基于MATLAB的高职高等数学教学案例研究

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  【摘要】随着教育改革的不断深入,高等职业教育事业不断发生改变,科技化和信息化在教育中所占的分量越来越重,便捷高效的软件在教学中的应用越来越广泛.鹤壁职业技术学院近年来正在探索利用MATLAB的图形可视化和强大的数值计算功能,提高高等数学课堂教学质量,培养理工科学生的数学建模能力.本文将MATLAB应用于教学实际中,给出了相关的经典案例并进行了分析.
  【关键词】MATLAB;教学效果;绘图功能
  引 言
  MATLAB的中文全称是矩阵实验室.当下,该软件在数学教学中被广泛应用,其应用领域涵盖了工程计算、控制设计、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等幾方面.在教育学领域中,MATLAB主要被应用于高等数学、工程数学、经济数学和数学建模课程之中.
  以后,教师结合教学工作经验,将MATLAB应用到高职高等数学教学中具有必然性.一方面,随着“互联网 ”战略的不断实施,高职院校加强了网络教学体系建设,更新完善了计算机设备,已经满足高职院校学生的学习需要.另一方面,高职院校的定位是一所以就业为导向,按照市场用人要求培养社会实用型专业人才的学校,其教学侧重于技能培训与技术应用,高等数学课程的教学目标总体来说就是提高学生的数学素养、增强学生应用数学的能力,进而能准确利用数学知识或数学工具分析和解决实际问题.而MATLAB软件恰好为高职学生的数学学习提供了实践操作的平台.学生可依据所学的内容合理采用MATLAB软件辅助学习抽象的理论知识.此外,由于高职院校学生对数学基础知识的掌握比较薄弱,对于抽象的数学概念、复杂的数学公式和烦琐的计算, 在学习过程中,他们会感到相当困难,这时,教师可利用MATLAB软件进行可视化教学,借此加深学生对抽象概念的理解,提高计算的效率.
  高职高等数学概念知识主要有: 极限、导数、积分等.本文针对高职高等数学的教学实际,结合案例研究MATLAB软件的具体应用,为增强课堂教学效果和质量,提高学生能力提供可行性参考.
  1 基于MATLAB绘图功能的教学案例分析
  分段函数是高等数学中经常出现的一种函数.在函数的极限、函数的连续、函数的定积分运算中,分段函数能很好地体现函数的左、右极限,函数的左、右连续性及函数定积分的积分区间可加性.如下可借助MATLAB绘制分段函数的图像.
  反正切函数是高职高等数学中非常重要的函数,在极限、求导、积分运算中广泛涉及,则学生应熟练掌握其函数性质及图像.在教学中,教师可借助MATLAB作出其图像.
  在高等数学中,二重积分的概念是由曲顶柱体的体积引入的.在教学中,教师可借助MATLAB为辅助工具作出曲顶柱体的图像,从而使课堂变得生动形象.
  例3 作出顶为曲面z=-x2-y2 10,底面为长方形区域-1≤x≤1,-2≤y≤2的曲顶柱体.
  2 基于MATLAB代数运算功能的教学案例分析
  在有关变量问题的研究方法中,极限方法是基本的方法之一,极限的运算也是高等数学基本运算之一,但该运算灵活性高、方法技巧性强,有些运算步骤比较烦琐,则我们可以借助MATLAB来帮助我们计算极限.
  在MATLAB系统中,求自变量x趋于a时,函数f的极限用limit表示,其形式如下:limit(f,x,a),其中f是自变量x的函数或表达式.求f的左极限或右极限时,分别用如下形式实现:limit(f,x,a,′left′),limit(f,x,a,′right′).
  导数是学生学习高等数学必须掌握的知识点,也是学习积分学的理论基础,并且其广泛应用于工程计算和经济问题的相关计算中.在传统的课堂教学中,教师需要逐步计算演示求导过程,这在学生掌握计算方法后就成了不必要的耗时环节,在一定程度上降低了课堂效率.在MATLAB系统中,我们可用diff(f,x)求f对自变量x的一阶导数;用diff(f,x,n)求f对自变量x的n阶导数,从而快速实现求导操作.
  这样既可将高等数学课堂的计算环节有效简化,又有利于教师在有限的时间内把课程内容的侧重点放在思想教学、理论教学和操作教学上,从而进一步提高课堂效率,让课程更好地为学生的就业、实践等服务,提升教学质量.
  3 结论
  高职高专院校的数学教育必须培养学生如下三方面的能力:一是用数学思想、概念、方法消化和吸收工程概念和工程原理的能力;二是把实际问题转化为数学模型的能力;三是求解数学模型的能力.所以结合以上,教师必须结合数学软件进行高等数学教学.教师应用MATLAB软件来辅助教学可以在一定程度上化繁为简,化抽象为具体,从而使课堂生动形象,体现出教育的信息化发展.此外,教师还可以把大量的实际问题纳入习题中,促进高等数学与专业课的融合,从而达到提高学生运用数学模型解决实际问题能力的目的.但教师不能忽视的是:高等数学教学的一项重要任务是培养学生的逻辑思维能力,因此理论证明和计算演练在课堂中也是不可或缺的.教师接下来需要思考和探讨的问题是:如何将两者有机融合,在保证课堂效率的同时兼顾对学生逻辑思维能力的训练,以期进一步提高教学质量和效果.
  【参考文献】[1]张建勇,肖慧娟,赵一方,马会礼.Matlab绘图功能在高等数学教学中的应用[J].台州学院学报,2016(3):63-68.
  [2]周甄川.基于MATLAB的高等数学辅助教学案例分析[J].合肥学院学报,2018(5):107-109.
  [3]张红锋.MATLAB在高职高等数学教学中的应用研究[J].产业与科技论坛,2016(15):111-112.
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