数学实验融入高等数学教学的研究

　　摘 要： 针对目前高等数学教学中所存在的问题，根据高等数学教学改革的思路，本文探讨了数学实验案例融入高等数学教学中的意义，并结合两个具体实例加以分析。
　　关键词： 教学改革 高等数学 数学实验
　　
　　高等工科院校的主要任务是培养应用型人才，应用型人才的显著特点是，注重知识的有效管理和应用，而不是单纯进行知识的发现和挖掘，也就是既要注重学数学，又要注重用数学；既要有扎实的数学功底，又要注重培养运用数学知识来分析问题和解决问题的能力。
　　1.高等数学教学现状
　　高等数学是工科院校各个专业不可缺少的重要基础课程。在现行的教育体制下，传统的高等数学教育似乎也被烙上了应试教育的印迹，学生学习数学似乎都是为了考试，体会不到数学在各个学科中的广泛应用。而且，现行的高等数学教材大多局限于强调数学体系的逻辑严密性，而未突出数学在很多其他专业领域的运用，也不利于学生数学知识的拓展和后续专业课程的学习。
　　因此，高等数学教学改革已是当务之急，如何在让学生掌握扎实的数学功底的同时，进一步培养学生的思维能力，创新能力，以及运用数学知识分析问题解决问题的能力已是当前广大高校数学教师面临的一个重要课题。
　　2.数学实验案例融入高等数学教学的意义
　　数学实验作为一门课程在我国一些高校中开设已有十多年历史，一些不同层次的学校也取得了显著的成绩。数学实验，即指从实际问题出发，建立数学模型，借助计算机，运用数学软件，让学生亲自设计和动手，体验解决问题的过程，从实验中去学习、探索和发现数学规律。著名数学家王元指出：“过去学校中老一套教学模式不再适应现代科学技术的发展，数学实验看来可以作为数学教学的主要内容列入授课计划。”中国科学院院士、著名数学家姜伯驹教授曾指出：“应当试验组织数学实验课程，在教师指导下，探索某些理论或应用的课题，学生的新鲜想法借助数学软件可以迅速实现，在失败和成功中得到真知。”［１］
　　在高等数学教学中融入数学实验案例教学的基本目的，是使学生掌握数学实验的基本思想和方法，并在数学实验的过程中巩固所学到的数学知识，同时得到多方面的锻炼和提高。高等数学教学中融入数学实验案例教学，具有以下几个方面的意义。
　　（1）高等数学教学中融入数学实验案例教学，有利于学生自学能力的形成和提高。我国的高等教育沿袭的是前苏联的教育模式，强调知识理论体系的严密性，基础知识扎实，但是教育的灵活性较差，基本都是先提出结论，然后加以证明，而学生基本都是被动地接受，学到的是一种定势式的数学，缺少主动探讨的过程。数学实验从问题出发，迫使学生在实验过程中主动学习，去探索并得到一些未知的结论，通过实验的过程体会一些数学结论是怎样产生和得到的。数学实验的融入改变了传统的教学模式，有利于学生自学能力的形成和提高。
　　（2）高等数学教学中融入数学实验案例教学，有利于学生创新精神和创造能力的培养。数学实验的过程，要求学生自己动手，利用所学的数学知识，对提出的问题进行分析，并借助计算机，通过一些数学软件来尝试解决问题，在尝试的过程中发现、理解和掌握一些新的结论，打破传统的先提出定理、公式，再加以证明的过程，有利于学生创新精神和创造能力的培养。
　　（3）高等数学教学中融入数学实验案例教学有利于培养学生使用计算机解决实际问题的能力。现代化的社会处处离不开计算机，随着问题复杂度的增加，计算量的增大，计算机和数学软件的使用对问题的解决有很大的帮助。通过数学实验，要求学生利用计算机来解决问题，有利于培养学生使用计算机解决实际问题的能力。
　　（4）高等数学教学中融入数学实验案例教学，有利于促进课程建设和教师素质的提高。数学实验课程的开设，本身就是数学课程的一大改革，在高等数学课程教学过程中，适当穿插若干数学实验的案例教学，对巩固所学知识，提高学习兴趣等方面都有很大的帮助。同时，实验过程中，一些问题涉及数学在其他领域的应用，包括计算机的使用，这些也对教师提出了更高的要求，因此有利于促进课程建设和教师素质的提高。
　　3.可用于高等数学教学中的几个数学实验案例
　　以高等数学第一章极限与连续［2］为例，列举两个适用的数学实验案例说明在高数教学过程中融入数学实验案例的重要性。
　　（1）案例一：软件作图与震荡间断点
　　利用数学软件得到一些函数的图像总能引起学生的极大兴趣，而简单的在计算机上作图的过程也很容易掌握，介绍一下几个作图的命令之后，可以让学生在计算机上作出函数y=sin的图像，如图一：结果会发现，不管选取怎么的精度，函数图形在原点处总会出现一个矩形的模糊区域。通过对这一问题的探讨，学生能比较深刻地理解震荡间断点的含义。
　　从介绍如何作图到对所得到图形的结果进行讨论，整个教学过程大约也只需1到2个学时，比起传统的教学方式，时间可能稍长一点，但所收到的效果及对提高学生的学习兴趣等方面却是传统教学方式无法比拟的。
　　（2）案例二：零点定理与方桌问题
　　零点定理是由函数的连续性得到的一个简单结论，但就是这样一个简单的定理，却可以解决一些实际生活中非常有趣的问题，方桌问题［3］便是一个很好的例子。
　　方桌问题即方桌能否在不平的地面上放稳？通过一些必要的假设和分析，最终问题转化为一个数学命题：已知f（θ）、g（θ）是θ的连续函数，对任意θ，f（θ）g（θ）=0，且g（0）=0，f（0）＞0，则存在θ，使g（θ）=f（θ）=0。该命题由零点定理很容易证明。
　　4.结语
　　高等数学教学改革是一项系统工程。将数学实验案例融入高等数学的教学过程中，符合高等数学教学改革的思路，有利于更好地培养应用型人才，当然，对于数学实验案例的选取和如何在教学中融入也需要仔细推敲，做到科学化、合理化。
　　
　　参考文献：
　　［1］郭李芢.关于开设高等数学实验课程的思考［J］.钦州学院学报，2007，22（6）：9-12.
　　［2］同济大学数学系，高等数学（第六版）［M］.北京：高等教育出版社，2007.
　　［3］姜启源.数学模型（第三版）［M］.北京：高等教育出版社，2003.