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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 数学分析 一级学科:  07 理学
二级学科: 0701 数学类 教学层次:  本科
负责教师: 陈纪修 学校名称:  复旦大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 国家级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: http://jpkc.fudan.edu.cn 是否交换: 
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课程介绍:

4-2理论课和理论(含实践)课教学内容
4-2-1结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况,说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
《数学分析》课程是一门面向数学类专业的基础课。学好数学分析(和高等代数)是学好其他后继数学课程如微分几何,微分方程,复变函数,实变函数与泛函分析,计算方法,概率论与数理统计等课的必备的基础。
作为数学系最重要的基础课之一,数学科学的逻辑性和历史继承性决定了数学分析在数学科学中举足轻重的地位,数学的许多新思想,新应用都源于这坚实的基础。数学分析出于对微积分在理论体系上的严格化和精确化,从而确立了在整个自然科学中的基础地位,并运用于自然科学的各个领域。同时,数学研究的主体是经过抽象后的对象,数学的思考方式有鲜明的特色,包括抽象化,逻辑推理,最优分析,符号运算等。这些知识和能力的培养需要通过系统、扎实而严格的基础教育来实现,数学分析课程正是其中最重要的一个环节。
我们立足于培养数学基础扎实,知识面宽广,具有创新意识、开拓精神和应用能力,符合新世纪要求的优秀人才。从人才培养的角度来讲,一个学生能否学好数学,很大程度上决定于他进大学伊始能否将《数学分析》这门课真正学到手。
本课程的目标是通过系统的学习与严格的训练,全面掌握数学分析的基本理论知识;培养严格的逻辑思维能力与推理论证能力;具备熟练的运算能力与技巧;提高建立数学模型,并应用微积分这一工具解决实际应用问题的能力。
微积分理论的产生离不开物理学,天文学,几何学等学科的发展,微积分理论从其产生之日起就显示了巨大的应用活力,所以在数学分析的教学中,应强化微积分与相邻学科之间的联系,强调应用背景,充实理论的应用性内容。数学分析的教学除体现本课程严格的逻辑体系外,也要反映现代数学的发展趋势,吸收和采用现代数学的思想观点与先进的处理方法,提高学生的数学修养。复旦大学有非常好的生源,吸引了众多优秀的学生,使得实现这一培养目标与要求成为可能。
?? 另一方面,许多优秀的学生受教学计划限制,学习的是《高等数学》这一课程。但他们对于学习《数学分析》以提高自己的数学修养有着强烈的愿望(其中一部分通过转专业成为数学类专业的学生)。我们推出的《数学分析原理》课程应运而生,为这一部分学生提供了一个恰当的学习提高机会。
4-2-2知识模块顺序及对应的学时
(1)函数与极限,40学时
(2)一元微分学,36学时
(3)一元积分学,44学时
(4)级数理论(包括Fourier级数),56学时
(5)多元微分学,37学时
(6)多元积分学,59学时
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4-2-3课程的重点、难点及解决办法
数学分析课程中重点与难点很多,下面所列是其中的主要部分:
(1)实数理论:实数连续性是数学分析课程中第一个重点与难点,我们利用实数的无限小数表示,比较直观地证明了确界存在定理,然后在此基础上,展开实数系的基本定理的讨论。
(2)极限理论: “epsilon-delta”语言是数学分析课程的一个难点,也是数学系学生必须掌握的基本功,我们通过让学生反复训练,多做练习,逐步加以掌握,要求教师对这部分作业的批改要特别仔细,对有困难的学生要通过习题课做到个别辅导,使每个学生都正确掌握。
(3)一致连续概念:一致连续是数学分析课程中的一个重要概念,在数学的许多命题(例如连续函数的可积性)的证明中,都需要用到一致连续的概念。在教学中,要结合一致连续的几何直观,这样容易使学生理解,并对函数的局部性质与整体性质之间的区别有一定的了解。
