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一、精拟建模问题
问题是数学建模教与学的基本载体,所选拟问题的优劣在很大程度上影响数学建模教学目标能否实现,并影响学生对数学建模学习的态度、兴趣和信念。因此,精心选拟数学建模问题是数学建模教学的基本策略。鉴于高中学生的心理特点和认知规律,结合建模课程的目标和要求,选拟的建模问题应贴近学生经验、源自有趣题材、力求难易适度。
1.贴近学生经验
所选拟的问题应当是源于学生周围环境、贴近学生生活经验的现实问题。此类问题的现实情境为学生所熟悉,易于为学生所理解,并易于激发学生兴奋点。因而,有助于消除学生对数学建模的神秘感与疏离感,增进对数学建模的亲近感;有助于激发学生的探索热情,感悟数学建模的价值与魅力。
2.源自有趣题材
所选拟的问题应当源自富有趣味的题材。此类问题易于激起学生的好奇心,有助于维护和增强学生对数学建模课程的学习兴趣与探索动机。为此,教师应关注学生感兴趣的热点话题,并从独到的视角挖掘和提炼其中所蕴含的数学建模问题,选取学生习以为常而又未曾深思但结论却又出乎意料的问题。
3.力求难易适度
所选拟的问题应力求难易适度,应能使学生运用其已具备的知识与方法即可解决。如此,有助于消除学生对数学建模的畏惧心理,平抑学生源于数学建模的学习压力,增强学生对数学建模的学习信心,优化学生对数学建模的学习态度,维护学生对数学建模的学习兴趣。为此,教师在选拟问题时,应考虑多数学生的知识基础、生活背景及理解水平。所选拟的问题要尽量避免出现不为学生所熟悉的专业术语,避免问题过度专业化,要为学生理解问题提供必要的背景材料、信息与知识。
二、聚焦建模方法
数学建模方法是指运用数学工具建立数学模型进而解决现实问题的方法,它是数学建模教与学的核心,具有重要的教学功能。掌握一定的数学建模方法是实现数学建模课程目标的有效途径。为此,数学建模教学应聚焦于数学建模方法。
1.注重建模步骤
数学建模方法包含诸如问题表征、简化假设、模型构建、模型求解、模型检验、模型修正、模型解释、模型应用等多个步骤。数学建模教学中,教师应通过数学建模案例,注重对各步骤的基本内涵、实施技巧及各步骤之间的内在联系和协同方式进行阐释和分析,这是使学生从整体上把握建模方法的必要手段。有助于学生掌握数学建模的基本过程,有助于为学生模仿建模提供操作性依据,进而为学生独立建模提供原则性指导。
2.突出普适方法
不同的数学建模方法,其作用大小和应用范围也不同,譬如,关系分析方法、平衡原理方法、数据分析方法、图形(表)分析方法以及类比分析方法等均为具有统摄性和普适性的建模方法。教师应侧重对这些普适性的建模方法进行教学,使学生重点理解、掌握和应用。此外,分属于几何、代数、三角、微积分、概率与统计、线性规划等数学分支领域的建模方法等,尽管其普适性程度稍逊,但其对解决具有领域特征的现实问题却具重要应用价值,因而,教师也应结合相应数学领域内容的教学,使学生通过把握其领域特性及其所运用的问题情境特征而熟练掌握并灵活应用。
3.加强方法关联
许多现实问题的解决往往需要综合运用多种数学建模方法,因此,在数学建模教学中,应加强数学建模方法之间的关联,注重多种建模方法的综合运用。为此,应在加强各建模步骤之间联系与协调运用基础上,综合贯通处于不同层次、分属不同领域的数学建模方法,在建模各步骤之间、具体的建模方法之间、不同领域的数学建模方法之间进行多维联结,建立数学建模方法网络图,以使学生掌握数学建模方法体系,形成综合运用数学建模方法解决现实问题的能力。
三、强化建模策略
数学建模策略是指在数学建模过程中理解问题、选择方法、采取步骤的指导方针,是选择、组合、改变或操作与当前数学建模问题解决有关的事实、概念和原理的规则。数学建模策略对数学建模的过程、结果与效率均具有重要作用。学生掌握有效的数学建模策略,既是数学建模课程的重要教学目标,也是学生形成数学建模能力的重要步骤。因此,应强化数学建模策略的教与学。
1.基于建模案例
策略通常具有抽象性、概括性等特点,往往需要借助实例运用获得具体经验,才能被真正领悟与有效掌握。因此,数学建模策略的教学应基于对建模案例的示范与解析,使学生在现实问题情境中感受所要习得的建模策略的具体运用。为此,一方面,针对某特定建模策略的案例应尽可能涵盖丰富的现实问题,并在相应的案例中揭示该建模策略的不同方面,以为该建模策略提供多样化的情境与经验支持;另一方面,应对某特定建模案例中所涉及的多种建模策略的运用进行多角度的审视与解析,以厘清各种建模策略之间的内在联系。基于案例把握建模策略,将抽象的建模策略与鲜活的现实问题密切联系,有助于积累建模策略的背景性经验,有助于丰富建模策略的应用模式,有助于促进建模策略的条件化与经验化,进而实现建模策略的灵活应用与广泛迁移。
2.寓于建模方法
建模策略从层次上高于建模方法,是建模方法应用的指导性方针,它通过建模方法影响建模的过程、结果与效率。离开建模方法而获得的建模策略势必停留于表面与形式,难以对数学建模发挥作用。因此,应寓于建模方法获得建模策略。为此,应通过数学建模案例,解析与阐释所用策略与方法之间的内在联系与协同规律,使学生掌握如何运用建模方法,知晓何以运用建模方法,从而获得具有“实用”价值的数学建模策略。
3.联结思维策略
思维策略是指问题解决思维活动过程中具有普适性作用的策略。譬如,解题时,先准确理解题意,而非匆忙解答;从整体上把握题意,理清复杂关系,挖掘蕴涵的深层关系,把握问题的深层结构;在理解问题整体意义基础上判断解题的思路方向;充分利用已知条件信息;注意运用双向推理;克服思维定势,进行扩散性思维;解题后总结解题思路,举一反三等,均为问题解决中的思维策略。思维策略是数学建模不可或缺的认知工具,对数学建模具有重要指导作用。思维策略从层次上高于建模策略,它通过建模策略对建模活动产生影响。离开思维策略的指导,建模策略的作用将受到很大制约。因此,在建模策略教学中,应结合建模案例,将所用建模策略与所用思维策略相联结,以使学生充分感悟思维策略对建模策略运用的指引作用,增强建模策略运用的弹性。
四、注重图式教学
数学建模图式是指由与数学建模有关的原理、概念、关系、规则和操作程序构成的知识综合体。具有如下基本内涵:是与数学建模有关的知识组块;是已有数学建模成功案例的概括和抽象;可被当前数学建模问题情境的某些线索激活。数学建模图式在建模中具有重要作用,影响数学建模的模式识别与表征、策略搜索与选择、迁移评估与预测。因此,应注重数学建模图式的教与学,为此,数学建模教学应实施样例学习、开展变式练习、强化开放训练。
