前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的数学建模成果主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
中图分类号:G623.5 文献标识码:A
An Example About the General Process of Elementary School MathematicsModel
WEN Hui[1], HE Zhongwei[2]
([1]Mathematics School, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650092;
[2]Jingdong Mathematical Research Section, Jiangxi Nantian College, Nanchang, Jiangxi 330029)
AbstractMathematical model is a mathematical structure which is expressed by the language of mathematics. Through the establishment of mathematical model, students can transfer a real problem to an abstract one. Establishing, explaining and applying a mathematical model is a requirement of math teaching. This paper aims to talk about the process of establishment of a mathematical model by the lesson of calling: questioning, hypothesizing, exploring, modeling and applying.
Key wordsring up; mathematical modeling; the mathematical model
《数学课程标准(实验稿)》“前言”阐述:“……让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型并进行解释与应用的过程,进而使学生获得对数学理解的同时,在思维能力、情感态度与价值观等多方面得到进步和发展。”明确要求教师在教学中引导学生建立数学模型,不但要重视其结果,更要关注学生自主建立数学模型的过程,让学生在进行探究性学习的过程中科学地、合理地、有效地建立数学模型。
“数学建模”就是运用数学去解决实际问题;就是要用数学的语言、方法去近似地刻划实际问题,而这种刻划的数学表述就是一个数学模型,其过程也就是数学的建模过程。根据小学生的特点,思维主要以形象思维为主,知识的结构简单,来考虑小学数学建模的一般过程:
(1)引出问题。让学生从现实生活情境中产生数学问题,这是数学建模活动的前提。这样能有效地提高学生学习数学的主动性、积极性。
(2)提出假设。要用一个抽象的数学结构描述一个复杂的实际问题,必须对问题进行简化。影响问题的因素很多,只有抓住主要因素,暂不考虑次要因素,才能抓住事物的本质。根据情境问题的特征和解决问题的需要,对问题进行必要的简化,并用比较精确的数学语言提出恰当的假设。
(3)组织课堂讨论。把学生分成几个小组,小组成员围绕同一个问题进行信息交流,使学生之间能相互启发拓宽思路,激活思维,从而分享彼此的信息、观念或观点。根据小学的知识结构的特点,组织课堂讨论学习是必须的,同时也能提高小学生的学习兴趣。这个过程是不同于高中大学的数学建模过程。
(4)建立模型。把具体问题化为一般数学模式。在提出假设的基础上利用适当的数学工具、数学知识,来刻画事物之间的数量关系,建立相应的数学结构。
(5)应用拓展。将建立的数学模型运用到实际生活中,来解决较为复杂的生活问题。
下面以义务教育课程标准实验教科书人教版《数学》五年级下册综合实践“打电话”为例,建立小学数学建模的一般过程。
1 引出问题
在黑板板书:全部科学不过是日常思考的精炼而已――爱因斯坦。
师:这句话什么意思?看到这句话,看到我,你们有什么问题想问我?生1:你是一个爱思考的人吗?生2:你是一个爱研究的人吗?生3:你思考的问题正确吗?师:我今天遇到了一件烦心事,有15人合唱队,他们来自不同的学校,结果呢,刚才接到一个电话,让我通知这15个同学。师:我要通知15个同学,我该思考一些什么样的问题。生1:你要用最好最快的方法通知他们。师:这个问题交给我,你们能帮我想想看,有哪些方法可以通知这15个人?生1:打电话。师:这节课就叫打电话。
2 提出假设
师:打电话有很多烦心的事,打电话的时间有长短。以数学的方式来思考,首先把干扰因素给屏蔽掉。我们要对它进行一个工作,什么工作呢?我们要做一些假设。假设每一个同学的电话都打通,有的人打电话时间长,有的人打电话的时间短。我们假设每个人打电话的时间为?
生:1分钟。师:为什么选择1分钟。生:1分钟便于计算。师:所以我们要提出假设每人打一个电话需要一分钟。假设的提出,为我们思考问题做好了最佳的铺垫。
3 组织课堂讨论
师:下面同学小组讨论,并在草稿纸上来表示你怎样通知他们?并算出用多少时间才能把全部的同学通知完。你可以听取其他同学的建议,并在这个建议上深入的研究。
(讨论的时间大约3分钟,让其中一个学生将自己的设计方案在黑板上板演出来。)如图1
图1
师:谁能说出这个同学的思路?
