浅谈如何提高大学生的科学计算能力

王涛涛，陈雨静，康 晗

（石河子大学 理学院数学系，新疆 石河子 832000）

【学法指导】

浅谈如何提高大学生的科学计算能力

王涛涛，陈雨静，康 晗

（石河子大学 理学院数学系，新疆 石河子 832000）

在培养复合型、应用型人才的背景下，大学生的数学应用能力显得越来越重要，而数学的应用离不开计算，或者说，应用数学的研究和教学，其核心内容在于数学计算。所以，著名科学家陈怀琛教授指出：科学计算能力已成为各专业大学生的必备能力。

提高；大学生；科学计算能力

随着科学技术的迅猛发展，人们面临着处理、计算、解释各个学科领域在生产实践和科学研究过程中收集捕捉的大规模数据集的艰巨任务。计算机以超乎人们想象的计算速度，使一大批原本由于手工计算的局限而难以解决的问题获得解决，它把科学计算推向了人类科学活动的前沿。随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，科学计算在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径。如今，科学计算已经深入到各个学科，成为各个应用学科在研究过程中几乎是必不可少的一个环节。

在培养复合型、应用型人才的背景下，大学生的数学应用能力显得越来越重要，而数学的应用离不开计算，或者说，应用数学的研究和教学，其核心内容在于数学计算。所以，著名科学家陈怀琛教授指出：科学计算能力已成为各专业大学生的必备能力。

所谓科学计算能力是指利用现代计算工具（包括硬件和软件）解决教学，科学研究和工程技术中所遇到的数学计算。它包括掌握最新的数学软件进行计算、建立适当的计算模型、采用正确的计算方法、实现高效的编程和运算、对计算结果作正确的表述和图解等多方面的综合能力。

近年来，我们对在校大学生的科学计算能力进行了一些简单的调查和访谈，但发现不少学生根本不知道科学计算为何物。大多数学生学了高等数学的相关知识，基本是考完就忘了。由于我国现行大学数学的教学方法，不少学生学习高等数学知识就是为了应付考试，不知数值计算。与此同时，不少数学教师也对科学计算软件也不了解。

一、培养大学生科学计算的意识和兴趣

目前，我国大多数大学数学课的教学任然是概念、定理、公式和解题，数学被理解成培养学生抽象思维的学科。学生学过之后不知道有什么用。甚至有的学生认为数学就是用笔算题。例如在讲解高等数学中定积分的内容时，书上的题目往往都是可积的。而2010年全国大学生数学建模A题“储油罐的变位识别与罐容表标定”，拿到题目之后，很多学生立马就断定这一题目是典型的定积分的应用题，然后开始用笔和纸计算相应的积分，可这一题的积分是不可积的，应该用数值积分求解，不少学生由于不了解数值计算，而在这里卡壳，浪费了很多时间。因此，要在平时的大学数学课里就要加强学生科学计算意识的培养。让他们了解到数学并不仅仅是简单的笔算就可以解决的。例如，讲解定积分的应用时，这道数学建模题就是一个很好的例子，让学生知道数值积分的概念。以便于他们在今后的学习工作中遇到类似问题时，可以对该类问题有所了解。

二、加强数学实验，让学生学会利用计算机解决数学问题

G·波利亚曾指出：数学有两个侧面，一方面它是欧几里得式的严谨科学，从这个方面看，数学像是一门系统的演绎科学，但另一方面，创造过程中的数学，看起来却像是一门试验性的归纳科学。从20世纪90年代开始，国内外不少高校开始开设数学实验课，将数学看成一门是实验性学科，让学生学会利用计算机和数学软件解决数学问题。数学实验的教学并不一定要单独开设专门的课程，也可以在大学公共数学课中作为实践教学内容给学生讲解。如讲完导数一章后，可以利用一节课的时间专门讲解如何运用计算机求解导数相关问题。但这样的数学实验大多是零散的基础内容，要想让学生从整体上学会利用计算机解决数学问题，还需再最后加上综合实验，比如一些数学建模案例，让学生经历从建模到计算机求解再到论文写作一整套过程，对加强学生科学计算能力的培养是大有好处的。

三、培养信息化条件下的自主学习能力，不断提升科学计算能力

2012年3月，我国教育部发布了关于印发《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的通知。该通知指出：以教育信息化带动教育现代化，是我国教育事业发展的战略选择。众所周知，从全球范围来看，当前教育信息化进程，已从强调“软、硬件基础设施建设”的初始阶段，进入到强调应用、尤其是“教学过程中应用”的深入发展阶段。信息化时代，科技进步日新月异，先进的科学计算技术，科学计算软件层出不穷，要想使大学生具备较高的科学计算能力，仅仅依靠教师上课讲授的内容是不够的，必须加强学生信息化条件下的自主学习能力。当学生遇到一些没有学过的问题时，能够利用网络资源进行检索、自主探究、学习新兴的科学计算技术。使学生依靠信息技术不断提升自身的科学计算能力。

总之，培养大学生的科学计算能力不是仅仅讲解一下数学软件，或是教学中开设一两门科学计算课程就能完成的，它应是一个长期的过程，教师和学生要相互配合，并在实践中不断地探索提高。

[1]曹一鸣.数学实验教学模式探究[J].课程教材教法，2003，（1）：46-48.

[2]陈怀琛.国内外在大学科学计算工具上的差距—论科学计算与教学质量的关系[J].中国电子教育，2008，（1）：44-47.

[3]何克抗.学习“教育信息化十年发展规划”—对“信息技术与教育深度融合”的解读[J].中国电化教育研究，2012，（12）：19-23.

[4]陈志明.科学计算：科技创新的第三种方法[J].中国科学院院刊，2012，27（2）：161-166.

G642.41

A

1674-9324（2014）28-0089-02

国家大学生创新训练计划项目：理工科大学生科学计算能力现状调查分析（201310759708）。