时间:2023-03-23 15:17:15
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1.形式多样,丰富和生动课堂教学,易调动学习积极性
长久以来,传统的数学教学应用板书讲授法进行,形式单一.加之讲解内容本来就比较抽象,这样也比较枯燥,更加不利于学生们理解.高等数学课堂教学引入多媒体,形式多样起来,也丰富和生动了课堂教学,更易于调动学生的学习积极性.具体来说,在教学中,教师在课件中加入图像、声音、视频、动画等,努力创设和营造了图文声像并茂的教学情境,不仅能够激发学生的求知欲望,还利用学生的好奇心,逐渐培养了学习兴趣.而且,教师还可根据教学内容与环节,恰如其分地添加或引入鲜活的课外实例,扩展知识的背景,开拓学生们的视野.这对于提高学习兴趣有极大的促进作用,而且学习的积极性也更加容易被调动起来.
2.展现抽象的数学内容更加直观,易被接受
高等数学课堂引入多媒体教学可以使一些抽象的学习内容通过图形、动画等形式而变得直观,更加容易被学生们理解.具体来说,用计算机演示参数方程为例,随着参数的变化点的位置的变化过程可以通过动态的过程展现给学生们,不仅使学生们对参数的意义有一个直观的了解,同时也能向他们展现几何关系的魅力之处,充分展现空间曲线、曲面、立体图形由点到线、再由线到面的完整的生成过程,使得原本抽象的空间关系变得具体生动.
二、高等数学多媒体教学的瓶颈分析
1.辅助教学未能切实结合高等数学的学科特点
高等数学的特点主要体现在由常量数学到变量数学的飞跃过渡,体现在由静态图形研究到动态图形研究的过渡,由平面图形研究到空间图形研究的过渡.但当前具体的授课过程中,多媒体在教师讲解时大多情况下不能给以必要的辅助,而很多任课教师把它就当成了一种演示工具.而且课堂教学如何能够归还学生的主体地位,以学生的活动为主,当前的高等数学多媒体教学并没有实际的规范和体现.高等数学本身有学科的一些特点,引入多媒体如何结合特点进行教学设计、遵循什么样的原则,与传统备课和课堂安排有何调整等等,当前的高等数学多媒体教学也没有统一的规范.这一系列问题是我们教师必须要认真思考的现实问题.大多数的任课教师使用多媒体,仅仅是替代了手写板书,整堂课都是以“教师为中心”,较少地考虑到了学生学的问题,几乎没有任课教师能够充分地利用多媒体,充分发挥它的功用.
2.教学多样化的需求得不到满足,基础条件存在缺陷
当前高等数学的多媒体教学应用的软件和硬件基础条件都还不完善,不能充分适应教学的多样化需求.具体表现在:一方面,当前开发供使用的高等数学教学软件,作为商品,在内容和通用性等方面都存在着很多不如人意的地方,例如,开发周期长,软件更新慢,内容过时跟不上教材内容的更新.多媒体软件对教材的重点、难点把握不准,甚至还有知识错误.真正能够用于课堂实际教学、内容新颖且富于启发性的软件很少.另一方面,硬件上,近几年,高校持续扩招,网络教室、多媒体教室和制作室等硬件条件的不足也是亟待解决的问题.
3.多媒体辅助相关的评价体系亟待完善
目前,高等数学多媒体辅助教学评价体系仍然存在缺陷,亟待完善.传统教学和现代教学的本质区别是:把以教师为中心的教变为以学生为中心的学,把以教师为主体的教学实践过程变成以学生为主体的学习实践过程.当前高等数学多媒体教学的不科学评价很可能引发功利行为,甚至把是否应用了多媒体教学作为评价一堂课质量高低的主要依据.而这与学生主体、教师主导的课堂教学理念是有些背道而驰的.
4.任课教师的信息技术水平普遍不高
就任课教师方面来说,数学教师不是搞计算机的,认为自己不需要掌握那么多的技能,会放放课件,简单的功能会用就可以的教师大有人在,甚至不是少数.当前高等数学多媒体教学就存在着普遍性的任课教师信息技术水平有待提高的这样一种现状.在我看来,在目前的课堂教学中使用多媒体辅助教学主要发生在校级或校级以上的公开课或竞教活动中,在日常的课堂教学中使用的少之又少,而现阶段参与不同层次展示评比的课件通常是那一所学校最高水平的体现,甚至是计算机专业人员辛勤劳动的结晶.计算机是一种工具,会用的教师可以拿来为自己的授课增色,同时辅助自己的教学,相得益彰.而随着科技的发展这种需要会越来越迫切,我认为各高等数学的任课教师还是应该进一步提高自己的计算机操作水平和信息技术水平.
