图书简介:
无模块 1 函数及其应用 1
教学导航 1
价值引导 1
引例导入 2
【引导实例 1-1】计算网上购书金额 2
【引导实例 1-2】计算正方形的面积 2
概念认知 2
【概念 1-1】常量与变量 2
【概念 1-2】集合 3
【概念 1-3】函数 5
知识疏理 6
【知识 1-1】函数的三要素 6
【知识 1-2】函数的表示方法 7
【知识 1-3】函数的性质 8
【知识 1-4】基本初等函数 10
【知识 1-5】复合函数 13
【知识 1-6】初等函数 13
【知识 1-7】分段函数 13
【知识 1-8】反函数 14
问题解惑 15
【问题 1-1】如何判断两个函数是否相同? 15
【问题 1-2】任何两个函数都可以复合成一个函数吗? 15
【问题 1-3】分段函数是否一定为初等函数? 16
【问题 1-4】单值函数和多值函数都有反函数吗? 16
方法探析 16
【方法 1-1】求函数定义域的方法 16
【方法 1-2】求函数值的方法 18
【方法 1-3】将基本初等函数组合为复合函数的方法 19
【方法 1-4】分解复合函数为基本初等函数的方法 19
【方法 1-5】求反函数的方法 20
自主训练 20
应用求解 21
【日常应用】 21
【应用实例 1-1】使用函数解析式表示自由落体运动方程 21
【经济应用】 22
【应用实例 1-2】使用函数解析式描述常见的经济函数 22
【应用实例 1-3】建立酒店总利润与房间定价之间的函数关系 24
【电类应用】 24
【应用实例 1-4】使用函数描述电路中电流 I 与电阻 R 之间的关系 24
【机类应用】 25
【应用实例 1-5】使用函数解析式描述曲柄连杆机构中滑块的运动规律 25
应用拓展 25
模块小结 26
模块考核 28
模块 2 极限及其应用 29
教学导航 29
价值引导 30
引例导入 30
【引导实例 2-1】探析庄子的无限分割思想 30
【引导实例 2-2】应用割圆术的方法求圆面积的近似值 31
概念认知 32
【概念 2-1】数列的极限 32
【概念 2-2】函数的极限 34
知识疏理 39
【知识 2-1】无穷小与无穷大 39
【知识 2-2】极限的运算 41
【知识 2-3】函数的连续性 45
问题解惑 53
【问题 2-1】如果,则一定成立吗? 53
【问题 2-2】无限个无穷小的“和”一定是无穷小吗? 53
【问题 2-3】如何求有理分式函数的极限? 53
【问题 2-4】极限也等于 1 吗? 53
方法探析 54
【方法 2-1】求函数极限的方法 54
【方法 2-2】判断函数的连续性与间断点的方法 58
【方法 2-3】判断方程在指定区间内是否存在根的方法 59
自主训练 59
应用求解 62
【日常应用】 62
【应用实例 2-1】应用求极限的方法求圆面积 62
【应用实例 2-2】探析影子长度的变化 63
【经济应用】 63
【应用实例 2-3】求解产品利润中的极限问题 63
【电类应用】 64
【应用实例 2-4】求 RC 串联电路中电压的极限值 64
【机类应用】 64
【应用实例 2-5】求渐开线齿廓的极限 64
应用拓展 65
模块小结 65
模块考核 68
模块 3 导数及其应用 69
教学导航 69
价值引导 70
引例导入 70
【引导实例 3-1】求变速直线运动的瞬时速度 70
【引导实例 3-2】求电路中的电流强度 71
【引导实例 3-3】求平面曲线的切线斜率 71
概念认知 72
知识疏理 74
【知识 3-1】导数的几何意义 74
【知识 3-2】函数可导性与连续性的关系 75
【知识 3-3】应用导数的定义求基本初等函数的导数 76
【知识 3-4】基本初等函数的求导公式 76
【知识 3-5】导数的四则运算法则 77
【知识 3-6】复合函数的求导法则(链式法则) 78
【知识 3-7】反函数的求导法则 80
【知识 3-8】隐函数的求导法则 80
【知识 3-9】对数求导法 81
【知识 3-10】由参数方程所确定函数的求导法则 81
【知识 3-11】高阶导数 82
