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刊名: 教育研究
主办: 中国教育科学研究院
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1002-5731
CN: 11-1281/G4
邮发代号: 2-277

历史沿革:
专题名称:教育理论与教育管理
期刊荣誉:社科双效期刊;国家新闻出版总署收录;中国期刊网核心源刊;CSSCI 中文社会科学引文索引来源期刊;北京大学《中文核心期刊要目总览》来源期刊;
创刊时间:1979

数学软件模块式教学改革研究

【作者】 董建强1 蔺守河1 景何仿2

【机构】 北方民族大学数学与信息科学学院 北方民族大学土木工程学院

【摘要】数学软件的模块式教学,不仅是发掘学生潜能、培养学生创新能力的有效途径,而且还能够充分调动、发挥、发掘教师的潜能,进一步提高教师教学的质量。文章以北方民族大学数学与信息科学学院《数学软件》课程的教学改革为研究对象,分析了目前数学软件教学中所体现出的问题及其改革的必要性,从而进行了模块式教学改革研究,建立了数学软件模块式教学改革实施方案。同时,在实施方案的基础上,分别于2013年6月和2013-2014学年秋季学期对本科二年级和三年级部分学生、班级进行了模块式示范教学。这一教学模式改革,打破了传统的单一教学模式,建立了多模块软件教学模式,打破了同一班级单一教师的授课模式,建立了同一班级多名教师的模块授课模式。
【关键词】数学软件;课程改革;模块式研究;示范教学;课改成效
【正文】

一、问题提出的背景
(一)数学软件的地位与作用
  数学软件是高等院校为理工科学生开设的一门实践公选课,是我院信息与计算科学、统计学、数学与应用数学各专业的一门实践公共课。所谓数学软件[1,2],其实质是从实际解决问题的背景出发,以数理理论为依据,使学生运用计算机对相关理论和求解问题以数值计算、符号运算、图形或动画等形式的实现,是专门用来进行数学运算、统计分析、数学规划、工程运算、绘制数学图形或制作动画的软件。
  通过应用数学软件对所学知识在计算机上的实现,不仅可以提升学生的实践动手能力,还可以增强学生对所学内容的直观印象,有助于提高他们分析问题和解决问题的能力,有助于培养学生的逻辑推理能力和空间想象力,能够提升学生学习数学与应用数学的兴趣、意识和能力,是发掘学生潜能、培养学生创新能力的有效途径之一。
(二)改革的迫切性和必要性 
  数学软件[1,2]形成于70年代初期,是由算法标准程序发展而来的,随着计算机技术与软件工程的不断发展,探索数学软件的方式、方法和技术也在不断的发生着变化,在各领域产生了多种形式的数学软件产品。到80年代中后期90年代初,经优胜劣汰的市场竞争,逐渐出现了功能更强大的数学软件,目前市场上比较流行的数学软件基本上被分为了以下几类:符号运算软件[1](Mathematica、Maple)、数值计算软件[2] (Matlab)、统计分析软件[3] (SAS、SPSS)、优化与运筹软件(Lindo、Lingo)以及排版软件(Word、Latex)等。但我院数学软件课程的教学自开设以来,其内容比较单一,一直以Mathematica软件[1]为主要教学内容,目前看来,这已不能满足我院学生及教师学习与应用的需要,一定程度上影响着我院的教学需要,这就要求我们必须对数学软件的教学进行探索、改革[4]。
(三)改革的目的与意义
  为了满足我院学生及教师学习与应用的需要,打破我院数学软件这一单一的教学模式,让学生在有限的时间里掌握或了解到更多的、不同的数学软件技能,从而更好的配合其他教学的顺利开展,更好的培养学生应用数学分析问题、解决问题的能力,提高学生学习的兴趣,开阔学生的视野,提高教师的教学能力。同时,数学软件也是我院学生参加数学建模竞赛必备的工具。因此,结合我院学生、学科特点,对我院数学软件课程进行模块式教学改革[5,6]研究有着重要的现实意义和应用价值。
二、主要课改内容
   为了更好的、彻底的打破我院数学软件传统的单一教学模式,建立模块化[6,7]的多软件教学模式,课改组成员主要进行了以下主要工作。
(一)数学软件教学模块的设置
  从我院学生及教学的实际出发,科学的分析我院师生对数学软件的需求,更好的体现、发挥数学软件在专业学习及教学中的作用,为我院学生的数学建模提供必备的求解工具,帮助学生提高应用解决实际问题的能力,课改组成员进行了详细的软件教学模块设置,将数学软件课程的教学设为五大模块,分别为用于符号计算的MATHEMATICA软件[1]、用于数值计算的MATLAB软件[2]、专门用于求解线性或非线性的LINDO/LINGO软件、统计分析软件SPSS[3]及专业排版软件LATEX。并在模块设置的基础上,整理、编制适合本学院教学的数学软件课件及教学资料。
(二)模块教学团队的建设
  为了进一步的促进、实施教学改革,数学软件模块式教学团队的建设也是至关重要的。为此,组建了8人的模块式教学团队,分别承担着不同软件模块的教学,在团队组成中,其中有副教授2人、讲师4人、助教2人,所有人员均具有硕士以上学历。随着课程建设的不断推进,计划在外来几年的教学中再引进2-3名相关教学人员。
(三)模块教学安排
  结合课程特点及学生现状,对各模块的课时数、授课方式(如教师如何合理调配等)、授课对象(哪一级学生开始学习效果最佳)等进行了合理分析,给出了相应的教学安排,见表1:
表1 数学软件模块式教学计划安排表
课时设置
每周两次4课时,16周,共64课时
MATHEMATICA
18课时


