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数学实验在数学教学中的地位与作用
收集整理:佚名    来源:本站整理  时间:2012-07-06 19:49:14   点击数:[]    

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第一章  绪论

1.1  研究动机与目的
在传统的数学教学中,比较注重理论性的数学推导。这种理性的数学具有高度的抽象性,使得许多学生对数学产生了恐惧心理,结果是学生们对数学的学习热情不高,很难学好数学。随着科学技术的发展,现代计算机技术和数学软件为开设数学实验课提供了可能性。利用数学软件可以将抽象的数学形式比较直观、具体地表现出来,将抽象的变化过程用直观的图形表示出来。这样学生学习数学的热情就高了,并且可以结合实际问题,自己动手做实验,发现问题,然后尝试解决问题。二十一世纪对人才的要求是具有综合的素质和创造性的思维能力。数学课程必须有利于数学思维的培养以及数学创新意识与应用意识的强化。学习数学的目的是为了利用数学知识解决实际问题。美国数学教师协会于2000年出版的《美国数学的原则与标准》把运用技术作为学校数学教学的一个原则。该书指出,数学教师必须使用现代教学技术,以帮助所有学生理解数学,并且在日益增长的技术世界中使用数学。因此,二十一世纪高校培养的人才不仅需要掌握数学基本知识和具有一定逻辑推理能力,还应具有综合运用数学方法,借助计算机解决实际问题的意识和能力。数学实验为数学理论联系实际开创了道路,是培养学生应用数学的意识,提高学生应用数学的兴趣和能力,培养学生创新精神和创新能力的一个重要途径 。因此,有必要对实验课开设的目的、模式、内容进行系统研究

1.2  研究背景
在高等学校学生数学教育中,教师讲的是定理、公式,重视数学公式推导和数学理论的推证。学生利用纸笔通过习题巩固定理、公式,理论脱离实际的问题一直存在,学生学习数学后,不知道怎么用。例如,只会计算函数的导数,却不知道导数表示函数的变化率、运动的速率、曲线切线的斜率、经济学中的边际概念,无法由实际问题建立起含有导数的微分方程的模型来;尽管积分技巧十分熟练,却不知道定积分表示一个和式的极限,就无法利用微元法引入实际问题的积分模型。学生可能会津津乐道于计算复杂的微分与积分问题,却不能将它应用于实际问题。这种忽视应用,忽视数学与其它领域之间的联系的数学教育现状迫使人们要去重新认识数学教育的作用。在科学技术飞速发展的今天,各学科的理论及其应用,在处理和解决问题的方法和手段上更加数学化,对数学理论与技术的依赖程度越来越高。因此,应该把以单纯向学生传授知识为中心的传统数学教育,转变为在传授知识的同时,引入先进科学技术、新方法和新概念,使传统与现代内容很好地结合起来,着重培养学生应用数学处理医学实际问题的能力。面对这种新的形势,如何提高大学生的数学素质,进行素质教育仍然是学术界探讨的问题之一。课堂教学如何由传统的单纯知识传授型向培养学生的分析判断能力、应用和创新能力型转换?如何由封闭性的“小课堂”走向开放性的“大课堂”的转换?如何利用先进的科学技术,来为数学教育服务?为此我们就开设数学实验课进行了探索。认为在高校中开设数学实验课,是提高学生数学素质的一种非常好的形式。数学实验课是一种新的教学模式,是大学数学课程的重要组成部分。它将数学知识、数学建模与计算机应用三者融为一体.通过数学实验,可使学生深入理解数学基本概念和理论,掌握数学实验的基本思想和方法,运用所学方法建立数学模型,使用计算机并利用数学软件解决实际问题,以适应新时期对高素质人才的需要。
再者随着我国产业结构和经济发展重心的调整,对高校人才培养观念和模式都提出了新的要求,要求高等理工科院校,培养大量的实用性、技术型人才。因此对高校各学科的教育教学体系提出了新的要求,作为高校公的数学教学,一直是改革的难题,虽然全国各高校都在努力改革教学模式和方法,但目前的数学教学无论是从教材建设,还是从教学策略的选择、组织与实施,都或多或少存在一些问题。突出表现在缺乏真正符合实用性、技术型人才培养需要的教材和相应的教学策略研究以及行之有效的教学行为。