【知识 3-12】中值定理 84
【知识 3-13】洛必达法则及其在求极限中的应用 87
【知识 3-14】函数单调性的判定 90
【知识 3-15】函数极值及求解 92
【知识 3-16】函数最值及求解 94
【知识 3-17】曲线的凹凸性与拐点及求解 95
【知识 3-18】曲线的渐近线及求解 97
问题解惑 98
【问题 3-1】函数在点处的导数是否可写成? 98
【问题 3-2】若在点处可导,是否为? 98
【问题 3-3】对于复合函数,与有何区别? 99
【问题 3-4】如果函数在一点连续,则在该点也一定可导吗? 99
【问题 3-5】罗尔中值定理、拉格朗日中值定理与柯西中值定理之间有什么
联系? 99
【问题 3-6】导数值为零的点一定是单调区间的“分界点”吗? 99
【问题 3-7】函数的驻点一定是极值点吗? 99
【问题 3-8】二阶导数为零或二阶导数不存在的点一定是拐点吗? 99
方法探析 100
【方法 3-1】求曲线切线方程与法线方程的方法 100
【方法 3-2】探析函数连续性与可导性的方法 100
【方法 3-3】求函数导数的方法 101
【方法 3-4】应用洛必达法则求函数极限的方法 107
【方法 3-5】求函数的单调区间并判断各区间单调性的方法 109
【方法 3-6】求函数极值的方法 110
【方法 3-7】求函数的最大值或最小值的方法 111
【方法 3-8】求函数的凹凸区间和拐点的方法 111
自主训练 113
应用求解 116
【日常应用】 116
【应用实例 3-1】求物体直线运动的速度与加速度 116
【应用实例 3-2】求圆柱形容器表面积最小时的底面半径 116
【经济应用】 117
【应用实例 3-3】求边际成本和最大利润 117
【应用实例 3-4】求边际收入和边际利润 118
【应用实例 3-5】求费用最低的运输路线 119
【电类应用】 119
【应用实例 3-6】求电路中的电流 119
【应用实例 3-7】求电容器的充电速度 120
【机类应用】 120
【应用实例 3-8】求简谐运动的速度与加速度 120
【应用实例 3-9】求冰箱内温度关于时间的变化率 121
应用拓展 122
模块小结 122
模块考核 125
模块 4 一元函数微分及其应用 126
教学导航 126
价值引导 126
引例导入 127
【引导实例4-1】探析金属薄片受热变形时面积的改变量 127
【引导实例4-2】探析机械挂钟因热胀冷缩产生的钟表误差 127
概念认知 128
【概念 4-1】微分的表述形式 128
【概念 4-2】微分的定义 129
知识疏理 129
【知识 4-1】微分的几何意义 129
【知识 4-2】微分与导数的关系 130
【知识 4-3】基本初等函数的微分公式与微分运算法则 130
【知识 4-4】微分在近似计算中的应用 132
问题解惑 133
【问题 4-1】符号既表示导数的记号,也表示微分 dy 与 dx 之比? 133
【问题 4-2】可导函数一定可微,可微函数也一定可导吗? 134
【问题 4-3】微分形式具有不变性 134
方法探析 134
【方法 4-1】求函数微分的方法 134
【方法 4-2】计算近似值的方法 135
自主训练 135
应用求解 136
【日常应用】 136
【应用实例 4-1】求金属正方体受热后体积的改变量 136
【经济应用】 137
【应用实例 4-2】估算产品收入增加量的近似值 137
【电类应用】 137
【应用实例 4-3】求电路中负载功率改变时其两端电压的改变量 137
【机类应用】 138
【应用实例 4-4】求机械摆钟因热胀冷缩产生的钟表误差 138
应用拓展 138
模块小结 139
模块考核 140
模块 5 二元函数微分及其应用 141
教学导航 141
价值引导 141
引例导入 142
【引导实例 5-1】计算圆锥体的体积 142
【引导实例 5-2】计算产品的收入 142
【引导实例 5-3】计算并联电路的总电阻 142
概念认知 143
【概念 5-1】二元函数 143
