线性代数课程结合几何直观的启发式教学法探讨
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《线性代数》的教学反思与实践探索一、引言线性代数作为一门重要的数学学科,在大学教育中占据着重要的地位。
然而,传统的线性代数教学往往以理论为主导,忽视了实践与应用的环节,导致学生对于该学科的学习兴趣不高、应用能力薄弱。
本文将对《线性代数》的教学进行反思,并探索一种更加实用和有效的教学方式。
二、理论与实践的结合传统的线性代数教学往往注重理论的内容,让学生掌握线性代数的基本概念、定理和推导过程。
然而,理论知识的死记硬背并不能帮助学生真正理解和应用线性代数。
为了使学生更好地掌握线性代数的概念,我尝试结合实际问题,引入实践案例来进行教学。
通过解答实际问题,学生能够更加直观地理解线性代数的概念,并将其运用到实际中去。
三、案例分析与解决在教学中,我通过案例分析的方式,将线性代数的知识应用到实际问题中。
以矩阵和向量为例,我选择了一些与生活息息相关的实际问题,如交通流量分析、人员排班等。
通过这些案例的解析,学生能够更好地理解矩阵和向量的概念,并学会如何将其运用到解决实际问题中去。
通过实践案例的引导,学生能够在应用环节中不断提高自己的求解能力,同时也增加了他们对线性代数的兴趣。
四、实践与实验除了案例分析,我还充分利用实践和实验的方式来进行线性代数的教学。
通过搭建实验平台,学生可以亲自动手操作并观察实验现象,从而更加深刻地理解线性代数的原理。
例如,我设计了一个矩阵变换的实验,让学生通过改变矩阵的值来观察变换结果的变化。
通过这样的实践与实验,学生能够在实际操作中增加对线性代数的感性认识,提高他们的动手能力和实际应用能力。
五、课堂互动与讨论为了进一步激发学生的学习兴趣,我在课堂教学中注重进行互动和讨论。
通过提问、小组讨论等形式,我鼓励学生积极参与其中,表达自己的观点和疑惑。
在讨论的过程中,我不仅帮助学生解决问题,还能够引导他们发散思维,培养他们的创新能力。
通过课堂互动与讨论,我发现学生的学习热情得到了极大的激发,他们对于线性代数的学习也变得更加主动和积极。
浅谈《线性代数》的课堂教学《线性代数》是大学数学中的重要学科之一,也是各个专业的必修课程。
在课堂教学中,教师需要采用科学合理的教学方法,使学生能够理解和运用线性代数中的基本概念和定理,达到掌握基本技能和解决实际问题的能力。
本文将从教学目标、教学内容、教学方法、教学手段四个方面,探讨一下《线性代数》的课堂教学。
一、教学目标1、基础知识掌握线性代数是一门数学基础课程,学生需要掌握矩阵、向量、行列式等基本知识。
2、解决实际问题的能力线性代数可以用于数学领域、经济学、物理学等多个领域,因此需要将学生培养成能够解决实际问题的能力。
3、培养创新思维线性代数中的定理和算法,需要学生具备创新思维,在实践中不断思考和解决问题。
二、教学内容1、矩阵和向量针对矩阵和向量的定义和性质进行详细讲解,并结合实际应用进行案例分析。
2、行列式和矩阵的逆行列式及其求解方法,矩阵的逆及其存在性的定义和算法。
3、向量空间和线性相关性向量空间、向量线性相关和线性无关性的定义、性质和定理等内容。
4、特征值和特征向量特征值及其性质、与线性变换的关系等内容。
三、教学方法1、理论与实践相结合在教学过程中,将理论知识和实践应用相结合,让学生在实践中体会理论知识的重要性。
2、启发式教学需要注意引导学生自我探究和发现,培养学生的创新思维和独立思考能力。
3、提升课堂互动教师需要通过提问、讨论和案例分析等方式,提升课堂互动,激发学生学习兴趣,并促进学生成长。
四、教学手段1、多媒体教学手段可以运用多媒体教学手段,将图表、动态演示等形式引入到课堂教学中,提升教学效果。
2、实例分析通过实例分析,加深学生对概念和定理的理解和运用,提升实际问题解决的能力。
3、小组讨论引导学生自组成小组,进行探讨和讨论,促进互动和思想交流。
总之,线性代数是一门重要的数学基础学科,需要教师在教学中有计划、有重点、有创新地运用教学方法和手段,提高学生的学习兴趣和主动性,在学生掌握知识技能和解决实际问题的能力上下功夫,从而达到良好的教育效果。
线性代数课程是理工科和经济学科学生的一门必修基础课,它在科学技术的各个领域都有应用,是学生必备的基础理论知识和重要的数学工具。
但是,线性代数的概念多用数学符号定义,学生学起来很枯燥;而且线性代数的知识前后纵横交错,学生学习一段时间后感觉难度很大,容易导致学生对线性代数产生畏惧感,学习很被动。
因此,根据这门课的学科特点及学生的实际情况,笔者根据自己的教学经验,谈谈适合这门课的教学方法。
一、让学生认识学习线性代数的重要性,激发学生的学习兴趣在开始讲线性代数的时候,不应急于讲授课程内容,而要先向学生介绍这门课程对他们的专业学习起到的重要辅助作用。
例如,线性方程组可以解决运输、交通流量、费用分摊、复杂的化学反应计量等问题;利用矩阵知识作投入产出分析、进行坐标变换,有价格矩阵、通路矩阵、原子矩阵等多方面的应用。
只有把学生学习的积极性和兴趣调动起来,他们才能在学习这门课程中不断地钻研,主动学习,而不是被动地接受。
二、几何与代数的紧密结合在教学过程中,几何直观仍是领悟数学的有效渠道。
