基于Python的高职数学课程创新教学模式研究

摘要：随着社会的高速发展和国家大力推进职业教育改革的背景下，高职数学课程的创新发展同样势在必行，基于对目前高职数学教学存在的困难和需求的分析，提出Python与高职数学相融合的教学模式。介绍了Python语言的特点和优点，具体给出了Python在高职数学教学计算部分的应用方法，Python与高职数学的结合对教学目标的达成和学生未来发展都大有益处。

关键词：高职数学教学模式融合编程能力

中图分类号：G642

ResearchonInnovativeTeachingModeofHigherVocationalMathematicsCurriculumBasedonPython

ZHANGCong

DepartmentofBasicEducationandResearch，ChangchunFinanceCollege，Changchun，JilinProvince，130124China

Abstract：Withtherapiddevelopmentofsocietyandthevigorouspromotionof ;vocationaleducationreformbythecountry，theinnovativedevelopmentofhighervocationalMathematicscurriculumisalsoimperative.BasedontheanalysisofthedifficultiesandneedsincurrenthighervocationalMathematicsteaching，ateachingmodethatintegratesPythonwithhighervocationalMathematicsisproposedinthisarticle.ItintroducesthecharacteristicsandadvantagesofPythonlanguage，andprovidesspecificapplicationmethodsofPythoninthecalculationpartofhighervocationalMathematics.Thecombinationof PythonandhighervocationalMathematicsisofgreatbenefittotheachievementofteachingobjectivesandthefuturedevelopmentofstudents.

KeyWords：HighervocationalMathematics;Teachingmode;Integrate;Programmingability

1高职数学课程教学现状与需求分析

高职学生数学基础薄弱，普遍学习困难，学习兴趣不足，导致课堂教学效果和学生学习效果不理想，因此达不到课程教学的目标和学科素养的要求。数学课程作为高职院校的公共必修课程有着重要的作用，核心目标在于培养和发展学生的数学思维和数学应用能力，但是高职数学课程往往理论知识过于抽象，又普遍偏重于计算，在有限的课时内通常很难实现培养学生数学思维和数学应用能力的目标，这就导致在这种教育模式下培养出的学生缺乏对数学知识的分析与应用能力，数学建模能力较差。通过对学生问卷调查和对任课教师的访谈，发现大部分学生对于高等数学中的计算部分比较头疼，在计算部分虽然投入了大量的时间，但由于题型种类多、解题方法多学生的接受和掌握程度往往也达不到理想的效果，同时由于数学知识的抽象性，学生理解起来难度很大，学习的积极性不高。所以，现在如何弱化高职数学中计算在教学中所占的比重，如何让学生更直观地理解抽象的数学知识是急需解决的难题。同时，传统的数学教学方法和手段比较单一，会使学生觉得学习数学很枯燥和难懂，产生畏难情绪，不利于课堂教学的开展，现在的学生更喜欢接触新鲜事物，喜欢简单高效的学习方式，所以转变教学方法，引入更适应当前学生的教学形式和学习方法尤为重要[1]。

2高职数学教学模式创新的必要性分析

职业教育是要培养应用型人才，因此对于高职数学课程而言不需要学生掌握深奥的数学理论，更重要的是能够运用数学知识解决问题，因此数学教学也应该向应用性转变[2]。目前的数学教学更多地偏重于培养学生的计算和逻辑推理能力，缺少对数学应用意识和应用能力的培养，这一现象的产生一方面由于部分教师对于培养学生应用能力方面的认识不足，还有很大一部分原因是受到课时的限制，当我们把时间着重于培养学生计算能力和逻辑推理能力的时候，自然就要牺牲对数学应用能力的培养，因此必须对原有的教学模式进行创新。而对数学教学而言，计算能力、逻辑推理能力和数学应用能力都是不可或缺的，所以在创新的过程中并不是要去掉哪一个部分，而是选择更好的、更适合职业教育学生学习的方式。对计算能力而言，随着信息技术的普及，有很多计算工具和软件兴起，对于学生计算能力的培养也不局限于笔算，而是应该与时俱进去培养学生使用新的技术手段解决计算问题的能力。这样既可以缩减传统计算方法教学所需的时间，又可以将新的技术引入数学教学中来，同时还有更多时间培养学生的数学应用能力和软件应用能力。

