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      “數(shù)值分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與探討

      2017-09-25 13:12:54孫宏霞律士波
      東方教育 2017年14期
      關(guān)鍵詞:數(shù)值分析建模思想網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

      孫宏霞+律士波

      摘要:數(shù)值分析是一門理論與實(shí)踐并重的課程,是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課。數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課是數(shù)值分析課程的必要實(shí)踐環(huán)節(jié),主要目的是培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)了理論教學(xué)中關(guān)于典型數(shù)學(xué)問(wèn)題的數(shù)值求解方法后,通過(guò)編程練習(xí)提高程序的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力,體會(huì)數(shù)值計(jì)算的重要性,文章從優(yōu)化教學(xué)手段,充分利用計(jì)算機(jī)軟件,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的學(xué)生與教師的角色,將數(shù)學(xué)建模的思想融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建立這幾個(gè)角度進(jìn)行了試驗(yàn)教學(xué)的探討。

      關(guān)鍵詞:數(shù)值分析實(shí)驗(yàn);教室角色;建模思想;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

      中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      隨著人類進(jìn)入了信息時(shí)代,數(shù)學(xué)及數(shù)學(xué)思想在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域的作用不斷增強(qiáng),數(shù)學(xué)的應(yīng)用范圍幾乎已經(jīng)覆蓋了所有的學(xué)科分支。在當(dāng)今的世界科學(xué)研究中,科學(xué)計(jì)算、理論方法及實(shí)驗(yàn)研究已成為人類不斷探索未知世界的三大基本方式。目前,科學(xué)計(jì)算能力不僅已成為綜合性大學(xué)中本科的信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)以及數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的一項(xiàng)基本素質(zhì)[1],也已成為一些工科碩士研究生們進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ)。數(shù)值分析又稱計(jì)算方法,這門課程的核心內(nèi)容是研究如何利用計(jì)算機(jī)求解數(shù)學(xué)問(wèn)題的各種數(shù)值計(jì)算方法及其理論與軟件的實(shí)現(xiàn)。數(shù)值分析作為數(shù)學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支,它具有豐富的內(nèi)容,深刻的研究方法,完整的理論體系,它不僅具有純數(shù)學(xué)的高度抽象性與嚴(yán)密科學(xué)性特點(diǎn),而且還具有應(yīng)用的廣泛性以及實(shí)際實(shí)驗(yàn)的高度技術(shù)性的特點(diǎn),是一門與計(jì)算機(jī)使用密切結(jié)合的實(shí)用性很強(qiáng)的數(shù)學(xué)課程[2]。

      從本質(zhì)上來(lái)講,數(shù)值分析是一門理論與實(shí)踐并重的課程,是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課,是學(xué)生在學(xué)習(xí)完高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)以及一些算法語(yǔ)言的基礎(chǔ)上應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)與工程計(jì)算的一種方法,特別是對(duì)復(fù)雜實(shí)際數(shù)學(xué)問(wèn)題的一種近似求解方法。通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)包括上機(jī)實(shí)驗(yàn),學(xué)生不僅可以掌握數(shù)值分析的基本理論與方法還可以充分培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的能力,提高學(xué)生靈活應(yīng)用算法解決實(shí)際問(wèn)題的能力,實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合,為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)與科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。

      數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課程作為數(shù)值分析課程的必要實(shí)踐環(huán)節(jié),主要目的是培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)了理論教學(xué)中關(guān)于典型數(shù)學(xué)問(wèn)題的數(shù)值求解方法后,通過(guò)編程練習(xí)提高程序的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力,體會(huì)數(shù)值計(jì)算的重要性,從而有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)欲望。

      一、優(yōu)化教學(xué)手段,充分利用計(jì)算機(jī)軟件

      理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合是數(shù)值分析這門課程的重要特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,將數(shù)值分析的理論方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合,以數(shù)學(xué)軟件MATLAB作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),首先是能夠?qū)崿F(xiàn)教材中已有的算法,進(jìn)而合理的改進(jìn)算法,最后達(dá)到能夠根據(jù)科學(xué)研究中的需要,自己編寫相應(yīng)的數(shù)值程序來(lái)進(jìn)行求解。從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力,使學(xué)生成為具有開拓型思維的人才。我們可以將數(shù)學(xué)建模的思想融入到數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,比如,在求解數(shù)學(xué)模型時(shí),學(xué)生需要根據(jù)相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方法,利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)軟件來(lái)編寫程序,利用計(jì)算機(jī)來(lái)求出數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解。

