用好教学软件.doc

目 录1.教学软件应用中存在的问题1 1.1买与用分离1 1.2软件内容设计不专业2 1.3教学软件的质量问题3 1.4理论知识与实践不能同步3 1.5教学思想和方法42.教学软件的发展与应用4 2.1数学模型5 2.2数学软件简介53.数学师范生学习使用数学软件 144.课程改革推动高校教学改革 15 参考文献17致 谢 18用好教学软件，推动高校教学改革21世纪初期，是我国高等教育快速、健康发展的关键时期，高等学校必须与时俱进，更新观念,创新制度，深化改革，努力提高人才培养质量，这不仅是新时期经济社会发展的客观要求，更是高等学校改革与发展的必然选择。人类进入21世纪，这个信息化的时代、知识经济的时代，大学使命的内涵更为丰富。大学不仅应履行启迪智慧，探索真理，发展科学，传递文化，服务社会的职责，以前所未有的发展态势实现着造就人才、塑造人类的伟大使命，而且更强调社会的责任。随着多媒体技术和网络技术的飞速发展，多媒体早已进入学校课堂，给传统的教学和学习方式带来了一场深刻的改革。多媒体教学软件成为课堂辅助教学的必不可少的工具，各类常见的应用软件课程已经纳为必学课程范围。理论上来说，学生应该非常喜欢这类课程，而且应该比其他课程学得好，然而事实并非如此。表面上学生是喜欢软件类课程，因为他们喜欢计算机，但实际上，学生喜欢的是上网，游戏等。他们的认为，会上网、玩游戏、聊天、看电影等，就是会计算机了，学习计算机的课程与上网聊天、玩游戏一样有趣。当同学们真正开始学习计算机课程时，所学的知识与他们所想的不同，因此就感觉学习起来比较困难。学习应用软件时，喜欢上机操作，而不喜欢理论，忽略了理论在实践操作中的指导作用和重要性。正是因为学生存在诸多不切实际和错误的思想，使得他们缺乏学习的主动性，积极性和创新意识，给计算机软件课程的教学增加了难度和挑战性。在硬件资源有限的条件下，如何使学生正真主动地，积极地去学习软件课程，培养他们的创新意识，使学生学到知识，学好知识，使学生能够像喜欢游戏、聊天一样喜欢我们的软件课程，是摆在计算机教师面前的新问题，这也在不知不觉中推动了高校教学改革。1 教学软件应用中存在的问题1.1买与用分离北京师范大学的余胜泉博士曾经撰文指出，中国的教育信息化市场是一个典型的以自给自足为主导的“小农”市场，其主要表现在缺乏旗舰性引导企业，采购与使用分离，形成了市场负激励和市场偏差。由于现行的采购权大多集中在各级信息中心，决策采购者（学校领导）与教育信息化使用主体（教师）分离，厂家只向采购者负责，不对使用的教师负责。很少有厂家真正去跟踪具体的教学过程，也很少有人关心卖出去的软件究竟在实际教学中如何使用。另外，还有一些有非市场背景的公司介入到市场，使得资源主要不是由市场供需关系和产品服务质量来决定，而是由人脉等非市场因素决定。这样的软件，不利于提高教育水平和学生素质。1.2软件内容设计不专业在教育领域，由于诸多因素，例如学校感觉到教育软件不好用，或者学校觉得自己人才储备充足，所以相当一部分的学校自己开发软件。由于对于学校信息化建设的专业性认识不足，委托学校几个计算机老师开发系统、建设资源，结果往往是花费了几年的时间，也出不了什么大的成果，只能有些表面上的应用，而且累计投入巨大，不可持续发展。这种不专业的开发影响了教育信息化的效果。在其他的信息化领域，还能看到一个常见现象，那就是合作。企业为了获得更大的发展，强强联手，或者采取优势互补的合作方式，共同应对用户的需求和市场的竞争。但对于教育信息化企业来说，通常的现象是企业和企业之间缺乏诚信，相互模仿，没有形成产业链上的合作体系。产品往往是大而全：教学平台、管理平台、资源库、信息平台、邮件系统、教师培训等无所不包，但没有专业的核心的领域。看到一家公司出了一个新产品，马上就跟风上同样的产品，造成产品同质化。从教育上看，教育信息化的基本特征可以概括为“开放、共享、交互、协作”8个字，然而这8个字却是当下的教育信息化所不具备的。在目前的教学软件市场，博弈的双方都是失败者，其直接后果就是大大延后了教育现代化的进程，要摆脱这种状况，也许需要从根本上突破：以学生为中心，而非以教师为中心；以应用为中心，而非以建设为中心；以可持续发展为中心，而非以业绩、数字为中心。开发者不懂教学，课件本身非常美观，但课件的思路、节奏等和教学过程结合不紧，造成课件的形与体的不够统一，虚有其表，没有实用价值。有些教师想用多媒体教学，但又怕操作失误，就让课件制作者将课件设计成顺序式结构，上课时只需按一个键，课件便按顺序播放下去，忽略了自身的主导地位，变成多媒体课件的演示者。