1.实施样例学习
样例学习是向学生书面呈现一批解答完好的例题(样例),学生解决问题遇到障碍或出现错误时,可以自学这些样例,再尝试去解决问题。样例学习要求从具有详细解答步骤的样例中归纳出隐含其中的抽象知识与方法来解决当前问题。在数学建模教学中实施样例学习,学习和研究别人的已建模型及建模过程中的思维模式,有助于使学生更多地关注数学建模问题的深层结构特征,更好地关注在何种情况下使用和如何使用原理、规则与算法等,从而有助于其建模图式的形成。在实施样例学习时,应注重透过建模问题的表面特征提炼和归纳其所蕴含的关系、原理、规则和类别等深层结构。
2.开展变式练习
通过样例学习而形成的建模图式往往并不稳固,且难以灵活迁移至新的情境。为此,应在样例学习基础上开展变式练习,通过多种变式情境的分析和比较,排除具体问题情境中非本质性的细节,逐步从表层向深层概括规则和建构模式,不断地将初步形成的建模图式和提炼过的规则和模式内化,以形成清晰而稳固的建模图式。开展变式练习时,应注重洞察构成现实情境问题的“数学结构框架”,从“变化”的外在特征中鉴别和抽象出“不变”的内在结构。
3.强化开放训练
数学建模具有结构不良问题解决的特性。譬如,条件和目标不明确;“简化”假设时需要高度灵活的技巧;模型构建需要基于对问题的深邃洞察与合理判断并灵活运用建模方法;所建模型及其形式表达缺乏统一标准,需要检验、修正并不断推广以适应更复杂的情境;有并非唯一正确的多种结果和答案等等。鉴于此,数学建模教学中应强化开放训练,以促进学生形成概括性强、迁移范围广、丰富多样的建模图式。为此,应通过改变问题的情境、条件、要求及方法来拓展问题。即对简化假设、建模思路、建模结果、模型应用等建模环节进行多种可能性分析;将问题原型恰当地转变到某一特定模型;将一个领域内的模型灵活地转移到另一领域;将一个具体、形象的模型创造性地转换成综合、抽象的模型。在上述操作基础上,对建模问题进行抽象、概括和归类,从一种问题情境进行辐射,并以此网罗建模的不同操作模式,从而使学生形成关于建模图式的体系化认知,进而提升建模图式的灵活性和可迁移性。
五、活化教学方式
鉴于数学建模具有综合性、实践性和活动性特征,因而其教学应体现以学生为认知主体,以运用数学知识与方法解决现实问题为运行主线,以培养学生数学建模能力为核心目标。为此,应灵活采取激励独立探究、引导对比反思、寻求优化选择等密切协同的教学方式。
1.激励独立探究
数学建模教学中,教师应首先激发学生独立思考、自主探索,力求学生找到各自富有个性的建模思路与方案。诚然,教师和教材的思路与方案可能更为简约而成熟,然而,学生是学习的主体,其获得的思路与方案更贴近学生自身的认知水平。因此,教师应给予学生独立思考的机会,激励学生个体自主探索,尊重学生的个性化思考,允许不同的学生从不同的角度认识问题,以不同的方式表征问题,用不同的方法探索问题,并尽力找到自己的建模思路与方案,以培养学生独立思考的习惯和探究能力。
2.引导对比分析
在激励学生探寻个性化的建模思路与方案基础上,教师应及时引导学生对比分析,归纳出多样化的建模思路与方案。为此,应将提出不同建模方案的学生组成“异质”的讨论小组,聆听其他同学的分析与解释,对比分析探索过程、评价探索结果、分享探索成果,以使学生认识从不同角度与层次获得的多样化方案。引导学生对比分析,既展现了学生自主探索的成果,又发挥了教师组织引导的职能,还使学生获得了多元化的数学建模思维方式。
3.寻求优化选择
在获得多样化的建模方案基础上,教师应继续引导全班学生对多样化的建模方案进行观察与辨析,使学生在思维的交流与碰撞中,感受与认知其它方案的优点和局限,反思与改进自己的方案,相互纠正、补充与完善,寻求方案的优化选择。引导学生寻求优化选择,不仅仅是求得最优化的结果,还是发展学生数学思维、培养学生创新意识的有效方式。在此过程中,教师应与学生有效互动,深度交流,汲取不同方案的可取之点与合理之处,以做出优化选择。
上述数学建模教学策略之间存在密切联系。精拟建模问题是有效实施数学建模教学的载体;聚焦建模方法是有效实施数学建模教学的核心;强化建模策略是有效实施数学建模教学的灵魂;注重图式教学是有效实施数学建模教学的依据;活化教学方式是有效实施数学建模教学的保障。在数学建模教学中,诸策略应有机结合,协同运用,以求取得最佳效果。
参考文献
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一、数学建模的概念
数学建模,即构造数学模型.具体地说,就是将某一领域或部门的某一个实际问题,经过抽象、简化、明确变量和参数,并依据某种规律建立变量和参数间的明确关系(数学模型),然后求解该问题,并对结果进行解释和验证,如果正确,则可投入使用,否则将重新对问题的假设进行改进,多次循环,直至正确.
二、数学建模的一般步骤
通常来说,建立数学模型的具体方法和步骤一般没有一定的模式,但一个理想的数学模型应能反映数学问题的全部重要特征,满足问题的全部条件和要求,并且还要求能够使用数学方法求解.这里所说的建模步骤,只是大体上的规范,实际操作中应针对具体问题作具体分析,灵活运用.
1.问题分析.根据对数学问题的认识,分析问题的因果关系,找出问题反映内部机理的规律,所建立的模型常有明确的目的或现实意义.
2.模型假设.分析处理数据、资料,确定现实原型的主要因素,抛弃次要因素,对问题进行必要的简化,用精确的语言找出必要的假设,这是非常关键的一步.
3.模型建设.实际问题通过抽象、简化、假设,确定变量;建立数学模型并用中学数学的基本方法和基本思路来求解;用实际数学问题的初始条件和初始数据等来检验该初等数学模型;做好总结,对模型作进一步的分析,提高认识和解决问题的能力.
三、数学建模的方法
建模的过程大体经过分析与综合、抽象与概括、比较与类比、系统化与具体化阶段,有时还要经过想象与猜测、直感与顿悟阶段.从逻辑思维来讲,抽象、归纳、演绎、类比、模拟、移植等逻辑思维方法都要大量采用, 因此,为了培养建构数学模型的能力,除了加强逻辑思维能力和非逻辑思维能力的训练与培养外,还要尽量掌握一些有关自然科学、社会科学等方面的基本原理、定律和方法,同时也要加强对数学知识和方法的学习与掌握.
