淺析高等數(shù)學課程教學方法的改革創(chuàng)新

陳茜

摘 要： 就高等數(shù)學教學的重要性而言，提出了數(shù)學方法論下的教學理念。本文通過三種常見的數(shù)學方法論中的教學方法，討論了高等數(shù)學教學教學方法的改進及數(shù)學方法論在高等數(shù)學課堂教學中具有的數(shù)學文化教育功能。

關鍵詞： 高等數(shù)學課程 教學創(chuàng)新 數(shù)學方法論 教學方法

一、引言

高等數(shù)學課程是高等理工科院校普遍開設的一門基礎課程。以微積分為主體的高等數(shù)學知識點在抽象的思維能力、邏輯推理能力、歸納總結能力、創(chuàng)新能力和解析計算能力等方面都比初等數(shù)學有所延伸，是眾多專業(yè)的學生進一步學習基礎課程和專業(yè)課程的基礎。同時，隨著國家教育方針的提出，研究生培養(yǎng)機制異軍突起。作為研究生考試全國聯(lián)考的三大課程之一，數(shù)學試卷至少包含三門數(shù)學課程，往往能把學生“烤糊”，而高等數(shù)學的考點可以占到整個卷面的50%。由此可見學好高等數(shù)學的重要性。

二、高等數(shù)學課程課堂教學的創(chuàng)新研究

1.什么是數(shù)學方法論

方法論是把某種共同發(fā)展規(guī)律和研究方法作為研究對象的一門學問。各門科學都有自己的方法論，數(shù)學也不例外。在國內，“數(shù)學方法論”是徐利治教授首先提出的，在《數(shù)學方法論選講》一書中有這樣的定義：“數(shù)學方法論主要是研究和討論數(shù)學的發(fā)展規(guī)律、數(shù)學的思想方法以及數(shù)學中的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明與創(chuàng)新等法則的一門科學。”

從某種意義上說，數(shù)學方法論是哲學、方法論與數(shù)學史等多門學科的交叉科學，其著眼點在于數(shù)學的創(chuàng)新。它是研究數(shù)學發(fā)展規(guī)律、數(shù)學的思想方法及數(shù)學中的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明等的一門科學。數(shù)學思想方法是數(shù)學的核心和靈魂，它不僅是數(shù)學的重要組成部分，而且是數(shù)學發(fā)展的源泉和動力。J.S布魯納提出：“掌握基本數(shù)學思想和方法，能使數(shù)學更易于理解和更易于記憶，領會基本數(shù)學思想和方法是通往遷移大道的‘光明之路?！?/p>

2.數(shù)學方法論思想下的高等數(shù)學教學創(chuàng)新分析

（1）數(shù)形結合法使抽象理論直觀化，引發(fā)學生學習興趣。

華羅庚教授說：“數(shù)缺形時少直觀，形缺數(shù)時難入微?！睆木唧w到抽象是人類認知的規(guī)律，也是數(shù)學教學中應遵循的規(guī)律。講授高等數(shù)學課程時通過直觀的圖形輔助抽象概念的講解，能將枯燥深奧的定義、定理形象直觀化。數(shù)與形的和諧結合，能觸發(fā)學生感官，有助于學生從中發(fā)現(xiàn)和理解較抽象或復雜的內容，進而引發(fā)學生的學習興趣。

我們在引入極限概念時，通過劉徽“割圓術”的圖形展示了極限概念中的逐步逼近思想；導數(shù)的幾何意義同樣體現(xiàn)了數(shù)與圖形的結合。在講述定積分概念時，通常借助多媒體展示曲邊梯形圖形“分割，求和，近似代替，取極限”的黎曼積分思想；更不用提多重積分、曲線、曲面積分完全離不開圖形在教學中的輔助作用了?？梢哉f數(shù)形結合的教學方法貫穿了高等數(shù)學教學的全過程。

將抽象深奧的數(shù)學理論直觀化后，在視覺上能培養(yǎng)學生的空間想象能力，調動學生多種感官參與學習活動，能保持數(shù)學思維的活躍性，自然能使課堂教學達到事半功倍的效果，必然能激發(fā)學生的學習興趣，樂于學習。