更不敢依据教学过程中的课堂情况来改变调整课堂的教学情况，教师的主导性和学生的主体性都不能充分发挥，教师则想方设法将学生的思路引到电脑的既定流程上来，课堂教学的过程随着课件的设计而进行，教师和学生都只能依从之，这样的课便成了“流水课”。教育过程不仅是传授知识的过程，而且更重要的是情感交流的过程。运用多媒体，教学功能变得多样化，教师通过屏幕、电脑、麦克风等各种教学设备传播知识。学生不再像以前那样直接面对教师，较少注意教师的形体语言，师生之间自然缺少感情交流。特别是有些视听内容，都是非常专业的配音等，容易使学生感觉，只是一种很好地欣赏过程。教师亲身的示范才能够起到很好地潜移默化的效果。 1.3教学软件的质量问题在教学中，软件的质量是一个不容忽视的问题。软件的质量主要反映在教学设计、程序编写、软件外观以及课程设置这四个方面。软件的教学设计必须符合有效教学原理，如材料的取舍、信息的呈现手法、讲解过程、语言的表达、操作指导语的设置等方面都必须合理得当。软件的程序编写质量主要通过程序的外在运行效果和效率来考察，如运行时间是否太长，致使得学生干等等。软件的外观常常给人以第一印象，左右着人们对软件的取舍。虽然，软件的外观不至于重要到如此程度，但软件的视听特征确实对学生的情感具有一定的作用，如色彩的搭配、声响的配置、动画和图像的采用等，无不关系到学生的学习兴趣和积极性，因此软件的这些外观特征必须适当，否则，过犹不及。软件的课程设置情况是教师们最为关注的问题之一了。一个软件不管其教学设计、程序设计和外观多么理想，只要其课程设置与教师目前的需要不相配，例如，软件中出现了学生还未学过的新概念，那么，教师就绝对不会采用这个软件了。目前，我国的教材是一纲多本，如果以某一种教材来编制软件，其通用性将大打折扣。因此，软件最好根据该课的知识点来考虑课程设置问题，以扩得其普遍适应性。总之，无论是教学软件成品还是教学资源，只有在教学设计、程序编制、外观以及课程设置等方面具有一定的适当性，才能达到较高的质量标准。软件的质量直接影响学生学习的过程和方式。1.4理论知识与实践不能同步软件的理论部分是为实践服务的。这就要求学生要多在电脑上操作，通过上机操作，去理解理论的知识和原理，使学生能将理论和实践相结合，牢固掌握软件知识和应用。但因为硬件条件的限制，我们的学生目前还不可能成天坐在电脑上。虽然安排了不少上机时间，但还是不够，学习软件可以说就是使用电脑和软件完成日常事务，如果有更多的时间坐在电脑前，理论和实践结合在一起学习，能够起到事半功倍的效果。1.5教学思想和方法计算机在课堂教学中所发挥的作用与教师的教学思想是分不开的。计算机应用于课堂, 不仅仅要求教师掌握计算机基本技能, 更为重要的是要改变固有的教学观点和思想。如果教师的教学思想一成不变, 教师就会把计算机当作传统教学方法的附属物, 不能很好地发挥计算机的独特潜力, 只能用它作演示或练习用。这实际上是用新瓶装旧酒，势难取得令人满意的效果。如果教师的教学思想更新了, 那么教师不仅能用计算机去完美实现传统的教法, 例如，课堂讲演、课堂问答、课堂讨论和课堂自习等；而且能创造或完善新的教学方法，例如，真实性问题解决、发现和探索、合作学习以及模拟和游戏等。2教学软件的发展与应用作简要介绍，其中着重介绍几种常用的数学教学软件（如Mathematica, Matlab, LINGO）信息技术的产生、发展及应用，给人们生活、工作和学习带来了巨大的变化，也给教学改革与创新带来了新的发展机遇。信息技术条件下，教师不仅仅传道授业解惑，也必须不断学习，才能适应时代的发展。 早在八十年代，录像带、录音带的出现极大地促进了电教事业的发展。各级电教机构不再游离于教育研究和教师培训之外，而是融于了整个教育活动之中。随着当代计算机技术的高速度发展，学校教育现代化的投资不断加大，出现了许许多多，涉及到各个学科的教学软件。正是由于教学软件的出现，我们的教学活动也随之发生了巨大的变化。基于计算机多媒体技术用于课堂教学的“多媒体计算机辅助教学模式”。利用多媒体计算机, 综合处理和管理文字、声音、图形、图象和影像等多媒体信息, 并通过教学设计, 按教学目标的要求, 运用一定的策略, 把教学内容以人类联想的方式, 把多媒体信息有机地集成并显示在荧屏上, 使学习者通过人机交互的方式, 完成一系列人机交互操作的学习。这样就在很大程度上推动了教学的进步。近几十年来，数学的应用不仅在它的传统领域工程技术、经济建设发挥着越来越重要的作用，而且不断地向一些新的领域渗透，形成了许多交叉学科计量经济学、人口控制论、生物数学、地质数学等等。