基于MATLAB的工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程改革的思考

蔣慶磊 聶永濤

濰坊工程職業(yè)學(xué)院

基于MATLAB的工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程改革的思考

蔣慶磊 聶永濤

濰坊工程職業(yè)學(xué)院

MATLAB軟件廣泛應(yīng)用到課程實(shí)踐、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，文章借助MATLAB軟件輔助教學(xué)，結(jié)合工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課程在教育教學(xué)方法上存在的問題進(jìn)行了分析，并在注重?cái)?shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的前提下，提出了課程改革的新思路，來改善課堂教學(xué)效果。

MATLAB 工程應(yīng)用數(shù)學(xué) 教學(xué)方法 課程改革

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)學(xué)教育教學(xué)的改革也在不斷深入，涉及到課程設(shè)計(jì)、內(nèi)容刪減、學(xué)時(shí)調(diào)整等方面。工程應(yīng)用數(shù)學(xué)是機(jī)電一體化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維起著重要作用。在課程實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，文章結(jié)合高職院校課程改革新形勢(shì)，指出了作為高職課程的工程應(yīng)用數(shù)學(xué)在課程設(shè)置、教育教學(xué)方法上存在的問題，并在注重課程基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐創(chuàng)新能力的前提下，提出了課程改革的幾點(diǎn)建議。

二、工程應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)中的問題

1.教學(xué)工作量與課程學(xué)時(shí)的沖突

高職教學(xué)的課程新標(biāo)準(zhǔn)，要求增加學(xué)生實(shí)踐實(shí)訓(xùn)的學(xué)時(shí)數(shù)，縮減理論學(xué)時(shí)，但是隨著工程應(yīng)用數(shù)學(xué)新技術(shù)的迅速發(fā)展，很多新的知識(shí)、數(shù)學(xué)邏輯思維方式要擴(kuò)充到課程中，并融入到課堂教學(xué)項(xiàng)目中。這就造成教學(xué)工作量大與課程學(xué)時(shí)不夠的沖突。如何優(yōu)化、整合課程的教學(xué)內(nèi)容，以達(dá)到調(diào)整學(xué)時(shí)和完成基本教學(xué)任務(wù)的目的，是我們關(guān)注的重點(diǎn)。

2.選用教材、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生實(shí)際情況的沖突

大部分高職院校在設(shè)置工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程時(shí)，選用本科院校的教材和教學(xué)方法，沒有針對(duì)高職學(xué)生開發(fā)一套相應(yīng)的教材和教學(xué)方法，造成教師在課堂教學(xué)中十分被動(dòng)，教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)超出了學(xué)生接受知識(shí)的能力。能否結(jié)合高職學(xué)生的特點(diǎn)，編寫具有創(chuàng)新性、蘊(yùn)涵數(shù)學(xué)新思維的校本教材，促進(jìn)了課程改革的實(shí)現(xiàn)，是需要我們反思的問題。

3.數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模與傳統(tǒng)教育教學(xué)方式的沖突

由于工程力學(xué)、高等數(shù)學(xué)等知識(shí)的綜合性和邏輯性，采用傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式，使得工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)比較乏味，如果綜合運(yùn)用PPT、MATLAB、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、數(shù)學(xué)建模等手段進(jìn)行教學(xué)使課程內(nèi)容直觀、具體，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能化繁為簡(jiǎn)使教學(xué)內(nèi)容通俗易懂。把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也增加到傳統(tǒng)教學(xué)中，以獲得較好的教學(xué)效果。

三、MATLAB軟件在工程應(yīng)用數(shù)學(xué)上的應(yīng)用

MATLAB軟件具備豐富的數(shù)學(xué)實(shí)用函數(shù)，并廣泛應(yīng)用到教育教學(xué)、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究等領(lǐng)域。對(duì)于高職生而言,學(xué)會(huì)應(yīng)用MATLAB軟件來解決數(shù)學(xué)問題，可以提高他們的創(chuàng)新能力。MATLAB語(yǔ)言是當(dāng)前通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一，其特點(diǎn)是語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、設(shè)計(jì)效率高、交互性好，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的理論性和實(shí)踐性都比較強(qiáng)，如果充分利用好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以激發(fā)學(xué)生的興趣,調(diào)動(dòng)他們的主觀能動(dòng)性。一般提前布置數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)作業(yè)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前做好準(zhǔn)備，解決工程實(shí)際問題的程序要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成并調(diào)試，問題解決后都要寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。MATLAB在工程應(yīng)用中的知識(shí)不斷更新,因此在教學(xué)中結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，使學(xué)生學(xué)會(huì)使用MATLAB軟件解決實(shí)際工程問題，開闊他們的視野,激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

四、工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程改革的新思路

1.強(qiáng)化工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程內(nèi)容的中學(xué)與高職的銜接，適當(dāng)調(diào)整課程內(nèi)容

