摘要:常微分方程課程是各大高等院校都會開展的課程,因為常微分方程有很強的理論性,并且在實際的運算中還有很強的應用性,為了更好地實現(xiàn)常微分方程課程教學改革,為常微分方程的實際應用提供更大的空間。本文將對常微分方程課程的改革與實踐方法進行改進和研究,分別從教師與學生的角度對這一問題進行探討,從而更好的探尋出常微分方程課程的改革方式。
關鍵詞:常微分方程;課程改革;教學方法;實踐
中圖分類號:G642.3 ????文獻標識碼:A
《常微分方程》是數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)的一門專業(yè)核心課程,是連接三門專業(yè)平臺課程數(shù)學分析、高等代數(shù)、解析幾何和三門后繼課程泛函分析、拓撲學、近世代數(shù)的橋梁。該課程在大學的第四學期開設,共64(16?)學時,4學分,在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中起到承上啟下的作用。
培養(yǎng)本科層次的高素質應用型人才是我們地方高校的辦學定位。為更有效地實現(xiàn)應用型本科院校的人才培養(yǎng)目標,結合我院學生的實際,我們對《常微分方程》的課堂教學進行了改革與探索,切實提高課堂教學質量。
1充分發(fā)揮教師的職能
教師是學生獲取知識的重要途徑,只有通過教師的講解學生才能夠將各種知識不斷的掌握運用,因此教師在學生學習過程中起到了極為重要的作用,這是不可替代的。
以往我們講授《常微分方程》的一條主線是解方程(組)。解方程(組)包括一階微分方程的初等解法、可降階的高階微分方程、線性微分方程(組)解的結構和常系數(shù)微分方程(組)的求解。
近年來,我們越來越感受到這種傳統(tǒng)的授課思路明顯落后于現(xiàn)代社會的發(fā)展,突出體現(xiàn)在學生遇到應用型題目時的茫然和研究生復試中。
鑒于此,我們搭建了一條新的教學主線——數(shù)學思想。思想是數(shù)學的靈魂,抓住了數(shù)學思想,能夠以一變應萬變。比如,一階微分方程解的存在唯一性定理是《常微分方程》課程的理論基石,邏輯性強、抽象程度高,一直以來是課堂教學的難點。
解的存在唯一性定理:如果函數(shù)在矩形域
上連續(xù)且關于y滿足Lipschitz條件,則方程
(*)
存在唯一的解,定義于區(qū)間上,連續(xù)且滿足初值條件,
這里,
該定理的核心思想是Picard逐次逼近法:任取一個初始函數(shù),運用迭代的方式構造出函數(shù)列。針對Picard逐次逼近法,學生普遍感到疑惑的問題是:為什么從開始,就能夠越來越接近微分方程的解?為此,我們特別指出估計式
并運用數(shù)學歸納法給出證明,其中L是Lips-chitz常數(shù)。
掌握了Picard逐次逼近法,就把握了定理證明的核心。從逐次逼近法的角度,課后習題3.1中的多個題目就可能變成了一個題目,相同的是思想,不同的只是形式和計算技巧。比如,利用Picard逐次逼近法我們可以解答和證明:
(1)初值問題的n次近似解,見第1、2、3題;(2)一階線性微分方程解的存在唯一性定理,見第5題;(3)方程(*)在閉區(qū)間[;,;]上整體解的存在唯一性,見第8題;(4)函數(shù)方程解的存在唯一性,見第9題;(5)積分方程連續(xù)解的存在唯一性,見第10題。掌握了一種數(shù)學思想,就把握住了眾多問題中存在共性的地方。
2發(fā)掘知識重點
常微分方程是一門應用性強的學科,早已滲透到控制論、分支理論、泛函微分方程等數(shù)學分支,也廣泛應用于社會學、種群生態(tài)學、氣象、醫(yī)學、力學等領域。教材在緒論中介紹了常微分方程的若干模型,我們將這些方程模型重置于相對應的章節(jié),再摘選文獻里的一部分應用型題目添加進課堂,教學效果良好。比如,緒論中的Malthus人口模型建立了一個變量可分離方程;文獻[2]中的案例4(靜脈輸液問題)建立了一階常系數(shù)非齊次的線性方程等。有了這些生活中的實際問題建立起的數(shù)學模型,學生對相應類型的微分方程求解自然是興趣盎然且積極主動。
3增強學生的主觀能動性
在學習過程中,要想真正的實現(xiàn)教學效果的提升,就必須讓學生的主觀能動性得到提升,只有充分發(fā)揮學生的主觀能動性,才能夠更好地實現(xiàn)教學效果的改良??梢猿浞掷脤W習平臺,學生的知識掌握水平存在著很大的差異,所以在課堂中學生的掌握程度也不盡相同,那就可以通過利用網(wǎng)絡平臺為學生講解,此外教師還可以將網(wǎng)上的優(yōu)質教學資源進行篩選上傳,讓學生通過課余時間加強對相關知識的掌握,從而讓學生對知識的理解不斷加深與強化。
4結語
常微分方程課程作為一項基礎課程,在很大程度上為學生的實際工作提供了幫助,這一課程在實際運用方面十分廣泛。只有真正的從教師和學生兩個方面實現(xiàn)課程改革,才能夠真正的提高學習效率,與時俱進。
基金項目:濱州學院2016年度校級專業(yè)核心課程建設項目(課題編號:BYHXKC201604)。
作者簡介:張萍萍(1973.1)女,漢族,山東濱州人,博士,濱州學院,副教授,研究方向:微分方程與動力系統(tǒng)。
參考文獻
[1]周霞,張克磊,劉期懷.基于"雨課堂"的"常微分方程"課程教學改革與實踐[J].教育現(xiàn)代化,2018,5(49):131-135.
[2]吳瓊揚.常微分方程課程的教學改革與實踐[J].當代教育實踐與教學研究(電子刊),2018(04):178-179.