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当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时,人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上,用数学的符号和语言作表述来建立数学模型。
建模比赛的一般分工是数学模型的建立、程序编写与拟合、论文的叙述。其中论文是评定参赛队伍成绩的好坏、高低、获奖级别的唯一依据,并且也是每组参赛期间成果的结晶,这是相当重要的一部分。那么今天我们就来分享一下有关建模论文的写作的一些注意事项。
首先
论文的评阅原则是
假设的合理性 ;建模的创造性;
结果的合理性 ;表述的清晰性。
在写作的时候可以按照这些要点来给自己一个大概的估计。
我们在写论文的时候,一般是按如下的结构:
1.摘要
2.问题的叙述,问题的分析,背景的分析等
3.模型的假设,符号说明
4.模型的建立(问题分析,公式推导,基本模型,最终或简化模型等)
5.模型的求解
6.模型检验:结果表示、分析与检验,误差分析,……
7.模型评价:特点,优缺点,改进方法,推广……
8.参考文献
9.附录:计算框图、详细图表,……
摘要是整篇论文最精华的部分,也是评阅人最关注的部分。在写摘要时,我们首先要对这个模型进行数学归类,并且通过之前和队友一起进行建模过程中对整体思路有着比较清楚的了解,然后阐述模型的优点、算法特点等,最后对主要结果进行说明,即回答题目所问的全部问题。
对于模型的建立,基本原则是实用、有效,因为我们建立模型是为了解决实际问题的,而不是追求单纯理论数学上的“高大上”。能用初等方法解决就不用高级方法;能用简单方法解决就不用复杂方法;能用被更多人看懂、理解的方法就不用只能少数人看懂、理解的方法。
数学建模鼓励创新,一般出现在模型本身、简化优化的好方法好策略、模型求解、模型检验甚至是模型推广中。切忌为了标新立异而离题。在阐述建模过程时尽可能使用专业的术语,分析要中肯、确切,表述简明,关键步骤要列出。
关键词: 地方高校 数学与应用数学 应用型人才培养
地方性高校肩负着为地方经济建设和社会发展培养应用型人才的重任,是我国大学的主要群体,其人才培养模式明显区别于重点大学的研究型人才培养模式.属于教学型的地方性高校,应以市场为导向,根据地方和行业人才的需求,根据学校自身的条件,形成有自己特色的应用型人才培养模式.邵阳学院数学与应用数学专业在传统数学教育专业的基础上,结合社会发展和高等教育改革的需要,在人才培养目标与模式的制定和实现等方面进行了一系列的探索和实践.
1.数学与应用数学专业现状分析
邵阳学院数学与应用数学专业最初的专业定位是为邵阳地区乃至湖南省中小学的基础数学教育培养合格的数学教师.然而,随着中小学教师队伍的日渐饱和与独生子女政策导致的初等教育学生生源减少,师范生的就业压力逐渐增大.此外,随着社会的不断进步和发展,用人单位对学生的综合素质提出了更高的要求.传统的数学教学模式落后,教育思维单一,教师创新意识不强,只重视数学理论知识的传授,忽略实践教学环节,导致学生的学习目标不明确,实践能力和解决问题能力较差,不能满足市场对应用型人才的需求.
2.制定与时俱进的人才培养目标和模式
2.1人才培养目标.
培养掌握数学科学的基本理论和基本方法,具有运用数学知识和使用计算机解决实际问题的能力;能在科技、教育、经济和金融等部门从事研究和教学工作,在生产、经营及管理部门从事实际应用、开发研究和管理工作,适应区域经济和社会发展需要的基础实、素质高、能力强、适应快的创新型和技能型的应用人才.
2.2人才培养模式.
基于培养目标定位,构建了“一个主体、两个辅助、三个方向、四种能力”的人才培养模式,即以数学类专业课程为主体,计算机科学技术和智能优化方法为两个辅助,分为数学教育、金融数学和考研深造三个培养方向,注重学生的专业能力、应用能力、科研能力和创新能力的发展.
3.人才培养模式的实践
3.1深化课程体系改革,创新课程教学模式.
根据专业定位和社会需求,对课程体系构建了“四个平台,四个模块”,四个平台是通识教育平台、学科教育平台、专业教育平台、实践教育平台;四个模块是专业基础课程模块、专业主干课程模块、专业选修课程模块和能力拓展课程模块.其中实践教育平台通过校内实验室和中小学校、企业、政府部门等实习实训基地培养学生的实践创新能力;专业基础和专业主干两个课程模块涵盖教育部数学与应用数学专业目录中规定的核心课程;专业选修课程模块分三个培养方向,数学教育方向开设中学数学教材教法、数学史、竞赛数学、中学数学课件制作等课程,金融数学方向开设运筹学、数学模型、最优化方法、金融学、保险精算等课程,考研深造方向开设泛函分析、拓扑学、数学分析选讲、高等代数选讲等课程;能力拓展课程模块开设MATLAB语言及其应用、面向对象程序设计、数据通讯与网络、人工智能等课程.
在创新课程教学模式方面,灵活运用多媒体等多种教学手段讲授基本理论知识;及时把教研成果和学科最新发展成果引入教学,使学生了解本学科国内外的发展动态,提升学生的学术素养;构建案例教学体系,实行案例分析、建模、优化求解的案例教学模式,结合课程实验和课程设计,培养学生的创新思维及分析问题和解决问题的能力;准备课件、案例库、试题库等网络资源,开展网络互动教学模式,有效调动学生的学习积极性,促进学生积极思考,巩固课堂所学知识.
3.2加强数学建模能力培养,提高学生综合素质.
通过多种渠道加强对学生数学建模能力的培养,首先在课程教学中引入案例教学模式,贯穿数学建模的思想方法,布置与建模有关的课程小论文,并鼓励有兴趣的学生加入教师的相关科研项目,激发他们的创造性思维;其次成立数学建模协会,定期进行培训和课外辅导答疑,将往届的数学建模竞赛题以作业的形式布置给学生完成,积极组织学生参加全国大学生数学建模大赛;最后是加强硬件建设,近年来,在学院的支持下,本专业配置了一个拥有120台电脑的专用机房,为师生上机训练和数学建模比赛提供了极大便利.
3.3突出实践教学,注重学生的师范技能培训.
通过课程实验、课程设计、数学建模竞赛、教师技能比武、参与教师科研项目、教育见习、实习、毕业实习等多种途径,培养学生的实践创新能力.建立包括邵阳市四中、六中、十中、十一中等学校在内的教育见习、实习基地及银行、企业、政府部门在内的毕业实习基地.在课程设置上,以学生的认知规律为基础,变单一的集中实习为循序渐进、形式多样的系列实习,具体安排如表一.
3.4加强学生毕业论文的指导,引导论文选题与社会实践相结合.
