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        基于數(shù)學(xué)實驗的創(chuàng)新性實踐教學(xué)改革研究與實踐

        2020-10-12 02:40:38周林華賈小寧張文丹姜志俠施三支
        教育教學(xué)論壇 2020年38期
        關(guān)鍵詞:創(chuàng)新實踐能力數(shù)學(xué)實驗實踐教學(xué)

        周林華 賈小寧 張文丹 姜志俠 施三支

        [摘 要] 如何將“數(shù)學(xué)”用好已經(jīng)成為當前各領(lǐng)域內(nèi)的熱點話題。事實上,數(shù)學(xué)已不僅是一門科學(xué),也是一種關(guān)鍵的各領(lǐng)域普遍適用的技術(shù)。因此,基于數(shù)學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力是值得探究的一個課題,“數(shù)學(xué)實驗”課程應(yīng)該對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)發(fā)揮其他課程無法替代的重要作用。

        [關(guān)鍵詞] 數(shù)學(xué)實驗;實踐教學(xué);創(chuàng)新實踐能力

        [基金項目] 吉林省本科高等教育教學(xué)改革立項課題(201840-02):數(shù)學(xué)省級實驗教學(xué)示范中心“融合創(chuàng)新,深度開放”實踐平臺建設(shè)。

        [作者簡介] 周林華(1981—),男,浙江嘉興人,博士,長春理工大學(xué)理學(xué)院副教授,主要從事數(shù)學(xué)創(chuàng)新實踐教育研究。

        [中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324(2020)38-0389-02? ? [收稿日期] 2019-12-18

        隨著經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的進步,數(shù)學(xué)對于當代科學(xué)乃至整個社會的影響和推動作用日益顯著。數(shù)學(xué)成為科學(xué)研究的主要支柱:數(shù)學(xué)方法及計算已經(jīng)與理論研究和科學(xué)實驗同樣成為科研中不可缺少的有效手段。同時,現(xiàn)代數(shù)學(xué)幾乎已經(jīng)滲透到包括自然科學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟管理以至人文社會科學(xué)的所有學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域中,從宇宙飛船到家用電器、從質(zhì)量控制到市場營銷,通過建立數(shù)學(xué)模型、應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和方法并結(jié)合計算機解決來實際問題成為十分普遍的模式。這種掌握數(shù)學(xué)知識并應(yīng)用計算機來從事研究或解決實際問題的本領(lǐng)說明形勢對科學(xué)技術(shù)人才的數(shù)學(xué)素質(zhì)和能力已經(jīng)提出了更新更高的要求。正是在這種趨勢下,“數(shù)學(xué)實驗”才得以誕生且逐步得到應(yīng)有的重視。

        一、數(shù)學(xué)實驗課程的內(nèi)涵

        作為一門課程而言,“數(shù)學(xué)實驗”誕生的時間并不長,卻引起了十分廣泛的興趣和關(guān)注。它最早大約在上世紀80年代末出現(xiàn)于美國的一些大學(xué),被稱為“數(shù)學(xué)實驗室”,重點是通過一系列結(jié)合使用計算機的實驗引導(dǎo)學(xué)生進入數(shù)學(xué)的境界。我國高校在上世紀90年代中期開始設(shè)置“數(shù)學(xué)實驗”課,發(fā)展極為迅速,目前大多數(shù)學(xué)校已經(jīng)開設(shè)這門課。

        所謂“數(shù)學(xué)實驗”,就是以數(shù)學(xué)理論作為實驗原理,以計算機平臺(包括適當硬件和相應(yīng)專業(yè)軟件)作為實驗工具,以數(shù)學(xué)素材(包括基本數(shù)學(xué)原理和實際問題驅(qū)動的數(shù)學(xué)模型)作為實驗對象,以程序運算作為實驗形式,以數(shù)值計算、符號演算和圖形顯示等作為實驗內(nèi)容,以實例分析、模擬仿真、歸納總結(jié)等為實驗方法,以輔助學(xué)數(shù)學(xué)、輔助用數(shù)學(xué)或輔助做數(shù)學(xué)為實驗?zāi)康?,以實驗報告為最終形式的數(shù)學(xué)計算機實踐活動。

        二、數(shù)學(xué)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的教育需求

        創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)是大學(xué)生素質(zhì)教育的重要組成部分。作為理工科大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的重要平臺,實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)得到了眾多教育專家的重視[1-4]。國內(nèi)外眾多高校紛紛在教育教學(xué)改革的探索中注重培養(yǎng)具有較強實踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才,實踐教學(xué)是其重要環(huán)節(jié)之一[5-9]。

        對于理工科大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)而言,一般都采用與研究型大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)類似的教學(xué)模式[4]。教學(xué)內(nèi)容重古典、輕現(xiàn)代,重理論、輕應(yīng)用,理論大都不能與實際問題相聯(lián)系,缺乏創(chuàng)新精神,從而往往導(dǎo)致學(xué)生認為數(shù)學(xué)抽象、枯燥、無用。這不但影響了學(xué)生學(xué)習數(shù)學(xué)的積極性,也影響了理工科大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)的發(fā)展。從長遠的角度考慮更是不利于教學(xué)資源的充分發(fā)揮和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。因此理工科大學(xué)的數(shù)學(xué)專業(yè)如何理論聯(lián)系實際,如何開展實踐教學(xué),以適應(yīng)社會對應(yīng)用型人才的需求已成為迫切需要解決的一個問題。