【概念 5-2】偏导数 145
【概念 5-3】全微分 147
知识疏理 148
【知识 5-1】二元函数的极限 148
【知识 5-2】二元函数的连续性 150
【知识 5-3】偏导数的计算 152
【知识 5-4】高阶偏导数 152
【知识 5-5】二元函数的极值 153
【知识 5-6】二元函数的最大值与最小值 154
【知识 5-7】条件极值与拉格朗日乘数法 155
问题解惑 156
【问题 5-1】多元函数的偏导数存在能否保证函数在该点处连续? 156
【问题 5-2】在二阶混合偏导数连续的条件下与求偏导数次序无关 156
【问题 5-3】若二元函数在点处两个一阶偏导数都存在且连续,则该函数在这一点处一定可微吗? 156
方法探析 157
【方法 5-1】求二元函数定义域的方法 157
【方法 5-2】求二元函数一阶偏导数的方法 157
【方法 5-3】求二元函数二阶偏导数的方法 158
【方法 5-4】求二元函数全微分的方法 159
【方法 5-5】求二元函数极值的方法 159
自主训练 160
应用求解 161
【日常应用】 161
【应用实例 5-1】估计圆柱体体积的改变量 161
【经济应用】 161
【应用实例 5-2】求两种产品的最大利润及相应的产量 161
【应用实例 5-3】求最优广告策略 162
【电类应用】 163
【应用实例 5-4】估算并联电路中总电阻的计算误差 163
【机类应用】 164
【应用实例 5-5】求梯形水槽的最大面积 164
应用拓展 165
模块小结 165
模块考核 166
模块 6 不定积分及其应用 168
教学导航 168
价值引导 168
引例导入 169
【引导实例 6-1】根据自由落体物体的运动速率函数求其运动规律 169
【引导实例 6-2】根据产品的边际成本函数求其成本函数 169
【引导实例 6-3】根据曲线切线斜率函数求曲线方程 169
概念认知 170
【概念 6-1】原函数 170
【概念 6-2】不定积分 171
知识疏理 172
【知识 6-1】不定积分的几何意义 172
【知识 6-2】不定积分的性质 172
【知识 6-3】不定积分的基本公式与直接积分法 173
【知识 6-4】不定积分的基本运算法则 174
【知识 6-5】不定积分的换元积分法 175
【知识 6-6】不定积分的分部积分法 180
【知识 6-7】有理函数及可化为有理函数的不定积分 181
问题解惑 184
【问题 6-1】函数的一个原函数就是该函数的不定积分吗? 184
【问题 6-2】初等函数在其定义区间上都可积分吗? 184
【问题 6-3】“微分运算”和“积分运算”互为逆运算吗? 184
【问题 6-4】第一类换元法与分部积分法的共同点是什么? 184
【问题 6-5】不定积分=是否正确? 184
【问题 6-6】不定积分=-cosx+C 是否正确? 185
方法探析 185
【方法 6-1】求不定积分的方法 185
【方法 6-2】求简单有理函数不定积分的方法 191
【方法 6-3】求简单无理函数不定积分的方法 192
【方法 6-4】求被积函数中包含三角函数不定积分的方法 193
自主训练 194
应用求解 196
【日常应用】 196
【应用实例 6-1】求自由落体运动的速度方程和运动方程 196
【经济应用】 196
【应用实例 6-2】根据产品的边际成本求总成本与产量的函数关系 196
【电类应用】 197
【应用实例 6-3】求电路中电流关于时间的函数 197
【应用实例 6-4】求电路中电容上的电量关于时间的函数 197
【机类应用】 198
【应用实例 6-5】求曲柄连杆机构中滑块的运动方程 198
应用拓展 198
模块小结 199
模块考核 201
模块 7 定积分及其应用 202
教学导航 202
价值引导 202
引例导入 203
【引导实例 7-1】计算曲边梯形的面积 203
【引导实例 7-2】求变速直线运动的路程 205
【引导实例 7-3】计算变力所作的功 206
概念认知 206