在线性代数中,许多概念的引入及代数性质、代数理论的应用等,都可以对几何图形进行直观分析,帮助学生加深对课程内容的理解,较顺利地达到教学目的。
例如,在讲行列式的概念时,可以从几何学的观点来是平面上以向量,可以看作是3个空间向量我们可以把n阶行列式定义为n个n维向量张成的n维平行多面体的有向体积。
在讲行列式的性质时,学生普遍感到理解困难,但是以二维向量的性质为基础来理解行列式的性质,对学生的后继学习起了很大的帮助。
(I) α1,∧,α1+βk,∧,αn=α1,,α2,∧,αi,∧,αn+α1,,α2,∧,βk,∧,αn(II) α1,α2,∧,kαi,∧,αn=α1,,α2,∧,αi,∧,αnk同样也可以引入几何学的观点:(I)如果平行多面体的一条棱能分解成两条棱之和,那么这个平行多面体也就能分解成两个平行多面体之和,即有向体积具有可加性。
对《线性代数》教学中的几点思考《线性代数》是大学数学中的一门重要课程,也是数学专业中的基础课程之一。
它涉及到向量空间、矩阵、线性变换等内容,对于学习者来说需要具备一定的数学基础和逻辑思维能力。
在教学过程中,教师需要思考如何更好地帮助学生理解和掌握这门课程,下面就《线性代数》教学中的几点思考进行讨论。
教师应该注重引导学生建立数学模型的能力。
在《线性代数》中,许多内容都是具有抽象性的,比如向量、线性空间等概念。
学生往往会觉得难以理解和应用这些抽象的概念,因此教师应该通过实际的例子和应用来引导学生建立数学模型的能力。
可以引导学生从具体的问题出发,逐步引入抽象的概念,帮助他们更好地认识和理解线性代数的内容。
通过举一些真实世界的例子,可以更好地帮助学生加深对线性代数的理解,激发学生的学习兴趣。
教师需要注重培养学生的逻辑思维能力。
《线性代数》是一门具有较强逻辑性的数学课程,许多定理和推理过程都需要学生进行严密的逻辑推导和证明。
教师在教学中应该引导学生多进行逻辑推理和证明题,帮助他们提高逻辑思维能力。
通过引导学生进行逻辑推理,可以帮助他们更好地理解和掌握《线性代数》的内容,同时也可以培养学生的逻辑思维能力和数学证明能力。
教师还应该注重激发学生的学习兴趣。
《线性代数》是一门较为抽象和理论的数学课程,学生往往会觉得枯燥和难以理解。
教师在教学中应该通过生动的教学方式和丰富的教学资源来激发学生的学习兴趣,帮助他们更好地理解和掌握课程内容。
可以通过以色列学生研究小组研究的方式,将学生组织成小组,由学生从现有的教材或指定的课题中各自选择一个主题进行研究,然后通过小组交流研究成果,向全班分享,这样既能够增强学生的研究和表达能力,又能够丰富教学内容和提高学生对线性代数的理解。
对《线性代数》教学中的几点思考,教师应该注重引导学生建立数学模型的能力,培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力,激发学生的学习兴趣,促进学生更好地理解和掌握这门课程,提高他们对数学学科的热爱和学习兴趣。
线性代数的几何直观性教学探讨作者:陈叶旺来源:《教育教学论坛》2014年第16期摘要:《线性代数》在本科教学中是极重要一门基础课程,是大多数自然科学的数学基础。
然而通过代数的公理化的表述形式,使得它具有高度的抽象性的同时,也丢失了数学的直观性,这在教学上给老师与学生都带来很大困扰。
本文探讨了在《线性代数》知识点在教学中的几何直观性解释,可使学生产生具象化的认识,从而理解这些知识点背后的意义,对学生学习这门课程具有积极性意义。
关键字:线性代数;本科教学;直观性中图分类号:G642.41?摇文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)16-0062-02《线性代数》是本科数学教学的主要课程之一,内容广、公式复杂、定理证明多,具有严密的数学逻辑。
这种纯粹的代数思维十分抽象,对许多非数学专业学生而言,常常觉得难懂、难记、枯燥无味又难应用。
因而大多数学生并无太大兴趣,也觉得没有多大的用处,很难激发学生使用线性代数建模解决实际问题。
只是为应付考试而学,考过就忘得干干净净,没有起到什么教学效果。
然而,《线性代数》是许多自然科学的基础,是人类智慧的结晶,其中的每一个数学公式的背后实际上都有其在特定场合中的深刻物理或几何意义。
如果不熟悉《线性代数》的概念,要去学习自然科学,现在看来就和文盲差不多了。
按照现行的国际标准,线性代数是通过公理化来表述的,它是第二代数学模型,具有相对的抽象性,丢失了数学的直观性。
这就带来了教学上的困难。
在教学过程中,我们往往很难把数学公式、定理背后的意义、思想具象化,而只能把枯燥的、抽象的公式、定理直接给学生。
这显然违背人类的认识原理数学的教学规律。
对于学生而言,一旦这些知识点没有办法用直觉去理解,就很难消化,自然很难引起学生的兴趣。
一、线性代数的抽象性与直观性自从上世纪30年代法国布尔巴基学派兴起,数学通过公理化与系统化的描述从而获得相当大的成功与进步,这使得数学的严谨性得到很大提高。
浅谈《线性代数》的课堂教学
线性代数是大学数学中的一门重要课程,它主要研究向量空间、线性变换和矩阵等概念及其基本性质。
线性代数在数学、物理、计算机科学等领域都有广泛应用,因此它的教学对培养学生的抽象思维和解决实际问题的能力具有重要意义。
下面将对《线性代数》的课堂教学进行浅谈。