生:老师先通知三个组长,三个组长分别通知四个组员。
(让学生们表演其中的过程:请出一个学生做老师,这位小老师找出他的三个组长,组长找出四个组员。假设把一个同学牵到另一边,算通话成功。这个过程约用了3分钟。)
师:同学们能不能把他的方案再思考下,我们说全部科学不过是日常思考的精炼而已。你们能不能再思考,看看还有没有更优的方案?大家可以提出不同的意见。
生1:组长打给第一个组员,第一个组员可以通知下一个同学。
生2:当老师打给第二个组长时,第一个组长可以打给第三个组长。
生3:当通知第二个组长的时候,第一个组长就可以打给第一个组员。
生4:组员可以互相打。
师:我们可以再思考,这就是思考的再思考。
(班上的学生分组,进行试验,表演其中的过程,当学生表演得出所用时间为四分钟的时候,就让这组学生回座位。这个过程大约用了7分钟。)
4 建立模型
图2
通过学生们的分析,被通知到的人都不闲着这样打电话时间最短。
师:我们把身份忽略掉,把每个人看成什么?编号,老师是1号,学生从2号到16号。
建立模型(如图2)
师:通过同学们的思考,这个工作用了短短的四分钟。
让学生观察上面的示意图,教师逐步引导学生发现这种方案蕴含的规律。为使学生更便于观察,可以归纳如表1:
表1
5 应用拓展
某种细胞每过30分钟便有1个细胞分裂成2个细胞,经过2个小时,这种细胞有1个细胞分裂成多少个细胞?
课题来源:江西蓝天学院院级重点课题“运筹学课程教学改革研究”课题编号:YJ1009
参考文献
[1]叶其孝.中学数学建模[M].长沙:湖南教育出版社,1998.
[2]姜启源.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2004.
[3]赵静等.数学建模与数学实验[M].北京:高等教育出版社,2008.
一天,读高中的孩子兴冲冲回家告诉我,他参加数学竞赛获奖了,要参加数模大赛,他还问我什么是数模大赛?我既高兴有惭愧,高兴的是孩子取得好成绩,惭愧自己没有引导自己的孩子和学生在学习的过程中亲历数学建模的过程。
虽然义务教育阶段的数学课程,强调从学生已有的生活经验出发,让学生亲身经历将显示问题抽象成数学模型并进行解释和运用的过程。新课程改革要求每一位教师培养和发展儿童建构数学的意识和能力。可在实际教学中,什么是数学模型?如何引导小学生建立数学模型,与很多老师交流,老师比较困惑。通过自己近几年的探索、实践与反思,对上述问题有了更深刻的理解和认识。
那么,什么是数学模型呢?广义上说,数学中各种基本概念,如自然数、有理数、实数、集合等都是数学模型;从狭义上说,是专指数学符号语言或图像语言刻划表达的某种实际问题的数学结构。在教学相遇问题时,我是这样引导学生亲历数学建模过程的。(1)创设问题情境,激发学生的求知欲。先请两位同学在讲台的两边同时相向而行,可以让学生重复多走几次。接着问同学们看到了什么?学生的回答迥异,如:两个人面对面在走;他们在中间碰到了;两个人背对背在走等。此时引入相遇问题中的一些条件:同时出发、相向而行、相背而行、途中相遇。当学生对此有一定的了解之后就可以举一个具体的例子来进入教学重点了。例如:甲、乙两人同时从A、B两地相向而行,在距A地800米处相遇,相遇后两人继续前进,甲到达B地、乙到达A地后均立即返回,第二次在距A地600米处相遇。求A、B两地间的路程。(2)借助线段图,建立模型。将整个过程用线段图来形象地描述,这就是这个相遇问题建立的数学模型。(3)研究模型,形成数学知识。以后学生在遇到行程问题的运用题时,在脑海里会有距离、方向、出发地、相遇点等概念,会借助简单的线条示意图分析问题,正确解答行程问题中的相遇问题,为以后学习行程问题中的追击问题打下基础。
通过“行程问题中的相遇问题”的建模教学与实践,能让学生深刻理解数学知识的丰富内涵,感悟数学与现实生活的密切联系。引导学生建立数模的过程,就是实际问题数学化的过程。只要我们不断引导学生亲历数学建模的过程,相信会激发学生的创新能力和培养学生的动手操作能力,我们培养出的学生也不再高分低能。
作者:潘德高来源:新课程学习·上2015年4期
关键词 数学建模课程教学 数模竞赛 创新能力培养 改革举措
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.05.015
Exploration and Practice of Mathematical Modeling Activities
in the Innovation Educational Background
WANG Wenfa[1], WU Zhongyuan[2], XU Chun[1]
([1] College of Mathematics and Computer Science, Yan'an University, Yan'an, Shaanxi 716000;
[2] Office of Academic Affairs, Yan'an University, Yan'an, Shaanxi 716000)
Abstract Under the innovative education based on university personnel training requirements and problems of traditional mathematics education, the importance of mathematical modeling of students' innovative ability to Yan'an University, for example, according to "sub-level, sub-module" model of teaching and organization contest guidance, teaching and assessment in accordance with academic competitions, math majors and computer majors, two contests with a thesis project and Daiso, boutique website and digital-analog Association and second class "four convergence" approach to student innovation and innovative ability, and made remarkable achievements in personnel training, curriculum development, team building, professional building.