四、数学建模在高中数学教学中的应用
例如,为了保护环境,实现城市绿化,房地产公司决定在拆迁地长方形ABCD处规划一块长方形地面建造住宅小区公园,公园一边落在CD上,但不能超过文物保护区AEF的红线EF,问:如何设计才能使公园占地面积最大.设 AB=CD=200m,BC=AD=60m,AE=60m,AF=40m.
分析:以CD为一边建造公园小区,又不能越过EF,因此公园小区的一角只能落在EF上,为此,以A为原点,AB方向为x轴,AD方向为 y轴建立直角坐标系,在线段EF上取一点P,则公园面积取决于P点的位置.
直线EF的方程是:x60+y40=1.
设点P的坐标为(x,40-2x3),则长方形公园的面积为
S=(200-x)[160-(40-32x)] (0≤x≤60)
=-23x2+403x+24000
=-23(x-10)2+24000+2003.
当x=10,y=3100时,Smax≈24067m2.
又如,把一块长为a,宽为b(a>b)的木板的两条对边紧靠着屋内两堵互相垂直的墙角,使地面,木板,墙面围成一个直三棱柱.怎样围体积最大?
分析:若使木板长为a的边在地面上,地面直角三角形的一个锐角为α,则α∈(0,π2),且围成的直三棱柱体积为V=12asinα·acosα·b=14a2bsin2α,故当α=π4时,V(最大值)=14a2b.
类似地,若使木板长为b的边在地面上,可得体积V(最大值)=14b2a.
a>b,
V(最大值)=14a2b.
目前,开设“数学建模”课程的院校越来越多,但是通过调查我们发现效果并不是很理想,学生用数学解决实际问题的能力并没有得到很大程度上的提高。经过深入的调查和分析,我们发现主要有以下几个方面的问题。
首先,学生缺乏良好的基础。建立数学模型解决各种实际问题,需要开放式的数学建模思维,需要善于联想发散的创新意识,需要坚持不懈的顽强毅力,需要合理分工团结合作的协助能力。而这些往往都不是传统课程教学中所侧重的,在从小学到大学的传统数学课上,学生从课堂上学到的可能更多的是具体的知识方法,做的可能更多的是有固定解法有正确答案的数学题。因此数学建模课程的基础要求与培养目标和学生的建模基础之间存在巨大的差距。所以没有好的学习基础,不能得到好的学习效果也就是很自然的事情了,在仅仅一门“数学建模”课上进行弥补也是几乎不太可能的事情。
其次,教师普遍缺乏开展研究性教学的经验。数学建模的教学是一种以学生为主体的创造性研究性学习。与传统数学教学以知识为中心不同,数学建模的教学强调让学生亲身体验如何“用数学”、如何抓住主要因素简化问题将实际问题化为数学问题,在实践中感受数学建模的思想,体会运用数学的力量。因此,数学建模教师在教学中不能只关注学生的学习结果,更应该重视学生在学习过程中的情感和体验,重视培养学生的直觉思维。而这些可能是目前教师所缺乏的,或者是教师在教学过程中很容易忽视的,需要我们的教师在教学过程中重视,采用恰当的教学模式教学手段,充分调动学生的学习积极性,强化实践教学,让学生在大量实践中学会建模。
再次,目前缺乏系统的适合不同层次学生学习的数学建模教材。现有的新编的数学建模教材大多面向数学建模竞赛培训,案例一般相对比较复杂,初学者学起来会比较困难,不适合初学者进行学习,也有一些早期的数学建模教材案例大多比较简单,但大多与时代脱节,不能有效的激发学生的学习兴趣。最后,部分学校存在功利意识。数学建模教育的目的在于激发学生主动探究问题的积极性,培养学生的创新精神和研究问题的科学性,而科学研究和创新往往不是在短期内就可以看到好的成果的,数学建模教育应该重视的是学生参与建模实践的过程,在实践中体会一种用数学解决实际问题的意识,想用数学会用数学创造性的解决实际问题,从而带来能力上的提高。各种数学建模竞赛只是给学生提供更多实践机会的一个平台,能否获奖不应该是我们建模教学的根本目的,重要的是在参与的过程中,学生体会到了什么,学到了什么?但在部分学校,目前出现了重建模竞赛轻建模教学的情况,重视赛前对重点学生的突击培训,轻视在平时对所有学生的常规建模教学工作,甚至出现了,为了获奖由老师捉刀的情况,从建模能力培养上,学生自然也就不会有多大的收获。
二、数学建模的教学策略
数学建模的教学是一个系统工程,不应该简单的只是开设一门课的问题,从学生建模意识的渗透,到教师教法的研究和教学内容的恰当选取,到学校各方面的正确认识和重视,都是构建合理有效的数学建模策略所需要考虑的问题。
首先,我们要通过多种渠道分层次开展数学建模的思想和方法的推广和教学。数学建模课程的学时是十分有限的,而且“用数学”的思维习惯的养成也不是短时间内就可以完成的事情。所以数学建模思想的推广不能仅限于数学建模课,应该通过多种渠道分层次的在整个大学期间进行不断的渗透和强化,只有这样才能达到培养学生创新思维,提高学生用数学解决实际问题的能力。我们可以尝试在高等数学,线性代数等数学类基础课上渗透数学建模的思想和方法。教师可以结合数学课的教学内容,举一些简单的、离学生生活较近的数学建模题目的例子,对数学建模的概念、步骤和方法进行讲解,并可以适当的采用matlab等数学软件用加深学生的直观影响。这样做不仅可以提前对学生进行数学建模的启蒙,也让数学类基础课的教学更加生动有趣。同时我们还可以借助学生社团的力量,在课外开展数学建模讲座和数学建模兴趣小组等活动,这对于维持学生的学习积极性体会数学建模的魅力也是非常有益的。总之,数学建模的教学一定不能局限于一个学期的课堂教学,最好能通过各种途径贯彻始终。
其次,我们要重视数学建模课主讲教师的培养。建模比赛中获过奖或者指导过学生获奖的教师也不一定能教好数学建模课,不一定能使学生的建模能力得到普遍的提高。要成为一名优秀的建模教师,需要更新教育教学观念,改变以学生为中心的教学模式,多与其他院校的建模老师交流,学习他人的成功教学模式和教学经验,还需要扩展教师的知识体系,才能驾驭开放的建模问题,最重要的是提高教师的敬业精神和教学团队的合作精神,和其他课程的教学相比较,数学建模的教学需要教师付出大量课外的劳动,没有团结合作,拼搏奉献的教学队伍,是不可能开展好数学建模的教学工作。