线性代数的教学应注重理论与实践的结合。
线性代数的概念较为抽象,学生很难直观地理解,因此教师在课堂上应通过具体的例子将抽象的概念具象化,使学生能够更好地理解和掌握。
在介绍向量空间时,可以通过具体的向量运算问题和几何意义的解释,使学生能够直观地理解向量空间的概念和性质。
在讲解线性变换和矩阵时,可以通过实际应用的例子,如图像处理、网络流问题等,让学生感受到线性代数在实际问题中的应用和意义。
线性代数的教学应注重启发式学习和问题解决能力的培养。
线性代数的学习除了掌握基本概念和定理外,更重要的是学会运用线性代数的方法解决实际问题。
教师在课堂教学中应注重培养学生的问题解决能力和独立思考能力。
可以通过设计一些具有启发性的问题或案例,引导学生深入思考和分析。
在课堂上可以进行一些小组讨论或课堂互动,鼓励学生积极参与讨论和提问,培养学生的团队合作精神和批判性思维能力。
线性代数的课堂教学应注重理论与实践的结合,基础与拓展的结合,启发式学习和问题解决能力的培养,以及实际应用的引导和实践训练。
只有通过这样的教学方式,才能够激发学生的学习兴趣,提高他们的学习效果,并培养他们的抽象思维和解决实际问题的能力。
探讨数学教学中的启发式教学法启发式教学法是一种以学生为中心的教学方法,该方法通过提供启示和引导学生思考来促进他们的学习和理解。
在数学教学中,启发式教学法可以帮助学生更好地理解数学概念、培养解决问题的能力以及激发他们对数学的兴趣。
以下是对启发式教学法在数学教学中的探讨。
一、什么是启发式教学法启发式教学法是一种基于探索和发现的教学方法,强调学生主动参与和思考。
在数学教学中,启发式教学法鼓励学生提出问题、尝试各种解决方案,发现规律并进行推理。
与传统的教学方法相比,启发式教学法强调学生的学习过程,而不仅仅关注结果。
通过启发式教学法,学生可以建立自己的数学知识体系,并将其运用到实际问题中。
二、启发式教学法在数学教学中的优势1. 激发学生的主动学习兴趣:启发式教学法通过让学生主动参与和思考来激发他们的学习兴趣。
学生在解决问题的过程中可以发现数学的美妙之处,从而对数学充满热情。
2. 培养学生的批判性思维:启发式教学法要求学生分析和评估各种解决方案,并做出合理的选择。
这可以培养学生的批判性思维和问题解决能力,使他们成为具有创造性和批判性思维的数学思考者。
3. 促进数学概念的理解:通过启发式教学法,学生可以通过实际操作和探索来理解抽象的数学概念。
他们可以通过与他人的合作和交流,比较不同的方法,并发现数学中的规律和关系。
4. 培养学生的合作精神:启发式教学法强调学生之间的合作和交流。
学生可以在小组中共同解决问题,相互学习和支持。
这可以培养学生的合作精神和团队合作能力。
三、如何运用启发式教学法进行数学教学1. 提供适当的挑战:在数学教学中,教师应该根据学生的能力水平提供适当的挑战。
挑战性的问题可以激发学生的思考和探索欲望,促进他们的学习和理解。
2. 引导学生的思考:教师应该充当引导者的角色,引导学生思考和解决问题的过程。
教师可以提出问题,激发学生的思考,并通过引导他们建立问题解决的思维模式。
3. 鼓励学生的合作和交流:学生可以在小组中合作解决问题,并进行交流和讨论。
关于线性代数课程教学方法的探讨作者:孙春涛,蹇红来源:《教育教学论坛》2014年第22期摘要:线性代数是工科数学的一门重要的基础课。
通过对该门数学课程的学习,学生的抽象思维能力、逻辑思维能力以及处理问题能力都能够得到提高。
本文具体介绍了笔者在线性代数课程教学中如何使用的讲授法和启发式教学法,并在多年的教学实践的基础上,介绍了在教学中如何以教材为基础,以充分的备课为前提,以激情四射的讲解为平台,深入浅出地讲解线性代数,大力激发学生的学习兴趣,全面提高学习效果。
关键词:线性代数;教学方法;启发式教学中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)22-0070-02线性代数是以工科为特色的高校开设的一门数学基础课。
课程设置的主要目的是让学生通过抽象性、逻辑性、应用性的必要训练,逐步形成运用线性代数[1]的原理和方法解决实际问题的思维模式和思维习惯,并为后继课程如随机过程、矩阵分析及抽象代数等课程提供学习所必需的代数知识。
线性代数教学效果的好坏,直接影响到学生的培养质量。
可以说,代数代数的理论和方法[2][3]是许多课程的重要基础。
同时线性代数的抽象性强,概念较多,常常使初学者感到吃力。
关于线性代数课程教学方法的探讨[4]是数学教育工作者所广泛关注的问题。
什么是线性代数(Linear Algebra)?代数一词源于阿拉伯语,原意是“结合在一起”。
也就是说代数的作用是把许多看似不相关的事物“结合在一起”,即进行抽象。
抽象的目的当然不是为了显示数学家本人智商有多高,而是为了更深刻地描述问题,解决问题。
要想看得更远,我们只有站得更高。
比如正因为我们引入了线性代数中的抽象概念——线性空间,才得以对宇宙间的所有的线性空间类的集合的性质有了深入的研究。
而这样的集合在我们生活中又是普遍存在的。
抽象的神奇和美妙由此可见一斑也。
在工科院校的大多数专业中,线性代数都是重要的课程。
它不仅是各专业的后继课程的基础,也是培养人才所必需的思维能力、提高学生解决问题能力的途径。
浅谈《线性代数》的课堂教学