1.3  论文內容概述
本文概述了数学实验的概念,并就开设数学实验课的必要性、意义,如何开设数学实验课等问题进行了讨论,以期抛砖引玉。以学分制下学生选课策略模型为例阐述数学实验的基本方法和步骤,提出数学实验与数学教学相结合的观点,并且举了几个教学中的案例来简要阐述在教学过程中怎样一步引导学生利用数学实验方法进行学习,从而回证数学实验在数学教学中的作用与地位。以数学软件MATLAB为例,给出了其在数学实验教学中的一些应用实例,描述了当前浙江科技学院开设数学实验课程和学校在这方面取得的成果,提出在高校数学实验教学中如何就各项因素的发展提出改善。

第二章  数学实验相关知识介绍
2.1  数学实验的含义

上世纪90年代初期起,随着计算机和一些数学软件的逐渐普及,数学教育界开始重视数学实验的教学与研究。时至今日,我们将数学实验界定为:为获得某种数学理论、探求或验证某个数学猜想、解决某类数学问题,运用一定的物质技术手段,经由数学思维活动的参与,在典型的环境中或特定的条件下进行的一种数学实践活动。换言之,数学实验是将数学知识、数学建模与计算机应用三者融为一体,具有以问题为载体、以计算机为手段、以软件为工具、以学生为主体的特点,根据实际提出问题的特点和要求,经过正确的分析后作出合理的假设,将实际问题抽象为数学问题,运用数学知识建立起数学模型,通过计算机求解,得出理想的结果,即将实际问题、数学模型和计算机有机结合在一起的过程。

2.2  数学实验的地位

数学实验在各领域都有广泛的应用:在以声、光、热、力、电这些物理学科为基础的如机械、电机、土木等工程技术领域中,数学实验的普遍性和重要性不言而喻,由于新技术的不断涌现,提出了许多需要用数学方法解决的新问题。在一些如通讯、航天等高新技术领域,数学实验几乎又是不可缺少的工具,而且诸如经济、人口生态等非物理领域的渗透,数学实验在一些交叉学科中成为首要的、关键的步骤和这些学科发展与应用的基础。
非但是在科学领域,数学实验对社会进步起到很大的推动作用。社会以人为本,而人重视的就是教育,单单从数学实验对教育改革和提高学生素质教育所取得的成效来看,也是无可替代的,特别是对与生活息息相关的一些问题问题,运用数学实验建立数学模型,可以培养学生的综合能力。

2.3  数学实验的分类
按照组织形式和地点的不同,数学实验可分为随堂实验、实验室实验和课外实验等。随堂实验就是穿插在数学课堂教学中的实验,如根据教学的需要,在数学课程中某一数学主题学习内容前,设置一个与引入主题内容有关的实验情景,在课堂上教师利用数学软件或课件,借助多媒体演示,在较短时间内完成的实验,或由学生利用图形计算器等便捷工具自行探索的实验。随堂实验的显著特征是内容短小,直接为随后的数学主题服务,通过观察可获得猜想,一般具有启发性、归纳性、直观性。实验室实验指的是围绕一个数学主题组织的较大实验,内容较丰富、内涵较深刻。它的显著特征是具有探索性、过程性。一般需要制定实验计划,在多媒体实验室或计算机

房利用数学软件进行操作实验,要求学生观察现象或记录数据,分组讨论实验中所出现的现象或进行数据分析处理,得出一个结论,并给出合理的数学解释,最后写出完整的实验报告,就实验中发现的问题尽量做出严格的证明。课外实验相当于通常的数学教材中的课外阅读材料──提供实验材料让学生课外有兴趣去实验探索,或者作为课外作业。
根据实验的目的,数学实验又可分为验证性实验和探究性实验。验证性实验是通过实验操作和观察、记录、分析等手段检验一个数学判断或结论真伪的实验。教师从新知识的生长点出发,推导出新的结论时,由于结论的抽象性和推理的复杂性,学生在心理上对新知识的接受有障碍,新知识不能很好地内化到学生已有的知识结构中去,通过实验来验证,可使新知识具体化,增进学生对新知识的认可和理解。探究性实验是通过实验来探索、回答一个对学生来说尚不知道答案的数学问题,一般也不提供实验素材,只提供实验的课题,它实际上给学生提供了一个通过探究来学习数学知识的亲身实践的途径,强调在探究过程中获得数学知识和数学理解,教师和学生在探究性实验中都会遇到更多的挑战。