三、解决当前困境的对策研究
1.做好多媒体交互式教学设计,提高学生们的参与度
课堂教学的主体是学生,针对当前的高等数学多媒体教学的现状,各任课教师应在课前积极做好多媒体交互式教学设计,提高学生的参与度.具体来说,所谓交互即是要利用好多媒体做好与学生之间的互动.任课教师设计的课件中应该根据课程所授知识的背景,提供适合于学生们互动的最真实的活动,设计好各个环节,让学生们从中学会处理各种有用信息和运用信息解决问题的方法,通过分析并从中探索,通过努力最终解决问题,通过反思调整原有认知,最终更新原有的知识结构.任课教师设计课件时还应该设计学生们在课堂上的合作交流过程,关注合作过程中的学习情感等各种体验,为学生提供与数学问题密切相关的、真实的学习情境.总之,针对多媒体的交互式教学,各任课教师应设计一些具体的过程,以教学目标和教学内容为中心让学生进行讨论,在合作的活动中解决问题,从而进一步提高高等数学的教学效率.
2.不断完善和改进多媒体教学的评价
针对当前多媒体教学评价功利化的倾向现状,各任课教师还应该积极地不断完善和改进多媒体教学的评价.具体来说,评价一节多媒体课成功与否,可从教育性、科学性、技术性、艺术性、实用性几个方面进行衡量.举例来说,我能想象的一堂成功的多媒体高等数学课应该是重点、难点突出,充分调动了学生的学习积极性和主动性,通过对学生们思维的锻炼使大部分学生能够有所收获,另外还应该层次清晰、节奏各环节设置合理等等.
3.加强任课教师信息化素质的培养
为适应多媒体教学需要有必要加强高等数学任课教师的信息化素质培养.多媒体是手段,是方式方法,作为高等数学教师只是要利用好这一手段来提高课程的教学效率.虽然是基础课程,但作为自然学科,高等数学的专业性要求比较强,教学准备的具体课件的各环节设计、制作还是应该以任课教师为核心,辅助教学的出发点不是计算机,而最根本的还是课程和教学本身,多媒体只是提高教学效率的一种具体手段.因此,要求各任课教师像编程人员一样精通计算机是不现实的,也是完全没必要的.但各任课教师也还是应掌握必要的现代信息技术,达到能熟练运用网络查询各种教学有用的资源及应用多媒体先进技术提高教学效率的程度.只有各任课教师达到能够熟练运用多种教学软件的程度,才能有助于实现高等数学教学的最佳化.
四、结语
关键字:Mathematica,电动力学,课堂教学
中图分类号:G423.07 文献标识码:A文章编号:1674-098X(2015)05(a)-0000-00
引言
大学高等教育通常致力于培养专业基础扎实、有较强实践能力和拓展潜力、富有创新精神的本科人才。其中理工科专业要求学生系统掌握专业基础理论、基本实验方法和实验技能,并具有较强的数理基础。近些年,大学普遍扩招,生源质量下降,学生数学基础不够扎实,冷门专业情况更是严重,不少学生往往因专业知识在数学计算上的复杂及相关定理、概念和过程的抽象等问题而失去学习兴趣,导致专业课的教学学习效果不够理想[1]。
基于此种情况,已有不少人把多种现代教育技术如Matlab,Java,Mathematica等软件应用到课堂教学中[2, 3],使现代教学技术在提高学生学习积极性、优化课堂、提高课堂效率等方面取得了较好的效果。Mathematica是一款科学计算软件,其很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统以及与其他应用程序的高级连接。很多功能在相应领域内处于世界领先地位,截至2014年,它也是世界上使用最广泛的数学软件之一。普遍认为Mathematica的标志着现代科技计算的开始,它是世界上通用计算系统中最强大的系统。自从1988以来,它已经对科技和其它领域中计算机的运用方式产生了深刻的影响,并且在国外教学工作中获得了广泛的应用[4, 5]。从google学术搜索中搜寻Mathematica以及Education相关条目,有近十万条结果。从高中到研究生数以百计的课程都使用它,并有多本关于Mathematica教学的图书出版,涵盖多门专业教学。Karim等人[5]甚至还基于Mathematica软件开展了远程教学。而在我国,虽然教师们对于现代化手段在教学中的应用很早就开展了研究,但是一直以来不够重视,特别是Mathematica软件在教学中的应用和国际相比还处于初级阶段,还没有得到广大教师的足够重视和普遍使用。这从google学术检索中就可以发现,Mathematica与教育教学等词条相关的论文搜索结果还不到三千条。相关教学论文数量不够充分,内容也还很不深入,相关中文教材也处于缺乏状态,并且这些研究主要分布于大学物理以及数学分析这两门课程[2, 3, 6]。对于Mathematica在数学、物理等数学要求较高的大学各专业核心课程教学中的应用工作还未深入展开,而物理、电子等系核心专业课之一――电动力学的数学要求远比普通理工科专业高,因此本文欲在前人研究基础上,以电动力学部分难点的教学工作为例,展开深入分析,力图引入Mathematica软件辅助教学,消除学生对复杂公式的畏惧感,直观准确地展示各种物理图像,使学生对课程的学习有良好的进步。