【概念 7-1】定积分 206
【概念 7-2】无穷区间广义积分 208
知识疏理 208
【知识 7-1】定积分的几何意义 208
【知识 7-2】定积分存在定理 210
【知识 7-3】定积分的基本性质 210
【知识 7-4】微积分基本公式 212
【知识 7-5】定积分的换元积分法 214
【知识 7-6】定积分的分部积分法 217
【知识 7-7】广义积分 217
问题解惑 220
【问题 7-1】定积分中积分变量的字母可以取任意英文字母吗? 220
【问题 7-2】定积分是不定积分在指定区间上的增量吗? 221
【问题 7-3】积分上限函数(x)是连续函数 f(x)的一个原函数吗? 221
【问题 7-4】不定积分的第二类换元法与定积分的换元法有没有区别? 221
方法探析 221
【方法 7-1】利用牛顿—莱布尼兹公式计算定积分的方法 221
【方法 7-2】利用定积分的换元积分法计算定积分的方法 222
【方法 7-3】利用定积分的分部积分法计算定积分的方法 222
【方法 7-4】利用广义积分方法计算定积分的方法 223
【方法 7-5】定积分的微元法 224
自主训练 226
应用求解 230
【日常应用】 230
【应用实例 7-1】计算平面图形的面积 230
【应用实例 7-2】计算旋转体的体积 230
【经济应用】 232
【应用实例 7-3】根据边际成本求总成本的增量 232
【应用实例 7-4】根据边际收入求总收入和平均收入 232
【应用实例 7-5】求利润增量及最大利润 233
【应用实例 7-6】计算平均销售量 233
【电类应用】 234
【应用实例 7-7】求电容器上的电压 234
【应用实例 7-8】求交流电的平均功率和有效值 234
【机类应用】 236
【应用实例 7-9】求变力所做作的功 236
【应用实例 7-10】计算发射火箭的最小初速度 237
应用拓展 238
模块小结 238
模块考核 241
模块 8 微分方程及其应用 242
教学导航 242
价值引导 242
引例导入 243
【引导实例 8-1】求曲线方程 243
【引导实例 8-2】求列车制动时的行驶路程 243
概念认知 244
【概念 8-1】微分方程 244
【概念 8-2】微分方程的阶 245
【概念 8-3】微分方程的解与通解 245
【概念 8-4】微分方程的初始条件与特解 245
【概念 8-5】解微分方程 246
【概念 8-6】积分曲线与积分曲线簇 246
【概念 8-7】验证微分方程的解 247
知识疏理 247
【知识 8-1】可分离变量的一阶微分方程及求解方法 247
【知识 8-2】一阶线性微分方程及求解 248
【知识 8-3】可降阶的高阶微分方程及求解 250
【知识 8-4】二阶线性微分方程及求解 252
问题解惑 253
【问题 8-1】微分方程中必须含有未知函数的导数(或微分)吗? 253
【问题 8-2】微分方程的阶是指微分方程中自变量的最高次数吗? 253
【问题 8-3】微分方程的解中含有任意常数就一定是其通解吗? 253
【问题 8-4】微分方程是一阶线性齐次微分方程吗? 253
方法探析 254
【方法 8-1】求解可分离变量微分方程的方法 254
【方法 8-2】求解一阶线性齐次微分方程的方法 255
【方法 8-3】求解一阶线性非齐次微分方程的方法 256
【方法 8-4】求解可降阶的高阶微分方程的方法 258
【方法 8-5】求解二阶常系数线性齐次微分方程的方法 258
自主训练 259
应用求解 261
【日常应用】 261
【应用实例 8-1】求曲线方程 261
【应用实例 8-2】求降落伞下落速度与时间的函数关系 262
【经济应用】 263
【应用实例 8-3】求国民生产总值 263
【应用实例 8-4】根据边际成本函数求解成本函数 264
【应用实例 8-5】求公司产品的纯利润L与广告费x之间的函数关系 264
【电类应用】 265
【应用实例 8-6】求 RC 电路中电压随时间 t 变化的规律 265