重视学生毕业论文的指导工作,严把两道关:选题关、开题关.加强毕业论文题目的应用型,可以将学生的毕业论文更多地和教师的应用型科研项目结合起来,使指导教师的指导更专业,学生科研的方向更明确;鼓励学生选择数学建模方向的题目或者将毕业论文和实习、社会实践等相结合.
4.结语
地方高校数学类应用型人才的培养,应结合自身特点和社会需求确立人才培养模式,将课程体系的优化、教学模式的改革和实践教学内容的组织贯穿于教学的每个环节,这样有利于培养适应地方和行业人才需求,服务于地方经济的应用技术型数学人才.
参考文献:
[1]马晓燕,国忠金,孙利.地方本科院校应用型人才分类培养模式的研究与实践――以泰山学院数学与应用数学专业为例[J].齐鲁师范学院学报,2014,29(6):12-15.
关键词:应用型人才;数学建模;教学平台
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)06-0035-03
一、对应用型人才内涵与数学建模实践活动的深入认识
应用型人才是一种能将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的一种专门的人才类型,是熟练掌握社会生产或社会活动一线的基础知识和基本技能,主要从事一线生产的技术或专业人才。在知识结构上,应用型人才更强调复合性、应用性和与时俱进,具有复合性和跨学科的特点。在能力结构上,应用型人才强调发现问题和解决问题的能力,要求具备解决复杂问题的实践能力;在素质结构上,应用型人才直接服务于各行各业,更强调社会适应性和与社会的共处能力。应用型人才的特点:强调实践,突出应用;终身学习,知识复合;科学态度,敢于创新;责任意识,团队协作。
数学建模就是通过对现实问题的抽象、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;然后求解该数学问题,最后在现实问题中解释、验证所得到的解的创造过程。数学建模过程可用下图来表明:
因此,数学建模活动是一个多次循环反复验证的过程,是应用数学的语言和方法解决实际问题的过程。数学建模是一种联系数学与实际问题的桥梁,它突出了实践活动的重要特点,强调人才的培养应从侧重知识教育转向侧重应用能力培养。
二、应用型人才培养模式下数学建模活动在人才培养过程中的作用
应用型人才培养模式下,数学建模活动不仅包括学习数学知识,展示各应用领域中的数学问题和建模方法,提高学生学习数学的积极性,更重要的是培养学生应用数学知识解决实际问题的能力,创造有利于提高学生将来从事实际工作能力的环境。数学建模活动的教学内容和教学方法是以应用型人才培养为核心,内容取材于实际、方法结合于实际、结果应用于实际,对学生能力的培养体现在多个方面。
(一)培养学生分析问题与解决问题的能力
数学建模竞赛的题目一般由工程技术、经济管理、社会生活等领域中的实际问题简化而成,在数学建模活动中,要求首先强调如何分析实际问题,如何利用所掌握的知识和对问题的理解提出合理且简化的假设,如何将实际问题抽象为数学问题,即将实际问题“翻译”成数学模型。其次是如何建立适当的数学模型,如何利用恰当的方法求解数学模型,以及如何利用模型结果解决实际问题。对数学模型求解后,还要用数学模型的结果解释实际现象。这是一个双向“翻译”的过程,通过这个过程,让学生体验数学在解决实际问题中的作用,培养学生应用数学知识的意识和能力,从而提高学习数学的兴趣和应用数学解决实际问题的能力。数学建模本身就是一个创新的过程并且为培养学生创新精神和创造能力提供了环境。
(二)培养学生的创造精神和创新能力
创造精神和创新能力是指利用自己已有的知识和经验,在个性品质支持下,新颖而独特地提出问题、解决问题,并由此产生有价值的新思想、新方法、新成果。数学建模问题的解决没有标准答案、不局限于唯一方法,不同的假设就会产生不同的模型,同一类模型也会有很多不同的数学求解方法。数学建模的每一步都给学生留有较大的空间,在数学建模活动中,要鼓励学生勤于思考、大胆实践,不拘泥于用一种方法解决问题,尝试运用多种数学方法描述实际问题,鼓励学生充分发挥想象力、勇于创造新方法,不断地修改和完善模型,不断地积累经验,逐步提高学生创新能力,数学建模本身就是一个创新的过程并且为培养学生创新精神和创造能力提供了环境。数学建模是培养学生创造性思维和创新精神的良好平台。
(三)培养学生的学习探索能力
心理学家布鲁纳指出:探索是数学教学的生命线。培养学生的探索能力,应贯串数学教学的全过程。这一点在普通的数学课堂上往往做不到。但在数学建模的教学过程中,通常会有意识地创设探索情境,引导学生以自我为主,进行调查研究、查阅文献、制定方案、设计实验、构思模型、分析总结等方面独立探索能力的训练,促进学生创新精神、科研能力和实践技能的培养。
(四)培养学生的洞察力和抽象概括能力
数学建模的模型假设需要根据对实际问题的观察和分析,透过现象看本质,将错综复杂的实际问题简化,再进行高度的概括,抽象出合理、简化、可行的假设条件。数学建模促进了对学生的洞察力和抽象概括能力的培养。
(五)培养学生利用计算机解决实际问题的能力
在数学建模中,很多模型的求解都面临着复杂的数学推导及大量的数值计算,同时所建模型是否与实际问题相吻合也常常需要通过计算或模拟来检验,能熟练使用计算机计算数学问题是对学生的必要要求。数学建模将数学、计算机有机地结合起来,逐步培养学生利用数学软件和计算机解决实际问题的能力。
(六)培养学生论文写作和语言表达的能力
数学建模的考核内容一般包括基本建模方法的掌握、简单建模问题的求解和实际问题的解决,考核方式往往采取闭卷与开卷相结合、理论答卷与上机实验相结合、笔试与答辩相结合的方法。因此,数学建模答卷需要学生具有一定的描述问题的能力、组织结构的能力以及文字表达的能力。而数学建模竞赛成绩的好坏、奖项的高低,其评定的唯一依据就是数学建模论文,假设是否合理,建模方法是否有特色,重点是否突出,模型结果是否正确,论文撰写是否清晰等是对论文成绩评定的主要标准。通过数学建模确实能培养学生的论文写作能力和语言表达能力。
(七)培养学生的交流与合作能力和团队精神
数学建模中的实际问题涉及多个学科领域,所需知识较多,因此集体讨论、学生报告、教师点评是经常采用的教学方式。数学建模竞赛活动是一个集体项目,比赛要求参赛队在3天之内对所给的问题提出一个较为完整的解决方案,具有一定规模的建模问题一般都不可能由个人独立完成,这就需要三个人积极配合,协同作战,要发挥每个人的长处,互相弥补短处,是培养学生全局意识、角色意识、合作意识的过程,也是一个塑造学生良好个性的过程。在此过程中,既要发挥好学生各自特点,又要有及时妥协的能力,目的是发挥整体的最好实力。作为对学生的一种综合训练,除了三个人都要有数学建模的基础知识外,成员之间的讨论、修改、综合,既有分工,又有合作。只有充分的团队合作,才能取得成功,凡是参加过竞赛的每一个人都能深刻体会到这种团队精神的重要性,认识到这一点对学生以后的成长是非常有帮助的。