因?yàn)楦呗殧?shù)學(xué)課程的改革沒有同步中學(xué)數(shù)學(xué)課改，使得工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的課程內(nèi)容與中學(xué)數(shù)學(xué)的內(nèi)容相交叉。在中學(xué)數(shù)學(xué)的課程改革中，把積化和差公式、極坐標(biāo)等內(nèi)容從高中數(shù)學(xué)課程中刪減了，但要以此為基礎(chǔ)進(jìn)行工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的教學(xué)，比如極坐標(biāo)變換、求三角函數(shù)的不定積分等內(nèi)容，因此我們要查缺補(bǔ)漏，使學(xué)生順利學(xué)習(xí)新知識(shí)。同時(shí)，調(diào)整一下授課順序，適當(dāng)補(bǔ)充一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)導(dǎo)入知識(shí)，使學(xué)生易于接受新知識(shí)。另外導(dǎo)數(shù)的內(nèi)容在中學(xué)課程改革中已經(jīng)滲透，中學(xué)生已經(jīng)掌握了用導(dǎo)數(shù)判斷函數(shù)的單調(diào)性等問題，所以在講授工程應(yīng)用數(shù)學(xué)時(shí)簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下這些內(nèi)容。總之教師在了解中學(xué)數(shù)學(xué)課改的基礎(chǔ)上，處理好中學(xué)與高職課程內(nèi)容的銜接，才能取得良好的教學(xué)效果。

由于高職生的知識(shí)水平相差較大，不同專業(yè)對(duì)工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的要求也各異，因此適當(dāng)調(diào)整課程內(nèi)容。例如向量值函數(shù)等較難掌握的知識(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，教師可以簡(jiǎn)單講授；極限、函數(shù)的微積分等重點(diǎn)知識(shí)，教師應(yīng)詳細(xì)系統(tǒng)講解。要對(duì)工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的內(nèi)容與教法，進(jìn)行歸納、總結(jié)與拓展，可以極大提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生的創(chuàng)新和知識(shí)綜合運(yùn)用能力。

2.選用案例，強(qiáng)化任務(wù)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)法

為培養(yǎng)高職生的創(chuàng)新能力，在工程應(yīng)用數(shù)學(xué)的教學(xué)中，我們可以選用工程案例，進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。恰當(dāng)選用案例十分重要，要考慮其難易程度和挑戰(zhàn)性，可以激發(fā)學(xué)生的興趣。教師采用合適的方式給學(xué)生展示案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，使學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)教材知識(shí)，有目標(biāo)的去解決問題。在案例教學(xué)中，教師應(yīng)組織學(xué)生進(jìn)行研討并現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解。

在學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上，打破傳統(tǒng)教學(xué)方法，以解決問題、完成任務(wù)目標(biāo)為主的多元化教學(xué)理念；組織探究式學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，提出解決問題的方法，即任務(wù)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。為學(xué)生營(yíng)造工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)情境，圍繞任務(wù)目標(biāo)組織學(xué)習(xí)，總結(jié)任務(wù)結(jié)果和學(xué)習(xí)過程等內(nèi)容，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使學(xué)生積極地研究、思考任務(wù)，高效地完成、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

3.理論聯(lián)系實(shí)際，突出數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模等項(xiàng)目

為培養(yǎng)高職生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決工程實(shí)踐問題的能力，設(shè)計(jì)一些恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，借助計(jì)算機(jī)和MATLAB軟件進(jìn)行完成。高職教學(xué)中的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，比如證明一些數(shù)學(xué)理論，展現(xiàn)一些數(shù)學(xué)圖形等，通過這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、創(chuàng)建模型的能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力。例如在講解導(dǎo)數(shù)、積分等內(nèi)容時(shí)，教師可以在講授完求導(dǎo)、求積分方法后，讓學(xué)生采用MATLAB軟件去求解，只要輸入簡(jiǎn)單的程序命令，就可以計(jì)算出結(jié)果。這樣既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣，學(xué)以致用，取得了良好的效果。

高職院校的數(shù)學(xué)教改十分重視數(shù)學(xué)建模。在工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容中，教師組織學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)和實(shí)踐，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研討，讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，在此過程中既提高了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，也深化了學(xué)生的知識(shí)理解。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參加學(xué)校組織的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，在競(jìng)賽中使學(xué)生充分感受到數(shù)學(xué)建模的作用，也激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

五、結(jié)語(yǔ)

高職數(shù)學(xué)的重要目的在于提高學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程應(yīng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的能力。所以結(jié)合工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程特點(diǎn)，綜合考慮學(xué)生的實(shí)際情況、接受能力，采用靈活的、創(chuàng)造性的教學(xué)方法,調(diào)整課程內(nèi)容、課時(shí)，創(chuàng)新數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，團(tuán)隊(duì)意識(shí)。通過采取以上的教學(xué)改進(jìn)措施，在全院的教學(xué)實(shí)踐中已取得初步成果，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高了工程應(yīng)用數(shù)學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量。

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