【应用实例 8-7】求 RL 电路中电流 i 和时间 t 的函数关系 266
【应用实例 8-8】求 RLC 电路中电流的微分方程 267
【机类应用】 268
【应用实例 8-9】试求物体的自由振动方程 268
应用拓展 269
模块小结 270
模块考核 270
模块 9 级数及其应用 272
教学导航 272
价值引导 272
引例导入 273
【引导实例 9-1】探析一尺之棰,日取其半之和 273
【引导实例 9-2】探析弹球运动的总路程 273
概念认知 273
【概念 9-1】常数项级数及其收敛性 273
【概念 9-2】函数项级数及其敛散性 273
知识疏理 273
【知识 9-1】常数项级数及其审敛法 273
【知识 9-2】幂级数及其收敛性 273
【知识 9-3】函数展开成幂级数 273
问题解惑 273
【问题 9-1】收敛级数去括号之后所得到的级数一定为收敛级数吗? 274
【问题 9-2】级数的通项的极限为零则该级数一定收敛吗? 274
【问题 9-3】设两个级数与,若有,则它们具有相同的收敛性吗? 274
【问题 9-4】交错级数满足莱布尼茨定理中的条件时一定收敛,若它不满足条件,那么是否一定发散呢? 274
方法探析 274
【方法 9-1】利用级数的收敛定义判断其收敛性的方法 274
【方法 9-2】利用级数的基本性质判断其收敛性的方法 274
【方法 9-3】利用正项级数审敛法判断级数收敛性的方法 274
【方法 9-4】求幂级数收敛域的方法 274
【方法 9-5】将函数 f(x)展开为幂级数的方法 274
【方法 9-6】将函数 f(x)展开为傅里叶级数的方法 274
自主训练 274
应用求解 274
【日常应用】 275
【应用实例 9-1】计算e的近似值 275
【经济应用】 275
【应用实例 9-2】求增加投资带来的消费总增长量 275
【应用实例 9-3】计算等额分付终值 275
【电类应用】 275
【应用实例 9-4】将锯齿脉冲信号函数展开为傅里叶级数 275
【机类应用】 275
【应用实例 9-5】计算定积分的近似值 275
应用拓展 275
模块小结 275
模块考核 275
附录A 实例过关情况统计 277
附录 B 三角函数公式 278
参考文献 279
展开
高等数学是高职院校、职业本科学校各专业必修的一门公共基础课程,在高素质技术技能人才培养综合素质和可持续发展能力中具有重要作用.近年来,高职院校都在大力推进高等数学的教学改革,教学改革成果也在不断涌现,诸多优秀的《高等数学》教材陆续出版,这些成果和教材都让广大高职院校、职业本科学校的师生受益匪浅.湖南铁道职业技术学院数学教学团队在充分调研高等职业教育人才培养目标、教学需求与发展趋势、大学生学习特点和认知规律的基础上,不断地探索教学规律和创新教学模式,打破常规、锐意进取、注重创新,在教材编排模式、教学模式、教学过程、教学方法等方面进行了大胆创新,本书主要特色和创新如下.
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根据大学生认知水平和学习要求,筛选和编排教学内容,探索“一本多纲”的编排模式,力求实现基础性、实用性和发展性三方面需求的协调统一,满足多样化、个性化的学习要求和课时需求.
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本书优选了120个具有专业背景的典型应用案例,将高等数学应用案例分为【日常应用】【经济应用】【电类应用】【机类应用】4类,其中【日常应用】类为必修内容,其他三类根据专业需求进行合理选用,为大学生学习本专业的课程奠定坚实的数学基础,同时也为了解其他相关专业的应用需求提供方便,有利于拓展大学生的知识面,充分满足大学生的个性化需求和职业发展需求,真正体现以学生为主体的职业教育思想.
2. 教学过程有方法、专业学习有指导、升学考试有帮助
本书充分尊重大学生的认知规律和数学的教学规律,设置“分层渐进”的教学环节和学习路径,降低高等数学的学习难度,有效提升大学生的数学应用能力.