同时随着社会的发展，传统的生产、服务等行业结构不断调整，信息化、智能化在各行各业的重要作用日显突出，在这样的背景下编程能力越来越被大家所重视，原有的教学模式已经不能满足新企业和新岗位对人才的需求，在这样的节点上，作为职业教育的教师要深入思考如何适应时代的变化[3]。落实到高职数学课程上，也应该在数学课程中引入编程等新的技术手段，计算机编程的发展本身就与数学密切相关，同时学习计算机编程同样培养学生分析问题、解决问题的能力和提升学生的思维能力，这与数学的培养目标也是一致的，所以将数学课程和计算机编程相融合可以达到一加一大于二的效果，事半功倍。在学习数学和应用数学的同时发展学生的计算机编程能力，不仅可以减轻学生学习数学计算的压力，还能锻炼学生的逻辑思维能力；同时当在数学计算中引入编程以后，还能够帮助学生解决以往笔算很难解决的一些更复杂、更高阶的问题，对于解决实际问题提升数学的应用性大有裨益。所以，提出Python和高职数学课程相融合的教学模式对数学教学和学生学习都起到正向的促进作用。

3Python语言的优点

近年来，Python在众多的程序设计语言中脱颖而出，应用广泛。与其他程序设计语言相比，Python作为一种面向对象的解释型计算机程序语言，其最主要的特点是语法简洁清晰，能够把其他语言制作的模块轻松地联结在一起，可用图形化界面直观呈现知识过程。对数学教师而言，Python语言简洁，易写易懂，对教师的代码水平要求不高。由于Python的简单易学、开源、可扩展性、丰富的库、规范的代码等特点，所以选择Python编程辅助数学教学最合适不过[4]。Python的Sympy库是用来进行科学计算的核心，它能够基于符号计算体系高效完成高职数学涉及的极限、导数、积分的计算。Python的Matplotlib库是Python功能最齐全的绘图工具，可绘制各种函数图像，实现数学教学的可视化。基于此，在信息技术发达的今天，教师应该寻求一些新的技术手段，帮助学生更轻松地学习数学，解决数学学习中的困难，因此将Python引入高职数学教学中，极大地简化了学生数学学习的难度，提升学生学习兴趣，减少了计算部分所占用的时间，教师可以更多地关注于数学的实际应用，提升学生的数学应用能力[5]。

4Python在高职数学计算中的应用

在计算的过程中引入Python编程可以解决所有高职数学教学中所涉及的计算问题，代码简单易懂，逻辑清晰，即使对于没有编程基础的学生而言也完全没有压力，这样就不会让学生觉得学习和使用Python是在原有的基础上增加了学习内容，而是让学生们明显感觉是减轻了学习负担。对于Python编程的应用不局限于电脑和软件，一些网站也支持Python在线编程，手机和电脑都可以轻松实现，不会因为设备问题受到影响。

4.1Python在极限计算中的应用

极限计算是高职学生接触高等数学的第一个计算难关，虽然高职数学所涉及的极限计算难度并不大，但是极限的类型较多，对于每种类型的极限解决的方式又不同，因此造成学生学习困难；但对于Python而言，一个程序命令就可以解决高职数学中涉及的极限计算问题。

对于极限问题，只要在代码中变化函数解析式和自变量的变化趋势即可求不同函数的极限。

4.2Python在导数计算中的应用

导数计算是高职数学的重要部分，涉及一阶导数、高阶导数和偏导数以及求导数值，求导这部分知识在微积分里可以说是贯穿始终的，以往进行函数求导运算，需要学生熟练掌握导数公式和导数运算法则，引入Python以后，只要调用Sympy库里的求导命令，很容易求出需要的导数。同时，导数在解决实际问题方面也有重要的应用，尤其在数学建模方面，遇到复杂函数求导问题时，会给学生带来很大的困难，现在可以利用Python编程进行求导计算，为数学建模扫清部分困难，也为培养学生的数学应用能力提供了很大便利。

4.3Python在积分计算中的应用

积分运算在高职数学计算中是最难的，学生学起来很吃力，不仅涉及多个积分公式和多种积分方法，还因为积分和求导正好是互逆的，所以对于刚刚学完求导的同学们而言再学积分很容易出现混淆，使得学生对于积分部分的学习兴趣不高。而对于高职数学而言，积分部分在教学中所占的比重较大，这也使得任课教师十分苦恼。引入Python以后，积分计算变得简单了，无论是定积分还是不定积分，也不分换元积分法还是分部积分法，都只需要用几行代码轻松解决，极大地提升了学生的学习兴趣。