2.4  数学教学软件

适合开展“数学实验”的数学软件目前有很多:如被应用最多的数学软件“四大家”MATLAB、Maple、MathCAD和Mathematica,此外还有Lindo、Lingo、SPSS、SAS等等。在能力和用法上,都比较相近,主要用于绘制已知函数的图形和进行计算,支持完全的符号运算、精确计算和任意精度的近似计算。它们都能对数学中的微积分、解析几何、线性代数、微分方程、计算方法、概率统计等诸多领域的常见问题进行求解,但也有各自特点:例如Mathematica的符号计算能力较为强大,而Matlab在数值计算、矩阵计算和图形绘制方面更有优势,因此可以结合起来使用 。
一般学校中都以MATLAB为数学实验中的常用软件 。MATLAB 是Matrix Laboratory(“矩阵实验室”)的缩写,是由美国Math Works公司开发的数学软件(严格地说,应称之为科学和工程计算软件)。它在处理数学问题方面功能强大,例如它能准确地进行代数运算、求微积分、Taylor展开,求解方程组及统计分析、数据拟合、求解线形规划等。MATLAB是一个可视化开发环境,提供了大量的用于数值计算、符号运算和绘制图形的库函数。使用这些库函数,我们可以直接以指令方式使用之。从这一点来说,它是一个“超级计数器”。MATLAB是一个高级编程语言,它有自己的语法。MATLAB编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致,所以不像学习其它高级语言如Basic、Foflmn和C等那样难于掌握,用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题,所以又被称为演算纸式科学算法语言。在这个环境下,对所要求解的问题,用户只需简单地列出数学表达式,其结果便以数值或图形方式显示出来。这些特点保证了具有初步计算机知识的人在较短时问内掌握MATLAB井解决实际问题,非常适合高校在开展数学实验的时候采用该数学软件来引导和组织学生对实验的认识。通常数学教学中会利用MATLAB提供的函数和编程功能开展“研究性”实验从而加深对所学数学理论知识的理解;根据实际问题建立数学模型,通过MATLAB工具高效地求解模型。从而达到解决实际问题的目的 。
2.5  不同类型数学实验的不同作用
不同的实验类型有着不同的教学方式,不拘一格,验证性实验通常采用“告诉—验证—应用”的教学模式,在实验中所有的学生都做同样的事情,学生被告知如何操作,观察什么,记录什么,如何得出结论,这是一种比较固化的操作模式。 而探究性实验一般由教师提出问题,学生提出假说,引导学生朝着教师预先设计的方向提出实验程序,预测可能的结果,学生进行实验,获得实验数据,分析解释实验数据,并得出结论。这种模式允许学生在假说提出上和数据解释上去创造。教师的引导并不是刻意地引导出一个唯一的结果,而是让学生在探究过程中理解数学、获得知识。开放探究式教学一般由教师或学生提出问题,学生设计实验程序并实施实验方案,收集处理和分析数据、得出结论,并将其应用于新的情景加以检验。这种模式强调探索和创造,学生以一种近似数学家发现数学问题的方式进行数学发现学习,不再强调获得正确的结论,而是强调过程和对结论的解释。