《线性代数》是高等数学中的一门重要课程,由于其抽象性和理论性较强,对学生来说比较抽象和难以理解。
在课堂教学中,教师需要采取一些有效的教学方法和策略,以帮助学生更好地理解和掌握《线性代数》的知识。
课堂教学要注意激发学生的学习兴趣。
线性代数是一门抽象的数学课程,对学生来说比较难以直观理解。
在课堂教学中,教师可以采用一些生动的例子和实际应用,将抽象的概念与实际问题相结合,给学生呈现具体的图像和应用场景,激发学生的学习兴趣。
课堂教学要注重培养学生的思维能力和解决问题的能力。
线性代数是一门较为抽象和逻辑性较强的课程,学生在学习过程中往往容易迷失在抽象的符号和推理过程中。
教师在课堂上可以引导学生多思考、多讨论、多与同学交流,培养学生的思维能力和解决问题的能力,帮助学生提高线性代数的学习效果。
在课堂教学中,教师还应注重启发式教学和反思式教学。
启发式教学是一种以培养学生自主学习能力和解决问题能力为目标的教学方法,教师在课堂上可以引导学生进行自主思考和自主探究,从而提高学生的学习积极性和主动性。
反思式教学是一种以学生的思维活动为中心的教学方法,教师可以通过提问和讨论等方式,引导学生对所学知识进行反思和总结,帮助学生加深对知识的理解和记忆。
对工科线性代数教学中直观教学的探索【摘要】本文通过具体的案例从线性代数的用途、概念的引入以及概念的几何意义三方面探索在工科线性代数教学中用直观的方式来向学生展示抽象的代数知识,以期使得线性代数成为一门有趣的、易记的、好学的数学课程.【关键词】线性代数直观教学矩阵特征值随着信息技术的飞速发展,线性代数对工科学生的重要性是日益凸显,作为工科学生的一门基础课程,线性代数的基本知识是他(她)们今后能够很好的完成自己专业课程相关内容的学习以及专业技术的研究和创新的前提,当然也是他(她)们能够成为一名优秀工程师的必备基础.由于线性代数作为数学课程的抽象性,工科同学要想掌握它也并非易事甚至会产生对她的抵触情绪.然而,如果教师在教学过程中能够多采用直观教学的方式,将线性代数中的概念、定理以形象化的方式展示给学生,则无论是教学效果或学生对线性代数课程的态度都能有所不同,下面从三个方面来探讨如何将线性代数中的抽象问题直观化.1. 线性代数用途的直观展示.“学习线性代数有什么用?”这是工科同学在线性代数第一次课最喜欢问的一个问题.这个问题的答案直接关系到学生对线性代数的学习兴趣和持续学习的动力,因此教师处理的方式应该是谨慎的.一味的回避性的回答“等你今后学习到专业课就知道了”或者仅仅是抽象的扔出那句话“线性代数在工程技术中都有大量的应用”实际上都无法使学生正真感受到线性代数的用处,使得他(她)们学习线性代数的目的就完全降低为仅仅是完成课程,拿到学分而已,这样不管是对学生的后继学习、教师的教学以及本学科的发展都是不利的.其实回答这个问题的最好办法就是把线性代数的应用实例的展示给学生看,这样学生会有一个形象、直观的感受并认识到线性代数并不是完全抽象、不可捉摸的,它其实就在实际生活中.下面通过一个线性方程组的例子让学生能认识到线性代数的有用性.例1 交通网络流问题[1].网络流由称为节点的点集以及连接一些或全部节点的弧组成,通过每条弧的流的方向固定,流速已知或可以由某一变量表示.网络流的基本假设是总的流入等于总的流出,且通过每一个节点的流可以用线性方程描述.科学家、工程师或者经济学家常常运用线性方程组来研究在仅有部分信息已知的条件下的城市交通流量规律、电网中的电流规律、商品的从生产者到消费者的分配规律等网络分析问题.例如,图1表示某城市市区的某一街区一些单行道在某个时段内的交通流量(即通过的机动车数量),试确定此网络流的规律.解如图1所示,标记道路的节点和弧的未知流,它们满足下列等式该方程组的解为x1=70+x4,x2=50+x4,x3=40+x4,x4自由取值.如果知道在某一路口的车辆数量,则x1,x2,x3,x4惟一确定,从而确定出每条弧线上的流量.对这个问题可进一步提问:如果要调节该街区的车流量该如何调节?需不需要调节每个节点上的车流量?通过该例子,学生不仅认识到了线性代数不仅能描述、反映生活实际中的问题,而且为科学规划、决策提供依据.2.概念引入直观线性代数的一个特点是概念繁多,对这些概念能做到准确的理解是工科学生学习的一个难点.在现有的诸多线性代数教材中,在引入一个概念的时候一般还是采用的对待数学系学生的办法,或者直接“掉下”一个概念或者在概念后稍微作一点解释,很少有在“这个概念是怎么来的”上边多花点笔墨,而这恰恰是工科学生在面对一个数学概念的时候脑海中最先冒出的问题.在线性代数教学中如果能够对概念的由来有个直观的展示,那么对学生理解这个概念的帮助是很大的,因为这是领会知识的起点,是掌握知识的首要环节.矩阵是线性代数的一个基本概念,大部分教材在给出矩阵定义的时候仅仅是把它叙述成一个数表,而对于矩阵是怎么从实际中来的,为什么需要这么一个概念很少提及,这使得学生在学习的时候未免会感到迷惑.在教学实践中,我们可以补充一些包含矩阵思想的例子,这样会使学生感到矩阵这个重要的工具并不是无水之源.下面以一案例说明从具体问题“抽象”出矩阵的过程.例2 策略与矩阵:田忌赛马的对策.“田忌赛马”是大家都耳熟能详的一个历史典故,当时孙膑为田忌提出了表1所示的赛马对策使得田忌赢得了比赛.