数学建模在以上九个方面培养了学生的能力,促进了学生应用能力的养成。有目的、有计划、有针对性地开展数学建模教学将会使其对应用型人才的培养更具实效性。
三、应用型人才培养模式下数学建模三级教学平台的构建与实施
(一)将数学建模思想方法融入工科数学基础课,实现数学建模教学常态化
我们在开设《数学建模》选修课及必修课的基础上,积极探索将数学建模的思想方法融入到工科数学基础课教学之中,并进行了有益的教学实践。在相关课程的教学中,适当引入一些简单的实际问题,应用有关方法,通过建立具体的数学模型,利用模型结果解决实际问题。以向学生展示某些典型的数学方法在解决实际问题中的应用及应用过程,既巩固了相关知识又提高了处理问题的能力,比单纯的求解应用问题更有效。
1.在《高等数学》课程中,讲授函数的连续性时,引入方桌平稳问题,把实际问题转化为连续函数的零值点的存在问题;曲面积分时引入“通讯卫星的覆盖面积问题”,建立在距地面一定高度运行的卫星覆盖地球表面面积的曲面积分公式,并通过计算面积值确定为了覆盖地球表面所需卫星的最少数目;讲授微分方程时引入“交通管理中的黄灯时间问题”,通过简单分析黄灯的作用、驾驶员的反应等,建立汽车在交通路口行驶的二阶微分方程,通过求解方程计算给出应该亮黄灯的时间;在讲授无穷级数时,引入银行存款问题。
2.在《线性代数》课程中,讲授矩阵有关知识时引入“植物基因分布问题”,在简单地了解基因遗传的逐代传播过程基础上,引入基因分布状态向量,建立状态转移模型,通过矩阵运算求出状态解,进而分析基因分布变化趋势,确定植物变化特征。
3.在《概率论与数理统计》课程中,讲授随机变量时引入“报童的策略问题”,设定随机变量(购进报纸份数)、建立报童收益函数的数学期望、求数学期望的最大值,给出报童购进报纸的最佳份数。引导学生从实际问题中认识随机变量,并将其概念化,进而解决一定的问题。另外,还是学生认识了连续型和离散型随机变量在描述和处理上的不同。
总之,通过一些简单的数学建模案例介绍,让学生了解相关知识的实际应用,解决学生不知道所学数学知识到底有什么用,以及该怎么去用的问题;另一方面,使学生初步了解运用数学知识解决实际问题的简单过程和方法,并鼓励学生积极地去学数学、用数学。通过将数学建模思想融于低年级数学主干课教学中,培养学生的建模兴趣。激发学生科学研究的好奇心、参与探索的兴趣,培养学生学数学、用数学的意识。
(二)广泛开展学生数学建模课外科技活动,实现数学建模实践经常化
在数学建模课程教学和数学建模竞赛培训的基础上,以数学建模实验室为平台开展经常性的学生数学建模课外科技活动,包括教师讲座和问题研究。在每年三月初至五月初,开设《数学建模》课程,进行数学建模方法普及性教育;在五月下旬至六月末,开设数学建模讲座,内容主要包括一些专门建模方法讲解、有关案例介绍和常用数学软件介绍;在七月下旬至八月上旬,进行建模竞赛培训,准备参加全国竞赛。
全国竞赛之后,组织学生开展数学建模问题研究。问题来源于现有建模问题和自拟建模问题,其中自拟题目来自学生的日常生活、专业学习以及现实问题和教师研究课题等,针对自拟问题,建模组教师进行集体讨论,形成具体的建模问题;然后,教师指导学生完成问题研究,并尝试给出实际问题的解决方案。把这一活动与大学生科技立项研究项目结合起来。数学建模课外科技活动期间,实验室对学生开放、建模问题对学生开放、指导教师对学生开放。
从建模课程、建模讲座、竞赛培训、参加竞赛,到建模研究、学生科技立项等,数学建模活动从每年三月初开始至下一年的二月止,形成了以一年为一个周期的经常性的课外科技活动,实现了数学建模实践的经常化。很多学生从大一下学期开始连续一年半或两年参与建模活动,在思维方法、知识积累和建模能力等方面获得了极大的提高,为其后期的专业学习与实践打下了良好的基础。
(三)将数学建模思想方法引入专业教学与实践,实现数学建模应用专业化
无论是数学建模课程教学、数学建模讲座、建模竞赛培训,还是数学建模研究,所有过程大多定位于数学建模思想的传授、数学建模方法的应用,所针对的问题多数来自于社会生活、经济管理、工程管理等领域,专业背景不强。如何培养学生应用数学建模解决专业应用领域中的实际问题,这是数学建模应用的深层次研究问题,也是理工科专业学生创新型能力培养的重要内容,需要结合专业教学与实践得以实现。
首先,需要理工科专业教师的积极参与。数学建模教师主要承担数学建模和数学实验的课程教学、数学建模竞赛的培训与指导,教师队伍的构成基本上都是单一的数学专业教师,很少有其他专业的教师参与进来。教师队伍在知识的结构、实践动手能力上都有相当大的局限性,教师很难做到既了解实际问题、懂得专业知识,又熟悉有关算法与程序。因此,数学建模教师队伍需要在专业结构上多元化发展,吸引理工科专业的教师对数学建模的兴趣,引导其他专业教师的积极参与。
其次,要实现数学建模融入学生培养的各个环节和各个阶段,就必须在专业课教学、课程设计及毕业设计指导等阶段注重数学建模思想与方法的运用,注重对学生建模能力的培养。因此,通过一定的途径,比如,交叉学科教师间的交流活动、针对一些具体问题的教师共同探讨、建模教师帮助专业教师解决一些科研问题等,在专业教师中传播数学建模的思想与方法,使其了解数学建模的作用,并掌握一些数学建模知识。通过专业教师指导进入专业课学习、课程设计及毕业设计阶段的学生,去解决一些具有一定专业背景的实际问题,将数学建模的思想方法融入到工科专业领域,以实现数学建模应用的专业化。在问题解决的过程中,学生在专业领域的数学建模应用能力得以提高,专业教师对数学建模有了更深入的认识和了解,数学建模教师对专业理论知识也有了较多的理解,促进了数学建模向专业领域的应用拓展,并能逐步实现数学建模教学对创新型人才培养从通识性教育向专业性教育转换的目标调整。与专业老师相配合,实现在多学科教师共同研究指导下培养学生在专业领域中的数学建模能力的目的,也可逐步改善数学建模教师队伍的知识结构,为数学建模在专业领域中的深入应用探索思路。
四、结论与展望
数学建模在大学生创新能力培养中的重要作用已得到广泛共识,如何使这种作用得到充分发挥还需要深入探讨,本文从数学建模教学常态化、实践经常化和应用专业化的角度出发,我们探讨了数学建模教学的三级模式,更多的细节工作还有待于进一步探讨。
参考文献:
[1]姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2013.