数学与计算机技术相结合，形成了一种普遍、可以实现的关键技术数学技术，成为当代高新技术的重要组成部分。“高技术本质上是数学技术”的观点已被越来越多的人们所接受，一个最明显的表现就是有越来越多的人通过数学建模在使用数学软件。2.1数学模型数学模型是对于现实世界的一个特定对象，一个特定目的，根据特有的内在规律，做出一些必要的假设，运用适当的数学工具，得到一个数学结构。简单地说：就是系统的某种特征的本质的数学表达式(或是用数学术语对部分现实世界的描述)，即用数学式子(如函数、图形、代数方程、微分方程、积分方程、差分方程等)来描述(表述、模拟)所研究的客观对象或系统在某一方面的存在规律。 数学建模其实并不是什么新东西，可以说有了数学并需要用数学去解决实际问题，就一定要用数学的语言、方法去近似地刻划该实际问题，这种刻划的数学表述的就是一个数学模型，其过程就是数学建模的过程。数学模型一经提出，就要用一定的技术手段（计算、证明等）来求解并验证，其中大量的计算往往是必不可少的，高性能的计算机的出现使数学建模这一方法如虎添翼似的得到了飞速的发展，掀起一个高潮。数学建模课是让学生学会利用数学知识和计算机来解决实际问题，是从实际问题出发，解决问题才是目的。2.2数学软件简介2.2.1 数学软件：所有的能用于解决数学问题的软件皆可称为数学软件。因此，数学软件是一个软件集合，不是单指某个软件。2.2.2 数学软件分类：数学软件从功能上分类可分为通用数学软件包和专业数学软件包。通用数学软件包功能比较完备，包括各种数学、数值计算、丰富的数学函数、特殊函数、绘图函数、用户图形届面交互功能，与其他软件和语言的接口及庞大的外挂函数库机制(工具箱toolbox)。常见通用数学软件包有Matlab、Mathematica和LINGO。专用数学软件包有：绘图类软件、数值计算类软件、有限元计算类、计算化学类、数理统计类、数学公式排版类。2.2.3 常用数学软件(1) Mathematica系统 Mathematica基本系统主要是用C语言开发的，因而可容易地移植到各种平台上。它是一个交互式计算系统，在用户和Mathematica互相交换、传递信息数据的过程中完成的。Mathematica系统所接受的命令都被称作表达式，系统在接受一个表达式后就对它进行处理，然后再把计算结果返回。Mathematica对于输入形式有比较严格规定，用户必须按照系统规定数学格式输入，系统才能正确处理，不过由于3.0版本引入输入面板，并且可修改、重组输入面板，因此以前版本输入指令时需要不断切换大小写字符的繁琐方式得到很好改善。可以用各种格式保存文件和剪贴内容，包括RTF、HTML、BMP等格式。它是目前比较流行的符号运算软件之一，它不仅可以完成微积分、线性代数及数学各个分支公式推演中的符号演算，而且可以数值求解非线性方程、优化等问题。它不仅是数学建模的得力助手，也是大学数学教育和科学研究不可或缺的工具。(1.1) 数的表示及计算1.在Mathematica中你不必考虑数的精确度，因为除非你指定输出精度，Mathematica总会以绝对精确的形式输出结果。例如：你输入In1:=378/123，系统会输出Out1:=126/41，如果想得到近似解，则应输入In2:=N378/123,5,即求其5位有效数字的数值解，系统会输出Out2:=3.073。2.另外Mathematica还可以根据你前面使用的数字的精度自动地设定精度。Mathematica与众不同之处还在于它可以处理任意大、任意小及任意位精度的数值，如1007000，2(-2000)等数值可以很快地求出，但在其他语言或系统中这是不可想象的。Mathematica还定义了一些系统常数，如上面提到的Pi(圆周率的精确值)，还有E(自然对数的底数)、I(复数单位)，Degree(角度一度，Pi/180)，Infinity(无穷大)等，不要小看这些简单的符号，它们包含的信息远远大于我们所熟知的它们的近似值，它们的精度也是无限的。 (1.2) 图形函数 Mathematica的图形函数十分丰富，用寥寥几句就可以画出复杂的图形，而且可以通过变量和文件存储和显示图形，具有极大的灵活性。图形函数中最有代表性的函数为Plot表达式，变量，下限，上限，可选项，(其中表达式还可以是一个表达式表，这样可以在一个图里画多个函数)；变量为自变量；上限和下限确定了作图的范围；可选项可要可不要，不写系统会按默认值作图，它表示对作图的具体要求。例如PlotSinx,x,0,2*Pi,AspectRatio-1表示在0x）之后，并按入Enter键即可。