提高线性代数课程教学效果的方法研究

龚海萍+于霞

（南通大学 理学院，江苏 南通 226007）

摘 要：线性代数是许多高校开设的一门重要的基础理论课，它具有较强的逻辑性、抽象性和广泛的实用性。线性代数课程的教学效果直接影响着学生的学习积极性以及在实际生活中应用数学知识的能力。为此，本文利用比较学习、等价分类、与其他学科联系、数学建模等方法，结合相关知识点以及生活实例，从而有效地提高线性代数课程的教学效果。

关键词：线性代数；教学效果；方法研究

线性代数是高等学校工科专业的一门重要的公共基础课，是高等学校经济、管理类专业核心课程经济数学基础之一，也是研究变量间线性关系的一门学科。它有着深刻的实际背景，在自然科学、社会科学、工程技术、军事和工农业生产等领域中有着广泛的应用。

线性代数作为一学期的课程，一般只安排32学时或者48学时，而该课程具有较强的抽象性与逻辑性，知识相互依懒性强，每个后续概念、性质和定理都依赖于对先前概念、定理的理解与掌握，如果前面的知识一知半解，没好好掌握，后续内容学起来就比较困难。所以在有限的学时中如何提高线性代数教学效果，提高学生学习效率显得至关重要。

1重视比较学习在课堂教学中的应用

比较作为数学教学的有力手段，是判断研究对象的异同点，是学生理解和掌握知识的重要方法。教学实践表明，通过比较，能使学生从抽象概括上升为理性认知。新知识的学习如果不与已有知识进行比较，将会变得难以前行，有时甚至止步不前。线性代数课程中有许多内容既有联系又有区别，在教学中充分运用比较的方法，有助于突出教学重点，突破教学难点，这样学生才能更容易接受新知识，不至于混淆知识，从而提高了辨析能力和逻辑思维能力，对数学知识掌握得更牢固更全面。

例如：行列式和矩阵容易混淆，很多学生在学习行列式和矩阵之后，分不清矩阵和行列式，就m×n矩阵和n阶行列式而言，矩阵的行数与列数有时相等有时不等，如相等则是方阵，而行列式的行数与列数必须相等，学生还经常把两者的符号混淆使用，并且把行列式和矩阵的计算性质混淆在一起。比如说，m×n矩阵的数乘和n阶行列式的数乘（常数k≠0）：用数k乘以矩阵，即用数k乘以矩阵中的每个元素；若用数k乘以行列式，则行列式的某一行（列）中的所有元素都乘以k。

行列式实质就是规定了某种运算规律（即所有不同行不同列的n个元素的乘积的代数和）之后计算出的一个数，而矩阵则代表由一些数字构成的数表，并且行数和列数一般不相等，只有行数和列数相等的矩阵即方阵才有对应的行列式。

这样比较学习使学生清晰辨别行列式与矩阵，理解并掌握相关数学知识。数学教学中恰当的应用比较，不但能突出事物的本质，明确概念的内涵和外延，而且可以简化某些问题的教学。这不仅有利于学生理解和掌握数学概念，而且是学生进行判断和推理的重要的思想方法，它有助于学生提高认识事物和解决问题的能力。

2注重等价分类法在教学中的应用

例如：向量组的线性相关性这一章主要围绕五个关键概念展开：向量组的线性相关性（线性相关、线性无关）、向量组的最大无关组、向量组的秩、矩阵的秩、齐次线性方程组的基础解系。这五个关键概念环环相扣，把这一章的教学内容串联起来。其中向量组的最大无关组是连接其他四个概念的纽带，最大无关组是向量组线性相关性的核心。另一方面，最大无关组给出了向量组的秩和矩阵的秩含义，向量组的秩等于向量组的最大无关组所含的向量个数，矩阵的秩等于它的列向量组的秩，也等于它的行向量组的秩。齐次线性方程组的基础解系即是它的解向量组（或解空间）的最大无关组。

对于向量组的线性相关、线性无关的定义，学生往往感觉抽象难学，不像行列式、矩阵、线性方程组那么具体了，那么我们可以用等价分类的方法使得学生理解概念的内涵，并和其他知识点联系起来，如：齐次线性方程组、线性组合、线性表示、行列式、矩阵的秩，同时利用等价分类讨论，从多个角度诠释向量组的线性相关与线性无关，使得学生完善对这些概念的理解，且获得相关结论和求解方法。