[2]钱国英,本科应用型人才的特点及其培养体系的构建[J].中国大学教学,2005,(9):54-56.
所谓数学建模,从字面意思看,其以数学理论与实际生活的关联为教学重点,其教学内容的设定目标在于培养学生的动手能力、实践能力,力求帮助学生从实践中深入体会数学理论知识.对于高中数学中的建模教学,在国外被重视的时间早于国内,我国1993年的数学课程改革研讨会上才首次提出“建立数学模型”的议题,2003年的高中数学课程标准中才明确了数学建模这一学习活动在高中数学教学大纲中的必要性.
虽然我国正式明文提出有关高中数学中的建模教学的相关内容,但在实践效果来看并不理想.不少高中对于这一议题的实施常常会因不同学校的差异、这样那样的实际情况限制等条件而不完全落实指导思想.加之高中学习阶段的紧张性,常常会形成建模被冠以浪费时间的名号而不被应用.然而,就现状分析来看,高中生们对高中数学的应用能力远不如预想的好.相关教育者及研究人员也逐渐意识到这一严峻问题,终于将眼光投入到建模教学对于高中生思维发展的重要性.
以“高中数学,建模”为关键词查询2000年至2014年十余年时间内的研究理论文献,得出结果29600篇,这一结果是值得我们欣慰的,越来越多的人们关注到高中数学建模的重要性,并不断探索其有效实践方式及效果分析.就建模教学对于高中数学的意义而言,具有多重性.首先,建模教学的内容特殊性可以在学生与老师之间形成良性制动系统,也就是说,老师们在研究建模教学具体操作时,会多方面权衡各方条件及因素,对于课堂设计有促进意义.此外,通过以小组学习为主要教学方式的建模教学过程,可以培养学生们对于高中数学的非智力因素.目前,数学建模在高中数学中的实施难点在于多数教师并不具备数学建模的教学经验,教师们在不断尝试,因此,数学建模的收效性一般.
二、高中数学建模对学生的多方位影响
(一)拓宽学习范围,以数学为中心融合进其余学科的知识,有利于学生视野范围的扩大.数学学科以基础学科的身份在其余学科中常常出现,比较常见的包括物理、化学、生物,而表面看关联不大的语文学科也处处体现着数学的思想.原本传统高中数学教学过程中,往往忽视了这一点,造成学生们的思维局限性.而数学建模的出现对这一现状的改善有促进作用.其中,通过有效的课堂教学模式及教学内容的设计,建模教学可以集合数学与物理、化学、生物甚至是美术的问题来供学生们思考.换言之,在教学过程中体现数学与其他学科之间的呼应关系,既可以帮助学生巩固数学知识,更能起到辅助学生进一步理解其余学科内涵的作用.学科间的交叉无形中培养学生自主建立建模意识,有利于学生们思维的发散性发展.
(二)以创新性思维影响学生的思维过程,在潜移默化中提升学生的思维水平.建模教学区别于传统教学的明显特征在于其创新思维的引入.通过课堂上的多元化教学方式的促进,可以培养学生的创新思维能力,在面对贴合实际的理论问题时,学生们会受到建模思想的印象而自发地运用多维度分析、辨别能力,这对于学生们发散性思维的养成很有益处.而建模教学中的创新性并不是空谈,其有实际的理论支撑以及丰富的知识源储备作依托.同时,建模教学对于学生的思维深刻度与灵活度也有一定要求,可以在过程中锻炼学生独立、自觉寻求问题最佳解决方案的能力,对其今后的工作、生活能力的提升也有帮助.
(三)以倡导学生自主学习、实践的操作过程,培养学生自主探索问题解决方法的良好学习习惯.区别于传统高中数学单一的教学方式,建模教学不再将学生们的学习过程局限于接受传输、记忆要点、模仿练习的枯燥过程,而是将自主探索、主动实践、合作学习、多样性自学等教学模式融入到高中数学的课堂教学中.从学生心理条件的分析中我们可以看到,上述几种建模教学的常用方式有助于学生在思维养成中的主动性的培养,改变传统教什么做什么的呆板模式,令学生的学习过程成为教师初期引导、学生后期再创造的愉快过程.此外,多样性、多元化、信息化的教学过程也符合现代社会的发展趋势,对于高中生思维的锻炼有很大帮助,在学习能力提升的同时,可以令学生掌握很多学习之外非常有用的实践能力,真正实现学生们各方面能力的综合提高.
三、议题要点概括
建模对于培养学生思维能力及实践能力有重要意义,在当前建模思想被广泛重视的时代背景下,相关教育工作者及研究人员需要注意自身对于学生们的引导方式及方向.以对实际问题进行抽象分析的原则对教学内容建立对应的、恰当的数学模型.值得注意是,在当前建模教学依旧处于探索期的阶段,教师们或许需要借助于传统教学与建模教学的对比方式,在效果及便捷性方面给学生提供直观感受,以明显的实践结果令学生自主体会建模教学的优点与优势.此外,在建模教学对学生思维发展的影响的探究过程中,需要注意不能忽视学生的非智力因素的培养与课堂教学的融合.
高中数学的建模过程所包含的问题应该来源于学生的生活实际,而不能以学生较难接触到或不具备普遍性的生僻现象作为建模对象,否则将因与实际生活脱节而增强学生对建模过程的反感情绪.此外,高中学生的数学知识储备与解决问题能力水平相对不高且具有一定局限性,因此,高中数学中的建模过程不能设计得过于复杂.
