關(guān)鍵詞：人工智能；數(shù)值分析；教學改革；案例教學；信息化技術(shù)

0 引言

隨著人工智能等新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展應用，中國各行業(yè)正在發(fā)生深刻變革，越來越多的傳統(tǒng)行業(yè)開始通過數(shù)字化手段尋求轉(zhuǎn)型升級。2017年，國務院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將“加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才”列為重點任務，并對人工智能相關(guān)教育提供了大量資金支持[1]。數(shù)值分析是一門重要的基礎(chǔ)性學科，主要研究各種數(shù)學問題求解的數(shù)值方法及其理論，在自然科學、工程技術(shù)以及管理經(jīng)濟等領(lǐng)域有著廣泛的應用[2]。它不僅為科學家和工程師提供了解決復雜問題的數(shù)學工具，而且在人工智能的發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的支撐作用。然而，隨著人工智能的不斷發(fā)展，數(shù)值分析課程教學面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。人工智能技術(shù)的崛起，不僅改變了數(shù)值分析的應用領(lǐng)域和方式，還對數(shù)值分析課程的教學提出了新的要求。因此，本文通過對人工智能背景下數(shù)值分析課程的教學改革研究，旨在使其能夠順應人工智能時代的發(fā)展需求，同時培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實踐應用能力的學生。

1 數(shù)值分析課程傳統(tǒng)教學中存在的問題

1.1 重視數(shù)值模擬，忽略實際應用研究

傳統(tǒng)的數(shù)值分析課程教學通常只涉及基本的理論知識和簡單的數(shù)值模擬，缺乏對實際應用的研究。對于學生來說，學習理論知識固然重要，但能否將其應用到實際問題才能考驗他們的能力。數(shù)值分析方法在現(xiàn)實生活中廣泛應用于解決復雜的工程、科學和經(jīng)濟問題。而學生缺乏對實際案例的分析，會導致他們在面對實際問題時無法靈活運用所學的知識。另外，缺乏實際案例分析也會使學生缺乏對行業(yè)發(fā)展趨勢的了解，無法將理論知識與實際需求相結(jié)合，這可能會對他們未來的職業(yè)生涯產(chǎn)生不利影響。

1.2 堅持傳統(tǒng)授課模式，缺乏與現(xiàn)代技術(shù)手段的融合

傳統(tǒng)的數(shù)值分析課程教學方式往往過度依賴紙質(zhì)教材和黑板講解，缺乏現(xiàn)代技術(shù)手段的深入支持，這使得教學無法充分發(fā)揮多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等豐富資源的優(yōu)勢。在當今這個數(shù)字化時代，隨著科技的飛速發(fā)展，學生們獲取信息和知識的方式不斷發(fā)生變化，他們渴望更加多元化、直觀且高效的學習方式。然而，傳統(tǒng)的教學方式已經(jīng)無法滿足學生們?nèi)找嬖鲩L的需求，這促使教師尋求數(shù)值分析課程教學的創(chuàng)新與改革。

1.3 重視理論知識，缺乏實踐操作

數(shù)值分析作為一門理論與實踐密切結(jié)合的學科，不僅要求學生掌握理論知識，還要求學生能夠?qū)⑦@些知識應用于實際情境。然而，傳統(tǒng)的教學模式通常過度注重理論知識的灌輸，卻忽略了實踐操作的重要性。這種不平衡導致學生在理論知識方面尚有掌握，但在實際操作中卻顯得力不從心。實踐操作在數(shù)值分析教學中具有不可替代的地位，學生需要通過上機實驗、編程練習以及模擬實驗等實際操作來鞏固所學的理論知識。只有通過實踐操作，學生才能真正領(lǐng)會理論知識的內(nèi)涵，并學會如何將其靈活應用于解決實際問題。

1.4 師生互動性差，學生課堂參與度不高

傳統(tǒng)的數(shù)值分析課程教學往往以教師為中心，將學生置于被動接受知識的狀態(tài)。這種教學方式缺乏互動和討論，導致學生難以積極參與課堂，并無法激發(fā)他們的學習興趣和動力。此外，在傳統(tǒng)的教學模式下，教師往往采用一種“填鴨式”的傳授知識方式，缺乏引導學生進行批判性思維和問題解決的能力。這種教學方式不僅無法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，還可能導致他們對學習產(chǎn)生厭煩和抗拒情緒。