关键词:数学建模;最优化问题;金融与经济;估算与测量
中图分类号:G640文献标志码:A文章编号:1673-291X(2011)18-0321-02
数学来源于生活,又服务于生活。生活中的数学建模涉及到的问题比较贴近我们的实际,具有一定的实践性和趣味性,所需知识以初等数学为主,较容易入手与普及。因此,生活中的数学建模应成为培养大众数学应用意识、提高学生数学思维水平、分析和解决实际问题的能力的重要途径。
本文拟将初等数学知识与生活中的实际问题相结合,对几种常见类型的建模技巧进行简要的分析、归纳。
一、基本概念
数学模型:把某种事物系统的主要特征、主要关系抽象出来,用数学语言概括地或近似的表述出来的一种数学结构。它是对客观事物的空间形式和数量关系的一个近似的反映。
数学建模:建立数学模型解决实际问题过程的简称。
二、建模步骤
这里所说的建模步骤只是大体上的规范,实际操作中应针对具体问题作具体分析,灵活运用。数学建模的一般步骤如下:
1.准备模型。熟悉实际问题,了解与问题有关的背景知识,明确建模的目的。
2.建立模型。分析处理已有的数据、资料,用精确的数学语言找出必要的假设;利用适当的数学工具描述有关变量和元素的关系,并建立相应的数学模型(如方程、不等式、表格、图形、函数、逻辑运算式、数值计算式等)。在建模时,尽量采用简单的数学工具,以使模型得到更广泛的应用与推广。
3.求解模型。利用数学工具,对模型进行求解,包括解方程、图解、逻辑推理、定理证明、性质讨论等。对模型求解的结果进行分析,根据实际问题的性质分析各变量之间的依赖关系,有时需要根据所得结果给出数学式的预测和最优决策、控制等。
4.检验模型。把模型分析的结果返回到实际应用中,用实际现象、数据等检验模型的合理性和实用性,即验证模型的正确性。通常,一个成功的模型不仅能够解释已知现象,而且还能预言一些未知现象。
如果检验结果与实际不符或部分不符,而且求解过程没有错误,那么问题一般出在模型假设上,此时应该修改或补充假设。如果检验结果与实际相符,并满足问题所要求的精度,则认为模型可用,便可进行模型应用与推广。
三、分类讨论
我们将按照初等数学知识在不同生活领域的应用,也即生活中的数学建模的不同题型作分类讨论。本文节选三类问题进行分析:最优化问题;金融与经济;估算与测量。
(一)最优化问题
最优化应用题包括工农业生产、日常生活、试验、销售、投资、比赛等方面,分最值问题、方案优化的选择、试验方案的制定等类型。对于最值问题,一般建立函数模型,利用函数的(最值)知识转化为求函数的最值;而对于方案的优化选择问题是将几种方案进行比较,选择最佳的方案。
例1(客房的定价问题):一个星级旅馆有150个客房,每间客房定价相等,最高定价为198元,最低定价为88元。经过一段时间的经营实践,旅馆经理得到了一些数据:每间客房定价为198元时,住房率为55%;每间客房定价为168元时,住房率为65%;每间客房定价为138元时,住房率为75%每间客房定价为108元时,住房率为85%.欲使旅馆每天收入最高,每间客房应如何定价 ?
分析与思考:
据经理提供的数据,客房定价每下降30元,入住率即提高10个百分点。相当于平均每下降1元,入住率提高1/3个百分点。因此,可假设随着房价的下降,住房率呈线性增长。
这样,我们可通过建立函数模型来求解本题。设y表示旅馆一天的总收入,与最高价198元相比每间客房降低的房价为x元,可建立数学模型:
y=150×(198-x)×0.55+x
解得,当x=16.5时,y取最大值16 471.125元,即最大收入对应的住房定价为181.5元。如果为了便于管理,定价为180元/(间•天)也是可以的,因为此时总收入y=16 470元,与理论上的最高收入之差仅为1.125元。
本题建模的关键在于:根据房价的降幅与住房率的升幅关系,假设两者存在着线性关系。
(二)金融与经济
现代经济生活中,人与金融之间的关系日益密切。金融类的题目注重了针对性、典型性、新颖性和全面性,因而对数学素质方面的要求就更高。
涉及金融与经济的建模题常见的有投资问题、住房贷款问题、分期付款问题、证券问题等。一般的做法是通过数学建模将此类题型转化为初等数学中的常用知识点来解决,如数列问题、幂函数问题、不等式问题等。
例2(购房贷款):小李年初向银行贷款20万元用于购房。已知购房贷款的年利率优惠为10%,按复利计算。若这笔贷款要求分10次等额归还,每年一次,并从借款后次年年初开始归还,问每年应还多少元(精确到1元) ?
分析与思考:
已知贷款数额、贷款利率、归还年限,要求出每年的归还额。本题即可化为求每年的归还额与贷款数额、贷款利率、归还年限的关系。
不妨先把这个问题作一般化处理。设某人向银行贷款元M0,年利率为α,按复利计算(即本年的利息记入次年的本金生息),并从借款后次年年初开始每次k元等额归还,第n次全部还清。那么,一年后欠款数M1=(1+α)M0-k
两年后欠款数M2=(1+α)M1-k =(1+α)2M0-k[(1+α)+1]
………………
n年后欠款数Mn=(1+α)Mn-1-k=(1+α)M0-
由Mn=0可得k=
这就是每年归还额与贷款数额、贷款利率、归还年限之间的关系式。
对于上述购房问题,将α=0.1,M0=200 000,n=10代入得
k= ≈32 549.6(元)
故每年应还32 550元。
本题建模的关键在于:将求每年的归还额与贷款数额、贷款利率、归还年限的关系化为数列计算问题。
(三)估算与测量
估计与测量是数学中最古老的问题。估算与测量类的建模题,其背景包括人们日常生活和生产、科学技术等方面的一些测量、估算、计算。
对于估算与测量的题目,一般要先理解好题意,正确建模,然后通过周密的运算,找出结论。这类题目常常可转化为函数、不等式、数列、二项式定理展开式、三角函数等知识进行处理。
例3(挑选水果问题):上街买水果,人们总喜欢挑大的,这是否合理呢 ?