在研究和解决有关纺织方面的问题时,往往涉及因果关系或演化规律的确定,所研究对象或系统的评价、分类、预测和控制等方面的内容,这些通常都需要应用数学建模的方法进行求解。例如,借助经典数学方法可以分析和预测纱线的强力变化、解释成纱张力的变化规律和获取纱线的形态特征等问题[2];应用统计数学方法研究和解释纱线强力与纤维强力之间、亚麻纤维线密度与直径之间的关系,从而建立仿真织物悬垂性与经纬密度以及抗弯长度的预测模型等问题;应用模糊数学方法建立亚麻涤纶混纺织物的服用性能与混纺比之间的定量关系和进行织物热湿舒适性的评价等问题;应用灰色系统分析方法研究细纱条干与前纱半制品条干之间的关系和研究织物洗涤的缩水规律等问题。另外,还能应用人工神经网络方法解决织物风格或织物性能的评定和预测问题;应用偏微分方程方法研究织物的热湿传递问题;应用多项式拟合方法研究织物染色配色问题,等等。总之,数学建模的思想和方法在纺织学科的研究与实践中起着非常重要的作用,其应用可以说无处不在。
二、数学建模能力在纺织专业人才培养中的研究与实践
(一)高等数学课程教学中数学建模能力培养的实践
对于高等数学课程教学,在许多概念和结论的引入或推导的过程中,都蕴含了数学建模的思想和方法。[3]针对纺织学科本科专业高等数学课程,通过恰当引入数学建模的思想和方法、实例阐释数学建模方法在解决实际问题中的作用和解决问题的具体过程,向学生展示数学建模的特点和魅力。例如在介绍连续函数的介值定理时,可以借助椅子能否在不平的地面上放稳的问题阐述其在数学建模中的应用;在引入导数概念时,通过平面曲线的切线斜率和变速直线运动的瞬时速度两个典型问题,阐明其相对变化率的极限本质,当然也可以借助经济学中的成本变化率和人口问题中的出生率等实例引入导数的概念;在介绍微分方程的应用时,可以借助人口问题中的Malthus模型和Logistic阻滞增长模型向学生展示数学建模的方法和步骤;其他诸如曲线弧长、曲面面积、空间立体的体积和质量等许多物理量计算公式的建立和推导过程都蕴含了数学建模的思想。总之,在高等数学教学中,有很多地方可以自然地融入数学建模的思想和方法,能够充分地向学生展示数学建模的特点和魅力,初步培养学生数学建模的能力。
(二)数学建模课程教学中数学建模能力培养的实践
在数学建模课程的教学中,需要通过典型的实例让学生学会应用数学建模的思想和方法分析问题和解决问题,通过动手和动脑训练,逐步培养学生数学建模的思维方法和提高学生数学建模的能力。[4]针对纺织学科本科专业进行的数学建模课程教学,要结合纺织专业自身的特点和纺织方面的问题,选取在纺织问题中应用相对较多的建模方法进行讲授,同时还要和纺织方面的实例进行有机结合。这种有选择地讲授数学建模的内容和方法,开展有针对性的教学模式,让纺织专业学生在学习数学建模方法的同时,还能和专业知识联系起来,加深数学知识对专业学习的理解和应用。例如,在介绍统计数学建模方法时,可以通过研究纤维性能与气流纱性能之间的关系学习多元逐步回归的分析方法;在介绍模糊数学建模方法时,可以通过织物风格分类研究的实例学习模糊聚类分析和模糊综合评价的建模方法;在介绍灰色系统分析方法时,可以通过研究织物洗涤缩水规律问题学习灰色预测建模方法和求解问题的具体过程,等等。总之,在数学建模课程的教学中,要注意建模方法与纺织问题的结合,要注意课堂教学与课外实践的结合,不断加深纺织专业学生对数学建模的认识和理解,不断提高纺织专业学生数学建模的能力和水平。
(三)数学建模竞赛过程中数学建模能力培养的实践
每年一次的全国大学生数学建模竞赛活动不仅可以检验学生对数学建模的学习效果和应用能力,而且可以加深学生对数学建模的认识和理解,进一步培养和提高学生数学建模的能力。所有参加数学建模竞赛的学生,包括纺织专业的学生,在赛前培训阶段要求参赛学生认真学习各种数学建模的知识和方法,研究优秀论文解决问题的思想和技巧,分析优秀论文解决问题的过程和文章的结构,并通过模拟问题对参赛学生进行有针对性的指导。通过这些系统全面的训练,能够不断地巩固和加强学生数学建模方面的知识和方法,能够不断地提高学生分析问题和解决问题的能力,进而全面提升学生数学建模的能力。赛后要及时引导学生应用所学的数学建模方法分析和研究专业方面的问题,在不断实践中巩固和加强应用数学建模分析问题和解决问题的能力。例如,对于参加数学建模竞赛的纺织专业的学生,可以引导他们应用回归分析方法、模糊数学方法、灰色系统分析方法和人工神经网络方法等分析和研究纺织方面的一些典型问题。需要注意的是,与前面数学建模课程教学中的实践活动相比,这里让学生所从事的实践活动要求更高,需要学生深入本专业领域的科学研究中,这样不仅能够加强和提高学生的数学建模能力,而且还能激发学生从事科学研究的兴趣。(四)纺织专业课程教学中数学建模能力培养的实践纺织专业课程教学中对纺织专业学生数学建模能力的培养侧重于专业领域中的分析问题和解决问题的能力。通过密切联系专业实际,结合专业方面的问题对学生进行有针对性的数学建模能力的培养,将会贯穿于整个大学阶段。纺织专业课程涉及纤维材料、纺织工程、染整技术和服装工程等诸多研究方向,其中有许多问题可以借助数学建模的思想和方法进行分析和研究。因此,在纺织专业课程教学中,需要结合课程教学内容,有选择地提出问题让学生思考,引导学生学会分析问题,督促学生动手查阅相关资料和文献寻找解决问题的方法,进而启发学生建立合适的模型进行求解,并指导学生书写具有研究性的论文或实验报告,以书面的形式提交研究或实践的结果。这里关键是要合理地引导学生,指导学生如何分析问题、如何查阅和搜集资料、如何开展研究等。这样不仅把课堂教学延伸到课外,将课堂教学和课外实践有机地结合起来,而且也是数学建模课程教学的延续和补充,使数学建模的思想和方法继续在专业知识的学习中得到应用,会更加有助于学生对专业知识的学习和掌握。通过上述的教学模式,把数学建模的思想和方法有机地融入纺织专业课程的教学和实践中,全面提高了纺织专业课程教学的质量,系统地培养了纺织专业学生应用数学建模知识和方法分析问题和解决问题的能力,为其进一步开展研究工作奠定了基础。
三、结束语
关键词:初中数学;建模;障碍;心理;课堂活动
在素质教育全面落实的今天,加强对学生数学意识的培养,促进学生掌握正确的数学思想,是初中数学教学的重要内容。让学生从数学的角度分析实际问题,解决数学问题,会让学生的创造性思维得以形成,让学生意识到数学知识与实际的联系。加强数学建模的实施,创设符合初中生心理特点的数学课堂,会让初中数学教学的效率快速提高。
一、突破学生数学建模障碍,需要肯定学生主体地位
