基于MATLAB的线性代数演示实验教学

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  【摘 要】基于MATLAB的线性代数演示实验教学的目的是帮助学生完成从认识到实践,在实践中将理论知识内化为认知结果的过程。在传统理论基础上,引入计算软件MATLAB进行教学实验,结合简单教学建模训练,激发学生学习的兴趣,提高学生科学计算和实践应用的能力。同时丰富大学生的业余文化生活,转变学风、提高学生综合素质,增强就业竞争力。
  【关键词】MATLAB;线性代数;演示实验教学
  线性代数是在生产实践中产生和发展起来的,并且广泛地应用到经济、工程技术、物理及其他各个领域,具有较强的实用性。线性代數是工、管、理科各专业的数学必修课,主要培养学生抽象思维、逻辑推理、数字计算、空间想象等方面的能力。是学生学习后续专业课的数学工具和基础,同时也是研究生入学必考的科目。能否很好地利用线性代数知识解决实际生活中的问题,这是高校数学教师需要认真思考和解决的主要问题。为了满足应用型大学对人才培养的要求,线性代数课程教学改革势在必得。
  目前,国内流行的线性代数教材比较偏重理论的研究,教师花了大量的时间和精力去讲授概念和定理忽略了应用方面,使学生感到十分的枯燥和乏味导致缺乏学习的兴趣,学习目标不明确,最后学生只会套定理、公式解题,以通过期末考试为目的,并没有达到教学目的,不利于培养学生的创新和实践能力。培养学生的创新实践能力是高校教育改革的热点问题,鼓励学生创新创业应该在课堂上抓起。教师在教学过程中尽可能在每个重要的环节都引入一些典型的应用实例,强化学生的创新意识,让学生有了学习动力,从被动接受变成主动学习,在对知识的理解和掌握上和创新意识的培养上都有巨大帮助。
  针对以上问题,把MATLAB软件应用到线性代数的教学中,在课堂上可以吸引同学们的注意力,激发学生学习本门课程的热情,提高教学效果。学生们在后续的专业课学习和工作中可以灵活使用线性代数这门数学工具。在科技迅速发展的当今世界,线性代数作为工程学领域的重要基础学科,起着至关重要的作用。传统的线性代数课堂教学以讲授法为主,偏重于定理推导证明,计算方面较局限于不超过三阶的矩阵和行列式。这些不能完全满足后续课程的需要,与实际工业生产生活结合不够紧密。由于此学科的理论较抽象,高阶的矩阵与行列式人工计算量大且比较繁复,使得学生在学习时枯燥乏味,积极性低,有时对学习的目的认识不清。为了提高解题效率,引入MATLAB教学辅助工具。
  为了配合宁夏大学新华学院转型发展的需要,积极开展创先争优活动,全面推进学生素质教育,激发学生自主学习科学文化知识的兴趣和积极性,提高我学院学生的实践能力,发挥学生的个性化创新能力,增强学生的就业竞争实力,满足以多层次、复合型、应用型为目标的人才培养要求,有效地促进学风建设,达到增强学生应用理论知识解决实际问题的能力,依据线性代数课程的内容特点和教学要求,引入MATLAB软件,运用MATLAB的功能设计并实现线性代数实验演示实验教学。将线性代数实验分为基础理解性实验、基础验证性实验和综合应用性实验三大块,实现计算过程的可视化和良好的人机互动,加深学生对知识的理解和掌握,同时提高学生运用计算机工具和线性代数方法解决实际问题的能力。
  MATLAB是一款著名的学科计算软件,它的主要优点在于语句简洁,功能强大,具有数值运算、符号运算、计算结果和编程可视化。它以矩阵为单元,可以直接用于矩阵计算,而线性代数所有运算都是以矩阵、行列式为基础的,因此MATLAB是进行线性代数课程辅助教学的有力工具。
  用MATLAB软件进行辅助性教学需要做到以下几点:
  1) 首先在传统课堂上要将书本中的基础知识,例如定义、定理等理论讲透彻。使用MATLAB则是对其中的一部分加以验证,加深学生的印象,不可舍本逐末。
  2)用MATLAB软件进行辅助教学,在一定程度上可以提高学生学习线性代数的积极性,简化了繁锁的数值计算,但这并不意味着学生不需要自己动手笔算和理论推导。笔算和理论推导对学生的计算能力和逻辑思维训练仍起着不可替代的作用。故在授课时,手动推导和计算要占主体,MATLAB软件只是辅助教学。
  3)MATLAB在辅助线性代数教学时所使用的例子尽量与本课程的工程背景相结合,简单实用。从而可使学生领悟到线性代数的相关知识(如矩阵、向量、线性方程组等)与实际生产生活的紧密联系,提高当代大学生的学习积极性和主动性。
  小结
  本文说明了MATLAB软件在线性代数教学中的应用。该软件从理论和直观两个层面加深了学生对线性代数主要知识的理解,做到了数形结合。通过实际问题的求解,调动了学生的学习积极性。当然数学软件有其局限性,无法演示线性代数中的全部知识点,故MATLAB可作为教学辅助软件使用,而不可完全代替课堂推导。
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