在高等理工科院校教学中,数值计算方法是一门重要的基础课程,它主要研究适用于计算机求解的数学问题近似方法及理论。这门课程内容丰富,涉及函数逼近、数值微分与积分、非线性方程(组)的数值解、数值代数、常微分与偏微分方程的数值解等。数值计算方法不仅是理论研究的基石,也是连接物理实验和科学活动的桥梁,其主要目的是为科学与工程问题提供可靠、有效和精确的计算方法。
在教学实践中,如何将MATLAB这一计算机软件有效地应用于数值计算方法课程的教学中显得尤为关键。MATLAB,由美国MathWorks公司自上世纪80年代中期推出,以其卓越的数值计算能力和数据可视化能力在数学软件领域中脱颖而出,已经在诸多高校的数学及工程课程中被广泛用作基础教学工具。相比于传统的FORTRAN或C语言教学方法,MATLAB以其简洁的代码风格、符合人类思维的编程习惯及强大的绘图能力,降低了教学与学习的难度,大幅提高了教学效率。
在《数值计算方法》课程中,内容繁多且课时有限,若采用传统教学方法,无法对所有内容进行细致讲解,容易导致学生对课程产生厌学情绪。而通过MATLAB的设计与应用,学生不仅可以直观地观察算法结果,还能通过图形和动画的形式,更深入地理解复杂的算法理论。
针对多项式插值这一基础内容,MATLAB的绘图功能能够让学生直观地观察到插值过程中“龙格”现象的产生。通过MATLAB绘图,学生能更清晰地看到,尽管增加插值节点可以提高插值多项式的次数,但插值多项式在整个区间上对给定函数的逼近程度并不一定会更高,有时甚至会出现振荡现象。
此外,MATLAB的动态演示功能也能够在教学中发挥重要作用。通过动态演示,教师可以将复杂算法的每一个步骤都可视化出来,学生通过观察每一步的动态变化,能够更加深刻地理解算法的原理和过程。
总而言之,MATLAB在《数值计算方法》课程教学中的引入,不仅丰富了教学手段,提升了教学质量,也大大激发了学生的学习兴趣,为学生实践能力的培养提供了有力支持。通过MATLAB的应用,教师能够更加高效地进行理论教学和实验指导,学生也能够在有限的时间内接受和掌握更多的知识,为后续的数学建模和求解打下坚实的基础。