分析与思考:
从什么角度来分析此问题呢 ?要判断合理与否,首先要明确判断的标准。一般来说,买水果主要供食用。故下面从可食率这个角度加以分析。
水果种类繁多,形状各异,但总的是近似球形居多。故可假设水果为球形,半径为R,建立一个球的模型来求解此题。
挑选水果的原则是可食率较大。由于同种水果的果肉部分的密度分布均匀,则可食率可以用可食部分与整个水果的体积之比来表示。分以下几种不同类型的水果分别剖析:
1.果皮较厚且核较小的水果,如西瓜、橘子等。同类水果的皮厚度差异不大,假设是均匀的,其厚为d,易得
可食率==1-3
2.果皮较厚且有核(或籽集)较大的水果,如南方的白梨瓜等。此类水果计算可食率时,不但要去皮且要去核。设核半径为kR(k为常数,0
可食率==1-3-k3
上两式中,d为常数,当R越大即水果越大时,可食率越大,越合算。
3.有些水果尽管皮很薄,但考虑卫生与外界污染,必须去皮食用,如葡萄等。此类水果与(1)类似,可知也是越大越合算。
本题建模的关键在于:从可食率入手,利用水果的近似球形,建立一个球的模型,将求可食率的大小转化为求关于水果半径R的单调性。
生活中的数学建模是在实际问题与初等数学知识之间架起一座桥梁,使初等数学知识在不同领域的应用得以生动地展示,再现数学知识的产生、形成和应用的过程。
我们的数学建模应该密切关注生活,将知识综合拓广,使之立意高,情境新,充满时代气息。这对培养思维的灵活性,敏捷性,深刻性,广阔性,创造性是大有益处的。
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一、应用数学中的数学建模思想基本概述
数学建模思想不仅是一种数学思想方法,还是一种数学的语言方法,具体而言,它是通过抽象、简化建立能近似刻画并解决实际问题的一种强有力的数学工具,而这种刻画的数学表述就是一个数学模型。数学建模是解决各种实际问题的一种数学的思考方法,它从量和形的侧面去考察实际问题,尽可能通过抽象、简化确定出主要的变量、参数,应用与各学科有关的定律、原理,建立起它们之间的某种关系,即建立数学模型;然后用数学的方法进行分析、求解;然后尽可能用实验的、观察的、历史的数据来检验该数学模型,若检验符合实际,则可投入使用,若不符合实际,则重新考虑抽象、简化建立新的数学模型。由此可见,数学建模是一个过程,而且是一个常常需要多次迭代才能完成的过程,也是反映解决实际问题的真实的过程。
数学建模思想运用于应用数学之中,不仅有利于改变传统的以老师讲授为主的教学模式,调动学生自主学习的积极性,还有利于全面提升学生的应用数学的综合运用能力,同时还能培养学生的独立思维能力和创新合作意识。而且,数学建模是从多角度、多层次以及多个侧面去思考问题,有利于提高学生的发散思维能力,在数学建模的科学实践过程中,还能锻炼学生的实践能力,是推行素质教育的有效途径。
二、在应用数学中贯彻数学建模思想的措施分析
1.将数学应用与理论相结合,深入贯彻数学建模思想
将数学应用与理论相结合,深入贯彻数学建模思想,是提高应用数学教学效率的重要途径。在应用数学教学过程中,如果涉及到相关的数学概念问题,应该通过学生的所熟悉的日常生活实例以及所学的专业相关实例来引出,尽量避免以教条式的定义模式灌输数学概念,努力结合相关情境,以各种背景材料位辅助,通过自然的叙述来减少应用数学的抽象概念,使其更加简明化、具体化。而且,用学生经常接触或者熟识的相关案例,不仅能帮助学生正确的理解数学概念,还能拓展学生的数学思维,贯彻数学建模思想,提高应用数学整体的教学效果。
2.积极开展应用数学相关的实践活动,交流数学建模方法
在应用数学教学过程中,可以通过适当的开展应用数学专题讲座、专题讨论会、经验交流会,或者是成立数学建模小组等,促进一些建模专题的讨论和交流,比如说:“图解法建模”、“代数法建模”等,在交流中研究分析数学建模相关问题,理解一些数学建模的重要思想,掌握数学建模的基本方法。而且,在日常生活中,也可以引导学生深入生活实践去观察,选择时机的问题进行相关的数学建模训练,让学生在数学建模实践活动中不断的去摸索、去创新、去发展,以此来不断的拓展学生的视野,增长学生的数学建模知识,积累数学建模经验。而且,在具体的实践活动中,通过交流合作,还能及时的反馈相关的问题,调动学生学习的积极主动性,深化数学建模思想,丰富数学建模方法,进而促进数学建模方法在应用数学中的综合运用,大大提高数学教学的效率。
3.用数学建模思想丰富应用数学教学内容
应用数学的教学通常是以选择一个具有实际意义的问题为出发点,进而把相关的实际问题化为数学问题,也就是通过综合实际材料,用数学语言来描述实际问题,在建立数学模型。再者就是相关数学材料的逻辑体系构建,通过定义数学概念,在经过一定的运算程序,推出数学材料的基本性质,然后建立相关的数学公式和定理。最后,就是将数学理论运用到实际问题中去,利用数学建模思想理论知识来解决实际问题。而这一整体过程,实际上就是数学建模的全过程,用数学建模思想丰富应用数学教学内容,需要我们转变传统的教学观念,在全新的数学建模思想的引导下,来构建应用数学教学的系统化内容体系,丰富教学内容,提高教学质量。
4.通过案例分析,整合数学建模资料
数学老师在教授应用数学相关章节的知识点后,需要关注数学理论的实际运用,这时候老师就可以通过收集一些能运用到课堂教学中来的数学建模资料,在对建模资料进行系统的整合,尽量采用大众化的专业知识,结合相关的案例分析,简化应用数学问题。比如说,数学教师可以选择数量关系明显的实际问题,结合生活实际案例,简化数学建模的方法和步骤,培养学生的初步数学建模能力。
关键词:初中数学;建模教学;应用数学意识
在数学教学中,建模教学即引导学生应用数学、做数学与学习数学的过程,这是培养学生应用数学意识、提高学生创新能力、提升学生综合素质的有效方法。所以,在初中数学教学中,教师应重视数学建模教学,以培养学生应用数学意识,提高学生建模能力。这就需要教师更新教育观念,增强自身建模意识,认真研读教材,巧妙渗透数学建模思想,并将教学与实际生活有机结合起来,以真正提高学生数学应用能力。
一、立足课本,培养学生建模意识