（2）聯(lián)想與類比的思想方法，注重培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。

在高等數(shù)學教學中，概念教學貫穿了整個微積分教學體系。這些知識點往往不是孤立的，而是有異曲同工之處。通過引導學生聯(lián)想，由已掌握的熟知的知識點將思維引向更深層次的概念體系，最后將二者進行類比，理清概念之間的聯(lián)系與區(qū)別，既能促進新概念的教學，又有助于接近已學過概念的本質及整個概念教學體系的建立。聯(lián)想與類比引發(fā)的直觀與猜想是使學生由已知邁向未知的發(fā)散思維過程，是學生產(chǎn)生探索動力的源泉。

如有限性與無限項概念教學的聯(lián)想與類比。在泰勒公式教學中，引導同學們聯(lián)想如果項數(shù)趨于無窮時項數(shù)與余項的變化趨勢，由此引出無窮項下的泰勒級數(shù)的概念。這種聯(lián)想與類比的講解既增強了泰勒公式的教學效果，又為泰勒級數(shù)的教學埋下了伏筆。又如在講解“有限個無窮小的和也是無窮小”定理時，讓學生考慮把有限變無限下定理的真?zhèn)涡?。在直觀思維的影響下，學生通常認為無限多個無窮小仍為無窮小。在這種情況下教師可以給出一個反例，讓學生從本質上比較有限與無限的區(qū)別。

我們在講授二元函數(shù)極值教學時自然會聯(lián)想到一元函數(shù)極值的教學，尤其是討論極值取得的必要條件時，可以先利用一元函數(shù)“可導的極值點必是駐點”的結論得到多元函數(shù)情形下的結果，隨后再比較一元函數(shù)與二元函數(shù)駐點的區(qū)別。

（3）化歸法提高學生解決問題的能力，激發(fā)創(chuàng)造力。

化歸法是數(shù)學方法論中一種重要的解題方法。它往往通過尋找所需解決問題的突破口，從難到易、從繁到簡地化歸達到解決問題的目的，其方法有很多，如多元到一元的化歸，高次到低次的化歸，空間到平面的化歸，等等。

多元函數(shù)求導數(shù)的過程充分體現(xiàn)了化歸法的運用。在對二元函數(shù)z=f（x，y）求偏導數(shù)時，從定義出發(fā)，對其中一個變量x求導數(shù)，就將變量y看成常數(shù)，此時多元函數(shù)回歸到一元函數(shù)，其借助一元函數(shù)求導法就可以得到二元函數(shù)下的偏導數(shù)。顯然運用化歸法教學使多元函數(shù)導數(shù)的教學輕松，易懂，還顯現(xiàn)了一元函數(shù)導數(shù)與多元函數(shù)導數(shù)之間的聯(lián)系與區(qū)別。

化歸的方法著眼于揭示問題之間的聯(lián)系，以已知的、簡單直觀的基本知識為支架，將未知的、抽象復雜的問題進行，從而達到解決問題的目的。它的“運動—轉化—解決矛盾”的思想教學過程中有著重要作用。教師在授課過程中應根據(jù)教學的需要，適時地運用化歸法，注重培養(yǎng)學生的化歸能力。這樣不僅能幫助他們理解和掌握新知識，提高他們解決問題的能力，還能進一步激發(fā)學生的創(chuàng)造力。

數(shù)學方法論中除了以上三種常見的教學方法外，還有關系映射演變方法、構造法、逐步逼近和優(yōu)化決策等教學方法，這些方法在數(shù)學教學課堂中常常相輔相成，相得益彰。一方面，它們豐富了課堂教學內容，強化了教學效果，提高了質量，另一方面，對于受教者而言，它不但具有使其受到良好數(shù)學思想方法的訓練，形成良好數(shù)學文化素質的功能，而且具有使其提高社會文化修養(yǎng)和科學文化修養(yǎng)的功能。

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基金項目：湖南省教育廳科學研究項目（15c1413）。