计算方法课程改革初步

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  【摘要】本文主要讨论了计算方法作为学校的一门选修课,应该如何在课时较少,没有学时安排上机的前提下进行课程设置,包括教学大纲、教学计划、教学课件、作业及考核方式等.希望通过合理的安排,既满足一部分学生对学习知识的需求,又可以让一部分学生不会知难而退.
  【关键词】大学教育;计算方法;选修课;教学改革
  【基金项目】防灾科技学院教育研究与教学改革项目(JY2014B12)
  一、引 言
  计算方法(又名数值分析),是一种研究并解决数学问题的数值近似解方法, 是在计算机上使用的解数学问题的方法,是教育部 “面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的课程之一.一门课程的改革,包括很多方面,首当其冲的应该是对教学内容的改革,因为只有教学内容确定下来,其余教学环节才能随之确定下来,例如,教学计划、教学方法、教学手段、作业和考核方式等,有关计算方法课程建设和教学改革的文章目前已经出现了很多[1]-[4].但是计算方法作为一门公共选修课,与其相应的教学课程改革还没有出现过.本文结合学校的实际情况,讨论了如何对该课程进行教学内容、教学大纲、教学计划、教学课件、作业及考核方式等的改革.
  在我校,计算方法以前是信息系计算机专业的必修课,但随着时代的发展,这门课程被算法分析与设计所替代.与计算方法不同,算法分析与设计主要让学生掌握算法设计和分析方法,主要提高学生软件设计的能力,而计算方法主要让学生对如何把一些数学问题转化为计算问题展开讨论和分析,与算法分析与设计比较起来,显得比较基础,所以,在我校,作为一门公共选修课,以满足计算机专业和其他理工科的同学选择学习.
  二、存在的主要问题
  1.基础薄弱
  要想学好计算方法这门课,需要先修的课程有高等数学和线性代数,这两门课是比较难学的课程,而计算方法又是在这两门课的基础上开设的,所以难度可想而知.而作为选修课,如何能让学生放弃这些顾虑,不要上来就被打倒,轻轻松松地来学习,就成为了计算方法作为选修课的一个重要节点.
  2.内容多,课时少
  由于计算方法是选修课,课时无法像必修课一样得到保证,但是计算方法这门课的内容却很多,包括:误差理论、插值和拟合、数值微分和数值积分、非线性方程求根、解线性方程组的直接法和迭代法和常微分方程数值解等内容.讲解过程中有很多复杂的公式和烦琐的推导过程,这就带来了选修课的一个最大问题,选这门课程的同学都是对这门课感兴趣或者觉得以后要用这门课的同学,如果课上没有听明白,依靠课下再想,时间一长,有些同学就会减少对这门课的兴趣,甚至放弃.
  3.理论讲授多,上机时间少
  计算方法的计算对象是高等数学和线性代数中的数学问题,同时研究的是以上数学问题的数值计算方法,所以计算方法既有抽象性又有实用性.在我校,课上都以理论讲授为主,没有上机课时的安排,作为一门选修课,就会显得更加枯燥.
  三、教学改革的措施和目标
  1.要想把一门选修课教好,就必须引起学生足够的兴趣,并且尽量把内容讲得生动、活泼,这就需要教师做好充分的准备.首先在内容的选取上下功夫.在我校,作为选修课,课时最多只能是32学时,但是计算方法课程的内容还比较多,所以内容上的取舍就变得尤为关键,既要囊括这门课的精髓部分,又不能在理论上有太多的推导和证明.由于计算方法在本科和研究生阶段都有,并且本校还有算法分析与设计,在制定教学大纲时,给选修课计算方法的定位,就是让同学们了解数学问题数值计算的基本思想,理解误差分析的理论,学会基本的数值计算的构造方法,并会利用现代化的工具来实现上机操作.
  2.该课程不但内容多,而且比较抽象.在讲授过程中,尽可能用实例增加趣味性,能够用图形来直观地揭示晦涩难懂的证明过程,能用简单的例子引出一般性的公式等.例如,在讲解线性方程组的迭代方法的时候,直接给出一般的迭代公式,同学们肯定不好接受,如果用三阶方程组为例,先让同学们了解迭代法的基本思想,然后再推广到n阶方程组时的一般的迭代公式,同学们就比较好掌握.
  3.这门课程主要介绍的是数学问题的数值计算方法,以及方法的收敛性和方法的误差.对于上机操作,也大多数由老师决定用什么工具来实现.比如,C语言,Mathematics,Matlab等工具都可以实现,通过查找也能得到和课本上计算方法一致的程序,只要熟悉这些语言的命令,可以轻而易举地实现上机操作.作为一门选修课,如何利用32学时的时间,把上机操作的讲解有机地融合到理论的讲授中去,但又不是简单的先讲理论再讲上机操作,在以后的教学中,要逐渐解决这个问题.
  4.现有的对计算方法的考核方式还是以笔试为主,作为一门选修课,本校选择了更灵活的方式.让同学自主选择一个实际问题,生活中或者是专业课中所遇到的,然后利用计算方法中所学的方法,比如插值、拟合、迭代等方法,来解决该实际问题,并完成相应的实验报告或者论文,以这样的形式完成对这门课程的学习.
  四、结 语
  本文仅就计算方法作为一门选修课,并结合本校实际,讨论一些课程改革的措施和方法,还有很多的工作要做,计算方法课程的改革是一项长期且艰巨的工作,需要坚持不懈地努力和创新,需要领导和学生的支持与配合,才能逐渐完善计算方法的改革与实践.
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