MATLAB
16课时


LINDO/LINGO
6课时


统计分析软件SPSS
12课时


LATEX
8课时


其余4课时根据课堂需要灵活安排
授课方式
打破传统单一教师授课模式,建立多名教师对同一班级进行模块授课模式
授课对象
本科二年级或三年级学生
三、实施情况
(一)分析研究
  从我院学生及教学的实际出发,科学的分析我院师生对数学软件的需求,哪些数学软件模块会对我院学生今后的学习研究产生一定的影响。为此,课改组成员对模块的设置、各模块教学内容进行了整理和安排,并形成了适合本学院的教学材料,同时,为了更好的体现模块教学的优势,课改组成员就教学模式和教学的对象进行了合理的分析,给出了合理的教学安排和最佳的授课对象,打破了我院传统的单一软件和单一教师授课模式,建立了多模块、多名教师的模块教学模式,并形成了科学的、可执行的研究性报告,其详情见上一节的课改内容。
(二)示范教学
  在实际分析研究的基础上,于2013年6月及2013-2014学年秋季学期分别对我院本科二年级和三年级的部分学生和班级进行了示范性教学。但由于教师条件和教学时间的限制,并没有对所有数学软件模块展开示范教学,只是有针对性的在进行。
  在2013年6月,主要是针对本科生数学建模所展开的一次示范性教学,主要授课对象为本科二年级和三年级的部分学生,在此次教学活动中,主要讲授了用于数值计算的MATLAB软件、专门用于求解线性或非线性的LINDO/LINGO软件和用于专业统计分析的SPSS软件这三大模块。
  2013-2014学年秋季学期,主要是针对我院本科三年级部分班级数学软件教学活动所开展的一次示范教学,本次教学时间相对较长,为期14周,共56课时,所涉及的教学模块主要包括用于符号计算的MATHEMATICA软件、用于数值计算的MATLAB软件和用于专门求解线性或非线性的LINDO/LINGO软件等模块。
  通过示范教学的实施,从不同视角检验、观察相应模块教学改革的教学效果,认识、寻找改革中存在的不足,从而进一步提出并改进模块教学改革的举措,不断完善、推进模块式教学改革方案的有效实施。
四、课改效果
  从数学软件模块式教学改革的前期整个实施过程来看,模块式教学得到了很好的效果,无论是教师还是学生对模块式教学都给出了好的评价,大家呼吁改革,尤其在学生中反映强烈,大家认为模块式教学的意义重大、效果明显,具体体现如下:
(一)从学院角度
  是我院学生及教师学习与应用的需要,是学院发展与办学的需要。打破了我院数学软件这一传统的单一软件教学模式,建立了多模块软件教学模式;打破了同一班级单一教师的授课模式,建立了同一班级多名教师的模块式授课模式。让学生在有限的时间里掌握或了解到更多的、不同的数学软件技能,为学院今后的教学与实践提供技术保障,为问题的分析、求解提供了强有力的软件工具,将会进一步促进学院其它的教学活动。
(二)从学生角度
  数学软件的模块式教学,从学生个人的角度来说,多模块、多种技能和不同方式的授课,不仅可以掌握或了解到更多的知识与技能,为数学模型的分析、求解提供软件工具,而且还可以提升学生的实践动手能力,增强学生对所学内容的直观印象,有助于提高他们分析问题和解决问题的能力,从而能够进一步提升学生学习数学与应用数学的兴趣、意识和能力,是发掘学生潜能、培养学生创新能力的有效途径之一。
(三)从教师角度
  数学软件的模块式教学,从教师个人的角度来说,多模块多名教师的授课模式,为教师的教学提供了很大的自我空间,教师可以根据自己的能力,选择相应的教学模块,使模块教学更加专业。这样,对于教师而言,数学软件的模块式教学不仅能够充分发挥、发掘教师的潜能,调动教师教学的积极性,而且还可以进一步提高教学的质量。
五、存在的不足
  当然,由于我院学生和教学本身的特点及学院目前现状,使得在整个数学软件模块式教学的实施过程中也存在着一些不足,如模块教学教师的不足、教学时间的限制、学生班级特点等。这样,制约或影响着一些数学软件模块的建设,使得一些模块不能够很好的被讲授或应用。这就需要我们在今后的教学改革中,不断地引进模块教学人员,补充模块教学团队的建设,逐步完善模块教学改革的有效实施。
六、参考文献
[1] 丁大正.Mathematica在大学数学课程中的应用[M].北京:电子工业出版社,2006.06
[2] 王沫然.MATLAB与科学计算[M].北京:电子工业出版社,2003.09
[3] 罗应婷,杨钰娟.SPSS统计分析从基础到实践(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2010.01
[4]曾秀云.高职数学课程体系构建与教学方法改革探索[J].黑龙江生态工程职业学院学报,2012,25(5):112-114
[5] 吕杰.浅谈模块化教学的实施与意义[J].《课外阅读:教育教学探讨》,2012(20):122
[6] 郭永发.工科《高等数学》模块教学的实践与认识[J].青海大学学报:自然科学版,2002 ,20(6):84
[7] 高明海,王宝乾,靖晓英.高等数学模块教学模式的探索与构建[J].《内蒙古师范大学学报:教育科学版》,2006,19(9):102-104