合作办学形势下线性代数的教学改革
中图分类号：O13 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0113-02
线性代数是高校理、工、经、管等专业的基础课之一，随着这门课程在基础课中的地位的逐步提高，以及在科学技术生产实践中日益广泛的应用，线性代数的重要性也日益显现，对线性代数的教学改革势在必行。自2007年以来，我校先后与多所国外高校开展中外合作办学项目，还与企业联合共建“计算机科学与技术（软件外包方向）”本科专业，结合这些实际情况，依据教学改革实践的体会，该文对《线性代数》课程教学提出一些设想和做法。
1 我校线性代数教学中存在的问题
目前，我校线性代数的教学学时为36学时。一般放在大二的上学期。所用的教材是同济大学数学系编《线性代数》第五版。由于学时的限制我们只讲授前五章的内容。
2007年开展中外合作和校企合作以来，线性代数的教学对我们教师来说是一个新的挑战。一方面，线性代数课程本身就有一定的学习难度，课程涉及的概念、定理、结论非常多，比较抽象，大学二年级的学生在理解上有一定的难度，不容易被他们所接受；另一方面，中外合作和校企合作办学的学生的基础相对不是很好，一部分学生的学习态度不够端正，上课前没有积极预习，上课时没有认真听讲，课后没有及时复习练习；最后学生在思想上没有足够重视，他们没有很好地了解学习线性代数的意义，普遍认为学习线性代数没什么用，导致有些学生表现出一定的排斥态度。
2 结合我校实际的线性代数的教学改革
2.1 让学生认识到学习线性代数的重要性
线性代数是所有自然科学的基础，也是现代工程技术的基础。它不但是学生学习其它后续许多课程（如电路分析、控制原理、信号与系统等）不可缺少的重要工具，而且还为一些实际应用问题的解决提供了一种重要方法。在讲授这门课程的时候我们教师一定要让学生明白线性代数来源于实践，它最终也要应用到实践中去。
矩阵是线性代数的一个重要的研究对象，也是一种常见的数学现象，比如学生的成绩单、车站时刻表、工厂里的生产进度表、价目表、科研中的数据分析表等等，它是表述或处理大量的数据的有力的工具。能把一些头绪纷繁的数据按照一定的规则清晰地展示出来，并通过矩阵的一些运算或变换来揭示各事物之间内在的一些联系，这就是矩阵的重要作用之一。
方阵的特征值、特征向量、方阵的相似对角化也有很重要的实际应用。例如，在生物信息学中，研究人类基因的染色体图谱进行DNA序列对比时就要用到这些内容，当然在其他方面如自动控制理论、机械振动以及线性电路分析中，这些内容都是不可缺少的工具之一。
二次型的理论起源于解析几何中对二次曲线和二次曲面的研究，它在线性系统理论和工程技术的许多领域中都有应用。例如工程上，与现代控制理论、无线电技术、振动问题有着极其密切的联系。
2.2 教学过程中教学内容的改革
本课程的重点是在下表中用“★”号标明，对这些重点要在学时安排上侧重一些，保证能有足够的学时进行强化教学，且习题课时要反复讲解，反复练习，使学生能切实掌握（表1）。
概念多是本课程最大的难点，非常抽象，大学二年级的学生很难理解，接受起来也有困难。对此我们尽量将抽象问题具体化，复杂问题简单化。
（1）先讲具体问题，再从这些具体问题中引导出抽象的概念，例如§2.1和§2.2的矩阵和矩阵运算就是从解决实际问题中提炼出来的，这使得抽象的数学概念有一个可以捉摸的实际背景，不仅使得学生容易接受；更重要的是使得学生懂得抽象的数学概念和理论是解决实际问题的有力工具，从而激发了学生学习数学的积极性和主动性。
（2）将困难的概念分几个层次讲。比如矩阵的秩，在第三章讲矩阵时，涉及到了一般的矩阵秩的性质和一些理论，并用此来求解线性方程组。接着在第四章，在阐述向量组秩的时候，把向量组的秩和矩阵的秩联系起来，对秩的理论作了作了进一步阐述。分成两步走，使得学生对秩的概念有一个逐渐的认识过程，难理解的秩也就逐步理解了。
（3）讲难点时将方法和理论分开，比如§4.3节讲向量组的极大线性无关组，就先讲如何求的方法，将求秩的方法归纳成3步，每步都具体写出，先教会学生会具体算，而省略一些理论证明的详细推导，有兴趣的学生可以去自学这些推导。
（4）将难点分解，把复杂的、难的知识点转化为简单的问题。
①第一章中行列式计算的主要方法就是利用行列式的性质将一般的（难的、复杂的）行列式归结化简为上（下）三角形行列式（简单的）。
②第三章解线性方程组也是将一般的（难的、复杂的）线性方程组归化为同解的简单线性方程组来求解。
③第三章矩阵的秩也是将一般的（难的、复杂的）矩阵的秩归化为阶梯型矩阵的秩（简单的）。
④第二章至第五章中的矩阵间的等价、相似、合同，其实这三者也是旨在借助标准形（具体的，简单的）来推断一般矩阵（抽象的、难的）的性质。
⑤第五章二次型中用非退化线性变换化二次型为标准形，借助标准形（具体的、简单的）来推断一般二次型（抽象的、难的）的性质（比如是否正定）。
2.3 线性代数教学中融入数学建模的思想
近几年，我校区在数学建模方面取得了可喜的成绩，多次获得国家一、二等奖级山东省一等奖，这也激发了校区学生参加数学建模的热情。针对这一情况，我们建议在讲授课本上理论知识的同时，也给出一些实际问题，引导学生进行分析总结，通过做一些适当的简化和引入一些合理的假设，建立简单的数学模型，并对此模型进行求解，从而利用这个结果再去解释实际问题。一方面这样做能让学生了解数学建模的基本思想，另一方面又让学生体会了线性代数在解决实际问题中的重要作用。针对不同的专业，我们可以根据专业来选择不同类型的数学模型，比如电气专业，我们可以引入电路网络方面的数学模型；计算机专业，可以引入关于计算机图形处理方面的数学模型；经济专业，可以引入投入产出数学模型等。
2.4 线性代数教学与计算机紧密结合
首先在教学方式上，我们可以利用现代化教学手段，发挥计算机的作用，在一定程度上可以提高线性代数的教学质量和效率。其次可以在线性代数教学中指导学生用计算机如常用的一些数学软件Mathematica、MATLAB来完成繁杂的运算，给学生提供一些简单且容易掌握的应用程序，为学生今后参加数学建模竞赛打下良好的基础。
3 结语
从培养学生的创新意识和提高他们的数学素质的思想构建合作办学条件下线性代数课程的新模式是切实可行的。毋庸置疑，当我校区数学教师将这一新模式贯穿到他们日常的教学过程中时，我校区的数学教育定将上一个新的台阶。