第三章 数学实验的基本方法和步骤
3.1  引言
本章主要概述了数学实验的基本方法和步骤,并以学分制下学生选课策略数学模型为例说明如何根据实际问题进行抽象、简化、建立数学模型,求解数学公式,并运用于实际予以进一步优化和改进。
3.2  数学实验的基本方法和步骤
数学实验一般遵循以下四大步骤 :
l 、明确所提出的需要研究和解决的实际问题,这是进行实验的直接目的,也是进行实验的主线。
设计数学问题情境问题是数学的心脏,数学的主要组成部分是问题和问题的解,数学活动的主要任务是发现问题和解决问题。数学问题分为良构问题(即常规性问题)和非良构问题(即非常规性问题)。好的数学教师,会善于提出问题,善于启发思考,善于归纳猜想,善于演绎推理,化难为易,使人茅塞顿开。因此,教师作为课堂教学的设计者,除了设计良构问题外,更要设计一些非良构问题。好的数学问题应来源于生活,能激发学生的探究欲望。对学生而言,学生感兴趣的题材莫过于生活问题,尤其是通过常规方法不能解决的问题。
2 、设计一定的实验方式对所提出的问题进行观察和分析,如:建立实际问题的数学模型,计算并列出各种实验数据,画出函数曲线进行观察、比较和思考,进行必要的公式演算和推导,等等。这一实验步骤往往要借助计算机作为实验辅助工具,它是做好实验的基础。
设计数学问题解决程式良构问题的解一般不具有开放性,问题解决常按既定程式进行,对于这类问题教师的主要任务是设计如何引导学生完成程式化的解决过程。非良构问题的解开放性强,其解常常有较强的创新性,教学设计应设计学生从纷繁复杂的条件中理清思路,找到问题解决的程式。同一问题可以建立不同的数学模型,相同的数学模型可以有多种不同的解决程式。如血药浓度的分析可建立一室或二室模型,其求解可通过理论推导求出微分方程的解析解 ,也可通过各种软件求出数值解 。教学设计的核心问题应设计如何引导学生分析问题、建立数学模型、发现问题、解决程式。
3 、在完成上述步骤的过程中,努力发现问题的规律,并且对实验结果和规律给出尽可能清晰的表述,同时提出自己的猜想或见解。
学生学习高等数学应获得的能力中,数学化水平体现数学知识程度的标准。数学化不是指数学知识的单纯获得,它还包含了在理解数学知识基础上的应用数学的意识和能力。数学化也不是对数学知识的简单重复,不是将数学发现的过程再现,而是将所学知识内化并附着在原有的知识结构上形成新的认知结构。数学化是数学知识从量变到质变的过程。教师课堂教学的巧妙设计有助于学生尽早达成数学化水平,其最佳时机在结果分析这一环节。结果分析应设计求解结果的正确性、求解程式的优越性、知识运用的综合性分析以及求解模型的延续性等项目,这对学生在

         

初步应用数学知识的基础上进一步理解和应用该知识并内化为自己的认知起着重要作用,由此完成数学化的进程。
4 、通过数学的分析或证明(也可借助于计算机)给出支持你所获结论的论证,总结全过程写实验报告,并以实际应用为归宿设计数学问题的再反馈现实生活。
高等数学学习的最终目的是实际应用,只有当数学能在实际问题中应用,数学才会变得生动,学生也愿意学习。也只有当数学知识能被熟练地应用于医学研究,学生才能真正理解和掌握数学

3.3  解答学分制下学生选课策略模型的步骤
3.3.1  问题的提出

这是一个典型的日常生活遇到的数学问题,我们可以用数学实验的方法直观有效地解决这个问题。某校规定某专业学生毕业时至少要学习2门数学课、3门运筹学课和2门计算机课,学校开设的这些课程的编号、名称、学分、所属类别与选修课要求见表1,问学生毕业时最少可以学习这些课程中的哪些课程?
表I 某校计算机专业学生所修课程情况
     课程编号        课程名称        学分        所属类别        选修课要求
        1            微积分           5          数学                 
        2            线性代数         4          数学;                                         
        3            最优化方法       4          数学;运筹学    微积分;线性代数                                     
        4            数据结构         3          数学计算机    计算机编程                                  
        5            应用统计         4          数学;运筹学    微积分;线性代数                     
        6            计算机模拟       3          数学

         

;运筹学    计算机编程                          
        7            计算机编程       2          计算机                                          
        8            预测与决策       2          运筹学          应用统计                               
        9            数学实验         3          运筹学;计算机  微积分;线性代数                                                                                                                                                                                        
首先这是一个现实问题,在学生选课和指导学生选课时不可避免地会遇到这个问题:如何科学、合理地帮助学生选课呢?这就是数学实验问题的提出,而我们可以建立如下规划模型来帮助我们讨论该问题。


3.3.2  选课策略数学模型

接着,我们要对该问题设计一定的实验方式,用整数规划解这个问题。我们用 表示选修表1中的按编号顺序的9门课程,i=1,2,⋯ ,9,其中
 
问题的目标为所选的课程门数最少,即目标(1):
(1)
根据至少要学习2门数学课、3门运筹学课和2门计算机课的要求,有如下约束条件(2):
(2)
又有些课有进修课要求,如“数据结构”的选修课是“计算机编程”,这意味着若 时必有 ,这个条件可以表示为 ,(当 时对 ,无限制)。因此根据选修课要求,有如下约束条件(3):
(3)
这样我们得到一个以(1)为目标函数,以(2)、(3)为约束条件的线性规划模型。如果让学生手工解答,恐怕如此多的约束条件让学生很难做到快速计算,但是这个线性规划模型用LINGO软件求解,只要输入简单程序即可,能够节省大量的时间。因为线性规划问题的

