数值实验在《数值分析》教学中的重要性分析

发布时间:2022-03-21 10:00:17   来源:作文大全    点击:   
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zoޛ)j馟ii_ioi饨ky体会,故而在课堂知识学习过程中,一些学生对教材中所涉及到的算法缺少深入了解。学生在学习到具体的理论知识以后,可能难以将相关知识应用于实际问题的解决过程之中。

1.4 直观性差

随着教学技术的不断发展,多媒体技术开始在《数值分析》教学中得到应用,很多教师已经开始利用多媒体手段。多媒体技术与课堂教学之间的融合,有助于课堂教学的开展,但是就《数值分析》教学的实际情况而言,课堂教学仍然存在着直观性不足的问题。以《数值分析》中工地误差内容为例,《数值分析》课程中所讲解的误差多以截断误差为主。拉格朗日插值计算是《数值分析》课程中的一大重要内容。在传统教学模式下,教师往往会从量的角度入手,对误差的相关内容进行讲解。如拉格朗日插值的插值余项计算公式为:

根据上述公式的内容,截断误差可以被看作是一种量化的概念,学生在学习过程中往往会采用被动记忆的记忆方式。利用多媒体技术对上述内容进行直观展示,可以让学生加深对这一理论结果的理解。

2 数值实验在《数值分析》教学中的重要性

2.1 有助于《数值分析》课堂教学的优化

《数值分析》教学的可视化水平的提升,可以让学生加深对课堂所学的知识内容的了解。教师在《数值分析》课程教学中注重课堂教学的优化,不仅可以让学生的计算机技术应用能力与数值计算能力得到提升,也可以让学生的学习兴趣得到充分调动。数值实验与《数值分析》教学之间的结合,有助于“纯教学”式课堂教学模式的转变。如在《数值分析》课程的传统教学模式下,教师在课堂教学中会重点讲解算法理论,数值实验可以让一些与计算机有关的元素应用于《数值分析》课程教学,以促进学生综合能力的提升。如针对一些学生在计算机领域存在的编程能力不足的问题,教师可以在课堂教学阶段,为学生提供算法计算流程图,并设计一些与教学内容有关的实验参考程序。在实践教学中为学生提供实践编程的机会,也可以让他们加深对数值方法论的了解,进而提升他们的学习兴趣。

2.2 有助于《数值分析》算法原理的讲解

《数值分析》课程中讲解的算法可以被看作是数值实验的理论基础。在课堂教学中,教师需要对这些算法的思想原则进行讲解。就《数值分析》课程的整个教学过程而言,这一课程所涉及到的算法的求取结果以目标近似解为主。注重目标近似解的求取,也是《数值分析》与《线性代数》及《概率论》课程之间的差异性的反映。让学生对目标近似解在《数值分析》课程中的重要性进行明确,可以让他们在数值实验实施过程中,明确试验目标,继而摆脱注重解析解的固定化思维方式。差值问题、拟合问题、数值微分及积分(微分)方程数值等内容也是《数值分析》课程中的重要内容,教师在课堂教学中也可以指导学生利用函数逼近思想求取实际问题的解。

2.3 有助于《数值分析》实践教学的优化

数值实验在《数值分析》教学之间的融合,也有助于《数值分析》实践教学的优化。上机实验课程是在《数值分析》课程中发挥着较为重要的作用。上机实验课要求学生在教室的指导下开展计算机实操,以了解程序语言的使用方法。教师需要为学生提供一些由易到难的题目,供学生动手编程,并要及时指出学生在编程期间出现的错误支出。根据数值实验的实施需要,教师可以将《数值分析》课程中涉及到的一些算法设计成易于操作的界面。界面的可扩展性是教师在界面设计方面所要关注的问题。在界面设计完成以后,学生可以将自己开发的程序安装于算法操作界面之中,进而在数值实验系统建设完成以后,将其应用于《数值分析》课程的学习过程之中。除此以外,这一界面也可以应用于算法数值验算过程、算法实际应用检验與数学模型数值求解过程之中。