在初中数学教学过程中,学生建模能力的提高是一个逐渐过程,非一朝一夕之事。这就需要教师在平时教学中注意渗透数学建模思想,培养数学建模意识,让学生逐渐提高建模能力,形成应用数学意识。这要求教师将数学建模教学与课本有机结合起来展开认真研读,明白在每一章节教学中可渗透哪些数学模型问题,如几何图形模型(测量、航海等应用性问题,需构建几何模型,将其转化成三角函或几何问题进行求解)、函数模型(最大利润、最小成本等问题)、不等式模型(如方案设计,优化选择等问题)等,然后将数学建模教学融入整个教学过程,让学生自然而然地培养建模与数学应用意识。
同时,在数学建模教学中,教师需要由教学内容入手,以书本内容为出发点,联系实际生活,以教材内容为载体,设计或优选与教材相关的生活化数学建模问题,为数学知识提供生活原型,帮助学生以数学角度来思考实际问题,培养数学应用意识。亦或将教材中的一些习题、例题等改编为数学应用问题,以逐渐增强学生数学建模能力,增强学生应用数学意识。如学习一次函数这一知识点后,教师可构建实际模型。如:以下是两套符合要求的课座椅高度表格。
课桌高 45厘米 40厘米
椅子高 85.5厘米 76㎝厘米
当前有一张高度为78.2厘米的课桌与一把高度为42厘米的椅子,请问桌子与椅子是否配套?并说出理由。由于学生阅历不深,难以将数学原理与实际问题相联系,因而不少学生看不懂题目,于是难以构建模型,因此,若想培养学生数学应用意识,提高学生建模意识,则需由学生较为熟悉的生活问题入手,以增强学生成功体验,逐渐提高学生建模能力。
二、注意知识过程教学,提高学生建模能力
由知识本身看,其形成与发展过程则蕴涵着一定的数学建模思想。所以,在初中数学教材中,侧重由运算意义切入加以思考,展开教学,而并非建立应用题教学单元。同时,注重教学与生活的联系,引导学生在学习基础知识与技能的过程中,善于由数学角度来发现、提出、分析问题,并运用数学知识来加以解决,以形成数学应用意识。事实上,由计算本身看,也是源于实际背景。当我们学习新内容时,则需创设一定情景,当学生对这个情景进行抽象时,他们则会经历构建数学模型的学习过程。尽管建模的主要目的是服务于问题的解决,然而对初中生而言,他们学习数学建模的主要目标是形成数学应用意识,学习数学建模方法,而并非解决生活生产问题。所以,在初中数学建模教学中,教师需要注意过程教学,注意教授学生方法,让学生学会将知识与方法加以应用与转化,而不是侧重讲解建模结果,忽视建模过程。
例如:某校修建花坛,于是组织65名团员搬砖,其中男生每人一次搬砖8块,女生则每人一次搬砖6块,各搬了4次,一共搬砖1800块。请求出团员中男生的人数。首先是审题,教师需要引导学生学会读题,以抓住关键词句与有用信息,尤其是包含等量关系的字词,避免无用信息的干扰,构建正确等量关系。其次,设元,即找到已知量与未知量,然后设出未知数。该题中因男女生人数未知,可设有x名男生,那么女生有(65-x)名,已知均搬了4次,并且总共搬砖1800块,然后可构建方程模型,列出一元一次方程进行求解。接着列方程求解。即通过代数式体现等量关系中的每一基本关系,求解方程。最后反思建模环节。当做完题目之后,教师需要引导学生思索该题是不是具备典型性特征。先由题目环境出发,此处并不适合常规应用题分类,而后由构建等量关系切入,“共”为关键词,该题是通过总分量相等于各分量之和进行求解的。这一方法在后面的二元一次方程组中被提及到。因此,当把握这类题目的基本模型后,无论题目如何变化,均可转化成熟知原型,从而提高学生建模能力与数学应用意识。
数学建模就是把现实世界的一个实际问题,为了一个特定目的,根据特有的内在规律,做出一些必要的简化假设,用适当的数学方法归结为数学问题,建立起描述各相关量之间关系的数学式,然后运用计算技术、计算机和相应软件在内的计算工具,快速准确地计算出符合实际问题的解答。数学建模的基本步骤包括模型准备、模型假设、构造模型、模型求解、模型分析、模型检验和模型应用。
2通过数学建模活动可以培养学生的综合能力
数学建模是对现实世界中所遇到的客观事物进行具体构造数学模型的过程。数学建模主要是通过对实际问题的抽象、简化、确定变量和参数,并建立起变量和参数间的确定的数学问题,求解该数学问题。通过数学建模活动可以培养大学生的综合能力,有利于培养学生的自学能力、逻辑思维能力、创造能力、沟通能力和团队协作能力。
2.1通过数学建模活动可以培养大学生的自学能力
在进行数学建模之前需要学生有丰富的知识储备,自学其他学科的内容。数学建模所要解决的问题大都来自工农业生产、经济、环境、生态、医疗、金融和保险等领域中的实际问题。这些问题有很强的实际背景,往往涉及多学科的知识。要解决这些问题学生们首先要对这些问题所涉及的某些学科有一定的了解。而在现有的教学体制下,学生的知识结构比较单一,他们往往只对自己所学的专业比较了解。而通过数学建模活动来解决这些实际问题,有助于激发学生们的学习兴趣,唤起他们的求知欲望,发挥他们的主观能动性积极地自学与所要研究的问题相关的其他学科的内容。在进行数学建模之前需要学生自学计算机编程语言。计算机技术在二十世纪末得到了空前的发展。特别是在近几十年其计算的精度和智能程度上有了很大的提高。在此基础上开发的数学软件具备了强大的计算功能。现在的许多计算机软件不仅可以准确的计算线性方程和非线性方程的解,而且还可以求解非常复杂的数学模型,甚至可以完成对模型的检验和评价以及根据检验和评价结果对模型进行进一步的修正,最终得到问题的优化解。可以说计算机软件,是我们通过数学建模解决实际问题非常有效的工具。对于许多高校大学生来说,大都学习了C语言,但是对于数学建模来说,仅仅掌握C语言是远远不够的。如果想通过数学建模更快的解决实际问题,得到更加优良的解决方案,要求学生自学许多更加实用、运算速度更加快和针对性更强的计算机编程语言比如Matlab、Mathmatica、Maple等软件。
2.2通过数学建模活动可以培养大学生的逻辑思维能力和创新能力
数学建模所解决的是一些非常实际的问题。这些实际问题里面隐藏着影响问题解决的因素和这些因素之间的联系。学生经过对这些复杂实际问题的认真分析后,首先从中找出影响问题解决的所有因素;结合实际问题的具体情况对所有因素进行判别,舍去次要的因素,保留最重要的因素;之后把这些最重要的因素抽象成变量,并且结合实际情况确定变量的变化区间;然后找出各个变量之间的关系,建立它们之间的函数关系,这个函数关系就是数学模型;最后通过计算机编程对所得到的数学模型进行模拟,对得到的数学模型进行评价、修正,找到最适合实际要求的数学模型。数学建模的过程是一个创造性思维的过程。它要求学生认真审视所研究的问题,透过事物繁杂的现象找到影响事物发展最重要的因素之间的关系,并且用最简单的数学语言表现出这种关系。通过数学建模把一个非常复杂的实际问题抽象成简单的只包含一些变量的数学公式。在整个数学建模的过程中学生经过观察、比较、分析、综合、抽象、概括、判断、推理,采用科学的逻辑方法,准确而有条理的表达自己的思维。在整个过程中学生都在积极的思考问题、解决问题,通过创新地应用自己已有的知识和所掌握的方法去解决未知的问题。在整个建模过程中学生发挥自己的想象力、洞察力、逻辑思维能力、创造力来解决实际问题。因此通过数学建模活动可以很好的培养学生的逻辑思维能力和创新能力