如果对“输”赋予0分,“赢”赋予1分,则上面的对阵表可用数字表示为由于这个数字表格表示了双方的对阵形势,应该把它看作一个整体,常用一个括弧括起来我们就称这样一个由括弧括起来的数字表格为一个矩阵.从这个矩阵可以看出孙膑的对策是就是从这个矩阵的不同行和不同列中选出两个“1”,而且这个策略是唯一的.从这个例子中学生可以认识到矩阵是来源于实际的,是对实际问题的抽象,而且本例还展示了一个简单的抽象过程,对学习矩阵的概念是有帮助的.3.几何直观代数与几何是紧密联系的,但是现有的国内教材中把这两者有机结合的并不多见(有的是生硬的分成线性代数和解析几何两部分).几何图形由于具有直观、形象的特点能给人以特别深刻的印象,因此学生对于几何的兴趣是比较浓厚的.如果在教学中多用几何的图形来“翻译”抽象的线性代数概念,对于学生理解这些概念能起到事半功倍的效果,下面以特征值、特征向量为例说明几何图形对理解线性代数中概念起到的促进作用.例3 特征值的几何意义.许多线性代数教材中给出的方阵特征值、特征向量的定义为:对于方阵A,如果存在非零向量p和数λ使得Ap=λp,则称数λ是A的特征值,p是对应于该特征值的特征向量.其实,学生读完这段抽象的话语后很少能弄清楚“特征值到底是什么?”“我为什么需要它?”.如果在教学的时候,结合矩阵乘向量和数乘向量的几何意义作出图2来阐述该定义,则特征值的意义就会更加明确.从图2可以看出,当λ是实数的时候特征向量其实就是在图形变换Ap下没有偏离自己所在直线方向的非零向量,而特征值的绝对值就是该伸缩变换的伸缩率.通过这样的几何图示,学生对特征值、特征向量的概念就会形成比单纯的数学公式更加深刻的印象.总之,线性代数虽然是一门抽象的数学课程,但是我们应该通过直观教学的方式把这些抽象的知识“翻译”成形象的、活泼的内容,让学生学习线性代数成为一件有趣的事情,这无论对人材的培养还是学科的发展都是有益的.参考文献[1] 张兴元,万美凯,朱星亮. 线性代数[M]. 成都:西南交通大学出版社,2012.[2] 伍新春. 高等教育心理学[M]. 北京:高等教育出版社,1998.[3] D avid C. Lay. 线性代数及其应用(第三版). 北京:人民邮电出版社,2008.。
《线性代数》课程教学中的几点思考【摘要】本文旨在探讨《线性代数》课程教学中的几点关键思考。
在分析了《线性代数》课程教学对学生学习的重要性,并阐述了本文的目的和意义。
在讨论了理论与实践相结合的重要性,引入案例分析的有效性,教学方法多样化的益处,以及学生参与度的提升对教学效果的积极影响。
探讨了如何充分发挥线性代数的应用价值。
在总结了线性代数课程教学的几点关键思考,并展望了未来线性代数教学的趋势。
通过本文的探讨,可以为提高《线性代数》课程教学质量提供一定的借鉴和指导,帮助教师更好地开展教学工作。
【关键词】线性代数、教学、思考、理论、实践、案例分析、教学方法、学生参与度、应用价值、总结、展望、未来、趋势。
1. 引言1.1 介绍《线性代数》课程教学的重要性线性代数是数学中的一个重要分支,是大多数科学和工程领域中的基础课程之一。
线性代数不仅在数学领域具有重要地位,同时也在计算机科学、物理学、工程学等各个领域都有着广泛的应用。
《线性代数》课程教学的重要性不言而喻。
线性代数在各个领域的应用广泛,掌握线性代数知识可以帮助学生更好地理解和应用其他学科知识。
在计算机图形学中,线性代数是渲染和变换的基础;在机器学习和人工智能领域,线性代数是深度学习等算法的基础。
学习线性代数不仅可以提高学生的学术水平,还可以为他们的未来职业发展打下坚实的基础。
1.2 阐述撰写本文的目的和意义本文旨在探讨《线性代数》课程教学中的几点重要思考,旨在通过理论与实践相结合,引入案例分析,多样化的教学方法,提升学生参与度,充分发挥线性代数的应用价值等方面的探讨,从而全面分析线性代数课程的教学特点和方法。
通过本文的撰写,旨在帮助教师更好地了解如何有效地开展线性代数课程教学,提高教学效果,提升学生学习兴趣和能力。
本文将总结线性代数课程教学的几点关键思考,展望未来线性代数教学的趋势,对于推动线性代数课程的教学改革和发展具有重要意义。
通过本文的研究和分析,将有助于促进线性代数课程教学的深化和提高,为培养高素质人才做出贡献。
关于《线性代数》教学的一些想法和思考《线性代数》是大学数学课程中非常重要的一门学科,它是现代数学的基石之一、在教学过程中,我深入思考了一些关于《线性代数》教学的想法和思考,以下是我所得的一些结论。
首先,线性代数是一门抽象而又具体的学科,因此在教学中需要找到一种既能够让学生感受到其抽象性,又能够让学生理解其具体应用的方法。
我采用了结合实际问题的方法,通过引入实际问题和案例,让学生去分析和解决这些问题。
例如,在讨论向量空间时,我会引入实际生活中的向量概念,如力的合成、飞机飞行方向等,以此让学生感受到向量空间的具体意义。
其次,线性代数是一门需要进行逻辑推理和证明的学科。
为了培养学生的逻辑思维和证明能力,我在教学中注重引导学生进行推理和证明的训练。
我会提供一些简单的证明题目,并对学生进行引导和辅导,慢慢培养学生的证明能力。
同时,我会结合应用案例让学生去解决问题,并提醒他们在解决问题过程中需要进行严密的逻辑推理。
第三,线性代数是一门需要进行计算和实践的学科。
为了培养学生的计算和实践能力,我会提供一些具体的计算题目,并鼓励学生进行实践。