Key words mathematical modeling teaching; mathematical modeling contest; innovative ability training; reform measures
高等学校的大学生是国家科技发展的主力军,大学生的创新能力决定着国家未来的科技创新能力。数学建模课程教学与竞赛的广泛开展对高等学校大学生的创新能力培养具有十分重要的作用。如何在数学建模课程教学与实践中,既能增强大学生的数学应用意识,又能提高大学生运用数学知识和计算机技术分析和解决问题的能力,从而达到提高大学生综合素质和创新能力的目的,这个问题是近年来众多高校关注的问题。延安大学作为一所地方高校,在近几年数学建模课程教学与实践过程中,进行了一系列卓有成效的探索和改革,学生的创新意识和创新能力得到大幅度提升。
1 更新教育理念,充分认识数学建模对学生综合素质和创新能力培养的重要性
数学作为一门基础学科,它涉及的领域相当广泛,如经济、计算机及软件、管理、国防等,虽然数学在高校教育教学中的地位不断提高,人们对其认识也不断加深。但是,人们对数学类课程、数学学科在创新型人才培养中的重要性仍认识不够深入,在教学内容、教学方法、教学手段、评价措施等诸多方面,仍然沿用传统数学类课程的教学模式和思维方式,导致高校人才培养与创新教育背景下的人才培养需求完全脱节。正如著名的数学家王梓坤院士所说“今天的数学科学兼有科学和技术两种品质,数学科学是授人以能力的技术。”面向21世纪,高等教育在高度信息化的时代培养具有创新能力的高科技技术人才,数学作为一门技术,现已成为一门普遍实施的技术,也是未来高素质人才必须具备的一门技术。因此,在数学建模课程教学与实践过程中,必须转变传统数学类课程的教育教学理念,不能将其简单地当作工具和方法,而要将其当作是一门技术,而且是一门普遍适用的高新技术,在保证打牢基础的同时,力求培养学生的应用意识与应用能力、创新意识与创新能力,真正实现培养高素质创新人才的目的。
2 数学建模课程教学的改革与实践
2.1 分层次、分模块实施数学建模课程教学和竞赛指导
一是在数学建模专业课、专业选修课、公共选修课教学中按照知识点及教师研究方向,将课程内容分为两个层次九个模块。第一层次包括数学软件、初等模型、优化模型、数学规划模型、微分方程模型等五个模块;第二层次包括离散模型、概率模型、统计回归模型、数值计算与算法设计等四个模块。第一层次针对公共选修课教学,第一层次+第二层次针对专业课和专业选修课教学。具体措施是:由数学建模课程教学团队集体制定课程教学大纲和实施计划,每位教师按照课程教学大纲和实施计划主讲自己所从事的方向模块,在保证课程教学内容完整性和系统性的同时,根据学生知识层次,充分发挥每位教师专业优势,有效地提升了课程教学质量;二是在大学数学课程教学中,按知识点将数学建模思想融入其中,在激发学生学习数学兴趣的同时,强化学生的数学应用能力培养;三是在校内数学建模竞赛中,按照“建模知识+专题讲座+模拟+竞赛”的模式组织校内建模竞赛,主要以数学建模的基本思路、基本方法、基本技能为内容,使学生对数学建模有更加深入的感知和认识,在激发学生学习数学兴趣和积极性的同时,培养学生的科研意识和创新意识;四是在全国数学建模竞赛中,按照“集训+软件应用+旧题新做+模拟选拔+强化训练”的模式组织全国建模竞赛,主要以培养学生的洞察力、联想力、创新能力、团队协作精神和吃苦精神为内容,使学生的创新意识、团队协作精神得到良好培养。 2.2 建立数学建模精品课程网站,为数学建模爱好者搭建学习交流平台
