基于GUI平台的线性方程组教学改革探索

2019-12-27薛峰

时代农机 2019年8期

薛峰

（湖南机电职业技术学院，湖南长沙 410151）

《高等数学》课程是高职院校普遍设立的全校性公共基础课程，但高职学生的数学基础普遍较差，对数学的学习热情和积极性不高，难以掌握数学原理、方法。《高等数学》学不好，不仅影响学生个人综合素质的提升，还会造成学生学习专业课程时的困难。甚至一些专业课程因为学生数学基础差而无法继续开设下去，比如智能控制技术专业群里的《自动控制原理》等课程。

1 开发适合高职数学教学的平台

设计并使用《高等数学教学和应用平台》（图1）辅助教学可以更好的解决“如何教，如何学，让学生如何用”的问题。MATLAB提供了功能强大的图形用户界面（GUI）开发环境，可以设计人机交互简单，容易操作的用户界面。

基于MATLAB软件的GUI设计虚拟教学和应用平台的主要工作：

（1）根据高职教学现状，把高职数学内容分解成分为函数和极限、导数和微分、积分及其应用、微分方程、矩阵和线性方程组、概率统计基础6大模块，每个大的模块下设计小的章节模块。

（2）使用MATLAB的GUI针对这六个模块设计操作简单，实用性强的界面窗口。

（3）分别编写界面中各个功能按钮的传递函数以达到该功能的实现、

（4）制作帮助界面。使学生能通过帮助界面准确理解概念、原理，并能通过操作指导方便准确的进行相关的操作，完成学习和实验。

下面，以《矩阵和线性方程组》（图2）这个模块下的《线性方程组》一次课的章节模块来具体介绍平台的设计，课堂的教学实施，以及教学和应用的效果。

图1 高等数学教学应用平台图

图2 矩阵和线性方程组模块

2 线性方程组教学改革实践

《线性方程组》章节主要讲授通过矩阵的初等行变换求解线性方程组。在智能控制技术专业群的专业课中，能正确快速的求解线性方程组，对学生专业课程的学习能起到很好的辅助作用。

针对本章节内容，结合电气专业18级学生本学期学习的《电工技术》专业课，设计《线性方程组》的教学应用平台，分为线性方程组的矩阵表示，线性方程组解的判定和线性方程组的求解三部分。

具体课堂讲授环节中，首先通过专业课程《电工技术》中一道关于基尔霍夫定律的线性方程组的题目引入本次课，让学生总结以前求解类似线性方程组的方法。提问：如果遇见更复杂的线性方程组问题怎么求解，同时亮出图支路电流法中的6元6次方程组，引发学生学习兴趣。

结合前面学习过的矩阵知识讲解线性方程组的矩阵形式、线性方程组解的判定和如何通过矩阵求解线性方程组。其中上面案例中的方程组作为主线一直贯穿整个讲解过程，直至完整求解。在黑板上板书求解方程组完成后，会发现利用矩阵的初等行变换手动解线性方程组并不比以前的方法省事很多，此时适时的推出教学应用平台这个利器。还是以上面案例中的线性方程组为例，在输入完成后，只需轻点鼠标，线性方程组的结果就会立马显现。

3 成绩和效果

高等数学结合教学平台进行教学，能完美满足高职数学课堂的“教”和“学”。

首先，教师在上课时结合平台，讲授数学思想方法会更省时省力。比如上面的线性方程组求解，一个简单题目都要写满整个黑板，一次课时间有限，很难让学生完全掌握。学生在懵懵懂懂间已经下课，等专业课遇到类似问题时还是不会求解。通过教学应用平台，学生在理解方法后，具体的解题过程都交给电脑，教师教的过程也会变的轻松。

其次，教学应用平台的作用更体现在学生的应用方面。还是以线性方程组为例，学生通过本平台能实现轻松解线性方程组，并在实际应用中（图3）发现电工电子技术书中一道关于支路电流法的6元6次线性方程组求解错误（图4），给出了更正后的正确答案。教学平台和专业课程的结合，能帮学生解决大部分专业课程学习中用的数学问题。数学的作用体现了，数学课堂氛围也会由原先的死气沉沉变得生机盎然，学生也纷纷为本教学应用平台点赞。