1.5 注重本學科知識，缺乏跨學科融合

數(shù)值分析作為一門交叉學科，其涉及的領(lǐng)域廣泛，包括物理、化學、電子信息和計算機科學等。這門學科的特點是強調(diào)多學科的融合和實際應用，但傳統(tǒng)的教學方式往往只側(cè)重數(shù)學知識的傳授，而忽視了與其他學科領(lǐng)域的融合。在傳統(tǒng)教學模式中，教師往往只關(guān)注數(shù)學公式的推導和概念的講解，而沒有將數(shù)值分析與其他學科領(lǐng)域的知識相結(jié)合，這使得學生難以理解數(shù)值分析在實際問題中的應用。此外，缺乏與其他學科領(lǐng)域的融合也可能會限制學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

2 人工智能對數(shù)值分析課程教學的影響

人工智能對數(shù)值分析課程教學的影響是深遠而多重的，涉及諸多方面，包括教學方式、教學內(nèi)容和教學手段等。以下是人工智能對數(shù)值分析課程教學帶來的一些主要影響。

2.1 對教學方式的影響

傳統(tǒng)教學方式主要以“填鴨式”為主，這種教學方式以教師為中心，學生往往只是被動地接受知識。在這種模式下，教師成為課堂上的主導者，而學生更多地扮演了聽眾的角色，缺乏主動性和參與性。然而，隨著人工智能時代的到來，這種傳統(tǒng)的教學方式正在發(fā)生深刻的變革。人工智能技術(shù)的引入，使得教學方式向著更為智能化、個性化的方向發(fā)展。首先，人工智能能夠分擔教師的部分工作，特別是那些重復性的、簡單的任務。例如，人工智能可以幫助教師進行課堂管理、作業(yè)批改等工作，這樣教師就可以將更多的精力投入引導學生培養(yǎng)創(chuàng)新能力和思維能力上。其次，人工智能的大數(shù)據(jù)抓取技術(shù)可以實時采集學生的學習效果數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進行分析，教師可以更加準確地了解每位學生的學習狀況，從而有針對性地調(diào)整教學策略，實現(xiàn)真正的個性化教育。最后，人工智能的參與使得學習方式也發(fā)生了變化。學生不再僅僅是被動地接受知識，而是可以借助人工智能技術(shù)進行智能學習。這種學習方式更加注重學生的主動性和參與性，有助于提高學生的學習效果。

2.2 對教學內(nèi)容的影響

傳統(tǒng)教學內(nèi)容主要以固定的教材和知識體系為主，這種教學內(nèi)容較為刻板，缺乏靈活性和更新性。在這種模式下，教師按照固定的教學大綱進行教學，學生則按照固定的教材進行學習，缺乏個性化的選擇。然而，隨著人工智能時代的到來，這種傳統(tǒng)的教學內(nèi)容也正在經(jīng)歷深刻的變革。人工智能技術(shù)的引入，使得教學內(nèi)容向著更為豐富、多樣化和個性化的方向發(fā)展。首先，人工智能能夠提供更廣泛的知識資源。通過互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，人工智能可以獲取海量的學習資源，包括文字、圖像、音頻、視頻等多種形式。教師可以利用這些資源來豐富教學內(nèi)容，使學生能夠接觸到更廣泛的知識領(lǐng)域和最新的學術(shù)成果。其次，人工智能可以實現(xiàn)教學內(nèi)容的個性化定制。通過分析學生的學習歷史、興趣和能力水平等數(shù)據(jù)，人工智能可以為每個學生提供個性化的學習推薦。這樣，學生可以根據(jù)自己的興趣和需求選擇適合自己的學習內(nèi)容，從而提高學習效果。最后，人工智能的深度學習技術(shù)可以促進教學內(nèi)容的深化和拓展。通過深度學習，人工智能可以自動提取和分析大量數(shù)據(jù)中的特征和規(guī)律，為教師提供新的教學思路和方向。這樣，教師可以根據(jù)人工智能的分析結(jié)果，對教學內(nèi)容進行深化和拓展，使學生能夠更深入地理解和掌握所學知識。

2.3 對教學手段的影響

傳統(tǒng)教學手段相對單一，主要依賴于教材、教具和教師的口頭講解。這種傳統(tǒng)的教學手段雖然直觀，但缺乏互動性和個性化。人工智能時代的到來，為教學手段帶來了前所未有的變革。人工智能技術(shù)使得教學資源的獲取更加便捷和豐富。首先，學生可以通過智能終端設(shè)備隨時隨地獲取大量的學習資源，不再受時間和地點的限制。這種在線學習方式不僅可以提高學生的學習效率，還可以增強學習的自主性和個性化。其次，人工智能技術(shù)使得教學互動更加實時和高效。通過在線學習平臺和智能終端設(shè)備，學生可以隨時與教師和其他學生進行交流和討論。這種互動式學習方式不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，還可以提高學生的學習參與度和理解深度。再次，人工智能技術(shù)可以為學生提供更加個性化的學習體驗。通過分析學生的學習數(shù)據(jù)和行為習慣，人工智能可以針對每位學生的特點和學習需求，提供定制化的學習內(nèi)容和反饋建議。這種個性化學習方式可以幫助學生更好地理解和掌握知識，提高學習效果。最后，人工智能技術(shù)還可以通過虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù)手段，為學生提供更加沉浸式的學習體驗。這種沉浸式學習方式可以讓學生更加深入地理解和掌握知識，提高學習的趣味性和吸引力。