      二、轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的學(xué)生與教師的角色

      在傳統(tǒng)的課堂上,教師整節(jié)課都在不停地講解,學(xué)生沒有思考的時(shí)間和空間,只是被動(dòng)地接受,這種“滿堂灌”的填鴨式教學(xué)模式帶來(lái)的并不是理想的教學(xué)效果。因此,要改變傳統(tǒng)的老師與學(xué)生所扮演的簡(jiǎn)單的“教”與“學(xué)”的角色,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的積極性,在實(shí)驗(yàn)課上引導(dǎo)學(xué)生能夠分析問(wèn)題的本質(zhì),并對(duì)算法做出一定的分析,首先是學(xué)生能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)教材中已有的算法,進(jìn)而合理的改進(jìn)算法,最后達(dá)到能夠根據(jù)科學(xué)研究中的需要,自己編寫相應(yīng)的數(shù)值程序來(lái)進(jìn)行求解。教師要充分肯定學(xué)生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)成果,另外,對(duì)于實(shí)驗(yàn)成果優(yōu)秀的,也可以由學(xué)生自己到講臺(tái)上進(jìn)行講解與展示,從而不僅改變了由教師一個(gè)人唱獨(dú)角戲局面,也更進(jìn)一步激發(fā)了大家進(jìn)行創(chuàng)新程序,改進(jìn)算法的積極性。教師在實(shí)驗(yàn)課堂上做好知識(shí)的導(dǎo)航者,教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)者,教學(xué)成果的評(píng)價(jià)參與者,學(xué)生是實(shí)驗(yàn)課上的主角。

      三、融入數(shù)學(xué)建模思想,達(dá)到學(xué)以致用

      實(shí)踐性與應(yīng)用性是數(shù)值分析課程有別于其他數(shù)學(xué)課程的重要特征,“數(shù)值分析”這門課程非常注重理論與方法的實(shí)際應(yīng)用背景,將數(shù)學(xué)建模的思想融入到數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中,這是培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的一種有效方法。[3]全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是一種綜合能力的比賽,其主要目的是提高學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力,以及學(xué)生的創(chuàng)造精神和合作意識(shí)。我們將數(shù)學(xué)建模的思想融入到數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中,既可以提高學(xué)生將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中的能力,也可以為今后參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽打下良好的基礎(chǔ),豐富他們解決實(shí)際問(wèn)題的途徑和手段。[4]

      四、數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系的建設(shè)

      改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,在實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限的環(huán)境下,充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué),目前我校的的數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課每學(xué)期僅有8學(xué)時(shí),在實(shí)驗(yàn)課時(shí)非常有限的情況下,建立網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)平臺(tái)就顯得尤為必要,網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)是學(xué)生在課外進(jìn)行科學(xué)研究和探索的場(chǎng)所,是一個(gè)資源共享的平臺(tái),也是一個(gè)宣傳的平臺(tái)。數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)體系的建立不僅解決了課時(shí)有限的問(wèn)題,而且也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。與此同時(shí),也改變了原有老師唱獨(dú)角戲的局面。在網(wǎng)絡(luò)上人人都是老師,而且問(wèn)題也可以隨時(shí)得到解決。

      通過(guò)數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐證明,優(yōu)化教學(xué)手段,充分利用計(jì)算機(jī)軟件,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的學(xué)生與教師的角色,將數(shù)學(xué)建模的思想融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建立,這些方法與手段不僅可以幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí),還可以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合,從而提高了學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力,有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)欲望。

      參考文獻(xiàn):

      [1]謝治州.數(shù)值分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(5):133-136.

      [2]馬倩如,程聲通.環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1990

      [3]靳紹禮,宋玉成.關(guān)于數(shù)值分析教學(xué)中上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的探討[J]. 科技信息,2010,(30):536-537.

      [4]袁仕芳,王奇生.數(shù)值計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的探討[J].科技信息,2011,(4):133-136.

      [5]郭石磊,童新安.數(shù)值計(jì)算方法課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革探討[J].科技信息,2010,(26):139.

      [6]薛毅.數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社 2005.endprint

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