         

解不一定惟一,我们可用MATLAB尝试多次求解,得到如下两个解: , ,或者: ,
易知学生毕业时最少要学习6门课,它们是微积分、线性代数、应用统计(或最优化方法)、计算机模拟、计算机编程、数学实验。总学分为21分。
注意到学生需修6门课,对上述模型再加一个约束(4):
(4) 
再用MATLAB求解,得总学分为20分的解: ,
和总学分为22分的2个解: , 或者
 , 。
3.3.3   选课策略数学模型之改进
下一步我们要对实验结果和规律性进行研究,提出自己的猜想和见解,比如:现在我们又有某个学生既希望选修课程的数量少又希望获得的学分多,那么他可以选修哪些课程呢?显然此时约束条件没有改变,只是目标希望除选修课程的数量少外,还希望获得的学分多,即有目标(5):
(5) ,其中 为编号为i的课程的相应学分,
写出来即是 。因此,我们得到以2个目标函数(1)、(5)以(2)、(3)为约束的多目标规划模型。对于多目标规划问题的求解,不同于单目标规划问题,它主要是根据问题的实际背景和容许性,在各种意义之下将其化为单目标规划问题来求解,这个过程中往往要借助于经验和决策者提供的信息。我们用方便实用的线性型功效系数法来求解。即对2个目标(1)、(5),对它们赋予功效系数lrl化为一个目标来求解,为了数学上处理方便, ,于是可将它们合为1个目标(6):m(1)一(1-m)(5),即
(6)
作为单目标规划问题求解。例如 计算,发现m≤0.6时,所有课程全选;m≥0.8时,选6门课程,学分为22。更进一步,取 计算,发现当m≤0.66时,所有课程全选,学分为30;当0.67≤m≤0.74时,只有课程8(预测与决策)不选,学分为28;当m≥0.75时,选6门课程,学分为22。

3.3.4   模型结论

这个简化模型能够说明选课策略研究具有实际意义,经过这个模型的求解,学生可以根据自己的实际情况对自己的选课方式进行选择。模型中我们可以看出讨论多目标规划问题时思考比较全面,但给出的答案比较单一,因为数学软件的帮忙节省了不少的计算时间,从这个模型的求解过程中,我们知道数学实验在解答相关数学问题时,显的更直观有效,并且分析后还能给出后续问题以思考,还可以将其运用于生活中,这无疑让学生对数学学习更有兴趣了。


 

第四章  数学实验在数学教学中的地位与作用

4.1  数学实验与数学教学相结合

在传统数学教学中,书本中的知识很难被学生真正运用于现实中,而且对于学生们来说,由于问题的抽象性,可能在对问题的理解与掌握中都有一定的困难,学生往往不能从问题的本质上去认识问题,而愿意把更多的时间花到如何记住公式,或者把公式用到题目中获得答案,这种只获取答案,却不注重原因和进一步对问题的研究往往使学生只停留在教学下的表面文章,很难有进一步的突破。
为何要将数学实验融入数学教学?为的就是让学生从烦琐的公式和演算中解脱出来,让他们更愿意把时间花在更有意义的深入研究或者本质研究,只有这样,学生的学习积极性和效果才能同时得到提升。在数学实验中,学生往往能够直观地看到问题的本质,比如说一个烦琐的非线性方程,或者微分方程组,当学生拿到题目的同时,可能更多会想到该用什么公式、何种技巧运用于其中,但是数学实验中,这些公式都变成一个个字符,只需要知道该用什么命令就能直接取得答案。有些人可能会认为这样是否使学生觉得教学过于简单,但我们学习数学,想必大多数人都不是为了从事纯粹的数学理论研究,而数学实验正是帮我们解决了这个烦琐过程的任务,更重要的是,他能提供给我们一些与数据有关的更有用的东西,比如点的分布、详尽的三维图分布,而在现实问题中,往往没有象数学试卷中有一个准确的答案,这些的分布也往往能给我们更多的启发,所以将数学实验与数学教学相结合,利远远大于弊端。
    下面举几个在数学教学中将数学实验结合于其中的案例,来显示数学实验在数学教学中的地位与作用。