2.3通过数学建模活动可以培养大学生的沟通能力和团队协作能力
需要解决的实际问题越来越复杂,单凭一个的力量是很难完成对实际问题的数学建模,这就需要多个人组成一个团队,互相影响,互相协调,互相帮助,发挥团队的力量、协同作战,最后共同完成建模任务。这样在整个建模过程中,需要每个队员有良好的人际沟通能力和团队协作能力。参加数学建模活动有利于培养学生良好的人际沟通能力。沟通能力是学生顺利完成数学建模的必备能力。在建模过程中,首先要以积极地态度、用恰当的方式、准确的语言把自己对问题的看法和见解向自己的队友表达清楚,这样有助于队友更加全面而深入地了解自己的想法。其次,要善于认真的倾听队友的观点。这样一来是一方面给了队友表达自己意见的机会。另一方面使自己可以了解到别人的想法。每个人的想法都会有它可借鉴之处。“兼听则明,偏信则暗”。多听听其他人的见解可以使自己的想法更加成熟和完善。最后,要善于处理矛盾。一方面要善于处理自己与队友的矛盾和分歧。在向队友表达自己观点的时候,态度一定要诚恳,言语中不能带有高人一等和重伤、贬低他人的言辞。遇到自己的观点与队友的有分歧的时候,如果自己的想法是正确的一定要坚持己见,但是一定要耐心有理有据的向对方阐述清楚;如果别人的意见是正确的,一定要虚心接受,及时改正。另外一方面要善于处理队友与队友之间的分歧和矛盾。处理这样的矛盾,第一要摆正自己的心态,第二尽量倾听双方的意见,全面的了解双方的看法,第三做出正确的判断,以积极的态度与双方沟通,从而化解分歧,找到最好的解决方案。参加数学建模活动有利于培养学生良好的团队协作能力。在建模之前,第一要了解每个队员的实际情况包括个人能力、性格特点和兴趣爱好;第二整理每个队员对整个建模的意见和看法,经过大家充分的讨论,最后形成切实可行的建模方案,第三明确每个队员在团队中的作用,根据每个人的实际情况,将整个建模工作合理的分派给每个队员;第四鼓励队员进行沟通,检查各自所承担的工作进展是否与整体计划协调,鼓励队员相互及时反馈,帮助解决合作中遇到的分歧和困难。由于数学建模是一个艰苦的过程,其间面临着许多挑战,因此通过参加数学建模活动,有利于锻炼学生的毅力、意志;增强学生克服困难的信心、决心和勇气,同时培养学生团结合作精神和交流、表达的能力,提高组织协调能力。
3结论
关键词:数学建模;高职院校;教学
“教育是知识创新、传播和应用的主要基地,也是培养创新精神和创新人才的摇篮”。如何将培养学生的创新素质贯穿于人才培养的全过程是每位教师必须密切关注和亟待解决的课题。结合广西交通职业技术学院数学建模教学实践,探讨培养学生创新素质的高职数学建模教学。
一、开展数学建模教学是培养学生创新素质的有效途径
数学建模是一种创造性活动,是通过对实际问题的抽象,简化、确定变量和参数,并应用某些“规律”建立起变量,参数间的确定的数学问题,求解该数学问题,解释、验证所得到的解,从而确定能否用于解决实际问题的多次循环,不断深化的过程。数学建模作为一种创造性活动,它要求建模者具备敏锐的洞察力、良好的想象力以及灵感和顿悟,较强的抽象思维和创新意识,即需要建模者具备较强的知识应用能力和实践能力,因此,开展数学建模教学是培养大学生创新素质的有效途径。
二、加强数学建模教学,推进学生创新素质教育
1.树立正确的数学建模教学理念,推进学生创新素质教育
由于高职学生数学基础差及数学课时剧减等原因,使得一些高职院校的数学建模教学定位不清,把工作重点放在参加全国大学生数学建模竞赛上,只面向少数优秀学生,没有与数学教学改革、人才培养相结合。因此,加强数学建模教学,推进学生创新素质教育,转变观念是关键。教师要树立正确的高职数学建模教学理念,应把数学建模教学当作一个有机整体,不仅注重知识传授、能力培养和素质提高三位一体,还要与数学教学改革、专业教学改革、实践活动、教师专业素质培养有机结合。
2.构建数学建模课程体系,搭建学生创新素质教育平台
把《数学建模与数学实验》课程引入课堂,开设《数学建模与数学实验》选修课;把数学建模的思想和方法融入《高等数学》和《经济数学》等课程,搭建递进式、多载体的数学建模课程体系。
该体系中必修课、选修课、讲座与培训班相结合,课内学习与课外拓展相结合,使数学建模教学贯穿于人才培养过程中,改变了以往数学建模教学只面对优秀学生和竞赛的现象,扩大了提高学生数学应用能力和创新能力的受益面,同时为学生搭建了个性化发展及展示自我的舞台。
3.优化与重组教学内容,培养学生创新意识
(1)按照“以数学工具递进设计教学单元,以典型案例贯穿单元内容,以解决实际问题强化训练”的脉络构建数学建模选修课教学内容体系,典型案例选择贴近生活和专业,并按解决问题的实际步骤呈现过程。
(2)把数学建模思想和方法融入《高等数学》、《经济数学》等数学课程中。由于仅靠数学建模选修课对培养学生创新能力所起的作用是很有限的,而且在《高等数学》、《经济数学》等课程中含有丰富的数学建模素材,如许多概念本身就是从客观事物的数量关系中抽象出来的数学模型,它必对应着某个实际原型。因此,我们有责任加以挖掘整理,从全新的角度重新组织《高等数学》、《经济数学》的教学内容体系,在数学概念、数学应用、课后练习三个环节中突出数学建模思想。一方面使数学课程的教学内容具有明显的现实背景;另一方面使融合过程突出数学与专业之间的内在联系,前后呼应,凸显了高职数学课程的应用性与职业性。如“导数的应用”内容,使路桥专业的学生接触到曲率变化对道路安全的影响,使管理专业的学生由此领会边际和弹性的意义。如教材中涉及应用方面的习题较少,课后作业基本上是套用定义、定理和公式解决问题,这对培养学生的数学应用意识与创新能力不利,为此,可选取一些与实际生活或专业相联系的开放性应用题作为课后练习题,采取实践报告的形式,让学生独立或组成小组利用解析方法或计算机数值计算共同完成,写出解决问题所用到的数学方法与手段,体会与见解,从而提高对所学知识的理解与掌握,培养学生探究与解决问题的能力。