1 应用
本文研究目的旨在借助于Mathematica软件将学生从复杂的微分偏微分方程求解过程中解放出来,并用图形和动画直观展示各重点难点,从而降低专业课的学习难度,达到提高学生学习积极性的目的,并使学生初步掌握Mathematica软件的使用方法,提高他们学习新事物的能力。
电动力学是很多大学专业的主干课程之一,如电子、信息、通信、物理等学科。其主要内容就是麦克斯韦方程组的来由及其在各种条件下的具体应用。此处我们以电磁波的传播为例,在瞬变条件下,变化的电场和磁场相互激发,形成在空间传播的电磁波。单从字面描述以及电磁波方程来看,较为抽象。学生一般很难理解。通过使用Mathematica软件,我们可以将平面电磁波的传播用图1展示。从图1中可以清晰看出平面电磁波的几个特性:1,平面电磁波是横波;2,电场、磁场以及传播方向三者是相互垂直的; 3,电场和磁场是同位相。
图1是静态图,实际上,通过图2所示代码,我们还可以用动画演示电磁波的传播。图2所示代码形式简洁,接近于自然语言,这样就让学生无须较高的编程水平即可自行编写代码,容易激发学生的学习兴趣。图2所示代码会生成一个简洁易懂,易于操作的界面,可以通过设置循环播放,良好地演示电磁波的传播。通过“waves”按钮可以分别演示不同个数的完整波形,时间轴可以快速或慢速地动态演示电磁波的传播过程,让学生轻松理解电磁波传播过程。
除了平面电磁波在无界空间的自由传播之外,平面电磁波在两块平行板之间的传播,也能形象清晰地展示。如图3所示,此图可以大大加深学生对电磁波传播的理解,便于学生学习。诚然此图所需代码较为复杂,不仅需要相关的电动力学知识,还必须熟悉偏微分方程求解理论,此外对Mathematica软件的使用熟悉程度也有要求,学生难以短时间内独立完成,需要进一步的训练之后才可能完成。类似的内容可以让学生课后完成,作为考核内容,这样可避免学生过于依赖该软件而忽视数学学习的重要性。
总而言之,Mathematica应用到电动力学课堂教学中,能让教学过程更生动,促进学生学习理解。
2 结束语
当前我国大学专业课教学中,数学分析软件的使用还处于初级阶段。学生薄弱的数学基础与专业课较高的数学分析要求是专业课学习过程中的主要矛盾之一。本文着力于解决由学生薄弱的数学基础和抽象的专业概念所引起的在专业课学习上的困难,让学生开阔视野,并培养学生利用工具软件的能力。从而可以将专业课学习过程中的复杂数学问题交给专业数学分析软件Mathematica来进行,学生只需掌握基本的数学原理,了解相关知识,配合Mathematica丰富的互动界面和图形显示功能,就能达到更充分更深层次理解内容本质的目的。本文重点有机衔接了电动力学与Mathematica软件,通过Mathematica在电动力学课堂教学上的使用,达到加强基本理论教学,扩展学生视野,引导学生关注科学前沿的发展动态,并训练学生的创新精神,而且避免了学生过于依赖该软件而置数学于不顾的情况。对于电动力学课程中的主要内容,可以建立一系列相应的数值程序,进而开发一个系统性的课件,辅助课堂教学,这将会对教学效果产生很大的促进作用。
参考文献
[1] 罗琬华. 对电动力学课程改革的研究[J]. 西南师范大学学报: 自然科学版. 2008, (6).
[2] 郝艳莉, 张滨燕. 数学软件 Mathematica 在高等数学教学中的应用[J]. 南通航运职业技术学院学报. 2009, 8(3): 120-123.
[3] 孙晓玲, 王宁. 利用 Mathematica 实验教学融入数学思想的研究与实践[J]. 合肥师范学院学报. 2009, (3): 32-34.
[4] N.F. Britton. Essential mathematical biology[M]. Springer, 2003.