例如,在讨论矩阵运算时,我会提供一些矩阵相乘的计算题目,并要求学生进行实际计算。
我还鼓励学生进行编程实践,如编写程序计算矩阵的特征值和特征向量。
通过这些实践,学生不仅能够提高自己的计算能力,也能够加深对线性代数理论的理解。
第四,线性代数是一门需要与其他学科结合的学科。
为了帮助学生更好地理解线性代数的应用场景,我会结合其他学科进行教学。
例如,在讨论线性方程组时,我会引入应用案例,如电路分析、经济模型等,让学生理解线性方程组在实际问题中的应用。
我还会结合计算机科学进行教学,让学生了解线性代数在计算机图形学、机器学习等领域中的应用。
通过这种跨学科的教学方法,学生能够更好地理解线性代数的具体应用,同时也能够加深对其他学科的理解。
综上所述,关于《线性代数》教学的一些想法和思考,我认为需要结合实际问题和案例,培养学生的逻辑思维和证明能力,并注重计算和实践,同时与其他学科进行结合。
如何利用几何直观帮助学生理解算理在数学教学中,几何直观可以帮助学生更好地理解和学习抽象的代数概念。
通过几何直观的帮助,学生可以将抽象的代数问题转化为具体的几何图形和空间关系,从而更容易理解和解决问题。
首先,几何直观可以帮助学生理解方程和不等式的解集。
对于一元一次方程来说,学生可以将其看作是代表一条直线,方程的解就是直线与x轴的交点。
通过绘制图形,学生可以更直观地看到方程解在坐标系中的位置。
对于一元二次方程来说,学生可以将其看作是二次曲线,方程的解就是曲线与x轴的交点。
通过观察曲线的开口方向和交点的位置,学生可以更好地理解方程的解集。
其次,几何直观可以帮助学生理解函数的性质和变化趋势。
对于线性函数来说,学生可以将其看作是一条直线,通过观察直线的斜率可以判断函数的增减性和斜率的大小。
对于二次函数来说,学生可以将其看作是一个抛物线,通过观察抛物线的开口方向和顶点的位置,可以判断函数的增减性和曲线的凹凸性。
通过观察几何图形,学生可以更好地理解函数的性质和变化趋势,提高解题能力。
此外,几何直观还可以帮助学生理解复数的运算和表示。
复数可以表示为平面上的一个点,实部表示点的横坐标,虚部表示点的纵坐标。
通过观察点在平面上的位置和移动,学生可以更直观地理解复数的加、减、乘、除运算的含义和规律。
几何直观还可以帮助学生理解复数的共轭和模的概念,进一步掌握复数的性质和应用。
最后,几何直观可以帮助学生理解向量和矩阵的运算。
向量可以表示为几何空间中的有向线段,通过观察线段的方向和长度,学生可以更好地理解向量的加、减、数量积和向量积的运算规律。
矩阵可以表示为几何空间中的一个矩形区域,通过观察矩形的长宽和位置,学生可以更直观地理解矩阵的加、减、乘法运算的含义和规律。
几何直观还可以帮助学生解释线性方程组的几何意义和解的条件。
总之,利用几何直观帮助学生理解代数概念是一种有效的教学策略。
通过将抽象的代数问题转化为具体的几何图形和空间关系,学生可以更直观地理解和解决问题,提高数学水平和解题能力。
行列式概念的启发式教学探讨作者:杨静来源:《科教导刊·电子版》2020年第14期摘要从行列式产生的几何背景出发,提出行列式概念的一种启发式教学方案。
利用行列式定义的建立过程,充分训练学生发现、归纳、证明知识的能力,培养学生的科研素质和创新思维。
关键词线性代数行列式启发式教学知识发现0引言行列式是线性代数中的基本概念,也是教学过程中的重点和难点。
如何帮助学生正确理解行列式的定义并熟练运用其相关性质解决问题是行列式教学中的主要目标。
目前国内在行列式教学中采取的主流教学方式为:从较为简单的二阶和三阶行列式定义出发,引出一般n阶行列式的定义,并证明该定义具备的若干良好性质。
而大部分线性代数教材中行列式的内容也是按照这个思路编写的。
笔者在线性代数课程的教学实践中发现,这种教学思路给出的行列式定义往往较为抽象,而由于缺乏对行列式的直观认识,容易导致学生学习热情降低。
分析发现该问题产生的原因是在教学过程中,教学活动往往从定义出发而不是从问题背景出发来展开的。
因此本文借鉴文献[3,4]中行列式概念建立的思想,探讨如何从几何背景出发,通过观察总结得到行列式的若干性质,引导学生从几何的角度建立行列式的定义,并证明这些几何性质导出的行列式计算公式是存在且唯一的。
1二阶行列式定义的导出首先以平面上两向量为邻边的平行四边形面积作为引例导出二阶行列式的定义。
给定两个平面向量,考察以它们为邻边的平行四边形的有向面积函数,面积的符号由到转角的符号决定。
易知该面积函数具备以下性质:即两向量重合时,平行四边形面积为零。
上述性质均可通过引导学生对平行四边形的有向面积进行分析得到。
在归纳总结的过程中,学生可以建立对行列式性质的直观认识。
然后教师可以启发学生根据平行四边形面积的上述几何性质推导得出有向面积函数的代数表达式。
推导过程如下:此时,教师可以引导学生得出结论:平面上由两个向量,确定的平行四边形其有向面积函数唯一存在,可以将此面积定义为这两个向量的行列式,记为。
探讨线性代数中的启发式教学
张月兰;师丽雅
【期刊名称】《中国科教创新导刊》
【年(卷),期】2007(000)005
【摘要】线性代数的教与学是师生共同关注的话题,本文根据线性代数的主要特征探讨了启发式教学在线性代数教学中的作用以及几个具体的实施方法.