学生是数学学习活动的中心。而课堂中的老师、教材以及学习用具,都是学生的学习手段,是为了学生实现个人提高而服务的。在教学中,教师要肯定学生的主体地位,让学生具有主人翁意识,从而快速成为数学活动中的主角。在初中数学中进行建模教学,就决定了学生的主体地位。教师在教学活动中需要鼓励学生进行大胆尝试与探究,让学生在口头表达或者实践操作、思维运动中发现数学新知,在课堂中始终保持积极的状态。
比如,在讲解有关多姿多彩的图形相关知识时,教师需要在课堂中给学生一定的时间,让学生自己动手进行图形模型的制作,利用不同的图形去制作一个属于自己的数学艺术品。在动手过程中,学生需要思考自己的建模目标,测量相关数据,更需要针对图形的数学性质进行思考。在进行图形知识的讲解时,教师也要有效地渗透建模思想,从而引导学生与自己一起认识到数学建模的重要意义。
二、突破学生数学建模障碍,需要分层平等对待学生
在初中数学学习阶段,学生需要通过建模去有效地解决实际问题。但是,在传统数学教学体制的影响下,当代初中生的动手能力一般较差,数学知识的应用意识明显不足。在初中数学教学中实施建模教学,教师要从学生的数学学习能力出发,考虑每一个学生在数学学习中存在的差异。利用具有差异性的要求进行分别指导与教学,让学生确立起不同的数学建模学习目标,更容易满足学生的心理需求,让学生建立起数学学习的自信心。教师要多给予学生独立建模的机会,让学生独立去完成数学建模操作,让学生具有课堂体验感。在教学中,教师要多引导,多帮助,多鼓励,特别是对于中等学生来讲,要多启发,从而促进学生建模水平的提高。
比如,在讲解有关角的知识时,教师可以让中等及以上水平的学生自主完成一个建模小论文,对自己的建模目标进行确立,通过建模活动记录数学知识的开发过程与结果。而对于数学学习能力不足的学生,教师要多进行建模思想的渗透,为其安排相对容易的建模题目,不要求其完成建模记录。分层教学,会让数学教学活动符合全体学生的心理需求,促进教学活动效率的提高。
三、突破学生数学建模障碍,需要渗透数学思想方法
数学知识不是初中生数学学习的全部,掌握数学思想与方法,是数学学习的重点。学生只有掌握了正确的数学思想与方法,才能将数学学科知识与技能转化为自己的能力。要帮助学生突破建模学习的障碍,教师需要在建模教学过程中渗透科学的数学思想与方法。教师可以将方程思想、数形结合思想以及等价代换思想、换元法以及配方法等多种数学思想方法渗透于建模教学过程中。在建模教学中关注数学思想与方法的渗透,是满足初中生数学学习心理需要的重要手段。让学生感受到数学课堂的全面性,感受到数学知识的体系,这样能增强学生的心理学习动力。
比如,在讲解一元一次方程时,教师可以将数形结合的思想渗透到建模过程中,利用思想方法的融入帮助学生突破数学建模的障碍,让学生的建模学习更加轻松,从而创设一个符合学生心理的课堂。
四、突破学生数学建模障碍,需要强调数学的应用性
突破学生数学建模的障碍,就是为了让学生掌握应用数学知识的方法。将数学教学与生活问题进行有效的结合,在解决生活实际问题的过程中融入数学建模,会大大降低数学建模学习的难度,也会满足学生的心理需求。像在学习有关地板砖应用问题、教室内日光灯的排列方法等问题时,教师就可以利用建模活动引导学生解决问题。在学元一次方程时,教师可以利用鸡兔同笼的问题开展建模教学,让初中生在建模的过程中去分析问题,发现建模知识的应用性。当学生可以利用建模去快速解决问题,提升自己解决问题的效率时,他们就会产生数学建模学习的愉悦感,课堂氛围也会变得轻松起来,学生的心理需要也因此而得到满足。强调数学知识以及建模思想的应用性,调动学生的心理因素,有利于学生数学建模障碍的突破。
综上所述,对学生的数学建模能力进行培养,会让学生的数学应用意识得以形成,让初中数学教学满足教育改革的要求。数学建模不仅是一种重要的数学思想,更是学习数学的一种新方法。
参考文献:
关键词:数学建模;高等数学;教学改革
数学建模竞赛(Mathematical Contest in Modeling,MCM)于1985年由美国率先创设,我国在1989年首次参加,并自1992年起就创办了我国的全国大学生数学建模竞赛(Undergraduate Mathematical Contest in Modeling),由教育部高教司和中国工业与应用数学学会(CSIAM)共同举办,每年一届。参加数学建模竞赛是对学生道德修养、创造能力和身体素质的一次全面的检验,是学校教学改革成果的综合体现。数模竞赛让学生面对一个从未接触过的实际问题,运用数学方法和计算机技术加以分析、解决,他们必须开动脑筋,拓宽思路,充分发挥创造力和想象力,它对学生能力培养的作用早已引起了社会各界广泛的关注。
一、民族地区高师院校高等数学教学现状
1.学生状况分析。随着高校招生规模的不断扩大,学生素质呈现整体下降趋势,尤其是民族地区高校。为了让更多的少数民族学生获得接受高等教育的机会,民族师范院校在招生中,一直都对少数民族实行同等条件下优先录取和适当降低分数线录取相结合的政策,并适当照顾人口稀少的少数民族,力求每年都录取一定数量的少数民族学生。而决定学生高考成绩的关键性课程之一是高中数学,这一关键因素导致了民族高师院校学生数学基础比较薄弱。
2.教师状况分析。民族高师院校大多数是新建本科院校,大多是在原来专科或者中专学校优化合并的基础上建立起来的。师资整体理论水平较高,应用能力水平较低。高等数学教师,大都是过去从事数学基础理论课教学的教师,习惯于学科式教学,知识结构单一,授课时不能将高等数学与学生所学专业知识紧密结合,只能讲授纯粹的高等数学知识,教学枯燥。同时对学生的评价体系陈旧,绝大部分高师院校对高等数学的评价仍然沿用传统的闭卷笔试的方法,不能体现时代特色。
3.高等数学教学状况分析。高等数学是各院校理工科教学的基础课,同时对进一步培养大学生思维的逻辑性、准确性、严密性起着非常重要的作用,因此对高等数学的教学各个高校都高度重视。但高等数学的教学大多都习惯采用传统的教学方式。教师高高在上,学生在下面被动地听,一只粉笔、一块黑扳、一张嘴、一本教材一直灌输下去,然后就是到期末结束课程、准备考试。这样的教学模式对于不同基础的学生,没有区分对待,结果造成基础差的学生跟不上,对数学感兴趣的学生失去兴趣。
二、数学建模对高等数学教学的促进作用