通过几个例子可以看出，使用Python解决高职数学中的计算问题十分简单高效，我们都是使用Python语言中的Sympy库中的命令，学生只要掌握相应的命令就可以解决对应的问题。以上只是介绍了高职数学中三大部分计算的问题，而Python能解决的数学问题和在数学教学中的作用还远不止这些。例如：教师还可以用Python的绘图功能绘制函数图像演示函数的变化趋势，等等，这可以极大地丰富课堂教学内容，提升学生学习兴趣。但Python中对于函数的输入形式与以往手写的形式不同，所以应用Python时还需要任课教师着重讲解程序的输入方式和格式，以便学生能够快速掌握Python的使用方法。

5Python融入高职数学教学的优势

5.1计算过程简单化，增强学生学习自信

数学运算是解决数学问题的基本手段，许多问题的求解都离不开数学运算，所以在教学中经常会大篇幅地讲解数学运算。但是数学涉及的运算种类太多，对于高职学生来说数学基础薄弱，很难理解和接受。Python编程拥有很强大的计算能力，例如：极限的计算，在高职数学教学中至少要讲解5种极限类型，每种类型对应不同的解题方法，对于部分学生来说，他们很难正确判断极限类型，更不要说找到正确的解题方式，但是对于Python编程而言只要短短几行代码就可以解决各类极限的计算问题。同时，学生在使用编程工具解决数学问题的过程中容易获得学习上的成就感和自我认同感，提升学生学习数学的信心，真正实现数学的工具化，促使学生乐于应用数学手段解决问题，同时编程能力的提升对数学建模有很大的益处。

5.2教学过程生动化，提高课堂教学效果

传统的数学课堂给人的感觉都是枯燥无味、晦涩难懂的，所以数学老师都在不断地改进教学方法和教学手段，尽量使课堂生动有趣。如果将Python融入数学课堂教学中，会使教学内容更加丰富、直观，运用Python的绘图功能演示复杂函数理论与图形，能够使学生克服学习抽象理论的畏难心理，教师从可视化图形入手，由简单知识过渡到数学原理，将理论知识以严谨但不失有趣的方式展现出来，有利于学生理解，能够极大程度激发学生的自主学习热情，同时兼顾学生的基础差异，改善了数学课程理论教学的枯燥性。例如：在讲解一些复杂的极限时，可以直观地通过图像观察函数的变化趋势，而不是单纯地靠教师的理论讲解和同学们的想象。Python与数学课堂相结合不仅能激发学生学习数学的热情，同时也能激发教师课堂教学的积极性，提升教学效果。

5.3教学手段信息化，提升数学应用能力

随着计算机技术的普及，很多学生从小就开始接触一些简单的计算机编程；近几年，Python也逐渐走入高中课堂；从2018年3月开始，Python语言程序设计加入了计算机二级考试科目，很多专业课程也都开始与信息技术相融合；现代社会对学生编程能力的要求也越来越高，这都体现出Python的重要地位。将数学课程与Python相结合也是紧跟信息化教学的大趋势；同时在数学教学中引入Python，可以培养学生运用Python解决数学问题的意识和能力，提升学生数学建模能力。

6结语

综上，Python与高职数学的融合可以打破现有的困境，有效推动高职数学课程创新发展，新的教学模式可以有效提升学生学习数学的兴趣，加深学生对数学内容的理解，可以为学生以后学习更复杂的数学内容及Python程序语言打下坚实的基础，在解决问题的过程中提升计算思维、提升应用能力，增强学科核心素养，达到教学的最终目标。

参考文献

[1]张慧星，姚香娟，周圣武.基于信息技术的公共数学课程教学改革与实践[J].大学数学，2023，39（5）：10-15.

[2]刘海明.高职院校新技术应用型人才培养研究[D].武汉：华中师范大学，2023.

[3]张扬.高职学生关键能力培养的模式变革研究[D].上海：华东师范大学，2022.

[4]梁爱华，徐歆恺，李红豫，等.以应用能力培养为导向的Python程序设计在线教学实践[J].计算机教育，2021（2）：49-52.

[5]史彦丽.基于信息化的高职数学课程混合教学模式的建构与实施策略[J].吉林化工学院学报，2023，40（2）：63-67.