“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的建立與探索

線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)教學(xué)改革教學(xué)方法線性代數(shù)是高等學(xué)校理工科各專業(yè)和經(jīng)濟(jì)管理類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，它不但是學(xué)習(xí)數(shù)值分析、最優(yōu)化方法、離散數(shù)學(xué)和微分方程等數(shù)學(xué)課程的基礎(chǔ)，也廣泛地應(yīng)用于工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、力學(xué)、信號與信號處理、系統(tǒng)控制、通信、航空等學(xué)科和領(lǐng)域。線性代數(shù)包含行列式、矩陣、向量、線性組合、線性相關(guān)、秩、線性方程組、線性空間、線性變換、基、維數(shù)、坐標(biāo)、向量正交、二次型、慣性指數(shù)等大量的抽象數(shù)學(xué)概念，也包含行列式計(jì)算、矩陣求逆、矩陣作初等變換、矩陣和向量組求秩、向量組求極大無關(guān)組、線性方程組求解、線性空間求基、維數(shù)和坐標(biāo)、將矩陣相似對角化、二次型化標(biāo)準(zhǔn)形等大量的具體計(jì)算。由于學(xué)生計(jì)算能力較差，邏輯思維能力不是很強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)的過程中不知所措，學(xué)完之后很快忘記。為了適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)線性代數(shù)課程，我們制作了“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，使學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)資源在線進(jìn)行學(xué)習(xí)和測試，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善了學(xué)習(xí)效果。
一、“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的建立背景
由于線性代數(shù)課程中存在大量計(jì)算問題。例如，行列式的計(jì)算、求矩陣的逆矩陣、對矩陣作初等變換、求矩陣和向量組的秩、求向量組的極大無關(guān)組、求線性方程組的解、求線性空間的基、維數(shù)和坐標(biāo)、將矩陣相似對角化、化二次型為標(biāo)準(zhǔn)形等。讓學(xué)生掌握這些問題的計(jì)算方法無疑是重要的，也是學(xué)習(xí)線性代數(shù)課程的最基本的要求。然而，由于線性代數(shù)課程課時比較少，學(xué)習(xí)周期比較短，課程中又有很多抽象的概念，使得學(xué)生很難在短時間內(nèi)消化所學(xué)的知識，對這些大量的計(jì)算問題也很難找到其中的規(guī)律。又由于眾所周知的原因，現(xiàn)在的線性代數(shù)課程都采用大班上課，學(xué)生和教師溝通的機(jī)會相對較少，使得線性代數(shù)課程的教學(xué)效果并不是很好。
為了讓學(xué)生學(xué)好這門課程，任課教師采用一系列教學(xué)方法。比如，按時布置并批改作業(yè)，按時安排課程答疑，但由于學(xué)生常年養(yǎng)成的被動式學(xué)習(xí)方法，答疑時很少有學(xué)生提出具體的問題，作業(yè)也是為了應(yīng)付教師的要求，甚至有不少抄作業(yè)現(xiàn)象，而任課教師很難解決這些問題。要想有效解決這些問題就要對教學(xué)方法作進(jìn)一步改革。
我國大學(xué)應(yīng)當(dāng)扭轉(zhuǎn)重理論教育輕實(shí)踐教育的風(fēng)氣。加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，根據(jù)學(xué)科專業(yè)教育特點(diǎn)，努力在校內(nèi)和校外建立持久穩(wěn)定、質(zhì)量有充分保障的實(shí)訓(xùn)基地，使學(xué)生能夠有充分的機(jī)會將所學(xué)的理論和知識用于實(shí)踐中。原教育部副部長周遠(yuǎn)清教授說：“教學(xué)方法偏死在中國是長期存在的難題。我們提出培養(yǎng)創(chuàng)新能力，如果教學(xué)方法不改革，不能有效地開展啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)，如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才？”隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類社會正在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)信息時代，同時，信息技術(shù)本身也正在對教育的改革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并且成為教育現(xiàn)代化的核心和成功的關(guān)鍵。為了適應(yīng)時代的發(fā)展，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源是教學(xué)改革的重要手段，也可以有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。在此背景下，我們建立了“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”。
二、“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的內(nèi)容和功能
由于線性代數(shù)課程中存在大量計(jì)算問題，而很多問題都有著內(nèi)在的規(guī)律性。我們將各類具有相同規(guī)律的問題歸納到一起，構(gòu)造成具體的線性代數(shù)問題，其中大量參數(shù)可以隨機(jī)生成。這樣，每一個問題又有著大量的隨機(jī)性，而求解思路和過程都是固定的，對每個問題都可以給出一個具體的、系統(tǒng)的解題方法，使得每一類問題有一個統(tǒng)一的解題方法，而每一類問題又都有著大量的變化。例如，系統(tǒng)可以隨機(jī)生成一個向量組，利用矩陣秩的計(jì)算方法求出向量組的秩，再利用向量組的秩判定向量組的線性相關(guān)性，進(jìn)一步求出向量組的一個極大線性無關(guān)組，并把不屬于極大無關(guān)組的向量用極大無關(guān)組線性表示，系統(tǒng)會給出每一步的具體計(jì)算過程。由于向量組生成的隨機(jī)性，向量組的秩和其它結(jié)果都是變化的，這就解決了線性代數(shù)習(xí)題的單一性，相當(dāng)于給出一個大題庫。通過大量細(xì)致的工作，我們把線性代數(shù)各章內(nèi)容都?xì)w納出一些常見的、典型的、具有一定代表性的問題，組成100分值的計(jì)算題，形成了“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，通過和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈接，學(xué)生在任何環(huán)境下，只要登錄到校園網(wǎng)進(jìn)入系統(tǒng)就可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。
“線性代數(shù)在線智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)”分為在線學(xué)習(xí)和測試兩個功能。進(jìn)入在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，學(xué)生可以按章節(jié)自由生成相應(yīng)題目練習(xí)，系統(tǒng)可以隨時對每個題目給出詳細(xì)的解答方法，學(xué)生可以根據(jù)解題方法分步檢驗(yàn)自己對相應(yīng)內(nèi)容的掌握情況，系統(tǒng)可以重復(fù)生成同種類型但結(jié)果可能完全不同的其它題目，供學(xué)生練習(xí)。而且可以一直進(jìn)行下去，直到完全掌握題目的解答方法為止。從而達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。進(jìn)入測試系統(tǒng)，系統(tǒng)對應(yīng)教材按章分類，每一章對應(yīng)100分值的題目，學(xué)生解答完畢后，只要提交，系統(tǒng)就會自動打分。學(xué)生可以通過打分了解自己對該部分內(nèi)容的掌握情況。系統(tǒng)會自動對所有學(xué)生提交的題目打分并保留結(jié)果，系統(tǒng)也會對所有提交的題目按錯誤進(jìn)行分類保存，教師就可以容易地了解全班學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，教師可以通過查詢結(jié)果，了解學(xué)生對每一類題目的掌握情況，并及時反饋到教學(xué)中，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。