开源软件在大学数学教学的应用

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摘要：开源软件即开放源代码软件，指以网络技术为基础，遵循一定开源协议，以开放创新、共同创新为特点，遵循自由、共享、互利、进步精神理念的软件集合，开源软件一定是免费的，但免费的不一定是开源的。开源软件一方面本身可以降低老师教学和学习的费用，另一方面开源的这种精神理念也同时带给学生自由、向上、创新的正面引导。大学数学教学使用开源软件工具可以很好地辅助教学，同时使学生探究软件内部的运行机理和算法运用。本人以几个典型开源软件的使用为例，结合大学数学的特点，探讨其结合点，分析开源及免费软件在大学数学教学中的应用模式，以期提高教育质量和实现培养创新型人才。

关键词：开源；免费；数学教学

开源（Open-Source）源于软件行业，Linux操作系统目前是最大的开源软件。自从LinuxTorvaldsLinux以来，开源思想逐渐兴盛。如今，也有很多硬件开源，即硬件设计文件开源。在世界上，开源与闭源一直相互竞争、相互借鉴、相互促进，甚至某些方面，开源引领发展方向。此外，国际上相当一部分仿照开源协议的软件，非商用免费，这些优秀软件在教育等非商用行业发挥巨大作用。其中，对数学绘图而言，尤以Octave、gnuplot、GeoGebra为代表。Octave的使用风格和语法与MATLAB相似，功能强大，是数学分析、科学计算强大的工具，因此有大量书籍文献介绍。此外，Octave侧重分析、计算、仿真，有一定学习台阶，及时显示过程需要对图的大量配置，不利于即时演示。因此，这里介绍对数学教学演示相对有用的gnuplot和GeoGebra。

一、gnuplot与函数绘图

gnuplot是基于命令行的交互式绘图工具（command-driveninteractivefunctionplottingprogram），可以运行于多种操作系统环境，源代码可以自由分发。可以很容易通过逐步设置或修改绘图环境，并以图形描述数学函数和数据。由于其轻量化和强大功能，Octave也将其作为第三方绘图引擎。

二、GeoGebra-与基础数学

GeoGebra是一个自由且跨平台的动态数学软件，可以自由复制、分发。严格讲它并不是开源软件，但是它类似于开源软件，遵循一个非商用的授权协议GeoGebraNon-CommercialLicense，是一个非商用的免费软件。主要由美国佛罗里达州亚特兰大学的数学教授MarkusHohenwarter所设计的，主要提供各级教育部门使用，包含了几何、代数、表格、图形、统计和微积分等方面。全世界有数百万人使用。如函数f(x)=1/x，在classic界面输入后直接就可以显示函数图形，如果求取极限，则可输入Limit(f,a)，同时拖入a滑动条，a即成为可变量，Limit(f,a)即为求取函数在自变量为a的极限值。拖动a滑动条，则Limit(f,a)即时显示对应的极限值，如图1所示。另一种方法是在一条语句中列出约束条件，移动目标函数，查看极值。（如图2所示）GeoGebra是一个强大的数学软件，可以计算函数微积分和极值、解出方程的根，并且方便容易地显示出来。这些特点，可以很容易演示数学思想，并且适合从小学教育到大学教育中几乎所有的教学内容。

三、结束语

当前数学教学中，一方面，基于提前准备幻灯片式教学很难实时显示思维过程、也无法及时针对课堂情况改变；另一方面，基于板书的教学因教师字体习惯、写字速度、画图质量不同，导致教学质量因教师而异。无法便利、快速将解决问题的思路准确形象表述是数学教学的一大痛点。文章介绍的这两款软件，对计算机配置要求很低，学习门槛低，使用方便快捷，功能强大，绘图能力强大，是大学数学教学不可多得的优秀工具。此外，我国正在建设创新型国家，创建开放协同的科技创新体系。大学教学作为科技创新体系关键一环，是培养具有共享、进步精神人才的主力军。大学数学教育也有责任、有义务将开源免费带来的自由、分享、进步理念和精神融入教学，更好地传道、授业、解惑。

【参考文献】

[1]孔祥强.Maple软件在大学数学教学中的应用[J].赤峰学院学报(自然版),2016,32(3):6-8.

[2]陈永冰.开源软件scilab在大学物理教学中的应用研究[J].吉林省教育学院学报(中旬),2013(9):68-69.

[3]王绍恒,王艺静.Mathematica软件在大学数学课程教学中的应用[J].教育理论与实践,2013(21):41-42.

作者:史维娟 单位:陕西师范大学数学与信息科学学院