Matlab应用于高职数学教学的案例分析

张俊飞+夏向前

【摘要】本文探究了Matlab在高职数学课堂教学中的应用策略，在具体的论述中，以高职《高等数学》课程中“函数极限”章节的内容作为案例，运用Matlab为教学设计和实施的主要媒介，展开了课前、课中、课后全周期式的教学应用分析，最后，对教学实践的效果进行了总结，并提出了Matlab在高职数学教学中应用的优化策略。

【关键词】Matlab;高职数学;函数极限;案例分析

一、引言

Matlab是一款由美国Math works公司研发的商业数学软件，可用于数学算法开发、数值计算、高级计算仿真环境构建等方面。在教育现代化理念不断深入的大背景下，利用Matlab软件多元化的数学功能，构建视听化、信息化、科学化的教育技术课堂，能够提升数学课堂教学的先进性，激发学生的数学学习能动力。然而，受传统教学思维的束缚，我国很多高职院校的数学教师在开展教学时，仍然习惯性地采用单一讲授法组织教学环节，并不注重引入Matlab等教育现代化手段，这使得课堂缺乏趣味性、直观感，对课程的教学效果也带来了一些负面影响。为此，本文详细介绍了一种基于Matlab软件的高职数学课程教学模式，现将整个教学实践流程阐述如下。

二、教学应用案例与分析

1、教学对象

以本校15级电子信息技术专业（3）班和（4）班学生为对象，两个班学生人数均为30人，且在性别、年龄、数学基础、数学学习能力、数学学业成绩等指标的比较上，两班学生均无显著差异（P>0.05），整个教学实施过程具有统计学可比性。

2、教学方法

在具体的教学中，以（3）班为实验班，（4）班为对照班，在实验班学生的教学中，引入Matlab软件设计和组织教学流程，而在对照班的教学中，则采用传统的讲授法组织教学流程。通过为期48个学时的教学后，教师采用问卷法、访谈法、测验法，统计两个班学生的学习效果，进行对比分析。

3、教学实施

如前文所述，在对照班的教学中，教师主要采用传统的讲授法，具体的教学过程并无太大新颖，此处不再详细阐述。而在实验班的教学中，教师以Matlab软件为工具，设计和组织了课前、课中、课后全周期式教学模式，现以“函数极限”章节的内容作为案例，具体的教学流程如下：

（1）课前教学流程

课前教学环节，是实验班教学实施的预习性环节，为了凸显出该环节的实效性和先进性，教师借助互联网平台组织教学实施。具体的模式为：首先，教师利用腾讯微博，构建了一个“数学课程Matlab教学交流平台”，并要求实验班所有同学以实名制的形式加入该平台;其次，教师制作了一个微课教学视频，视频的内容为：函数Y=（X2-1）/（X-1）中，当X无限接近于1时，函数在Matlab软件中的变化趋势，整个变化趋势的构建，需要教师输入Matlab编程命令完成，无论是构建过程，还是生成的图形，都十分直观，且还可以研究X无限接近于其他数值时，函数的变化趋势。再次，教师引导学生课前登录微博平台，自主观看视频，并写下学习心得、难点疑点、观看体会等。

（2）课中教学流程

在进行课中教学前，教师登录微博平台，收集学生观看视频后的心得和体会，并将学生普遍提出的难点、疑点问题整理成册。当课中教学开始后，教师首先利用Matlab软件，在课堂上为学生演示了函数极限变化的动态趋势，为课堂内的学生创设一个视听交互环境，同时，引导学生走上讲台，自主尝试改变Matlab程序语言，让函数极限趋近值发生变化后，Matlab软件中图形曲线的变化规律，在此基础上，进行分组教学，让学生围绕“Matlab环境下，函数极限变化问题分析”这一主题，展开课内探究。最后，教师再举一些其他函数形式的例子，并教会学生利用Matlab软件，进行自主编程，观看不同函数极限在Matlab软件中生成的图形。课堂教学结束后，教师布置一些函数极限的作业，要求学生在课后利用Matlab软件绘制图形。

（3）课后教学流程

课后教学是课前、课中教学的线上延伸，主要的教学媒介依旧是“数学课程Matlab教学交流平台”，利用平台上的文件上传、下载、分享、@特定人等功能，学生可以提交作业，并与教师进行在线沟通，询问一些有关利用Matlab学习函数极限的方法。当然，利用该平台，教师亦可适时地组织在线测试，并将测试的结果以图片的形式公布在平台上，从而实现了整个教学过程的线上、线下“无缝对接”，让学生在课后也能够与教师探讨应用Matlab学习数学知识的问题。

三、教学效果与思考

1、教学效果

经过48个学时的教学后，教师收集了两个班学生的学习效果信息，结果统计如下：首先，在“学习兴趣”的统计上，实验班学生表示“对教学过程感兴趣，并能够积极主动参与数学学习”的占比82.3%，而对照班学生的占比仅为54.2%;其次，在“数学空间想象能力”的统计上，实验班学生表示“通过学习，能够熟练掌握数学空间想象认知力”的占比75.7%，而对照班学生的占比仅为34.5%;最后，在“期末考核成绩”的统计上，实验班学生的优良率为69.2%，而对照班学生仅为31.3%。

2、教学思考

Matlab软件是一款专业化程度较高的数学计算、仿真研究性软件，具有功能多元化、可视化等优势，将其引入高职数学课程的教学中，对于复杂数学推导过程的运算和图形的演示有着积极的帮助，此次教学实验的对比结果也充分反映出Matlab在高职数学课程教学中的实效性。因此，在今后的高职数学教学中，建议大力推广和应用Matlab软件，构建以Matlab软件为基础的数学课程教学体系。

然而，由于Matlab软件具有较强的专业性，在高职数学课堂教学中，若想依托该软件构建高效、科学、先进性的教学模式，需要从教学的各个环节入手开展改革。首先，教师自身应加强对Matlab软件应用的学习。并不是每一位高职数学教师都能够熟练应用Matlab软件编程，并绘制专业化数学模型的，因此，在推广Matlab软件数学教学模式的前期，各级高职院校的数学教师应加强自身对Matlab理论和实践应用方面的学习。其次，高职院校教学管理者应加强对教师应用Matlab软件开展数学教学实践的激励。一方面，多为一线数学教师提供各种形式的Matlab软件教学培训，例如，校内讲座、校外学习等。另一方面，出台一些激烈政策，例如，将应用Matlab软件开展教学的频率、质量纳入教师的日常考核中，鼓励本校数学教师应用Matlab设计和组织教学，让他们在实践中不断提升自我的教学水平。

总而言之，在今后的教学实践中，各级高职院校的数学教师应本着多学、多用、多想的原则，利用Matlab软件开展创新性、实用性的教学实践活动，以Matlab软件为依托，构建实效性更高的课堂教学情境。

【参考文献】

[1] 刘  锋. 关于高职数学课程设置和教学改革的探讨[J]. 中国航空学院学报， 2003（51）：32-33.

[2] 朱  敏. MATLAB在数学函数教学中的应用[J]. 内江科技， 2009（07）：182.

[3] 许镇辉. 高师学生数学课堂教学目标设计能力培养的策略[J]. 时代教育： 教育教学刊， 2008（08）：37.