Matlab在高中数学教学中的应用探讨

颜茂

摘 要：Matlab是一款拥有强大的图像可视化功能的现代数学软件，其出色的人机交互式程序设计能够很好地辅助高中数学的教学，尤其在函数等章节的教学中，应用效果显著。本文简要介绍了Matlab软件及其主要特点，针对目前高中数学教学中存在的问题，以函数图像的学习为例，具体探讨了Matlab在高中数学中的教学设计与应用。

关键词：Matlab；数学软件；图像处理；高中数学；教学方案设计

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引言

数形结合是数学教学中非常重要的一种思想方法，在高中数学中，学生开始接触到大量复杂的几何图形或函数图像，教师在课堂教学中经常需要向学生们演示这些图形，如果依靠传统的教学方法，利用粉笔在黑板上作图证明，一方面会占据过多的课堂时间，另一方面，学生也会觉得枯燥乏味，课堂教学效果大打折扣。Matlab软件的出现，很好地解决了这个问题。教师利用这种新型的教学辅助工具，能够从多个方面、多个角度为学生讲解更为精细的理论和精准的图像结构，从而帮助他们更好地掌握和理解相关的知识内容，，培养学生的动手能力和学习高中数学的学习兴趣。

一、Matlab简介

Matlab 是一款由美国科技公司开发的应用软件，主要用于可视化和交互式程序设计等高科技的计算环境当中。Matlab凭借其简单易用的语言自推出后，得到了迅速的发展，受到各行各领域的广泛青睐，并一跃成为第四代计算机语言。其主要特点主要如下：

①函数库丰富、简洁、程序自由、使用灵活，对于刚接触Matlab软件的初学者而言，可以直接调用函数库而不用自己编写子函数；

②具有良好的可移植性，在Matlab软件中编写的程序基本适用于各种型号的计算机；

③拥有强大的图像处理功能，输入数据通过简单操作便可快速生成图像，同时也可以在图形界面中对图形作相应的编辑处理。

总之，Matlab软件在各领域中都有着广泛的实用价值，在国外，很多高校都将其作为基本的教学内容，要求学生必须掌握。同样，Matlab在我国高校理工科的众多专业中也有着广泛的应用基础。随着信息化教育技术逐渐进入高中课堂，高中教师团队中也加入了越来越多能够熟练操作计算机软硬件的年轻教师，在高中数学课堂中使用Matlab软件辅助教学已成为一种新的教学趋势。

二、高中数学教学中存在的主要问题及分析

目前高中数学教师在教学时，大多仍使用传统的教学方式，在这种模式下，要想取得较好的教学效果，需要教师耐心重复知识点的讲解，学生自身也需要不断琢磨。客观而言，主要存在以下几点问题：

（一）教学方法死板

教师在讲解函数或几何章节时，常常需要作图演示，如果使用传统的教学方法，用粉笔在黑板上作图，一方面，教师手动作图，对于一些复杂的图形，很难保证图形的准确性并且占用了大量的課堂时间；另一方面，黑板作图是静态的图形，是无法表示出图像运动、变化的过程，例如在函数章节中，单纯地靠黑板演示，学生把握函数图像与函数性质两者之间的关系，对函数的理解还停留在代数式的意识层面上。

（二）教学没有结合教学实际背景

高中数学知识具有一定的抽象性，教师在课堂教学时，很难结合生活实例来帮助学生理解相关知识点。由于教学内容增多，难度增大，而课堂教学时间有限，所以教师在高中数学教育活动中很少会去为学生创设教学情境，大多只是简单地引导学生对前面所学知识点进行回顾整理，随即进入新的概念的讲解。这种传统的教学方法并不能帮助学生掌握并理解概念的背景，因此，学生在学习起来时，会觉得十分难懂、难学。

（三）学生被动接受知识，失去自由发展空问

在高中数学教学中，大多时候，都是由教师在讲台上讲，学生在下面记，教师问学生答，教师为了完成“教”而教，忽视了学生在课堂学习中的主体地位，使其被动地接受知识。此外这种靠机械记忆的教学方法，忽略了学生思维能力的培养，阻碍了学生的全面发展。

综上，目前我国传统的高中数学教学方式还有很大的提升空间。毫无疑问，在信息化的教育背景下，高中数学教学也应当采取现代化的教学方式，利用现代科技软件进行辅助教学。

三、Matlab软件在高中数学的教学设计

本文以高中数学中函数教学为例，具体探讨Matlab软件在数学教学中的辅助作用与教学设计。函数具有典型的抽象性，教师如果用传统的教学方法来讲解函数章节的内容，学生很难对函数产生感性的认知，理解起来很困难。采用Matlab软件能够很好地改善这一状况，并且可以根据教学需求随时修改变换函数图像，使得教师的课堂教学更加灵活。在建构主义教学理论的基础上，我们针对高中函数的教学设计出了两种教学课型，分别是教师演示式以及学生实验的自学指导式。

（一）教师演示课型

这种课型主要是由学生提前预习所学内容并提出问题，课堂上，教师引导学生通过小组合作学习的方式探索答案。在绘制函数图像时，由教师进行演示，让学生了解Matlab软件的操作。Matlab能够把函数抽象的概念、图像性质和变化特征详细具体地展现在学生面前，让学生对指数函数、幂函数等发生过程一目了然，进而突破函数教学的重难点。教师的课堂演示能够帮助学生将函数抽象的内容形象化，降低学习难度，增强学生的学习信心。

（二）学生实验的自学指导式教学课型。

这种教学课型下，学生在教师的指导下思考课本中的问题，采用小组合作的方式并进行相关的实验，在此过程中，大部分时间由学生自主学习，教师只需适时地进行指导即可。这种教学方法将教学的重点由“教”转变为“学”，能够有效培养学生独立思考能力与自学能力，充分体现了学生在教学活动中的主体地位。

三、总结

总而言之，在现代化教学背景下，高中数学教师应紧跟时代发展潮流，适当利用Matlab等高科技的数学软件来辅助自己的教学。一方面，教师借助这类辅助教学工具大大地简化了备课和课堂演示的过程，节约更多的时间用于更好地服务于学生，加强与学生的沟通交流；另一方面，Matlab强大的图像可视化功能能够帮助学生更好地掌握和理解所学的知识，拓宽他们的知识视野，激发他们对于数学知识的求知欲，培养学生独立思考的能力，课堂教学效果得到显著提升。

参考文献：

[1]昝友. 在高中数学教学中应用图形计算器的实践与探索[J]. 中国现代教育装备. 2016（14）

[2]李旭. MATLAB与高中数学教学策略研究[J]. 教育现代化. 2016（21）