3 人工智能背景下數(shù)值分析課程教學改革思路

3.1 引入實際案例和數(shù)據(jù)

結(jié)合人工智能技術(shù)在實際應用中的案例，引入真實世界的數(shù)據(jù)進行數(shù)值分析教學，讓學生更好地理解數(shù)值分析的實際應用和意義。

3.2 運用智能輔助教學工具

利用人工智能技術(shù)開發(fā)智能輔助教學工具，例如智能教學軟件、虛擬實驗室等，提供更豐富多樣的教學資源和方式，增強學生的學習體驗。

3.3 強化編程和實踐能力

加強對編程工具和軟件的教學，讓學生掌握利用人工智能工具進行數(shù)值分析的技能，從而提高他們的實踐能力。

3.4 增強師生互動

引入多種互動教學方式，例如小組討論、互動評價等，促進學生的學習興趣和積極性，提高教學效果。

3.5 注重跨學科融合

將數(shù)值分析課程與人工智能、數(shù)據(jù)科學、計算機科學等相關(guān)學科進行跨學科融合，培養(yǎng)學生的跨學科思維能力和綜合應用能力。

4 人工智能背景下數(shù)值分析課程教學改革策略

在人工智能背景下，數(shù)值分析課程教學改革需要綜合考慮傳統(tǒng)數(shù)值計算方法和新興的人工智能技術(shù)，以培養(yǎng)學生適應未來科技發(fā)展的能力。以下是一些改革策略。

4.1 采用案例教學，激發(fā)學生學習興趣

數(shù)值分析課程需要更加注重真實案例分析和應用練習[3-4]。通過引入真實世界的案例，比如人工智能在醫(yī)療、金融和交通等領(lǐng)域的應用，學生可以將所學的理論知識與實際問題相結(jié)合，從而更好地理解和掌握數(shù)值分析理論與方法的實際應用。這樣的教學方式可以激發(fā)學生的學習興趣，提高他們的學習動力，并且使得所學的知識更具有實際意義。通過實際案例分析，學生可以在實踐中學習和應用數(shù)值分析技術(shù)，從而培養(yǎng)他們的問題解決能力和創(chuàng)新思維。這種教學方式也能夠使學生更好地理解數(shù)值分析在不同領(lǐng)域的應用，拓寬他們的知識面，為將來的職業(yè)發(fā)展做好準備。因此，豐富數(shù)值分析課程的實際案例分析和應用練習對于學生的綜合能力提升和未來發(fā)展具有重要意義。引入實際的應用案例和項目，讓學生在真實場景中應用數(shù)值分析和人工智能技術(shù)，這有助于學生將理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題。

4.2 引入現(xiàn)代信息技術(shù)，豐富數(shù)值分析教學內(nèi)容

引入現(xiàn)代信息技術(shù)手段支持，如多媒體教學、在線學習平臺、虛擬實驗室等[5-6]，可以豐富數(shù)值分析課程的教學內(nèi)容，提高教學效果。多媒體教學能夠通過圖像、視頻、動畫等形式直觀地展示抽象的數(shù)值分析概念，幫助學生更好地理解和記憶知識點。同時，通過在線學習平臺，例如“雨課堂”“學習通”和中國大學MOOC（慕課），學生可以隨時隨地獲取教學資源，進行自主學習和復習，提高了學習的靈活性和便利性。虛擬實驗室則為學生提供實際操作的機會，加強他們的實踐能力和應用能力。此外，現(xiàn)代信息技術(shù)還能夠為教師提供更多的教學資源和工具，例如數(shù)字化的教學資料、在線教學平臺、教學管理系統(tǒng)等，有助于提高教學效率，減輕教師的教學負擔。因此，將現(xiàn)代技術(shù)手段引入數(shù)值分析課程教學中，可以豐富教學內(nèi)容，提高教學效果，激發(fā)學生的學習興趣，增強他們的學習動力，促進教學方式的創(chuàng)新和發(fā)展。