例如： (5*2+1.3-0.8)*10/25ans =4.2000若不想让MATLAB每次都显示运算结果，只需在运算式最后加上分号（；）即可，如下例：y = sin(10)*exp(-0.3*42);若要显示变数y的值，直接键入y即可：yy =-0.0045在上例中，sin是正弦函数，exp是指数函数，这些都是MATLAB常用到的数学函数。以下为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数： 18abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度 sqrt(x)：开平方 real(z)：复数z的实部 imag(z)：复数z的虚 部 conj(z)：复数z的共轭复数 round(x)：四舍五入至最近整数 fix(x)：无论正负，舍去小数至最近整数 floor(x)：地板函数，即舍去正小数至最近整数 ceil(x)：天花板函数，即加入正小数至最近整数 rat(x)：将实数x化为分数表示 rats(x)：将实数x化为多项分数展开 sign(x)：符号函数 (Signum function)。当x0时，sign(x)=1。 若对MATLAB函数用法有疑问，可随时使用help来寻求线上支援（on-line help）：help linspacehelp：用来查询已知命令的用法。例如已知inv是用来计算反矩阵，输入help inv即可得知有关inv命令的用法。lookfor：用来寻找未知的命令。例如要寻找计算反矩阵的命令，可键入 lookfor inverse，MATLAB即会列出所有和关键字inverse相关的指令。找到所需的命令后，即可用help进一步找出其用法。在MATLAB的内部资料结构中,每一个矩阵都是一个以行为主（Column-oriented ）的阵列（Array）因此对于矩阵元素的存取，我们可用一维或二维的索引（Index）来定址。举例来说，在上述矩阵A中，位于第二列、第三行的元素可写为A(2,3) （二维索引）或A(6)（一维索引，即将所有直行进行堆叠后的第六个元素）。此外，若要重新安排矩阵的形状，可用reshape命令：B = reshape(A, 4, 2) % 4是新矩阵的列数，2是新矩阵的行数B =5 89 125 611 5MATLAB可在同时执行数个命令，只要以逗号或分号将命令隔开：x = sin(pi/3); y = x2; z = y*10,z =7.5000(2.3) 逻辑命令最简单的逻辑命令是if, ., end，其基本形式为：if 条件式；运算式；endif rand(1,1) 0.5,disp(Given random number is greater than 0.5.);endGiven random number is greater than 0.5.(2.4) 集合多个命令于一个M档案若要一次执行大量的MATLAB命令，可将这些命令存放于一个副档名为M的档案，并在 MATLAB提示号下键入此档案的主档名即可。此种包含MATLAB命令的档案都以M为副档名，因此通称M档案（M-files）。例如一个名为test.m的M档案，包含一连串的MATLAB命令，那么只要直接键入test，即可执行其所包含的命令。严格来说，M档案可再细分为命令集（Scripts）及函数（Functions）。前述的test.m即为命令集，其效用和将命令逐一输入完全一样，因此若在命令集可以直接使用工作空间的变数，而且在命令集中设定的变数，也都在工作空间中看得到。函数则需要用到输入引数（Input arguments）和输出引数（Output arguments）来传递资讯，这就像是C语言的函数,或是FORTRAN语言的副程序（Subroutines）。举例来说，若要计算一个正整数的阶乘 （Factorial），我们可以写一个如下的MATLAB函数并将之存档于fact.m：function output = fact(n)% FACT Calculate factorial of a given positive integer.output = 1;for i = 1:n,output = output*i;end其中fact是函数名，n是输入引数，output是输出引数，而i则是此函数用到的暂时变数。要使用此函数，直接键入函数名及适当输入引数值即可：y = fact(5)y = 120MATLAB的函数也可以是递式的（Recursive），也就是说，一个函数可以呼叫它本身。举例来说，n! = n*(n-1)!