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        在大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)中融入科研意識(shí)

        2018-11-16 10:16:00趙俊芳耿鳳杰
        求知導(dǎo)刊 2018年27期
        關(guān)鍵詞:級(jí)數(shù)函數(shù)大學(xué)

        趙俊芳 耿鳳杰

        一、引言

        大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生不同于企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品。大學(xué)重視學(xué)生的個(gè)性發(fā)展,而不是像麥當(dāng)勞或肯德基之類的快餐店那樣按照標(biāo)準(zhǔn)化流程制作漢堡包。大學(xué)的作用在于塑造學(xué)生的性格,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)自我,培養(yǎng)學(xué)生的求知欲和冒險(xiǎn)精神,從而擁抱廣闊的世界。大學(xué)若不想被時(shí)代淘汰,就要逐步培養(yǎng)學(xué)生立足于未來的能力,而科研能力尤為重要。培養(yǎng)學(xué)生的科研能力,需要先培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。所謂科研意識(shí),即潛心捕捉和發(fā)現(xiàn)科研課題的探求欲。而如何培養(yǎng)大學(xué)生的科研意識(shí)成為一個(gè)重要的課題,特別是一線的教學(xué)人員,應(yīng)緊緊依托課堂主陣地,逐步培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科精神,適當(dāng)拉近課本與應(yīng)用實(shí)踐的距離,多角度、多方向拓展知識(shí)層面,有所側(cè)重幫帶拔尖人才,從而提高學(xué)生的整體科研能力和水平。

        二、激發(fā)初始興趣,培養(yǎng)學(xué)科精神

        遇到一個(gè)問題時(shí),要知其然,更要知其所以然。很多內(nèi)容在教材上只給出了結(jié)論成立的充分條件,或者必要條件,因此,我們需要去探究其成立的充要條件,或者探究還有沒有其他充分或者必要條件,不能只懂計(jì)算。如在講解多元函數(shù)的微分學(xué)時(shí),教師可以啟發(fā)學(xué)生去探究多元函數(shù)在某個(gè)點(diǎn)處連續(xù)、偏導(dǎo)數(shù)存在、函數(shù)的方向?qū)?shù)存在、函數(shù)可微以及偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)等幾個(gè)概念的關(guān)系。任何事物的發(fā)展都不是一帆風(fēng)順的,科學(xué)的道路更是布滿荊棘,學(xué)生要有不畏困難,勇于探索的精神,而不畏困難,勇于探索正是科研精神的體現(xiàn)。同時(shí),教師要培養(yǎng)學(xué)生提高戰(zhàn)勝困難的決心和勇氣。在開啟微積分的講解時(shí),教師可以講一下數(shù)學(xué)家牛頓、萊布尼茨與微積分創(chuàng)立的故事;在講述級(jí)數(shù)中的阿貝爾定理時(shí),教師可以介紹大數(shù)學(xué)家阿貝爾的生平,以及他對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)等。

        三、滲透應(yīng)用案例,增強(qiáng)學(xué)用體驗(yàn)

        大學(xué)生的科研能力非常重要,要將大學(xué)生科研能力的培養(yǎng)與提高貫穿到日常教學(xué)中,而不是僅僅通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn);如在高等數(shù)學(xué)“常微分方程的應(yīng)用”這一章節(jié),教師可以用最速降線的問題舉例,“最速降線”問題是歷史上一個(gè)非常著名的問題。1696年瑞士數(shù)學(xué)家約翰·伯努利向全歐洲提出了一個(gè)公開問題,一豎直平面內(nèi)有不位于同一條直線上的A,B兩點(diǎn),有一質(zhì)點(diǎn)從A點(diǎn)出發(fā)去往B點(diǎn),問在只計(jì)重力的情況下,該質(zhì)點(diǎn)沿著怎樣的曲線運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間最短?教師可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置來演示,裝置上有直線和曲線兩條軌道,在起點(diǎn)處分別放置兩個(gè)完全相同的小球,同時(shí)釋放小球,讓學(xué)生預(yù)測(cè)哪個(gè)小球先到達(dá)終點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明:沿曲線軌道的小球先到達(dá)終點(diǎn).如何解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?如果再有其他軌道,究竟哪條路徑用時(shí)最短?這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題,卻不能讓學(xué)生一下子找到答案,所以該問題可以引起學(xué)生的濃厚興趣。教師接下來就可以引導(dǎo)學(xué)生嘗試根據(jù)物理定律建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并求解該模型。經(jīng)過推導(dǎo),該問題對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型就是一個(gè)微分方程,接下來,學(xué)生就可以將所學(xué)的微分方程求解的方法應(yīng)用到該問題中。此例不僅鍛煉了學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型的能力,也使得學(xué)生學(xué)以致用,同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲、探索欲,無(wú)形中融入了科研意識(shí)。