网站将数学建模课程教学与数模竞赛有机地融合,为学生全方位了解、学习和掌握数学建模的相关知识、相关技能开辟第二条通道。网站包括:课程介绍【课程描述、教学内容、教学大纲、建设规划】、教学团队【整体情况、课程负责人、主讲教师】、教学资源【教学安排、多媒体课件、授课录像、电子教案、课程作业、课程习题、模拟试卷、参考资源】、实验教学【实验任务、实验大纲、实验指导、课程设计、实验作品、实验报告】、教学研究【教学方法、教学改革、教学课题、教学论文、学生评教】、教学成果【教学成果奖、获教学奖项、人才培养成果、教材建设】、在线学习【在线交流、在线自测】、成绩考核【平时成绩、作业成绩、实验成绩】、下载专区【教学软件、常用工具】、数模协会【协会简介、协会章程、通知公告、新闻动态、竞赛获奖、优秀论文、往届赛题、模拟赛题、校内竞赛、新手入门】等,这些内容几乎囊括了数学建模教育教学活动的所有内容,学生可以通过网络资料学习就可以全面了解数学建模的相关知识与技能。
2.3 专业相互融合,取长补短,充分发挥学生各自专业优势
数学与计算机科学学院现有数学与应用数学、信息与计算科学、计算机科学与技术、软件工程四个专业,其中两个为数学类专业、两个为计算机类专业。在课程教学中针对两专业的长处和不足,按照专业结队子、学生结队子的模式组织教学和小组讨论,强化计算机类专业学生的数学应用能力培养,强化数学类专业学生的计算机软件应用能力培养;在竞赛组队中,每队均配备至少1名计算机类专业学生和1名数学类专业学生。充分发挥各自的优势,取长补短,使学生的综合能力得到提升。
2.4 延伸数学建模竞赛效能,不断提高学生的创新能力
每年全国大学生数学建模竞赛和校内数学建模竞赛试题都是从实际生活中提取出的实际问题。因此,指导教师在指导学生毕业论文(设计)和大学生创新训练项目时,从往届赛题或模拟试题中选择一些题目,将其进行适当的延伸作为学生毕业论文(设计)和大学生创新训练项目选题。通过这一方式,进一步培养学生的创新思维和创新意识,为学生今后从事科学研究奠定了坚实的基础。
3 数学建模课程教学改革取得的成效
3.1 我校全国大学生数学建模竞赛成绩居全省同类院校前列
我校参加全国大学生数学建模竞赛共获得国家一等奖4项、国家二等奖6项、陕西省一等奖33项、二等奖71项,4次被评为优秀组织奖,1名指导教师获陕西省数学建模竞赛陕西赛区优秀指导教师,600多名学生参与大创项目,公开发表科研论文30余篇,学生的就业率和就业质量得到明显提高。该赛事因此也成为了延安大学学科竞赛品牌和亮点。
3.2 我校数学建模教育获得多项教学成果奖、质量工程项目及教改项目
教学成果奖:“理工类大学生数学素质与创新能力培养的研究与实践”荣获2009年陕西省教学成果二等奖;“地方性院校开展数学建模教学的实践与探索” 荣获2003年延安大学教学成果一等奖;“计算机专业高素质应用型人才培养模式的改革与实践” 荣获2012年延安大学教学成果一等奖;“厚基础、重实践、强化工程素质和创新的人才培养模式的研究与实践”荣获2011年延安大学教学成果二等奖;“数学建模课程改革及数学建模竞赛的研究与实践”荣获2007年延安大学教学成果二等奖。
质量工程项目:“数学与应用数学专业”为2010年省级特色专业;“数学建模教学团队”为2011年省级教学团队;“数学建模精品课程”为2012年校级精品课程;2014年“数学建模”课程获批为省级精品资源共享课程;2014年“数学与应用数学”专业获批为省级专业综合试点项目。
教改项目:“大学生数学应用能力创新能力培养的改革与实践”为2009年省级重点教改项目;“地方高校青年教师教学能力提升途径的研究与实践”为2013年省级重点;“青年教师教学能力提升的研究与实践”为2011年校级重点;“计算机相关专业校企合作人才培养模式改革的研究与实践”为2013年校级重点。
