《數學軟件與數學實驗》課程教學改革探索

張軍芳 杜鵬 程鳳林 崔紅芳 楊君子 陳萍

摘 要：《數學軟件與數學實驗》是一門新興課程，文章給出其在教學內容和課程考核、教學方法的改進建議；同時以衡水學院數計學院為例驗證了改進的教學建議的可行性；本項目對學生、教師、高校和社會來說都具有十分重要的意義。

關鍵詞：數學軟件；數學實驗；教學改革

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.217

數學是許多科技發明的基礎，隨著計算機技術的完善和普及，各種數學軟件如：Matlab、Mathematica、Lingo、Spss等隨之出現，促成了數學與計算機技術的完美結合。《數學軟件與數學實驗》正是兩者結合的產物，該課程以數學理論為基礎，以計算機軟件為工具，通過計算機軟件工具進行數學問題的探究，是理論與實踐相結合的實踐性教學課程。依據現有教學中遇到的問題，宜從教學內容和教學方法兩方面進行改進。

1 數學軟件與數學實驗課程教學內容和考核改進建議

數學實驗教學改革的總體思路是：以學生為主體，問題為主線，實驗室為基礎，培養創新思維和能力為目標，精心組織教學過程[1]。

（1）使學生在學好基礎性實驗和驗證性實驗的基礎上，不斷推進實驗內容和實驗模式的改革和創新。授課過程主要分為理論講解以及上機操作，理論講解主要涉及程序語言的組成，程序語言編寫。在理論授課過程中，要適當加強程序思想和程序設計等內容的引導，以分析實際問題，提升解決問題能力為最終目的。讓學生在理解程序自身的同時，能夠提升程序創新能力。上機過程除了驗證程序之外，提升學生編寫程序的能力和注意事項。

（2）改革課程考核方式和評價體系。課程考核采用上機考試，學生成績評價體系主要由上機考試成績、實驗考查與創新設計和課外科研創新活動三部分組成。新增的課外科研活動成績主要來源于學生參加大學生科技創新活動以及教師科研課題項目，根據學生的參與程度以及創新效果直接在總成績的基礎上加分，并計入最終的考核成績[2]。

2 數學軟件與數學實驗課程教學方法改進建議

嘗試對數學實驗課程采用分層次教學，將其分為基礎性實驗、驗證性實驗和應用性實驗。建議在學好基礎性實驗的基礎上，減少驗證性實驗，增加應用性實驗內容的比例[3]。

（1）基礎性實驗設計主要包括基本操作、軟件數值計算、符號計算、圖形繪制和程序設計等內容。實驗教學設計的出發點以學生理論基礎為目標。驗證性實驗設計的出發點以學生利用數學軟件加深數學抽象概念為主，提升學生對數學基礎課內容的理解能力。兩者主要探索基礎課的理論和內容，利用課程中講解的基本思想和方法，對數學知識的規律性進行更加直觀的理解。考核主要涉及軟件基本操作和使用，程序設計能力。實驗以學生自主探究和實踐為主要教學方式，教師講解和演示為輔助教學手段。

（2）應用性實驗以實際問題為研究對象，實驗設計結合理論和實踐兩方面知識，將問題中各個要素建立數學模型，結合理論知識，建立模型中各數學參數量之間的關系，進而借助計算機或數學軟件來完成對模型的求解，最后對解決問題的應用的數學方法進行評述。

現有《數學軟件與數學實驗》課程教學降低了基礎性實驗和驗證性實驗比例，增加了應用型設計實驗內容，為該課程的課程設計和其它專業課的實驗學習搭建平臺；同時利用校內網優勢，構建校內網絡資源和網絡課程教學系統，讓學生在網絡數學實驗室環境下開展實驗和研究項目，學習交流靈活，實驗課程效果明顯。

3 數學軟件與數學實驗課程教學改革的意義

（1）在專業課程教學中，數學軟件與數學實驗教學課程的改革既強化了理論性課程內容教學，又優化了實驗教學中理論與應用結合的課程教學模式。課程改革中將應用技能提升到更高的水平，以實驗項目設計的方式拓展專業課程建設，從而提升教學手段和教學內容的靈活性。

（2）本項目的實施提升了師資水平。教師高姿態、高素質要促進自身能力的的提升，借助現代化的教學手段，促進信息技術與數學專業教師復合型人才隊伍的構建。

（3）通過數學軟件與數學實驗課程教學的改革，學生受益匪淺。學生能夠更加靈活的將學科理論知識與軟件工具結合，在掌握理論知識的同時，能夠更加靈活應用于實際，學生創新能力不斷提升，從而更好的促進了學生科技創新能力，優化了數學建模和畢業論文（ 設計） 的質量，如此良性循環，促進了學生自主學習和創新能力。

4 總結與展望

“數學軟件與數學實驗”課程在整個數學實驗教學系統中起基礎性的作用，它是后續運籌學、數值分析和數學建模等課程實驗教學的關鍵。結合在教學實踐中遇到的問題以及調整策略，在課程教學中將傳統教學與現代化手段教學相結合，從而改善教學手段；融合不同課程的專業知識進行佐證，從而擴展應用研究領域；以科研輔助形式加強校內和校外實踐，提升學生解決實際問題的能力。教學效果反饋表明，最顯著的變化是學生對數學軟件與數學實驗課的重視程度提高了，出勤率高了，學習效果也明顯進步，而且課堂上學生問問題也明顯增多。調查顯示：絕大部分學生認同數學軟件與數學實驗課程的改革實踐，它使學生學習起來方便易懂，90%以上的學生認為收獲較大，對學習專業課及自身工作有很大作用；“基礎性實驗+驗證性實驗+應用性實驗”分層次教學法把數學軟件與數學實驗的基本思想、方法和相關理論融入相關學科、專業，增強了課程的吸引力，提高了數學軟件與數學實驗在各學科的應用性。此外學生的團隊協作能力、解決實際問題的能力、組織協調能力也有很大提升，學生素質得到全面發展。

參考文獻：

[1]李默涵，由巧俐.基于創新性人才培養的數學實驗教學改革探索[J].長沙鐵道學院學報，2014，15（04）：90-91.

[2]馬元魁.培養大學生科研創新能力的數學實驗課程教學改革探索[J].教育教學論壇，2015，3（12）：95-96.

[3]王潔.應用型本科數學實驗課程改革的探討[J].臺州學院學報，2012，6（34）：63-66.

作者簡介：張軍芳（1982-），女，河北邢臺人，碩士研究生，講師，研究方向：復雜網絡建模與同步研究。