        四、拓展知識(shí)層面,促進(jìn)多維探究

        學(xué)校要提倡大學(xué)生自主學(xué)習(xí),并將科研意識(shí)融入日常教學(xué)中,而不是唯考試考高分而論英雄,要建立不拘一格、多元化的大學(xué)生成績(jī)水平評(píng)價(jià)體系;教師可以設(shè)置一定的與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的研究?jī)?nèi)容,供學(xué)生選擇性研究,對(duì)研究成果較好的學(xué)生適當(dāng)?shù)亟o予較高的平時(shí)分,從而提高學(xué)生的研究興趣。如在講《高等數(shù)學(xué)》無(wú)窮級(jí)數(shù)的斂散性判別方法時(shí),教材上只研究了函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)中的冪級(jí)數(shù),并沒有對(duì)一般的函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)展開研究,那么我們對(duì)其他的函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)展開研究,其斂散性如何判斷,由此可以啟發(fā)學(xué)生。教師也可以提出一些公開問題,引導(dǎo)學(xué)生展開研究。學(xué)生通過搜集數(shù)據(jù),查找資料、編制程序等方式解決問題,并將其研究成果以論文的形式提交。對(duì)于一個(gè)問題,教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生多方面、全方位思考,不能止步于問題本身。如在利用對(duì)稱性計(jì)算三重積分I=∫∫∫—dxdydz,其中Ω:x≥0,z≥0,x2+y2+z2≤1時(shí),顯然,積分區(qū)域關(guān)于xoz平面對(duì)稱,被積函數(shù)是關(guān)于y的奇函數(shù),從而該積分值為零,到此本問題就計(jì)算完了。但是我們不能止步于此,此時(shí),可以啟發(fā)同學(xué)們思考,并且步步深入,問學(xué)生“積分區(qū)域改為什么時(shí),該積分值仍然是零”,接著“被積函數(shù)做怎樣的變形,積分值仍然是零”,再接著,“如果此積分改為I1=∫∫∫—dxdz,其中Γ:x≥0,z≥0,x2+y2+z2=1,此積分值是否仍為零,為什么?”進(jìn)一步,如果I1不為零,被積函數(shù)做怎樣的變形,積分值會(huì)等于零,為什么?接下來,教師還可以啟發(fā)學(xué)生思考“如果將題目改為第一類曲面積分,結(jié)果又會(huì)如何?”等,由此,讓學(xué)生自己總結(jié)在曲線積分、曲面積分以及重積分的計(jì)算中如何根據(jù)被積函數(shù)的形式充分地利用積分區(qū)域的對(duì)稱性解題,并思考其原因。諸如此類的問題,在大學(xué)數(shù)學(xué)中還有很多,教師都可以啟發(fā)學(xué)生深入地思考,細(xì)致地研究,從而提高學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新能力。

        五、注重因材施教,催生尖子群體

        對(duì)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好的同學(xué),授課教師可以向這些學(xué)生推薦數(shù)學(xué)的專業(yè)課程,如“數(shù)學(xué)分析”“高等代數(shù)”“復(fù)變函數(shù)”“泛函分析”等課程,使得學(xué)生從一個(gè)更深的角度去理解數(shù)學(xué)。同時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生多閱讀大學(xué)數(shù)學(xué)思想類、研究類書籍。教師在課堂上講解課本內(nèi)容時(shí),多向?qū)W生推薦經(jīng)典的數(shù)學(xué)相關(guān)書籍,促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)思維的進(jìn)步,如Morris Klin的《古今數(shù)學(xué)思想》,Sheldon Axler的《線性代數(shù)應(yīng)該這樣學(xué)》等經(jīng)典書籍,從而幫助學(xué)生更加深刻地理解大學(xué)數(shù)學(xué),增加學(xué)習(xí)的趣味性和動(dòng)力,從而促進(jìn)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等課程的學(xué)習(xí)。

        六、結(jié)語(yǔ)

        強(qiáng)烈的科研意識(shí)、科學(xué)的科研方法和崇高的科研精神,三者相互依存,相互促進(jìn),從而更好地提高大學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力,更好地使得大學(xué)生走上工作崗位后更好地服務(wù)于社會(huì),為社會(huì)發(fā)展注入強(qiáng)勁的動(dòng)力。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]趙向奎,孫玉華,廖福成.科研思想在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的滲透[J].中國(guó)冶金教育,2010(6).

        [4]崔海英,侯文宇,李林杉.把數(shù)學(xué)建模融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的兩個(gè)案例[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(1).

        [5]賈曉峰,唐 云.煤矸石堆積問題的解答及引出的思考[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2000(1).

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