【总页数】2页(P27-28)
【作者】张月兰;师丽雅
【作者单位】长沙理工大学数学与计算科学学院,410077;长沙理工大学数学与计算科学学院,410077
【正文语种】中文
【中图分类】G43
【相关文献】
1.启发式教学法在线性代数教学中的应用研究--以Cramer法则为例 [J], 杨涌;文军;海昕
2.启发式教学法在线性代数教学中的应用研究——以Cramer法则为例 [J], 杨涌;文军;海昕;
3.线性代数课程结合几何直观的启发式教学法探讨 [J], 夏春光
4.启发式教学法在线性代数教学中的应用研究——以Cramer法则为例 [J], 杨涌;文军;海昕;
5.行列式在线性代数教学中的应用探讨 [J], 吴敬源
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线性代数课程结合几何直观的启发式教学法探讨
作者:夏春光
来源:《吉林省教育学院学报》2017年第09期
摘要:线性代数课程的概念,定理和方法具有很强的逻辑性和抽象性。
本文探讨线性代数课程中结合几何直观的启发式教学方法。
利用对行列式、线性相关性、线性方程组、施密特正交化等重要概念,定理和方法的几何直观解释,教师可激发学生学习兴趣,启发学生自我思考,从而提升学生的抽象思维能力。
关键词:线性代数;启发式教学;几何直观
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1671-1580(2017)09-0046-03
线性代数是高等院校的一门重要的数学基础课程,此课程的特点是其概念,定理和方法具有很强的逻辑性和抽象性。
对于只接受过初等代数训练的学生来说,普遍感到要深入理解并掌握课程的概念、理论和方法比较吃力。
相比较代数理论推导,直观的几何解释更容易被学生所接受。
事实上,空间解析几何实际上研究的是三维线性代数,而一般的N维线性代数可看作是N维的解析几何。
从几何的观点来看待线性代数中的概念和理论会显得更自然,几何直观解释可以让学生更容易理解线性代数中的抽象概念,比如:线性空间中的基本运算实际上就是向量的线性运算,线性相关的概念可以看作是向量共线、共面概念的推广,二次型理论源自于二次曲线、二次曲面理论等。
启发式教学是指教师在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律,从学生的实际出发,采用多种方式,以启发学生的思维为核心,调动学生学习的主动性和积极性,促使他们生动活泼地学习的一种教学指导思想。
启发式教学的关键在于设置问题情境。
下面我们以线性代数中行列式、线性相关性、线性方程组、施密特正交化等几个重要的概念,定理和方法为内容,结合相应的几何直观来探讨如何进行启发式教学。
一、几个概念、定理和方法的几何直观解释
(一)行列式
行列式是线性代数中重要的基本概念,也是求解线性方程组的重要工具。
一个重要的几何事实是:二阶行列式表示以它的两个列向量为边的平行四边形的有向面积。
在教学中设置关于面积求解的一些问题,学生容易理解,也会更加感兴趣。
例如在讲解行列式性质的时候,可以先让学生思考如下的问题。
1.延长或缩短平行四边形的一条边,保持另一边不变,其面积是否将扩大或缩小相应倍数?显然,结论是肯定的。
相应的行列式性质是:倍乘行列式的一行相当于倍乘此行列式。
2.两个平行四边形同底等高,则它们的面积是否相等?显然,结论是相等的。
相应的行列式性质是:把行列式一行的倍数加到另一行,行列式的值保持不变。
3.将平行四边形两条边的位置互换,则两条边的位置关系由逆时针(或顺时针)变为了顺时针(或逆时针),面积大小是否改变?显然,结论是不改变。
相应的行列式性质是:对掉行列式中两行的位置,行列式变号,绝对值不变。
这样很容易让学生理解三种基本初等变换对应的行列式性质。
在教学中可以进一步启发学生思考三阶行列式的直观几何解释:三阶行列式表示以它的三个列向量为边的平行六面体的有向体积。
进一步理解行列式的性质。
(二)线性相关性
线性相关性是线性代数课程中最重要的内容之一,也是学生最难以透彻理解的内容之一。
涉及的相关概念包括:线性相关,线性无关,线性表出,线性组合等。
学生对这些概念往往会产生混淆,涉及到相关证明时经常无从下手。
在教学中设置向量的共线、共面问题,学生更容易理解。
比如在讲解线性相关时,可以先让学生思考如下问题。
1.在平面直角坐标系中,两个向量共线,则它们的坐标满足什么条件?结论是:其中有一个向量的坐标是另一个向量坐标的倍数。
在三维直角坐标系中,三个向量共面,则它们的坐标满足什么条件?结论是:其中有一个向量的坐标是其余两个向量坐标的线性组合。
这两个问题相应的概念就是线性相关,问题的反面就是线性无关的概念。
2.在三维直角坐标系中,取两个不共线向量,由此两个向量线性表出的向量(个数多于三个)满足什么样的几何特点?结论是:他们都在这两个向量所在的平面上。
这解释了向量组的一个基本性质:假设前一个向量组由后一个向量组线性表出,且前一个向量组个数更多,则前一个向量组必线性相关。