4.“教、学、做、赛”一体化,激发学生创新能力
学生是学习活动的主体,必须自主参与教学活动,才能获取新知识,提高创新能力。因此,在数学建模教学中,教师要充分利用课堂教学、数学建模竞赛、数学建模协会、网络课程四个平台,构建“教、学、做、赛”一体化的数学建模实践教学体系,激发学生创新能力,使学生学会学习和思维,学会发现问题和解决问题。
(1)优化课堂实践,把解决一个实际问题看成一个项目,把建立一个模型当作一个任务,积极探索“项目引导、任务驱动、团队完成”的实践活动,让学生“学中做”、“做中学”,提高学生自学能力、应用能力等职业核心能力。
(2)强化课外实践,通过课外“导师制”与数学建模协会等途径,引导学生结合专业,认识未来职业岗位问题,解决现实生活中的实际问题。
(3)加大实践力度,把专业案例与竞赛培训相融合,通过全国大学生数学建模竞赛这一平台,让学生展示自我,提高应用能力和创新素质。
(4)建立数学建模网络课程,提供丰富的教学资源和拓展资源,搭建学生自我学习、自我教育的平台。
此外,实施3∶5∶2的考核新模式,在平时成绩(30%)、期末闭卷成绩(50%)的基础上,增加数学实践报告成绩(20%),以考核学生信息利用能力、应用能力、总结归纳能力、与人合作能力等综合能力,科学评价学生的学习成效。
5.建立良好地课程建设机制,奠定学生创新素质教育的基础
由于数学建模具有构成多元化、实践性强等特点,因此,注重教学、科研、竞赛三者的相互支撑,形成“教—研—赛”三位一体的课程建设机制非常关键。教师要注重数学建模相关课题研究,加强理论指导教学和竞赛;要加强与相关学科教师间的相互合作,为教学和竞赛培训提供专业实证,并提高自身专业素养;要参与数模竞赛指导,锻炼自身能力,并主动把竞赛中蕴涵创造性的优秀成果纳入教学内容,优化课程内容等。
三、结 语
系统建构数学建模教学与教学改革、人才培养的有机结合,通过创新理念、建立平台、优化内容,强化实践、建立机制等手段,开展数学建模教学,是培养大学生的数学应用能力和提高大学生创新素质的有效途径。
参考文献:
[1] 单冷,许亚丹.抓好数学建模教学,激发学生创新思维[J].中国高等教育,2001,(15):54-55.
由于对学生建模能力的建立需要长时间的渗透培养,不是短时间就可以完成的。因此,在平时的教学活动中,教师应该注重对学生建模思想的渗透,培养学生的建模意识,让学生在学习的过程中不断提高建模能力,形成数学应用意识。在讲课之前,教师应该认真研读课本,明确可以贯彻数学建模思想的章节,例如几何图形模型(在解测量、航海等应用性的问题时教师需要构建几何模型,将问题转变成几何问题或者三角函数之后再求解)、不等式模型(方案设计等问题)、函数模型(成本及利润的最大化最小化问题)等,在教学过程渗透数学建模教学,培养学生的数学应用意识[1]。与此同时,教师应该以课本为教学出发点,并与实际生活结合,设计一些与生活相关的数学建模,在数学知识讲解中提供生活实例,让学生以数学的思维思考生活实际问题,培养学生的数学应用意识。例如教师可以给学生提出以下问题::上图是两套符合规定的课桌椅子的高度表格,如果当前有一把高为42cm的椅子和一张高为78.2的课桌,请问该桌子和椅子是否配套?学生在做这种题的时候就可以与函数知识相结合。因为学生的思维广度有限,所以很难把数学知识和实际问题结合起来。为了防止学生无法理解题目导致难以建构模型的事情发生,教师应该以学生的日常生活为出发点,不断增强学生建模的熟练程度,从而提高学生的建模能力。
二、注重教学过程,提高学生的建模能力
由于知识的形成和发展过程中就有数学建模思想的存在,所以在《基础模块》中,这一教材以运算意义切入加以思考为侧重点展开教学,同时,教材中十分注重教学与生活实际的联系,引导学生从数学角度发现问题,运用所学知识解决实际问题,提高学生的数学应用意识。对学院学生来说,学习数学建模是为了提高应用意识,所以教师应该注重教学的过程,让学生将所学的知识加以应用,而不是忽视数学建模的讲解,只侧重建模结果的讲解[2]。例如以下这道题。某校为了美化校园环境,组织了65名学生搬花盆。其中,男生每个人一次可以搬8个花盆,女生每个人一次可以搬6个花盆。男女生各搬4次,一共搬了1800个花盆。请求出学生中一共有多少男生。首先,教师应该引导学生读题,让学生抓住题中的有用信息,避免学生受到多余信息的干扰,以求构建出正确等量关系。接下来的步骤是设元。因题中男女生的人数未知,所以可设有x名男生,有(65-x)名女生。已知男女生各搬了4次,总共搬了1800个花盆,据此构建方程模型,列出方程对此求解,通过代数式来体现出在等量关系中存在的基本关系,解出方程。在最后应该对建模环节进行反思。在题目做完后,教师应该鼓励学生思考该题是够具备典型性。从题目的环境来看,此处并不属于常规应用题的分类,之后从构建等量关系来看,该题通过总数相等于各部分之和进行的求解过程。因此,学生一旦把握题目的数学模型,题目无论如何变化,都可以转化为熟悉的模型解决,这能够提高学生的建模能力以及培养数学应用意识。
三、增强教学的活动性,增强学生的数学应用意识
数学建模以及应用题教学的主要目的都是让学生具有数学应用意识,让学生在实际问题的解决过程中拓宽知识面,在解决实际问题时整体素质能力得到全面提高。因此在学院的数学教学过程中,教师应该发挥学生的主体地位和自身的引导地位,让学生积极主动地参与到学习活动中,提高教学效率,使数学建模教学具有活动性。例如下面这种供水类型问题。某市有一个300吨容量的水塔,该水塔每天从5时到17时止向全市供应生活生产用水。该市生活用水为每小时10吨,工业用水量w(吨)与时间t(小时)的关系为w=100h。该市水塔的进水量一共有10级,在第一级时每小时会进水10吨,之后每提高一级,每小时的进水量就会增加10吨。如果某天水塔中原有100吨水,该市在供水的同时打开了进水管。⑴设该水塔用了第n级供水,请写出在t时水塔中水的存有量。⑵当选择第几级进水量时,既能保证水塔中水即不会空也不会溢出?在做这道题时,教师可以鼓励学生建立小组探讨,让学生先自行建立模型运算,之后由教师验证结果。通过这样的教学方式,活动性建模教学既能够锻炼学生的动手能力,还可以培养学生的数学应用意识。