4.1.1  数学实验对最小二乘法 的启发

在很多数学方法的研究中,往往都是从简单的运算结果中推算出来的。比如学生在学习一个关于实际问题中有关例如 模式的简单例子,很多学生就会根据已知的 与 ,求出 与 的关系,画出图形,这就只有一个简单的答案,有一个确定的斜率 ,而没有进一步考虑问题的不确定性,因为在不确定的时候的分布,用作图法拟合直线时,由于作图连线有较大的随意性,尤其在测量数据比较分散时,对同一组测量数据,不同的人去处理,由于所选图纸大小、所取分度大小、描点大小及个人视觉的差异,所得结果往往不同,而通过我们的数学实验,将不同点的分布做进一步处理,却能得到一种普遍规律,让学生有兴趣对其数据的分布做分析,研究数据的精确性,而针对现实问题中遇到数据缺少,不精确等问题的困扰,却能起到启发性的作用。所以这种数据描述中我们得知,对于一种很粗略的数据处理,作图法往往求出的 和 误差较大。此时,就可以提出用最小二乘法作线性拟和来处理数据。
下一步就是以一种逆向的思路来分析这个简单问题:在 中,通过结果数据来对满足线性关系的一组等精度测量数据 、,假定自变量 的误差可以忽略(实际实验中总有一个变量的误差相对较小,可以忽略,作为X分量),则在同一 下,测量点 和直线上的对应点 的偏差 如图
此时,学生不是只看到自己所求出的那条斜率,而能够从不断变化的 和 的数据中进行猜测和思考,不同的数据会给这个图形带来怎么样的改变,而运用于在现实生活中,由于模糊的数据,会变的更复杂,此时列出这些数据:
 
 

 
学生可以看出显然最好测量点都在直线上(即 ),求出的 和 是最理想的,但测量点不可能都在直线上,这样只有考虑 为最小,也就是考虑 为最小,但因 有正有负,加起来可能相互抵消,因此不可取;而 又不好解方程,因而不可行。现在采取一种等效方法:当 对 和 为最小时, 也为最小,取 为最小值,就导出了最小二乘法的方法。此时实验教学的发散思维性就体现出来了,由于对问题的延伸性思考得到新的数学方法。此时,教师就已经把问题自然而然的引入到一个更有普遍性的方法当中去了。
教师给出答案解得:     为回归直线方程。                     
当讲到这里的时候,学生已经初步的了解了最小二乘法的步骤,而教师就可以阐述以前学的就是已知曲线方程求解 , ,而现在是已知若干组 , ,而需要将这若干组 , 回归到一个曲线方程中来。并且可以

         

引用入实际生活中的更加复杂的例子,要求做若干组试验数据,然后进行分析得出一个结论而这若干组数据是一一对应,把这若干组数据在直角坐标系里表示出来,数据越多越能反映出真实情况,然后根据表示出的这些点位可以大概的画出一条曲线来,而这个曲线就是最终要得出的关系曲线,从而得出线性方程,运用这种方法,自然而然的让数学更加接近现实,接近生活了。

4.1.2  利用数学实验对中心极限定理进行探索
 
我们知道,独立同分布的中心极限定理是:设随机变量 相互独立,服从同一分布,且具有数学期望和方差 ,  ( ), 则随机变量之和的标准化变量的分布函数 对于任意 满足  。通常在概率论教学中,教师提出中心极限定理并说明如果某一项偶然因素对总和的影响是均匀的、微小的,即没有一项起特别突出的作用,那么就可以断定描述这些大量独立的偶然因素的总和的随机变量最近似地服从正态分布的时候,学生如果只是通过听老师的讲解和书本中的推倒,可能会觉得问题很抽象,很难懂。在这个时候,如果运用数学实验的模式进行教学,用简单的抛硬币的模型对随机变量序列部分和的分布渐近于正态分布进行验证性的教学,会有明显的效果。    抛硬币试验:向空中抛硬币100次,出现正面的概率为0.5, 这100次中正面向上的次数记作为X是古典概率中一个典型的实验,实验形式通俗易懂,容易被学生接受,教师可以从这个实验中引出验证中心极限定理。在抛硬币实验中,令
 ,
则 互相独立且都服从参数为0.5的两点分布,显然
 , ,
由独立同分布的中心极限定理知 近似服从于 = (50,25)。
数学实验的方法可以做出 的分布函数和概率密度的图像如下:
 