这样就容易让学生理解线性相关、线性无关的基本概念,以及向量组表出的基本性质,并且对这些概念之间的区别也更加容易理解。
当然,在实际教学中涉及到线性相关、线性无关的证明时,还需要通过一定量的练习教会学生在理解概念的基础上掌握基本的代数推导技巧。
(三)线性方程组
线性方程组是贯穿整个工科类线性代数课程的一条主线。
其主要问题就是求解线性方程组,由于非齐次线方程组可以由相应的齐次线性方程组的通解加上非齐次线线方程组的一个特解得到,所以问题就转化为如何求解齐次线性方程组的通解。
线性方程组解的结构定理,学生往往理解不够透彻。
初等的观点是用高斯消元法直接求解,而高等的观点是认识到解集合是一
个线性空间,求解的过程实际上是刻画解空间的过程。
在教学中设置向量的垂直问题,学生更容易理解。
比如,可以让学生思考如下问题。
1.在三维直角坐标系中,与一个给定的非零向量垂直的所有向量有哪些?显然,这些向量就是与给定向量垂直的经过原点的平面,换句话说,就是以给定向量为法向量的过原点的平面空间。
其相应的代数事实是:平面空间中所有向量对应的解就是以这个给定的非零向量为系数的三元齐次线性方程组(只含有一个方程)的所有解,这一方程组的基础解系就是平面空间的一组基。
2.在三维直角坐标系中,与两个给定的不共线(即线性无关的)向量都垂直的所有向量有哪些?显然,由于给定的两个向量不共线,所以它们确定一个平面,所要找的向量就是与它们确定的这个平面垂直的且经过原点的直线,换句话说,就是它们确定的这个平面的法向量空间。
其相应的代数事实是:法向量空间中所有向量对应的解就是以这两个给定的不共线的向量为系数的三元齐次线性方程组(含有两个方程,对应给定的两个向量)的所有解,这一方程组的基础解系就是法向量空间的一组基。
3.在三维直角坐标系中,与三个给定的不共面的(即线性无关的)向量都垂直的所有向量有哪些?显然,由于给定的三个向量不共面,所以它们确定一个三维空间,而整个空间就是三维的,所以它们确定的就是整个三维空间。
所要找的向量就是与整个空间都垂直的且经过原点的向量,当然只有零向量。
其相应的代数事实是:以这三个给定的不共面的向量为系数的三元齐次线性方程组(含有三个方程,对应给定的三个向量)只有零解。
这样就容易让学生理解求解齐次线性方程组就是刻画解空间。
在同构的意义下,给出线性空间的一组基就说明刻画清楚了这个空间,而求出基础解系就是找出了解空间的一组基。
进一步,齐次线性方程组中每个方程的系数对应的向量与解空间的向量是正交的,因而这些向量生成的子空间与解空间是互补的。
由此可知:齐次线性方程组系数矩阵的秩(等于上述向量生成的子空间的维数)加上基础解系中线性无关的向量个数(等于解空间的维数)等于方程未知量的个数(整个空间的维数)。
这就是齐次线性方程组解的结构定理的几何解释。
(四)施密特正交化
施密特正交化是把一个线性无关的向量组变成一个单位正交向量组的重要方法。
在对称矩阵的对角化过程中,需要对所得到的特征向量进行施密特正交化。
其计算步骤中正交化过程的公式,很多学生不理解,导致记不住公式。
在教学中设置向量的垂直问题,学生更容易理解。
比如,可以让学生思考如下一些问题。
1.平面上能否找到三个两两垂直的非零向量?空间中能否找到四个两两垂直的非零向量?显然,这两个问题答案都是否定的。
相应的代数事实是:N维欧式空间中两两正交的非零向量不超过N个。
2.在平面上,取两个不共线的(起点相同的)向量,考虑其中一个向量在另一个向量(或延长线)上的垂直投射,这样的垂直投射是线性变换吗?答案是肯定的,而且这样的投射称为内射影。
这样就容易让学生理解正交的性质,以及施密特正交化过程,而单位化的过程很容易理解,即延长或缩短向量长度,使得长度变为1。
从直观几何的角度来看三维线性空间的施密特正交化过程,可以粗略地描述为:将一个仿射坐标系(坐标轴未必两两垂直,各个坐标单位长度未必为1)掰成标准直角坐标系(坐标轴两两垂直,各个坐标单位长度为1)。
二、结束语
通过上述分析,我们可以看出在线性代数课程教学中设置一些容易理解的几何问题,诸如本文述及的平行四边形的面积求解问题(对应行列式的性质),直角坐标系中向量的共线、共面问题(对应线性相关,线性无关的概念),三维空间子空间的正交补空间问题(对应线性方程组解的结构定理),三维空间的向量垂直问题等(对应施密特正交化方法),有助于激发学生的积极性,启发学生自我思考,从而深刻理解线性代数课程中的相关概念,定理和方法,提升学生的抽象思维能力。
此外,诸如线性方程组的解与空间平面的交的问题,最小二乘法与点到平面最短距离问题,线性子空间的直和与直线与平面位置关系问题,以及二次型的化简与二次曲面标准化问题,在教学中都可以通过设置适当的几何直观问题来提升学生对相关概念,定理或方法的深刻理解。
这样结合几何直观的启发式教学有利于启发学生的思维,调动学生学习的主动性和积极性,促使学生能更好地掌握线性代数的相关概念,定理和方法,提高教学效果。
[责任编辑:韩璐]。