，因此前面的阶乘函数可以改成递式的写法：function output = fact(n)% FACT Calculate factorial of a given positive integer recursively.if n = 1, % Terminating conditionoutput = 1;return;endoutput = n*fact(n-1);在写一个递函数时，一定要包含结束条件（Terminating condition），否则此函数将会一再呼叫自己，永远不会停止，直到电脑的记忆体被耗尽为止。以上例而言，n=1即满足结束条件，此时我们直接将output设为1，而不再呼叫此函数本身。(3) LINGO软件简介LINGO的全称是Linear Interactive and General Optimizer，即“交互式线性和通用优化求解器”，由美国LINDO系统公司（Lindo System Inc.）推出。可用于求解非线性规划，也可求解一些线性和非线性方程组，功能十分强大。内置建模语言，提供十几个内部函数，可求解整数规划，并且执行速度快。能方便与Excle，数据库等其他软件交换数据。(3.1) 与LINDO相比，LINGO软件的优点具有LINDO的全部功能，还可用于求解非线性规划问题，包括非线性整数规划问题；包含内置的建模语言（矩阵生成器），可以以简单直观的方式描述较大规模的优化问题。(3.2) 使用步骤：打开软件输入模型求解模型(3.3) LINGO软件的使用运算符的优先级：#NOT# （负号）；* /；+ （减法）；#EQ# #NE# #GT# #GE# #LT# #LE# ；#AND# #OR#；(=)常用函数：ABS(X) 绝对值函数 COS(X) 余弦函数 EXP(X) 指数函数 FLOOR(X) 取整函数 LOG(X) 自然对数函数 MOD(X,Y) 模函数 POW(X,Y) 指数函数 SIGN(X) 符号函数 SIN(X) 正弦函数 SQR(X) 平方函数 SQRT(X) 平方根函数 TAN(X) 正切函数 BIN(X) 限定0-1变量 FREE(X) 取消符号限制 GIN(X) 限制整数3针对数学师范生，着重探讨如何正确学习使用数学软件，从而培养复合型人才，适应工作和社会的发展我国基础教育课程改革是在知识全球化、经济信息化的时代背景下展开的，是为了适应21世纪的需要而开展的，是历次课程改革的继承、发展和创新。同时新课改对教师教育技术素养也提出了新的挑战。教师要拥有信息技术操作能力，要掌握辅助多媒体基本技能（主要体现在教师对常规教育多媒体的基本操作技能，常规信息技术的基本利用技能、信息技术与课程教学整合能力），将信息技术与教学有机结合的能力，广泛利用课程资源指导学生开展研究性学习的能力等。教师对这些新知识、新领域、新发展需要有所了解和掌握，这就要求我们师范生在学习的过程中必须学习使用好教学软件，以适应未来教师岗位的要求。“数学实验”是自从我国著名科学家钱学森教授提出理工科的数学课程需要改革10多年来大家公认的成功之路。数学实验是计算机技术和数学软件引入教学后出现的新生事物，是数学教学体系、内容和方法改革的一项创造性的尝试。数学实验概括地讲包含两部分内容，即“数学的实验”和“数学应用的实验”。“数学的实验”是用计算机及有关的工具软件解决数学问题；“数学应用的实验”是用计算机、工具软件及数学知识和方法求解其它学科领域的实际问题。数学实验的教学理念是以学生为主体，通过在计算机上做大量的实验，发现问题中存在的数学规律，提出猜想，进行证明和论证。简单地说，所谓数学实验就是用计算机代替笔、纸以及人的一部分脑力劳动进行数学的运算。数学实验课的目的首先是加强“用数学”的教育，培养学生应用所学的数学知识解决实际问题的意识和能力。爱因斯坦曾经说过：“教育应该是提供的东西，让学生作为宝贵的礼物来享受，而不是作为一种艰苦的任务要他担负。”因此，要想学习使用好教学软件首先我们在思想观念上要对软件有一个重新的认识。教学软件不是游戏，也不是用来聊天的。它是来实实在在的解决我们现实生活中一些复杂问题的工具，合理有效地应用它将会给人类社会的发展带来强大的推进作用；其次，我们应当积极主动地参与到软件教学中去，充分发挥主观能动性。对于数学师范生来说，我们所用到的数学软件在操作中有很多地方用到的都是C语言，而C语言又与数学知识联系的特别紧密，这就大大降低了我们学习使用数学软件的难度，同时也会提高计算机的操作能力；最后，数学软件毕竟是一个操作系统，要想熟练的使用，平时上机操作练习是必不