从图像发现, 的分布函数和概率密度非长接近于正态分布的分布函数和概率密度。除此之外还有一个典型的例子就是高尔顿订板试验,它和前面的抛硬币试验一样能很好的模拟中心极限定理,通过这些例子的讲解可以让学生对中心极限定理有更直观的理解和印象, 也大大地激发了学生的学习积极性和兴趣。 因此在数学课程的教学中可以通过数学实验对某些抽象的定理和结论进行模拟或者举实例阐述说明,使学生理解的更深刻,更容易接受相关的知识,通过理论与实际的比较,并运用于实际,使教学更偏向于应用型,大大地增加了学生学习的兴趣。

4.1.3 改变数学教学的思路,把侧重点放在本质问题上

任何数学都是讲逻辑推理,但这只是问题的一个方面,更重要的是用数学去解决问题,解决日常生活中,其他学科出现的数学问题,学校给的数学题目都是有答案的。已知什么,求证什么都是清楚的,题目也是一定做的出的,但是社会上所面对的问题大多都是预先不知道答案甚至不知道是否有答案的。为此,我们必须运用科学的手段,依靠计算机强大的计算功能,省去这部分时间去做更多的其他方面的研究
比如在各种运用数学方法研究个中系统的优化方案的线性规划问题上,就必须将几个甚至几十个的条件方程计算的过程交给计算机,而决策者需要把更多时间都放在如何全面的考虑各项因素的影响,如何发挥和提高系统的性能和效率等这些方面的考虑;又比如要绘制某个山区的地貌网格图来修建公路的例子上,我们更多的关注是如何更精确的取得各种,并且研究这些数据对日后修建公路上有什么影响的方面,而绘图的话,只要你将取得的数据交给计算机计算机会让你一目了然的看到,在你出具的数据下的地形地貌。所以我们应该更多地把学习的重点放在定量思维的培养上,从实际问题中提炼数学问题,抽象化为数学模型,将计算结果回到现实中进行检验,并修改模型,至于计算结果则完全借助计算机


4.2  要以学生为主体办数学实验教学

数学实验既然是实验就要求学生多动手,多上机,少讲多练,在老师的指导下探索建立模型解决问题的方法,在失败与成功中获得真知。这是数学实验教学中最核心的部分,引入数学建模和数学实验,强调数学的实用性,激发学生兴趣。在学生对学习内容发生兴趣的一个主要方面就是实用性。数学建模则是强调直接从解决实际问题人手,建立与问题相适应的数学模型,将实际问题数学化、模型化,选择恰当的数学方法求解模型,在解决数学问题的同时,解决了实际问题的需求,并做出相应的指导。可以说,数学建模主要是面向数学应用的,用数学的方法解决实际问题;是提高学生数学素质的一个重要途径和方法。利用数学建模思想教学,不仅可以加深学生对基本概念的理解,还可使学生能够将具体问题抽象出来,提出问题,建立模型,构成一个完整的归纳、演绎、应用和创造过程,进而培养学生观察、分析解决实际问题的能力。
    在对浙江科技学院数学实验的调查中,我了解到了学校很多关于这方面的建设,比如加强数学实验课的师资队伍建设,选取具有丰富教学经验、计算机知识和数学理论非常扎实、责任心强的教师担任教学工作。老师和学生一起组成一个课题组,经常交流、探讨问题。学校在加强数学实验室的建设方面,作为核心是高性能的计算机及必要的数学软件。学校有多个计算机多媒体实验室,实现了其与校园网、互联网的联接,购买了常用的数学软件和统计软件。实验室全天候开放,学生可以利用课余时间来上机,巩固所学知识。此外学校还积极鼓励学生参加数学建模竞赛,对参赛学生进行进一步的指导与培训,培训侧重指导学生利用计算机及相关的数学软件来获取模型的结果,以及通过查阅有关文献资料来获取建模所需的知识、方法,并进行写作,以论文的形式表述建模的思想与结果。让学生以三人一组的形式针对建模案例就如何进行分析处理、如何提出合理假设、如何建立模型及如何求解等进行研究与讨论,并安排读书报告。最后选取1~2个实际问题,学生完全按竞赛的要求,三人一组在三天内独立完成模型的建立、求解与论文的写作,然后让学生分别就自己的论文作报告,让学生在实践中提高自己的建模能力、临场应变能力和组织协调能力。在培训方式上,采用学生上机练习为主、教师讲解演示为辅的方式,对每一部分内容先提出相应的培训大纲及课时安排,让学生通过上机练习来达到培训要求;然后针对学生暴露出来的在数学知识及论文写作方面的薄弱环节,有重点地进行训练和强化。通过这种方式的学习,学校曾多次在国内竞赛中取得佳绩。