在教学过程中采用等价分类的教学方法，不仅促进了学生对概念的掌握，还培养了学生全面思考、多角度看待事物的能力，同时把知识串联起来，形成知识体系，便于学生系统掌握知识。

3与其他学科联系起来

对于线性代数，学生学完之后不知道用处，也不了解怎么用，这降低了他们对线性代数的学习兴趣。教师仅一味地强调线性代数在实际生活中应用比较广泛，这并不能促进学生对本课程的学习，要切实举出实例，使学生从主观上体会到它的作用，这样才能充分调动他们的积极性。

例如：在讲解矩阵乘法时，可以举出在经济学上的应用——生产成本的计算。利用矩阵的乘法把多个数据表汇总成一个数据表，使得生产成本直观具体、一目了然。如此教学既提高了学生的学习兴趣，又很好地体现了实际问题线性化，还让学生体会到线性代数在实际生活的应用，可谓一举多得，无形中提高了教学效果。

4几何直观思想在课堂教学中的应用

线性代数的特点之一就是概念多且抽象性强，使得学生对概念的理解掌握具有一定的难度。但是，如果教师将概念的几何意义融入教学过程中，就会降低学生对概念的理解和掌握难度。

例如：行列式概念和运算比较抽象，方法灵活，对学生而言，理解起来可能较为费劲，导致对行列式难以把握，只会机械記忆，对其几何意义一概不知。其实对于行列式的概念和运算，从几何直观的角度来诠释比较简便。之前在学习《高等数学》向量代数与空间解析几何这一章节时，知道两个向量的向量积可以表示成行列式，其几何意义为：与它们两个向量都垂直且符合右手规则的向量。三个向量的混合积也可以用行列式表示，其几何意义为：这个行列式的绝对值即为以它们三个向量为相邻棱所作的平行六面体的体积。特殊地，当混合积为零时，这个六面体的体积为零，也就是三向量共面。

这是解析几何中一个典型的求解立体几何体积的问题，很多同学无从下手，不知如何求解，这主要是因为他们对这个平行六面体没有任何概念，而且不了解这个六面体的体积所表示的意义，这些原因归根到底还是对行列式的几何意义缺乏认识，如此一来，这个求解解析几何的问题就转化为求解行列式的问题，实现了几何与代数之间的过渡，这样将几何直观的思想融入行列式的概念教学中，不仅降低了学生对概念的理解难度，还提高了他们对线性代数的学习兴趣。

线性代数与几何密切相关，几何上二维、三维空间可以拓展出线性代数的很多理论，一方面，解析几何以线性代数为研究工具；另一方面，解析几何为线性代数提供了几何背景，两者相辅相成，互相渗透。将两者结合，即把“数”与“形”相结合，促进了数形结合思想的发展与应用。除此之外，随着计算机的发展，多媒体的应用越来越广泛，这是教学的一大优势，我们应该把握这一优势，加强几何直观思想在教学中的应用，使学生了解其几何意义，增强立体感及视觉的美感。这样不仅促进了学生对线性代数抽象知识的了解，还提高了他们抽象思维的能力。

5数学建模思想在教学中的应用

不论是用数学方法解决哪类实际问题，还是与其他学科相结合形成交叉学科，首要的和关键的一步是将研究对象的内在规律用数学的语言和方法表述出来，也就是建立所谓的数学模型，还要将求解得到的结果返回到实际问题中去，这种解决问题的全过程就是数学建模。而线性代数常常用于解决生活中线性化的实际问题，所以两者相得益彰。

密码学中的信息代码就是所谓的密码，而明文就是没有转换成密码的文字信息，密文即密码表示的信息。明文转换为密文的过程叫加密，反之就是解密。1929年，希尔（Hill）通过矩阵理论对传输信息进行加密处理，提出了在密码学史上有重要地位的希尔加密算法。如今使用频率较高的密码模型就来源于此。

在线性代数的教学过程中渗透数学建模思想，建立数学模型，彰显这门课程的知识本质，使得线性代数知识本身更加生动具体，不仅有利于学生对线性代数充分理解和掌握，提高学习兴趣，同时还培养了学生应用数学能力、抽象思维能力和实践能力。

参考文献：

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[3]鄔学军，唐明.线性代数是蓝色的——大学非数学专业《线性代数》的课程设计[J].大学数学，2008，24（6）：12-15.