(4)定积分的应用(微元法):微元法的建立使得定积分在实践中的应用变得非常方便,但要理解微元法的原理,熟练掌握微元法的方法,则是教学中的一个难点。要求通过分析、讲解应用问题,并经过大量的练习,切实掌握微元法这一工具,提高对微积分核心思想的理解,提高应用数学分析的方法解决实际问题的能力。
(5)函数项级数(函数序列)一致收敛概念:一致收敛概念是数学分析课程中最重要与最困难的概念之一,它关系到两个极限运算(微分与积分归根到底也是极限运算)是否能交换次序的问题,这对学好后继课程与今后从事科学研究具有重要的意义。在教学中我们借助于函数图象,从直观上帮助学生理解,并通过大量的例题与练习,使学生掌握如何判断一致收敛与非一致收敛的方法,掌握如何通过交换运算次序求某些级数和的方法。
(6)多元函数连续性、可偏导性、可微性之间的关系:这是多元函数与一元函数有本质区别的内容之一,我们通过制作一些二元函数图象的多媒体课件,帮助学生从几何上了解了多元函数与一元函数的本质区别。
(7)第二类曲线积分、曲面积分与Green公式、Gauss公式和Stokes公式:第二类曲线积分与曲面积分因为具有方向性,从而成为教学的一个难点,而Green公式,Gauss公式与Stokes公式是Newton-Leibniz公式在高维的推广,它们深刻地刻画了微分与积分的本质联系,是微积分的核心内容之一。我们通过引入微分形式的外微分,给出这四个公式的统一的表示,从而使学生容易掌握。
(8)含参变量反常积分一致收敛概念:这一概念同样关系到极限运算(或微分运算与积分运算)是否能与积分运算交换次序的问题,在教学中我们通过例题与大量的练习,使学生掌握如何判断一致收敛与非一致收敛的方法,掌握如何通过交换运算次序求某些特殊积分的方法。
(9)微积分的应用与数学模型:微积分的形成和发展得益于物理学、天文学、几何学等研究领域的进展与突破,成为一门极具应用活力的科学,除了物理学、天文学、几何学等领域外,在生物学、经济学、管理学、社会学等众多领域都有广泛的应用。我们在教材中建立了大量的数学模型,如行星运动模型、引力场模型、人口模型、经济问题模型等,并配上较多的习题,来培养学生建立数学模型,用微积分解决问题的能力。
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4-2-4实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)
数学分析习题课以讲解习题、纠正学生学习中的理解错误以及训练学生的分析技巧为主,适当补充一些拓展内容。课程的周学时为2。
习题课包含以下一些重要而典型的内容:逐个解决学生对“epsilon-delta”语言的掌握;解决学生对一致连续、一致收敛概念的理解;帮助学生掌握多元函数连续、可偏导、可微、连续可微之间的关系;帮助学生理解无限次可导和解析之间的区别等;讲述一些主课课堂难以涉及的反例与扩展内容;加强严格性训练和分析技巧训练。提出一些具有综合性,开放性与应用性的问题,供学生思考与讨论,培养学生的创造性,提高学生解决问题的能力。
习题课形式为教师讲授、学生练习、加强师生互动与交流,并在关键知识点上对学生进行逐个辅导。
在习题课上对每章的内容进行一次小测验,使教师与学生及时发现问题,及时补救,测验成绩记入课程总评成绩。
复旦大学招收的学生具有较好的学习成绩,但是进入大学以后仍然有相当一部分学生不能适应大学阶段的学习。主要体现在两个方面,一是大学学习中有许多内容需要学生自学,一些课堂上没能理解透彻的知识需要学生在课后细细体会、及时把握,分析技巧需要学生在课后自己化时间精力好好训练。但很大一部分学生学习的独立性不够,受中小学长期手把手教学的影响,他们在能力上就很难做到上面这些要求。另一方面,大学的学习环境相对宽松,有一部分同学不能控制自己的行为,学习上不够努力、甚至放任。一些学生在《数学分析》课程学习阶段没有能够跟上学习进度,没有能够获得必须掌握的基本知识,导致后继课程难以为继,乃至自暴自弃。《数学分析习题课》通过坚持小班化教学,一个主要任务是利用日常的考查及时发现问题,逐步培养学生的独立学习能力,养成自觉学习的习惯。使得学生能够较好地从中学的学习生活过渡到大学的学习生活。
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4-3教学条件(含教材使用与建设;促进学生主动学习的扩充性资料使用情况;配套实验教材的教学效果;实践性教学环境;网络教学环境)
