现代教育技术应用背景下的高职基础数学教学-以MATLAB软件的应用为例

1、10.3969/j.issn.1671-489X.2020.16.036现代教育技术应用背景下的高职基础数学教学以MATLAB软件的应用为例查正权摘 要 随着信息技术的不断发展，各类现代技术开始逐步应 用于教育行业之中。多媒体设备、视讯工具等现代教育技术的 应用使得基础学科教育的课堂面貌为之一变，但仍存在形式大 于内容等诸多刻板教学问题。尤其在高职基础数学教学中，因 其教学目的、培养目标的不同，使得高职学生在基础数学课堂 教学中表现不佳，即使辅助以现代化教育手段仍收效有限。以 MATLAB软件在高职基础数学教学中的应用为例，探讨现代教育 技术与基础学科教学的有机结合。关键词现代教育技术；高职；

2、基础数学；MATLAB中图分类号：G712文献标识码：B文章编号：1671-489X(2020) 16-0036-04Basic Mathematics Teaching in Higher Vocational Education under Background of Modern Educational Technology Application: Taking Application of MATLAB Software as an Example/ ZHA ZhengquanAbstract With the continuous development of informatio

3、n technology, all kinds of modern technology are gradually applied in the education industry. The application of modern education technology, such as multimedia equipment and video tools, has changed the classroom appearance of basic subject education. However, there are still many rigid teaching pr

4、oblems, such as the form is bigger than the content. Especially in the basic mathematics education of higher vocational education, because of the difference of teaching purpose and training goal, the students of higher vocational education perform poorly in the classroom teaching of basic mathematic

5、s. This paper takes the application of MATLAB software in basic mathematics teaching of higher vocational education as an example to discuss the organic combination of modern education technology and basic subject teaching. Key words modern education technology; higher vocational education; basic ma

6、thematics; MATLAB1前言20世纪中叶，电子计算的发明和应用极大地加速和改 变了人类对信息的加工与处理方式1，人类社会迎来信息 技术革命2。伴随着计算机等电子产品的问世，多媒体信 息技术开始被广泛应用于人类社会的各项领域，如工程建 设、项目管理、产品研创、商务办公、学科教育等3。信 息技术的发展无论是从工作思路还是工作方法上，都给各 行各业带来显而易见的改变4。特别是在学科教育领域， 过去“一本教案一支笔”的传统课堂教学正在被“一份课 件一张嘴”的现代多媒体教学方式所替代，大大提高了课 堂教学效率，学生的听课观感也得到大幅提升。但实际上， 信息化时代背景下的现代教育技术手段远不止

7、如此。2课堂上的现代教育技术在数字化时代发展的大背景下，课堂上的现代教育技 术可谓好处多多：它一方面通过动画、色彩、影像等多媒体 手段提升了学生的课堂观感，枯燥的课堂教学变得更为丰 富有趣；另一方面节省了执教者的备课时间，一份课件通 过多媒体设备可以随时随地反复应用，并能够对其内容进 行及时增减及修改5。在特殊时期，甚至能够通过信息技 术手段实现互联网授课听课，缩小教师和学生之间的距离， 简化听课授课的传统物质条件6。除此之外，信息化的市 场还应运而生了多种多样的数字软件，包括但不局限于各 类教育软件，这就对现在的执教者提出更多更高的要求。多媒体教学设备从目前的学校现代化教学设备应用情况来看，

8、多媒体教学设备已经逐步取代传统板书式的教 学设备，教育设施的现代化程度显著提高7。这些多媒体 教学设备中，以计算机、投影仪（或背投）、外放音响、 多媒体控制平台等设备的联控为主，为执教者提供了课件 展示、音视频外放等功能用途。多媒体教学设备的常态化 应用优势显著，但从实际使用的过程和效果上来讲，仍存 在诸多问题8:课件内容可参考的资料越来越多，“拿来 主义”越来越凸显；投影展示更多的是既有课件内容，相 比于传统板书教学，课程的灵动性、变化性程度降低，教 师授课开始一成不变作者：查正权，盐城幼儿师范高等专科学校，高级讲师，研究方向为数学教学、信息技术教学（224005）。（C2020年8作者：查

9、正权，盐城幼儿师范高等专科学校，高级讲师，研究方向为数学教学、信息技术教学（224005）。（C2020年8月下第16期（总第490期中画菽育技术装备-36 -多样化软件应用除了一些必要的授课展示软件，如 Office系列软件、视频影像播放系列软件等，越来越多的 软件开发出现在基础学科课程教学中。针对不同学科特点， 软件的开发应用也各有不同。以数学学科教学为例，目前 开始应用在学科教学中的软件有EasiNote (基于触摸屏操 作的交互式多媒体白板软件)、Mathematics (一款基于规 则的函数式编程语言的科学计算软件)、MATLAB (矩阵实 验室)、Maple (数学工程计算软件)等