结论
数学实验是培养学生解决实际问题和创新能力的一个非常重要的途径,已经成为数学教学改革的一个热点。开展数学实验课程教学,可以增加学生学习数学的热情、开阔学生的视野、培养学生运用所学的数学方法,借助于计算机去解决实际问题的意识和能力及创新精神。通过数学实验课能更好地更新教学内容、教学方法,进而促进教学改革,实现教学手段现代化。随着计算机技术的诞生和发展,特别是各种数学软件的出现,改变了对人们数学的传统观念,拓展了人们的视野和对数学的认识,改变了对实验概念的原有理解.现在,数学实验虽不能取代证明,但它已成为数学中越来越重要的部分,深刻地影响到高校数学课程的教学,对教学体系结构、老师和学生三者都产生了深远的影响。数学

         

实验进入高等数学课程体系结机构,将改变数学科学不能进行实验的传统观念,将改变我国高校高等数学课程的大统一格局,使学生学习对自己有用的数学,使学生学习自己会用的数学;对于老师,将改变高等数学传统的教学模式,对教师的知识结构提出了新的要求,改变高等数学教师的评价标准;而对于学生来说,将改变传统的数学素质观和学习高等数学的传统方法。如何做好数学实验教学的建设工作,任重而道远,但也是高等数学教改之必然趋势。


致谢
在本文完成之际,我由衷的感谢所有给予我关怀、教育以及帮助、支持和鼓励我最终完成学业的亲人、老师、同学以及朋友们。
首先感谢我的毕业设计指导老师——浙江科技学院理学院雷建光老师,在数学实验在数学教学中的地位与作用学位论文选题、文献查阅、论文修改、最后定稿无不包含着指导老师的心血,在大学期间,指导老师渊博的专业知识和严谨的治学态度给我留下了深刻的印象,使我受益匪浅。在此谨向指导、培养我多年的导师表示衷心的感谢。
其次,在本科生学习阶段,我得到了众多老师的指导和帮助,从而顺利修完了本科生阶段要求的课程。借此机会,向所有教导和关心过我的任课老师致以最诚挚的感谢。
最后,感谢各位评阅老师提出的宝贵意见,我将虚心接受,并在以后的学习和工作中继续坚持虚心好学、奋发向上的态度。
谢谢各位老师!


参考文献
刘谢进,杨军.高校开设数学实验课的探索[J]. 西南民族学院学报(自然科学版). 2003年4月,2OO3年第29卷第2期:46-48
任善强,雷鸣,数学模型[M],第二版,重庆:重庆大学出版社,1998,3:98-103
曹一鸣.数学实验教学模式探究[J].课程•教材•教法,2003年1月,2009年第1期.
徐永成. 几种常用数学工具软件的比较[J].软件世界,1997年3月,1997年第3期.15-16
Richard Johson.MATLAB Programming Style Guidelines[M].2002:1-20
李瑞生. 浅谈利用MATLAB开展数学实验教学[J].甘肃科技纵横(文化体育),2006年1 月,2006年第35卷第1期
吴礼斌,李柏年.数学实验与建模[M].国防工业出版社,2007:30-33,124-126
李宏艳,王雅芝.经济数学基础-数学数学实验[M],第二版,北京:清华大学出版社,2007年9月:1-5
[9] 盛骤,谢式千,潘承毅. 概率论与数理统计[M],第三版,高等教育出版社,2008,4:74-78
[10] Jenny A. Baglivo. Mathematica Laboratoriesfor Mathematical StatisticsEmphasizing Simulation and Computer Intensive Methods[M]. American :the American Statistical Association,2005:1-28
[11] 谢云荪,张志让.数学实验[M].北京:科学出版社,1999:2-10

         


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