MATLAB作为一种科学计算软件,在大学数学教学中扮演着重要的角色。文章以微分方程的教学为例,展示了MATLAB在计算机辅助教学、数学实验和数学实践中的应用,并探讨了其在工科数学教学中的作用以及应用时需要注意的事项。
从计算机辅助教学的角度来看,MATLAB作为一个强大的数学软件,能够为数学教学提供一个有效的工具。MATLAB的基本数据单位是矩阵,它支持数值计算、可视化以及编程,并能进行符号运算。这种计算机软件的引入,不仅可以激发学生对数学学习的兴趣,还能帮助学生通过自主探索的方式掌握数学知识。
关于数学实验的应用,文章提到了在教学中引入数学软件知识的三种途径。一是将数学软件知识融入传统教学,如在课程内容中增加MATLAB和Maple在微分方程中的应用;二是在开设专门的数学实验或数学建模选修课程中,系统介绍MATLAB软件并组织学生实验,以案例分析引导学生学会数学的应用;三是在课外活动中举办专题讲座和数学建模竞赛,普及数学软件知识,激发学生的学习兴趣。第一种方式能够覆盖更广的学生群体,而后者则可能惠及更少的学生。
再次,从数学实践的角度来看,MATLAB在微分方程教学中的应用主要体现在三个方面。其一,MATLAB利用其符号计算功能,通过dsolve函数求解常微分方程的符号解析解。其二,MATLAB提供了强大的数值计算功能,能够求解常微分方程的数值解,相关函数包括ode45、ode23、ode113、ode15s和ode23s。其三,MATLAB的Simulink仿真平台允许用户通过直观的模块框图进行模型的建立与仿真,这包括模型分析、模型搭建和模型仿真三个阶段,通过示波器等虚拟设备来直观显示系统模型的仿真结果。
在MATLAB的使用过程中,教师需要思考如何有效地将数学软件知识渗透到传统教学中,包括采取何种形式和渗透的程度。这个问题对于一线教师来说还在摸索阶段,文章作者以个人的教学经验为例,提出了一些体会。例如,在教授常微分方程时,MATLAB能够以符号求解、数值求解和仿真系统Simulink三种方式提供支持,从而增强学生对数学的理解和应用能力。
除了在教学中的应用,文章还提到了MATLAB在工科数学教学中的作用,特别强调了学生创新精神及能力的培养。工科学生通过学习数学,不仅要了解数学知识,更重要的是掌握数学的思想,并将其应用于实践中。在这一过程中,MATLAB提供了一个很好的平台,让学生能够将抽象的数学概念具体化,通过动手实践,加深对数学知识的理解。
文章最后指出,尽管当前大学数学公共课课时有限,教学任务繁重,大多数教师仍然采取传统的教学方式,但这种模式已经不能满足现代化人才培养的需求。因此,一线教师应该探索如何更有效地将MATLAB等数学软件融入教学,以促进学生创新能力和自主学习能力的提升。