10、10。随着学科需 求的不断发展，多样化的软件应用也逐步走向教育课堂， 成为执教者的授课工具选择。3高职基础数学教学高职基础数学教学对学生数理思维的发展至关重要11， 也因此成为高职学生的必修课程之一。而从目前的高职数 学教学来看，学科教学的现状特点也存在诸多共性。高职数学教学特点高职教育的主旨是向社会输出具 有较强专业素养、技术能力的职业型人才12。因此，相比 于一般中学、大学的数学教学，高职院校中的基础数学教 学更注重学以致用：13o但由于数学学科本身的特有属性， 如何将高职基础数学由一门纯粹理性学科通过教学设计转 变为实用性数学，一直以来都是众多教师、学者热切探讨 的话题14-16o目前存

11、在的问题纵观各类高职院校的数学学科教学， 存在一些较为普遍的问题17o一是课程结构单一。在高职院校的学科培养体系中， 数学虽然占据重要地位，但作为基础性学科，其对学生带 来的数理思维方式的教育重要性往往被忽视，教师、学生 往往更注重职业技能的培养，使得高职数学教学的课程结 构设计被忽略。而也正是由于课程结构单一，降低了学生 学习数学的积极性，教学成效往往收效甚微。二是高职数学教学中时常出现数学教学与现实应用的 脱节，这会导致学生普遍认为数学学习都是理论的东西， 无法应用在实践中，产生“数学无用”的错误思想，而这 种理论与现实的脱节很大程度上归因于执教者的授课理念。因此，针对高职学生的数学知识授

12、课，应当重在培养 学生的数理思维能力，提高学生对数学知识的追求兴趣， 教会学生学以致用的方法。这就对高职数学教学中的执教 者提出较高的要求，执教者需要突破常规的数学课堂教学 模式，以直观、形象、趣味为课程目标，活跃课堂气氛， 激发学生学习热情。4 MATLAB软件的应用MATLAB软件又称矩阵实验室，是一款集数字计算、算 法研究、仿真建模、数据分析、数形结合于一体的数学软 件18，目前被广泛应用于工程数学、应用数学领域，但在 高职数学教学中应用不多。对于高职院校的数学教师来说， MATLAB具有程序小巧、操作简单、使用方便、数形结合等 特点，可以将抽象的数学概念转化为形象的图像显示，而 使用的

13、灵活性也使其在涉及变形变量的教学中颇具优势。 以MATLAB在几类数学问题中的教学应用为例进行论述。极限问题教学实践证明，极限这一概念对于多数刚 接触这类问题的学生来讲往往过于抽象，此时若能将极限 问题与MATLAB软件应用相结合，可以赋予课堂中的听课学 生更为直观的感受，有助于学生快速把握问题要点和重点。以lim 为例：xtO x在命令窗输入以下命令： clear x=-1:0.01:1; % 生成 x 坐标 plot(x,tan(x)./x) % 绘制 y=tan(x)/x 图像 legend(y=tan(x)/x) xlabel(x) ylabel(y)图像结果如图1所示，可以看到，当x

14、无限趋近于0时， y值等于1。曲面函数问题相比于极限问题，在传统教学中，曲面 函数问题对执教者提出更高的要求，学生也往往难以想象或 者接受曲面函数的空间形态。MATLAB软件的应用就为这类 222问题的讲授提供了便利，以与+与+与=d为例进行论述。 a2 b2C首先编写绘图函数：function surfaceplot(a,b,c,d,n) % 定义绘图函数，n 为网 格数目，n越大，图像越精细xgrid=linspace(-abs(a),abs(a),n); % 生成x绘图范围 ygrid=linspace(-abs(b),abs(b),n); % 生成 y 绘图范围 x,y=meshgri

15、d(xgrid,ygrid); % 生成 x, y 绘图范围 z=c*(d-x.A2/aA2-y.A2/bA2).A(1/2);% 计算 x, y 坐标对应的z值zr=real(z); %只需要保留实部for j=1:n;for k=1:nif imag(z(j,k)=0) zr(j,k)=NaN;endendendmesh(x,y,zr) % 绘制曲面axis equal;在命令窗口执行以下命令： figure subplot(2,2,1) surfaceplot(1,1,1,1,100) subplot(2,2,2) surfaceplot(2,1,1,1,100) subplot(2,2