4.3 增加實驗操作，培養(yǎng)學生動手能力

數(shù)值分析課程可以引入實踐操作環(huán)節(jié)，例如實驗課、編程作業(yè)、模擬項目等[7]。通過這些實踐操作，學生可以將所學的理論知識應用于實際問題中，加深對知識的理解，培養(yǎng)解決實際問題的能力。此外，實踐操作也可以激發(fā)學生的學習興趣，提高課程的吸引力和實用性。另外，引入現(xiàn)代技術(shù)手段，例如虛擬實驗室、數(shù)值模擬軟件等，也可以為學生提供更多的實踐機會。通過這些工具，學生可以在虛擬環(huán)境中進行實驗和模擬，從而更安全、更方便地進行實踐操作，提高他們的實際操作能力。因此，為了提高數(shù)值分析課程的實際操作能力，教學內(nèi)容應當更加注重實踐操作的設(shè)計和引入現(xiàn)代技術(shù)手段，以此激發(fā)學生的學習熱情，提高他們的學習效果。傳統(tǒng)教學模式缺乏實踐操作的環(huán)節(jié)，導致學生難以將理論知識轉(zhuǎn)化為實際操作能力。這種局面可能會限制學生的能力發(fā)展。為了改善這一狀況，數(shù)值分析教學應該注重實踐操作環(huán)節(jié)的強化。教師可以增加實踐操作的課時，為學生提供更多的實際操作機會；可以設(shè)計一些與實際生活相關(guān)的數(shù)值分析問題，讓學生運用所學知識進行解決；還可以引導學生參與科研項目、數(shù)學建模等實踐活動，培養(yǎng)學生的實際操作能力和創(chuàng)新精神。

4.4 采用互動教學方式，調(diào)動學生學習主動性

數(shù)值分析課程可以引入更加多樣化的互動教學方式，例如小組討論和互動評價。通過小組討論，學生可以分享觀點和交流想法，從而激發(fā)學生的思維活力，增強他們的學習動力。同時，通過互動評價，學生之間可以相互評價和提供反饋，促進彼此之間的交流和學習。此外，教師還可以通過提問、討論和解答學生問題的方式，與學生進行更多的互動，激發(fā)學生的學習興趣，引導他們主動參與課堂。通過這些互動教學方式，可以使學生更積極地參與學習，提高他們的學習效果和學習動力。因此，引入更多的互動教學方式可以豐富數(shù)值分析課程的教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣和動力，促進學生的全面發(fā)展。

4.5 引入跨學科教學內(nèi)容，增強學生綜合應用能力

數(shù)值分析課程可以引入跨學科融合的教學內(nèi)容，例如將數(shù)值分析與工程、物理等學科領(lǐng)域的知識結(jié)合起來，通過實際案例和應用練習展示數(shù)值分析在不同領(lǐng)域的應用。這樣的教學方式可以幫助學生更好地理解數(shù)值分析的實際應用場景，拓寬他們的知識面，增強他們的綜合能力。同時，教師可以與其他學科領(lǐng)域的教師合作，共同設(shè)計跨學科的教學項目或課程，為學生提供更全面的學習體驗。通過跨學科融合的教學內(nèi)容，可以幫助學生更好地理解數(shù)值分析在不同學科領(lǐng)域的應用，培養(yǎng)他們的綜合能力和創(chuàng)新思維。因此，引入跨學科融合的教學內(nèi)容可以豐富數(shù)值分析課程的教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣，提高他們的學習效果，促進數(shù)值分析課程的創(chuàng)新和發(fā)展。

總之，通過這些改革策略，數(shù)值分析課程可以更好地適應人工智能時代的需求，培養(yǎng)學生在數(shù)值計算和數(shù)據(jù)科學交叉領(lǐng)域的綜合能力。這有助于他們更好地應對未來科技發(fā)展的挑戰(zhàn)，并在實際應用中發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)束語

在人工智能迅猛發(fā)展的背景下，數(shù)值分析課程教學的改革顯得尤為迫切。這種改革不僅關(guān)乎課程內(nèi)容和方法的創(chuàng)新，更涉及培養(yǎng)學生的綜合能力，使其能夠勝任未來科技和社會發(fā)展中的復雜任務，為人才培養(yǎng)提供更加全面和深入的方向。本文深入探討了數(shù)值分析課程改革的多個方面，從更新實際案例和教學內(nèi)容、強化實踐技能、增加師生互動，到重視學生個性化和綜合能力的培養(yǎng)，形成了一個全面而有層次的改革策略，希望能夠提高學生學習興趣、增強學生動手能力、培養(yǎng)學生的綜合應用能力和創(chuàng)新思維。