现代教育思想的核心是创新教育,目的是培养当代大学生的创新精神、创新意识、创新思维、创新能力。学校教育的主要任务是全面实施素质教育提升学生的综合能力。高等数学作为高等院校理工科专业的公共基础课程,对专业课程起着决定的作用,主要表现在高等数学对理工各专业的专业应用上。可以说,没有高等数学,我们很多的专业是没有办法开设的。而数学建模正是在高等数学的应用上为学生提供了一个锻炼自己的平台。
1.数学建模是基于数学实验课程的教学进行的。数学实验课是以培养学生观察、动手、动脑能力为前提,让学生借助软件平台,验证、应用并发现数学规律;数学建模课程使得学生知道如何应用所学的数学知识解决现实生活中各方面的问题,提高学生整体素质,提升学生的创造思维,在运用数学分析问题和解决问题的能力以及计算机应用能力方面得到了较大的提高,对培养学生的综合素质意义重大。
2.培训过程充分调动了学生学习的主动性。集中培训以课堂讲授和上机实验相结合的方式进行,主要采用课堂讲授―启发思考―分组讨论的教学形式,课程教学充满互动,并进行阶段性的实战演习和训练,使学生充分体会数学在实际问题上的应用,调动了学生学习的主动性,使学生变静态的接受学习为主动探求解决问题,培养了学生的求知能力和创新能力。
3.数学建模竞赛使得参与教师、学生多方受益。参加数学建模培训指导的教师,在数学应用能力及数学知识的积累上比其他教师要求更高,需要阅读大量相关的数学书籍和论文,不仅要在数学方面下大力气,同时也要在计算机方面有较强的应用能力,这无形中造就了参与教师扎实的专业基础、熟练的计算机操作应用能力,并且在数学建模相关课程领域都大有建树,多数教师科研能力得到大幅度的提升。参赛的学生在以后的专业学习上,成绩提升明显,多名参赛学生毕业时都找到了很好的接收单位。可以说,数学建模工作培养了师生的能力,对数学教学的各方面工作带来了促进。
三、数学建模思想指导下的高等数学教学改革
1.将数学建模思想融入课堂教学,激发学生的学习兴趣与创造性思维。把数学建模思想融入课堂教学,并以此来激发学生的创造性思维,从而带动数学教学的改革与实践。在高等数学的讲授过程中,关键是要让学生能够理论联系实际,即将实际问题转化为数学模型,从而形成数学建模,使学生感觉数学的应用性。为此需要做到:首先要通过具体实例抽象出新的数学概念,使学生充分理解抽象概念背后的应用背景,并在此过程中引导学生自主发现概念,让学生感受到创造性思维带来的愉快。
2.以应用性贯穿于教学始终,培养学生解决问题的能力。教师应在数学教学中注意表现数学概念如何在生活中发生,给学生介绍更多数学知识的实际背景和它们在实际生活中的可用之处,并尽可能地与学生所学专业知识有关。在数学教学中应有意识地为学生创设数学应用的情景,以便使学生的应用意识和能力能在实践中得到提高。我院2003年春在全院开设跨系公共选修课“数学知识的应用能力与数学建模”培训,以培养创新的思维、团结协作的精神,提高学生“翻译”实际问题为数学问题的能力,提高综合运用数学知识及相关专业知识解决实际问题的能力,提高计算机编程及软件包的使用能力。万有引力定律,曲线的切线性质,点――液控制系统模型,他激直流电动机的数学模型,水箱加热系统的数学模型,液压调速系统的数学模型,发射卫星为什么用三级火箭等,都是数学建模在理论和工程上应用的代表。
【关键字】数学教学 新课程 数学建模 实际问题
随着科学技术、经济的飞速发展和计算机的广泛应用,数学日益成为一种技术,其手段就是计算和数学建模。所谓数学建模,粗略地说就是“解决各种实际问题的一种数学的思考方法。”具体地说:“数学建模就是将某一领域或部门的某一实际问题,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一个明确的数学关系(即数学模型),然后求解该数学问题,并对此结果进行解释和验证,若通过,则可投入使用,否则将返回去,重新进行改进。
数学建模主要有以下三个步骤:实际问题数学模型;数学模型数学的解;数学的解实际问题的解。
新课程实施以后,高中阶段已全面使用新教材。在新课程理念下编写的新高中数学教材,与以往的教材相比更加注重学生学习的过程,强调学生去体验知识的获得过程,通过自己的实践获得第一手资料,要求学生了解数学知识的来龙去脉,经历数学知识的发现、发生、发展的过程。特别强调让学生去发现问题、分析问题、解决问题。但在日常教学中,由于自身条件限制和学生的原因,数学建模教学这一块仍然存在一些问题。现结合自己的教学经历谈一点感受:
一、存在问题:
1、学校方面:作为高中,学校特别注重高考升学率,狠抓常规教学,平时很少搞数学建模活动。
2、教师方面:教师在大学都学过数学建模课程,但是对这部分内容还教的不是很得心应手,平时同事间缺乏专业知识交流,数学建模方面知识匮乏。
3、学生方面:
(1)缺乏解决实际问题的信心。
与纯数学问题相比,数学实际问题的文字叙述更加语言化,更加贴近现实生活,题目也比较长,数量也比较多,数量关系显得分散隐蔽。因此,面对一大堆非形式化的材料,许多学生常感到很茫然,不知如何下手,产生惧怕数学应用题的心理。
(2)对实际问题中一些名词术语感到生疏。
由于数学应用题中往往有许多其他知识领域的名词术语,而学生与外界接触较少,对这些名词术语感到很陌生,不知其意,从而就无法读懂题,更无法正确理解题意,比如实际生活中的利率、利润、打折、保险金、保险费、纳税率、折旧率、教育储蓄等概念,学生对其意思都没懂,涉及这些概念的实际问题就谈不上如何去理解了,更谈不上解决问题。
二、克服数学建模困难的对策
1、学校方面。
(1)加强对教师的继续教育,邀请专家给予指导和讲座。作为一线教师,具有一定的实践经验,但从理论上缺乏相关知识,可以开设相关的继续教育课程,打开思路,交流心得,增进了解,以此提高自身的数学应用意识。
(2)邀请各行各业专家做学术报告。学校利用校本教研,为了增强数学应用意识,可以邀请各行各业的一些专家到学校做学术报告或讲座,不仅是局限于请教育方面的专家。一般来说,他们的报告或讲座涉及实际应用,能够反映当今数学在科技前沿上的广泛应用。通过听报告和参加座谈,教师会了解当今社会数学的发展动向,洞悉数学应用的广泛领域和广阔前景,会更深刻地体会数学的应用价值。
(3)开展数学建模活动,让师生积极参与。
2、教师方面。
(1)教师还应与新教材结合起来研究,注意研究新教材各个章节要引入哪些模型问题。如储蓄问题、贷款问题可以结合在数列的教学中。教师要经常渗透建模意识,这样通过教师的潜移默化,学生可以从各类大量的建模问题中领悟到数学建模的广泛应用,从而激发学生研究数学建模的兴趣,提高他们应用数学知识进行建模的能力。
(2)在数学课堂上,要适时地结合实际,将数学建模思想引入课本知识。