每个模块整体上设置了3个阶段:知识学习、技能训练、应用实践.每个模块面向教学全过程设置了12个教学环节:【教学导航】-【价值引导】-【引例导入】-【概念认知】-【知识疏理】-【问题解惑】-【方法探析】-【自主训练】-【应用求解】-【应用拓展】-【模块小结】-【模块考核】.教学实例设置了5种类型:引导实例、验证实例、方法实例、训练实例、应用实例,共有877个实例.数学知识学习设置了3个环节:概念认知、知识疏理、问题解惑,共有27个基本概念、62个重要知识点、40个重点问题.自主训练设置了2个层次:基本训练、提升训练.全书设置了9个模块考核,共有234道考核题,考核题型多样,包括选择题、判断题、填空题、计算题和应用题5种题型,每个模块通过扫描【在线测试】二维码,即可打开在线测试页面,进行在线考核.全书的5类教学实例和9次在线考核,共设置了1111次学习、练习、巩固机会,千锤百炼,始终如一,方法技巧得以学习、数学思维得以训练、解题能力得以提升.
3. 与专业情境融合、与工作实际结合、与素质教育契合
本书以“融合专业、注重能力、突出应用”为基本思路,不断探索“数学知识学习与专业实际应用”融合、“解题技能训练与模块要点考核”结合的教学模式,让数学知识与专业情境相融合,数学方法的学习与数学思维的培养相结合,数学应用与素质教育并重.
深入探索专业课程与数学课程有效整合的路径,将专业学习中所需的数学知识、数学应用融为一体,在高等数学中解决专业学习时的数学需求,通过分析专业应用案例,帮助大学生学会用数学知识分析与解决实际问题,让大学生在跨学科的学习中体验数学的广泛应用和实用价值,让大学生认知数学有用,也能预先了解高等数学在专业中的用途,提前认知专业课程中高等数学的应用.
书中的数学案例设置为与大学生的生活或者未来的工作息息相关的问题,减少无实际意义的纯数学计算,尽量将抽象思维转化为形象思维,提升大学生高等数学解决工作、生活、创业过程中的实际问题,激起大学生探究数学应用的愿望,让大学生学好高等数学的同时,也为未来的工作奠定了坚实的基础.
本书注重对大学生的数学思想方法和数学应用能力的培养,让大学生在解决实际问题中学习,培养其创新思维与实践能力,激发大学生学习数学的热情,提高大学生的数学素养,让大学生领会到数学素养也是大学生的基本素养之一,使传授数学知识和培养大学生的数学素养得到很好的契合.
4. 概念认知案例化、理论阐述通俗化、知识应用多元化
通过生活实例和工作实际,引出数学概念,解决入门难的问题,有利于大学生认识数学内容的实际背景和应用价值,使大学生能感受数学源自生活、工作实际,从而增加数学的亲和力.
用通俗易懂的语言描述数学理论知识的本质,采用数形结合方法,尽量借助图形、图像和数表等多种途径将抽象的数学知识形象、直观、生动地呈现出来.
通过大量浅显、贴近生活与专业的数学应用案例,一方面使理论与实践相得益彰,突出用高等数学分析、解释、解决实际问题与实际现象;另一方面可潜移默化地培养大学生创新意识,提升大学生的数学应用能力.
5. 重知识应用、重能力培养、重素质教育
本着重知识应用、重能力培养、重素质教育的思路,以“学用数学”的主线贯穿整个内容体系,注重加强数学的实际应用,深化“应用导向、问题驱动、案例教学”的教学方法,提高学习效率,着力培养大学生举一反三、融会贯通的能力.强化应用高等数学知识解决实际问题的能力,在数学应用中培养思维能力和创新意识,充分发挥高等数学对形成大学生职业能力和职业素养的重要支撑作用.以“引出问题-学习知识-实现应用”的思路呈现教学内容,数学概念的引入力求从实际问题出发,突出问题的实际背景,引导大学生积极参与问题解决的教学过程.以案例教学的方式,用典型实例引出概念,并用通俗简洁的语言阐述概念的内涵和实质,着重讲解基本概念、基本理论和基本方法,对基本概念和基本理念尽量通过实例说明其实际背景和应用价值,由此加深大学生对基本理论和基本概念的理解.在处理定理和公式推导与证明方面,避免逢理必证或逢理不证的极端现象,而是本着量力而行的原则,合理取舍教学内容,少一些数学公式的烦琐推导,部分定理、结论的证明过程以电子活页方面呈现,结合图形描述直观形象地加以适当解释与推理,使数学课程的学习由抽象变为形象,由烦琐变为简单,由索然无味变为生动有趣,从而激发每一位大学生学习高等数学的兴趣和热情,让每一位大学生都饶有兴趣地学习高等数学.“创造最适合大学生的教育”应当成为高等教育的共识.