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本课程使用的教材是由我们自己编写的,由高等教育出版社出版的《数学分析》(上、下册,第二版,陈纪修,於崇华,金路编),该教材的第一版获得了2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖。我们又于2005年编写了与教材配套的,由高等教育出版社出版的“数学分析习题全解指南”(上、下册,陈纪修,徐惠平,周渊,金路,邱维元编),作为习题课的辅助材料与学生学习的参考资料。
学校为我们提供了很好的网络教学环境。学校的现代教育技术中心成立近6年,教学网络的软硬件设施十分完善,有先进的支撑网络教育的多元化通信技术平台,建立了大量的多媒体教室。
目前我们已建立了《数学分析》课程的网站,已上网的资料有:《数学分析》课程的“教学大纲”;《数学分析》教材的“习题答案与提示”;《数学分析》教材的“习题全解”(全部习题的详细解答);部分章节的“教案”;部分章节的“多媒体电子课件”,《数学分析》课程的“参考文献”;部分试卷与答案。以上资源为教师教学与学生学习提供了较好的教学条件。
网络课堂是学校为广大师生提供的一个可以交流、上传课件的虚拟空间。对于大学课程而言,课堂上只能够讲述比较精练的内容,要介绍许多扩充内容时间无论如何是不够的。《数学分析》尤其如此。另一方面,学生的课余提问具有很大的同质性,而且总是有很大一部分同学不善提问而又不能自己解决问题。这样,利用网络课堂,教师可以向学生提供与课程相关的一些课外知识,包括课程内容的历史发展过程、知识的应用领域等等,同时可以提供学生所提问题的解答,花同样的时间可以使更多的学生受益。还可以因此长年积累一些资料,比如可以积累历届学生提出的问题以及问题的解答,供在读学生参考。选课的学生还可以在校园网上通过网络教学课堂获得课程相关信息并与任课教师进行不见面的交流。教师可以利用这个平台发通知、布置作业、答疑,是课堂教学的一个很好的补充形式。
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4-4教学方法与教学手段(含多种教学方法灵活使用的形式与目的;教育技术应用与教学改革)
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数学分析课程的目的除了使学生全面掌握数学分析的基本理论知识外,更重要的是通过系统的学习与训练,培养学生严密的逻辑思维能力与推理论证能力,所以在教学方法上,我们提倡以课堂板书为主,多媒体课件为辅的教学方法。要求教师在上课前认真备课,上课板书整洁,讲课重思想方法,重逻辑推理,引导学生跟着老师的思路,这样教学效果比较好。当然我们并不排斥在教学中合理使用多媒体教学课件,例如数学分析中有很多几何的问题,在黑板上画图比较困难。利用多媒体课件可以很好地完成复杂的作图问题,而且可以随意改变角度以及各种参数,给同学以十分清晰的几何直观。多媒体还可以帮助同学进行预习和复习,补充笔记。为此我们在教学“处处连续,处处不可导函数”时,制作了Weierstrass函数图象的课件,使学生对这样的病态函数从几何上有了直观的认识;在教学“多元函数连续性、可偏导性与可微性之间的关系”时,制作了一些二元函数图象的多媒体课件,使学生从几何上了解了多元函数与一元函数的一些本质区别。
在数学分析大课的教学上,我们认为如果班级规模太大,会影响教学效果,所以对大课采取控制规模的办法。在数学分析习题课的教学上,我们将大班分成小班。习题课小班化教学有利于加强师生互动与交流,并有利于在关键知识点,如“epsilon-delta”语言,一致连续、一致收敛概念,多元函数连续、可偏导、可微、连续可微之间的关系上对学生进行逐个辅导。
教学上要求对每章的内容进行一次小测验,成绩记入课程总评成绩。这样做,一方面改变了一次考试决定成绩的不合理情况,另一方面是有利于教师及时发现问题,及时补救。
在作业、测验与考试方面,既要重视培养学生逻辑思维能力与推理论证能力,也要重视基本训练,重视应用能力的培养,为此要求作业、测验与考试时要有一定比例的综合性问题与应用性问题,这样有利于提高学生的数学素养,提高学生抽象概括问题,综合运用数学知识解决实际问题的能力。
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