3 数值实验应用于《数值分析》教学的主要措施

3.1 注重问题教学法的应用

问题教学法是以人们在日常生活中遇到的实际问题为切入点,培养学生解决实际问题的能力的教学方法。在数值实验应用于《数值分析》课程以后,仍然可以根据日常生活实际,编制一些与数值分析内容有关的问题,并让学生结合问题了解所学知识。根据《数值分析》课程的特点,教师可以借助归纳、分析及演练等方式完成具体数学模型的构建,并要借助数学模型对不同的解决办法存在的优缺点进行分析,进而将不同方法应用于不同问题的解决过程之中。例如曲线拟和在《数值分析》课程中具有较为重要的作用。如在地质学领域,基准面旋回变化理论可以被看作是高分辨率层序地层中的核心元素。与之相关的基准面积可以被看作是一种上下升降震荡界面。此种震荡界面也可以被看作是一种横向摆动的弯曲界面。此种震荡曲线与正弦曲线具有一定的相似性。在数值分析方面,此种基准面变化曲线既可以被看作是标准化的正弦曲线,也可以被视为变形的正弦曲线。它也可以被看作是简單的正弦曲线或叠加化的复合正弦曲线。受基准面变化曲线的影响,地层基准面旋回样式会呈现出多样化的特点。如根据一些研究者的研究结果,其基准面与sinx、sin2x及sin6x等因素之间具有一定的联系,故而与之相关的基准面问题可以利用数值实验进行求取,假设地质学基准面影响因素以sinx、sin2x、sin3x、sin4x、sin5x和sin6x等内容有关,研究者可以以上述6种因素为基函数,对最小二乘法进行应用。以下公式为上述六种因素影响下的拟和公式:

就上述案例而言,数值实验在《数值分析》课程教学中可以发挥出激发学生学习欲望的作用。基于数值方法的实际应用案例的应用,可以让学生对数值方法的价值与含义进行明确,进而让学生对这一课程的实用性有所了解。

3.2 注重对比教学法的应用

对比教学法也是《数值分析》中常用的一种教学方法。此种方法与多媒体教学之间的有效结合,有助于《数值分析》课程的课堂教学效率的提升。在对比教学法应用于课堂教学以后,教师可以让学生对不同理论知识与计算方法的应用情况进行充分了解。数值分析在解决实际问题的过程中发挥着较为重要的作用,对传统方法与现代化数值分析之间的联系与区别进行明确,也有助于课堂教学效率的提升。借助某些特定案例对传统数学方法的解决方法及数值分析的解决方法进行比较对比,可以让学生更好地了解数值分析的相关知识。不同算法之间的比较分析,也可以应用于数值分析教学之中。与数值试验有关的追赶法是适用于三对角方程组的一种算法,如假设A=[ ],f=[5 6 7],求解Ax=f

在解决此类问题过程中,相关人员可以借助追赶法,构建用于三对角方程组求解的程序的界面,该界面也需要具有准确输入数据的能力。追赶法可以被看作是LU分解的特殊表现形式。它建立在系数矩阵的实际特点的基础之上。在矩阵法应用于三对角方程组求解过程以后,矩阵三角分解计算可以与2个三角方程组的计算相结合,进而让算法呈现出紧凑化的特点,同Guass算法相比,追赶法在计算量方面也具有一定的优势。

3.3 注重思维方式的培养

《数值分析》课程与高等数学、线性代数及概率论等学科之间具有较为密切的联系。《数值分析》课程的教学内容多集中于实际问题的求解过程,高等数学等课程所关注的内容为实际问题的精确度及与之相关的理论推导。传统的教育模式往往会让教学主要内容集中于高等数学方面,针对《数值分析》课程的特点,教师需要对学生在数值分析课程方面的思维方式的培养工作进行强化。

结语:电子计算机技术的快速发展与新型数值软件的研发,让《数值分析》课程的重要性有所提升。数值实验与《数值分析》课堂教学的融合,有助于《数值分析》教学的优化。

(作者单位:重庆交通大学