16、,3) surfaceplot(1,2,1,1,100) subplot(2,2,4) surfaceplot(1,1,1,2,100)图2显示出a=1, b=1, c=1, d=1时对应的曲面图像； 图3图5描述当分别修改为a=2, b=2, d=2时，曲面图 像发生的变化。图2 a=1, b=1, c=1, d=1时的曲面图像图3 a=2, b=1, c=1, d=1时的曲面图像5结论在科学技术日新月异的今天，高职院校中的基础数学 教学也应跟上时代发展的步伐，摆脱过去一成不变的授课 形式，积极融合各类现代教育技术。在这些现代化的教育 技术中，多媒体教学设备、信息化交流方式已经得到广泛 认同

17、和普及，而对于一些数学应用软件与课堂教学的结合图5 a=1, b=1, c=1, d=2时的曲面图像图4 a=1, b=2, c=1, d=1时的曲面图像有待加强。类似于MATLAB这样的能够将数理抽象概念具象 化的软件还有很多，高职院校数学教师应当更多关注此类 软件在教学中的应用，提高授课效率。参考文献张欣.科学改变人类生活的100个瞬间J.杭氧科技， 2000(3):1-2.王鹏喜.精准驱动加强信息技术与教育深度融合J. 教育艺术,2017(11):33.何友义.浅谈数学教学中多媒体信息技术的应用J. 中小学电教：下，2010(7):11.许唯玮.信息技术对传统课堂教学的影响J.课程教 育

18、研究,2015(12):74-75.卓澜.浅谈农村学校现代教育技术在课堂上使用的误区 及摆脱策略M中国教育教学丛书编委会.中华教育理 论与实践科研论文成果选编(第十二卷).2016.陈志文.互联网背景下的高中数学教学J.西部素质 教育,2018(7):145.张利军，赵玉华.多媒体课件与传统板书在提高教学质 量中的辩证关系研究J.亚太教育,2015(12):222.陈芸.现代教育技术在初中数学课堂上应用的优缺点 J.中学数学研究：华南师范大学版，2015(20):3-5.兰春霞.翻转理念下基于微课的计算机基础网络课 程建设J.宁波职业技术学院学报,2015(04):24-37.Chonacky

19、 N, Winch D. Maple, Mathematics, and Matlab: The 3Ms without the TapeJ.Computing in Science & Engineering,2005(1).甘雷.浅谈高职学生数学思维能力的培养J.课程教 育研究(新教师教学)，2015(36):29.10.3969/j.issn.1671-489X.2020.16.039变形Liu混沌系统控制仿真实验设计赵海滨颜世玉摘 要 根据变形Liu混沌系统的状态方程，采用第一个状态 变量设计控制器，并采用控制器进行混沌系统的镇定控制。采 用Python语言编写脚本程序，进行变形Liu

20、混沌系统的镇定 控制。数值仿真结果表明，设计的控制器能够进行变形Liu混 沌系统的镇定控制，状态变量快速收敛到零。关键词变形Liu混沌系统；数值仿真；仿真实验；Python 中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2020) 16-0039-03Simulation Experiment Design of Modified Liu Chaotic System Control/ZHAO Haibin, YAN ShiyuAbstract According to the equation of the modified Liu chaotic system,

21、the first state variable is used to design the controller, and the controller is used to stabilize the chaotic system. The program written in Python language is used to stabilize the modified Liu chaotic system. The numerical simulation results show that the designed controller can stabilize the mod

22、ified Liu chaotic system and the state variables converge to zero rapidly.Key words modified Liu chaotic system; numerical simulation; simulation experiment; Python1前言混沌是非线性系统的典型行为，能够采用电子线路进 行模拟实现。混沌控制与同步始终是非线性科学领域的一 个热点问题。刘崇新等在2004年提出一类含有平方非线性 项的三阶连续自治混沌系统，即Liu混沌系统1，对其动 力学行为进行分析，并采用硬件电路进行实现2。王绍明 等采用第一个状态变量设计控制器，进行Liu混沌系统的 控制和同步3。高秉建通过Liu混沌系统构造多翅膀混沌 吸引子4，并进行数值仿真。Liu混沌作为一个典型的混沌系统，具有广泛的应用。 陆安山等在Liu混沌系统的第二式上增加了线性反馈项， 构造了一种新的三维变形Liu混沌系统5。变形Liu混沌 系统具有复杂的动力学行为，能够采用硬件电路实现，可 以用于保密通信6。本文根据变形Liu混沌系统的状态方程，采用第一个 状态变量设计控制器，进行系统的镇定控制；采用Python 语言编写脚本程序进行数值仿真；在脚本程序中，采用 SciPy库中的odeint函数求解常微分方程，采用matplotlib 库