        三、基于數(shù)學(xué)實驗開展數(shù)學(xué)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)

        “數(shù)學(xué)實驗”通過“引例→知識→軟件→范例→實驗”的教學(xué)過程,以實際問題為載體,把數(shù)學(xué)理論、數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)軟件和計算機應(yīng)用有機地結(jié)合,特別強調(diào)實驗過程中學(xué)生的主體地位,在教師的引導(dǎo)下,學(xué)習查閱文獻資料、用數(shù)學(xué)理論和計算機技術(shù),借助適當?shù)臄?shù)學(xué)軟件,分析、解決一些經(jīng)過簡化的實際問題,并撰寫實驗報告或論文,經(jīng)受全方位的鍛煉。在這個過程中提高學(xué)生學(xué)習數(shù)學(xué)的興趣,發(fā)揮主動性,從而培養(yǎng)學(xué)生的主動精神,綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識。

        數(shù)學(xué)實驗課的設(shè)立,首先是改變了數(shù)學(xué)課程那種僅僅依賴“一支筆,一張紙”,由教師單向傳輸知識的模式。它提高了學(xué)生在教學(xué)過程中的參與程度,學(xué)生的主觀能動性在實驗中能得到相當充分的發(fā)揮。好的實驗會引起學(xué)生學(xué)習數(shù)學(xué)知識和方法的強烈興趣,并激發(fā)他們自己去解決相關(guān)實際問題的欲望。因此數(shù)學(xué)實驗有助于促進獨立思考和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

        其次,數(shù)學(xué)實驗讓學(xué)生了解和初步實踐應(yīng)用數(shù)學(xué)知識和方法解決實際問題的全過程,并通過計算機和數(shù)學(xué)軟件進行“實驗”,實驗的結(jié)果不僅僅是公式定理的推導(dǎo)、套用和手工計算的結(jié)論,它還反映了學(xué)生對數(shù)學(xué)原理、數(shù)學(xué)方法、建模方法、計算機操作和軟件使用等多方面內(nèi)容的掌握程度和應(yīng)用的能力。因此,數(shù)學(xué)實驗有助于促進在實際工作中非常需要的綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

        另外,數(shù)學(xué)實驗必須使用計算機及應(yīng)用軟件,將先進技術(shù)工具引進了教學(xué)過程,不止是作為一種教學(xué)輔助手段,而且是作為解決實驗中問題的主要途徑。因此,數(shù)學(xué)實驗有助于促進數(shù)學(xué)教學(xué)手段現(xiàn)代化和讓學(xué)生掌握先進的數(shù)學(xué)工具。

        實踐證明,“數(shù)學(xué)實驗”課程的教學(xué)無論對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才還是應(yīng)用型人才都能發(fā)揮其他課程無法替代的重要作用。

        參考文獻

        [1]李大潛.關(guān)于高校數(shù)學(xué)教學(xué)改革的一些宏觀思考.大學(xué)數(shù)學(xué)課程報告論壇2009論文集[C].北京:高等教育出版社,2010(5).

        [2]楊啟帆.致力數(shù)學(xué)建模課程建設(shè),培養(yǎng)大批優(yōu)秀人才[J].高等工程教育研究,2002(03).

        [3]楊啟帆,談之奕.通過數(shù)學(xué)建模教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新人才——浙江大學(xué)數(shù)學(xué)建模方法與實踐教學(xué)取得明顯人才培養(yǎng)效益[J].中國高教研究,2011(12).

        [4]樂經(jīng)良.數(shù)學(xué)教學(xué)中的實驗[R].上海:大學(xué)數(shù)學(xué)課程報告論壇,2005:109-113.

        [5]楊月婷,譚希麗,裴明鶴,等.數(shù)學(xué)類專業(yè)創(chuàng)新實踐教學(xué)模式研究[J].數(shù)學(xué)學(xué)習與研究,2013(21):21-21.

        [6]李春沅.高師數(shù)學(xué)專業(yè)實踐教學(xué)模式的現(xiàn)狀及策略分析[J].數(shù)學(xué)學(xué)習與研究,2014(3):10-10.

        [7]王瑋明,連新澤,林望,等.數(shù)學(xué)類專業(yè)研究性教學(xué)模式探索與實踐——以“數(shù)學(xué)模型與實驗”課程為例[J].大學(xué)教育,2014(17):123-125.

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        [9]呂曉靜,劉新鈺.基于崗位職業(yè)能力的數(shù)學(xué)專業(yè)實踐教學(xué)體系建設(shè)初探[J].教育教學(xué)論壇,2010(18):28-28.

        Research and Practice of Innovative Practical Teaching Reform Based on Mathematical Experiments

        ZHOU Lin-hua,JIA Xiao-ning,ZHANG Wen-dan,JIANG Zhi-xia,SHI San-zhi

        (College of Science, Changchun University of Science and Technology,Changchun,Jilin 130022,China)

        Abstract:How to best use of "mathematics" has become a current hot topic in the field.In fact,mathematics is not only a science,but also a kind of key technology that is applicable in various fields.As a result,developing the students' innovative practical ability based on Mathematical Experiments is a subject worth exploring.Mathematics Experiments should play an important role in cultivating innovative talents.

        Key words:Mathematical Experiments;practical teaching;innovative practical ability

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