新课程标准在教学建议中指出:“在数学教学中,应注重发展学生的应用意识:通过丰富的实例引入数学知识,引导学生应用数学知识解决实际问题,经历探索、解决问题的过程,体会数学的应用价值。帮助学生认识到:数学与我有关,与实际生活有关,数学是有用的,我要用数学,我能用数学,我要学数学。”因此,教师要多创设教学情境,从现实生活中引入数学知识,使数学知识生活化。让学生带着生活问题进入课堂,使原本觉得十分枯燥的数学问题一下变得鲜活起来。
3、学生方面:
(1)培养学生的自信心。一个人的自信心是他能有效地进行学习的基础,更是他将来能适应经济时代必备的心理素质。教师在教学中如果注意联系身边的事物,让学生体验数学,并尝到成功的乐趣,对激发学生的数学兴趣,培养学生的数学应用意识以及解决实际问题的自信心是非常重要的。
当前,高考第五批和中专对口升学学生成为高职院校的主要生源,高等数学在高职院校不仅是工科学生公共必修课,同时也为经济类的专业基础课,对学生学习后续专业课程非常重要。但学生数学基础相对薄弱,对学习不感兴趣,自制力差。而学生对线性代数抽象的概念定理及其冗繁的计算难以接受成为线性代数教学的突出表现,因此,在线性代数教学中融入数学建模思想方法是解决学生理解困难和实现教学目标的有效途径。
一、高职院校线性代数教学情况与建模发展概况
1.线性代数教学情况。行列式、矩阵和线性方程组是目前高职院校线性代数部分教学的主要内容,所用的教材是以理论计算为主体,教学偏重其基本定义和定理,过分强调理论学习,忽视其方法和应用,有关线性代数应用实例几乎不涉及。再者高职院校高等数学总体课时少,因此线性代数部分课时也非常有限,但其理论抽象,内容较多,教师在课堂上大多采用填鸭式的教学方式,导致该课程与实际应用严重脱离,造成了学生感觉线性代数知识枯燥,计算繁杂,学习它无用处,大大降低了学生的学习热情。
2.数学建模及其发展概况。数学建模的基本思想是利用数学知识解决实际问题,是对问题进行调查、观察和分析,提出假设,经过抽象简化,建立反映实际问题的数量关系;并利用数学知识和Matlab、Lingo、Mathematics等数学软件求解所得到的模型;再用所得结论解释实际问题,结合实际信息来检验结果,最后根据验证情况来对模型进行改进和应用,它使学数学与用数学得到统一。数学建模大专组竞赛开展已有15年,参赛的高职院校逐年增加,我院在多年的参赛中取得了一定的成果,但因数学建模难度大和学生数学基础薄弱以及高职院校学制的原因,参加数学建模培训的学生基本为大一新生,而且只有小部分,明显受益面小。
二、数学建模思想融人线性代数教学中的具体实施线性代数因其理论抽象,逻辑严密,计算繁琐,让人对其现实意义感受不到,使高职学生学习起来有困难,也就很难激发学生的学习兴趣,因此,线性代数教学过程中就要求教师介绍应用案例应体现科学性、通俗性和实用性。
1.数学建模思想融入线性代数理论教学中。线性代数中的行列式、矩阵、矩阵乘法、线性方程组等复杂抽象的概念都可以通过实际问题经过抽象和概括得到,故而可以恰当选取一些生动的实例来吸引学生的注意力,通过对实际背景问题的提出、分析、归纳和总结过程的引入线性代数定义,同时自然地建立起概念模型,让学生切实体会把实际问题转化为数学的过程,逐步培养学生的数学建模思想。比如讲授行列式定义之前,可以引入一个货物交换模型,并介绍模型是由诺贝尔经济学奖获得者列昂杰夫(Leontief)提出,让学生拓展视野。引导学生分析问题,建立一个三元线性方程组来求解该问题,再以此问题引出行列式,使学生了解行列式应用背景是为求解线性方程组而定义的。从简单的经济问题入手,让学生了解知识的应用背景,使学生感受到学习行列式是为生产实践服务的,提高学生学习的积极性[2],明确学生学习的目的性。
2.数学建模思想融入线性代数案例教学中。选择简单的实际案例作为线性代数例题,给学生讲授理论知识的同时引导学生对问题进行分析,对案例进行适当简化并做出合理假设,再建立数学模型并求解,进而用结果解释实际案例,学生通过这样的学习过程容易理解掌握理论知识,同时也体会了数学建模的基本思想,更让学生认识到线性代数的实用价值,而且有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。对于不同的专业,可以根据专业需要引入相应的数学模型,但专业性不能太强,由于大一学生还暂时没有学,因课时限制,在线性代数课堂教学中应该采用简单的例子。比如经管类专业的学生学习矩阵和线性方程组的相关例题时,可以分别选择简单的投入产出问题和互付工资问题的数学模型;而电子通信类专业的学生学习矩阵和线性方程组的相关例题时,可以加入简单的电路设计问题和电路网络问题的数学模型。
3.数学建模思想融入线性代数课后练习中。高职院校线性代数教学内容侧重于理论,课后习题的配置大多数只是为学生巩固基础知识和运算技巧的,对线性代数的定义、定理的实际应用问题基本没有涉及,学生的实际应用训练不够,因此适当地补充一些简单的线性代数建模习题,让学生通过对所学的知识与数学建模思想方法相结合来解决。我们从两个方面具体实施:
(1)在线性代数课程中加入Matlab数学实验,利用2个学时介绍与行列式、矩阵、线性方程组等内容相关的Matlab软件的基础知识,再安排2个学时让学生上机练习并提交一份应用Matlab计算行列式、矩阵和线性方程组相关内容的实验报告。
(2)针对所学的内容,开展1次数学建模习题活动,要求学生3人一组利用课余时间合作完成建模作业,作业以小论文形式提交,提交之后,教师让每组选一个代表简单介绍完成作业的思路和遇到的问题,其余队员可作补充,再针对文章的不同做出相应的点评并指出改进的方向。通过这种学习模式,不但提高学生自学和语言表达以及论文写作能力,而且利于培养学生团队合作和促进师生关系,教学效果也得以提升。
4.数学建模思想的案例融入线性代数教学中。案例1:矩阵的乘积。现有甲、乙、丙三个商家某厂家的A、B、C、D四款产品。四款产品的每箱单价和重量分别为A:20元,16千克;B:50元,20千克;C:30元,16千克;D:25元,12千克。甲商的产品与数量分别为A:20箱,B:5箱,D:8箱。乙商的产品与数量分别为B:12箱,C:16箱,D:10箱。丙商的产品与数量分别为A:10箱,B:30箱。求解三家商产品总价和总重量。模型假设:①在没任何促销优惠措施下严格按照单价和数量计算总价;②同款产品对即使不同级别的三家商执行同样的单价。模型建立:由已知数据分析可知,发往各商的产品类别不尽相同,通过用0代替,可以列成表。由此,分别将产品的单价和单位重量。
三、改革的初步成效