6. 倡导数学精神、坚持立德树人、强化价值引领
高等数学作为大学数学教育的重要组成部分,不仅培养大学生的数学素养和逻辑思维能力,同时也蕴含着丰富的思政元素,本课程挖掘了以下10项主要思政元素:严谨专心、探索精神、数学精神、理性思维、创新意识、钻研精神、辩证思维、审美能力、爱国情怀、责任意识.在高等数学教学过程中,有意、有机、有效融入思政元素、数学思维、数学文化,挖掘数学知识与方法中蕴涵的育德元素与育德功能,实现知识传授、能力培养和价值塑造三者的有机融合.
(1)培养理性思维与激励探索精神
数学教育的价值不仅仅是数学知识的积累,还在于对数学思维和数学观念的培养,更是美育和德育功能的体现.
思政元素之一:严谨专心 高等数学中的定理、公式和推导都需要严格的证明和计算,这体现了数学的严谨性.数学讲究严谨,例如,法则的运用、概念的界定、结果的验证都必须根据标准要求来进行,要求运筹有章、计算有法,始终要求人们不可违背数学的科学规律.本书旨在引导大学生科学地进行分析、推理、概括和判断,并遵循一定的逻辑规律.通过数学训练,不断培养大学生严谨的学习作风和专心致志、坚持真理、追根溯源的科学态度.
思政元素之二:探索精神 高等数学中的许多概念和方法都是经过数学家们长期探索和发现得出的,通过分享这些背后的故事,激发大学生的探索精神和求知欲.
(2)倡导数学精神与钻研精神
思政元素之三:数学精神 所谓数学精神,既指人类从事数学活动中的思维方式、行为规范、价值取向、理想追求等意向性心理的集中表征,又指人类对数学经验、数学知识、数学方法、数学思想、数学意识、数学观念等不断概括和内化的产物.将数学精神贯穿到高等数学的课堂教学中,培养大学生的理性思维和创新意识,引导大学生树立正确的价值观,形成优秀的人文素养.
思政元素之四:理性思维 高等数学教学要注重培养大学生的理性思维.例如,导数、微分、定积分概念的抽象过程,均是从实际问题出发,将这些问题的共性抽象概括就得到了相应的概念,进而解决生产生活中的实际问题.理性思维不仅体现在数学的抽象性和逻辑性,也体现在数学家力图用最简洁、最精确的形式化语言刻画现实世界中的各种现象,以及数学家敢于挑战、勇攀高峰的崇高品质中.例如,从极限思想萌芽的产生,到牛顿和莱布尼茨创立微积分,再到柯西和威尔斯特拉斯给出极限的精确化定义,终于使微积分趋于严谨,整个过程无不体现了数学家追求完美的拼搏精神.
思政元素之五:创新意识 大胆质疑、勇于挑战的创新意识是数学发展的不竭动力.纵观数学的发展历程,每一个悖论的提出、每一个反例的构造、每一个定理的推广、每一个猜想的验证、每一个数学分支的建立等,无不印证了数学的创新精神.在高等数学的教学过程中,要有意识地引导大学生大胆质疑,培养大学生的批判性思维.
思政元素之六:钻研精神 数学史不仅仅是单纯的数学成就的编年记录,也是数学家们克服困难和战胜危机的斗争史.我国数学家陈景润长期过着普通人难以忍受的艰苦生活,遭受疾病折磨,但是始终踏踏实实、坚持不懈地从事数学研究,他在哥德巴赫猜想及其他数论问题上所取得的成就,至今仍处于领先地位.数学家们的奋斗经历能够感染大学生,鞭策大学生静心学习、潜心钻研,同时对大学生树立正确的价值观、人生观大有裨益.
