口诀教学法在线性代数教学中的应用

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  【摘要】在线性代数教学中,运用口诀教学法提高教学效果.针对行列式性质、初等变换、矩阵乘法、求解线性方程组、初等变换法求逆等给出相应有效又简洁的口诀.
  【关键词】口诀;教学法;线性代数
  线性代数课程是理工科学生的基础课程,教学中发现学生在一些计算中容易弄混.尤其是新疆高校中少数民族大学生在学习线性代数中困难比较多.为了提高学生学习的兴趣,帮助学生掌握基本的计算方法,在教学中采用口诀教学法,取得了良好的效果.
  一、口诀教学法
  一些数学概念学生难以理解、记忆,如果用口诀或者顺口溜形式,既起到点石成金的效果,又能调节课堂教学气氛,达到让学生由“苦学”向“乐学”转变的效果.幽默风趣简洁明白的“口诀”,有利于学生对知识的记忆、理解和巩固.
  二、口诀教学法的使用
  (一)矩阵乘法口诀
  设矩阵Am×s=(aij)m×s,Bs×n=(bij)s×n和C=(cij)m×n,矩阵乘法AB=C,结果矩阵C的元素cij定义为
  cij=ai1b1j ai2b2j … aisbsj=∑sk=1aikbkj.
  定义式给学生解释为结果矩阵C中的元素cij是由前矩阵A的第i行与后矩阵B的第j列对应元素乘积的和.
  矩阵乘法的口诀为“矩阵乘法,一个式子两句话.一个式子是Am×sBs×n=Cm×n,两句话是‘前列=后行,前行×后列’”.对口诀的解释,通过式子明确乘积中三个矩阵的类型关系.两句话包含了三重意思,“前列=后行”是“前矩阵的列数等于后矩阵的行数”的简化,说明两个矩阵只有“前矩阵的列数等于后矩阵的行数”时相乘才有意义,即相乘这件事情可以做;“前行×后列”第一重意思是判定结果矩阵类型是“前矩阵的行数乘以后矩阵的列数”,明确结果矩阵的元素个数及排列方式,即知道相乘这件事情最终的结果形式;“前行×后列”第二重意思是说明如何相乘,是“取前矩阵的行与后矩阵的列对应元素乘积的和”的简化,即确定相乘这件事情过程如何做.
  通过口诀中两个式子包含的三重意思,引导学生遇到矩阵乘法时,一考虑能否相乘,是否有意义,二考虑结果类型,明确有多少个元素及相应位置,三是具体计算出元素进行填空.
  (二)行列式性质和初等变换中的口诀
  学习行列式的计算时,有性质“把行列式的某一列(行)的各元素乘同一数后加到另一列(行)对应的元素上去,行列式不变”.以数k乘第j行加到第i行,记作ri krj,计算过程写为D=ri krjD1,既行列式D经过计算得到行列式D1.对于这个性质的使用,口诀为“前变后不变,前者系数必须为1”.在计算过程ri krj中,ri是写在前面的,那么改变的是ri,其余的行不变;ri前面的系数必须为1,是为了保证前后矩阵D与D1的结果相同.
  學习矩阵的初等变换,“把某一行所有元素的k倍加到另一行对应的元素上去”,第j行的k倍加到第i行上,记作ri krj,计算过程写为Ari krjA1,既矩阵A经过变换得到矩阵A1,一般情况下矩阵A与矩阵A1不相等,中间的符号“→”表示变换的方向.矩阵的这个初等变换记忆口诀为“前变后不变,前者系数一般为1”.在计算过程ri krj中,ri是写在前面的,那么改变的是ri,其余的行不变;ri前面的系数一般为1,若写为lri krj,实际上可以看成是进行了两步初等行变换,第一步为lri,ri改变后进行第二步ri krj.
  对于“ri krj”这个写法,在行列式的性质和矩阵的初等变换中都出现,书写形式完全一致,理解上共同点都是“前变后不变”,区别是“前者系数是否必须为1”.在对概念理解的基础上,在计算中为防止混淆统一简单记忆为“前变后不变,前者系数为1”.
  (三)线性方程组求解
  线性方程组Ax=b的求解是线性代数教学中的一个重点,要求学生必须掌握.为了让学生能够快速掌握并且延长记忆时间,总结出线性方程组求解的口诀为“增广变最简,只用行变换,等价方程组,一般形式解,最后向量解”.口诀中“增广”是指线性方程组的增广矩阵(A,b),计算的第一步是“只利用行变换将增广矩阵变换为最简阶梯形”,简单记忆为“增广变最简,只用行变换”.第二步,利用得到的最简阶梯形作为增广矩阵写出原方程的等价最简方程组.第三步,写出方程的一般形式解.第四步,由一般形式解写出向量解.
  (四)初等行变换法求逆
  对n阶方阵A,利用行变换法求逆,口诀为“胖矩阵行变最简,左单位则右为逆”.首先构造“胖矩阵”(A,E),只利用行变换将(A,E)化为最简阶梯形.若最简阶梯形左半部分是单位矩阵,则右半部分是方阵A的逆矩阵.如果化为最简阶梯形,左半部分不是单位矩阵,则方阵A不可逆.在这里对矩阵(A,E)命名为“胖矩阵”,非常形象有趣,有利于学生记忆.对学生要强调必须是使用行变换,不能使用列变换,故口诀中是“行变最简”,即通过行变换化为最简阶梯形.
  三、口诀教学法的注意事项
  (一)口诀简单易记
  口诀内容文字尽量简单易记,能够突出重要信息,让学生在理解基本概念方法的基础上记忆.口诀不能带有歧义.比如求解线性方程组“增广变最简,只用行变换,等价方程组,一般形式解,最后向量解”,学生一般会记住第一步把增广矩阵化为最简阶梯形,但是个别学生会出现使用列变换的情况.所以口诀中强调“只用行变换”.
  (二)用口诀又不唯口诀
  并不是所有内容都可以用口诀表达,口诀在文字和格式上有一定的局限性,有些口诀不能全面或准确表达内容.口诀教学只是一种辅助性教学,必须适可而止.一堂优质课还要注意其他教学原则的贯彻、教学媒体的选择与教学方法的运用.
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