(xiàng)目“統(tǒng)計(jì)分析軟件課程的推廣研究及實(shí)踐”資助。

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