(3)融入哲学思考与形成正确的世界观
数学中的概念、符号、性质、公理、定理、公式等往往都蕴含着丰富的哲理,数学知识与方法中蕴涵着辩证思维,高等数学中蕴涵着丰富的辩证唯物主义思想.
思政元素之七:辩证思维 高等数学的教学可以培养大学生辩证的思维方法,对提高大学生的认识能力、思维能力都有着重要的作用.普遍联系的观点、矛盾对立统一的观点、量变到质变、否定之否定的辩证规律在数学中随处可见.许多公式、法则、公理和定理都是按照“由特殊到一般,再由一般到特殊”或遵循“从实践中来,到实践中去”的认识规律而产生、推导、归纳、概括、发展和应用的.
高等数学中的许多概念、方法、思想都渗透着丰富的辩证唯物主义思想.在教学中深刻剖析其中体现的那种对立统一、量变到质变的矛盾转化关系,让辩证法在高等数学中的体现充分展示,将会使大学生受到更为深刻、生动、具体的辩证唯物主义思想教育.对立统一是唯物辩证法的实质与核心,高等数学中的许多概念都是对立统一的,例如,极限中的“无限接近”与“达到”,连续与间断等.编者希望通过这些概念引导大学生理解辩证法的思想,培养大学生的辩证思维能力.
高等数学中的许多定理和公式揭示了自然界和社会现象的内在规律,例如,微积分在物理学、经济学、电学、机械学等领域的应用,借此引导我们认识数学与世界的联系,形成正确的世界观.
(4)体会和欣赏数学美
思政元素之八:审美能力 数学也有自己的美学特征,通过审美教育,潜移默化地提高大学生的审美能力,激发创造性和求知欲,这样不仅强化了大学生对数学知识的理解,提高了大学生的数学应用能力,同时也培养了大学生的美学修养,促进大学生情感体验和人格个性的和谐发展.
数学中的美学领悟 数学美是无处不在的,数学知识中的数学意识和观念,例如,运动、优化、随机、对称、稳定、周期,等等,都会给人一种美学的领悟.大学生对数学的喜爱,可能是源自一道平面几何题目的证明.这种对科学问题的好奇,求解的欲望,解决之后的欢乐,是人生必不可少的体验.高等数学中的各种数学符号、数学定义的表述、逻辑证明的表达式、计算题的解题过程等,均体现了数学的简洁美与流畅美,例如,导数公
式展示了数学的简洁美;连续与间断、无穷大与无穷小、曲线的凹凸等概念,体现了数学概念中的对称美.不断揭示数学美的特点,有利于大学生在掌握数学知识,培养思维能力、探究能力、创造能力的同时,得到美的熏陶,提升审美能力,有利于促进大学生对美的追求,从而激发大学生的学习热情.
数学中的简约语言 用一个方程表达纷繁的数量关系,用坐标和图象指出问题的特征时,就进行了思想情操的陶冶和简约美的领悟.
(5)激发爱国情怀与培养社会责任感
思政元素之九:爱国情怀 高等数学是现代科学和技术的基础,对于国家的科技创新和经济发展具有重要意义.数学在航天、国防、经济等领域应用广泛,学习数学具有很强的重要性和紧迫性.
思政元素之十:责任意识 高等数学不仅具有学术价值,还具有广泛的社会应用价值,利用数学知识可以有效分析和解决一些社会问题,例如,环境保护、资源利用等,感知数学在实际生活中的应用,体悟数学应用价值,形成数学应用意识,激发大学生兴趣,不断提高大学生的社会责任感和使命感.
本书由郴州思科职业学院瞿汇颐老师、湖南铁道职业技术学院陈承欢教授、刘丽瑶老师共同编著,郴州思科职业学院的罗泽辉等老师、湖南铁道职业技术学院朱彬彬、张丽芳等老师参与了教学案例的设计与部分章节的编写、校对、整理工作.本书是郴州思科职业学院、湖南铁道职业技术学院与电子工业出版社校社合作的教学改革成果之一,本书在编写过程中,也得到了电子工业出版社多位编辑的悉心指导,在此一并表示感谢!
由于编者水平有限,教材中的疏漏之处敬请专家与读者批评指正.
编 者
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