3.3 依托数学建模教育平台,推动指导教师教学科研能力和综合素质提升
数学建模教育不仅提高了学生的创新能力,同时也为指导教师的教学、科研及综合素质的提升起到了推动作用。数学建模课程是一门面向全校理、工、经、管、教各学科专业大学生开设的理论与实践相结合的基础课程,主要以学生的洞察能力、创新能力、数学语言翻译能力、抽象能力、文字表达能力、综合分析能力、思辨能力、使用当代科技最新成果的能力、计算机编程能力、数学软件应用能力、团队协作精神和组织协调能力等综合素质培养为目标,以数学建模课程教学、数学建模竞赛、第二课堂、毕业论文(设计)、大学生创新训练项目等为手段,通过“分层次、分模块、四融合”的教学模式的有效实施,在提高我校学生解决在理、工、经、管、教等学科专业领域遇到的数学建模问题的能力的同时,为我校高素质、应用型人才培养做出贡献。
基金项目:2013 “地方高校青年教师教学能力提升途径的研究与实践”(项目编号:13BZ37);2014年陕西本科高等学校“精品资源共享课程建设”项目“数学建模”课程建设阶段性成果
参考文献
近几年来,越来越多的新建本科院校将自己的发展目标定位于开展应用型本科教育、 培养应用型本科人才,我们称这类普通高校为应用型本科院校。在我国高教法中对本科教育的学业标准有明确的规定:“应当使学生比较系统地掌握本专业必需的基础理论、基础知识,掌握本专业必需的基本技能、方法及相关知识,具有从事本专业实际工作和研究工作的初步能力。”从这一规定看,我国工科专业培养的其实都是应用型人才,但从培养目标的内涵上说,可分为三类:
一为工程研究型人才。主要由研究型和教学研究型高校培养,其培养目标是:培养能够将发现的一般自然规律转换为应用成果的桥梁性人才。
二为技术应用型人才。主要由教学型地方本科院校培养,其培养目标是:能在生产第一线解决实际问题、保证产品质量和性能,属于使研究开发的成果转化为产品的人才。定位为技术工程师。
三为技能应用型人才。主要由高职类院校培养。其特点为:突出应用性、实践性,有较强的操作技能和解决实际问题的能力。
上海电机学院是2004年9月经上海市人民政府批准, 在原上海电机技术高等专科学校的基础上建立的以实施本科教育为主的全日制普通高等院校。其定位在培养技术应用型本科人才的教学型院校。技术应用型本科人才学习数学的目的在于应用数学。这就要求他们在学习数学的同时,不断提高应用数学的意识、兴趣和能力。数学建模是数学知识和应用能力共同提高的最佳结合点;是启迪创新意识和创新思维、锻炼创新能力、培养技术应用型本科人才的一条重要途径。
1 数学建模的发展历程
近几十年来,数学迅速向自然科学和社会科学的各个领域渗透,在工程技术、经济建设及金融管理等各方面发挥着越来越重要的作用,并在很多情况下起着举足轻重,甚至决定性的影响。数学与计算机技术相结合,已经形成了一种普遍的,可以实现的关键技术——数学技术,并已成为当代高新技术的一个重要组成部分。用数学方法解决各类问题或实施数学技术,首先要求将所考虑的问题数学化,即通过对复杂的实际问题进行分析,发现其中可以用数学语言来描述的关系或规律,将之构建成一个数学问题,再利用计算机进行解决,这就是数学建模。数学建模日益显示其关键的作用,并已成为现代应用数学的一个重要领域。
为培养大学生的数学建模能力,国外较早地经常举办大学生数学建模竞赛。1989年我国大学生开始参加美国大学生数学建模竞赛(MCM),从1992年开始,教育部高教司和中国工业与应用数学学会每年主办一次全国大学生数学建模竞赛,至今已经举办了16届,参赛队伍每年都不断增长,在竞赛过程中,大学生的聪明才智和创造得到了充分的发挥,提交了不少出色的答卷,涌现了一批优秀的参赛队伍,同时,有力地促进了高等院校的数学教学改革,充分显示了数学建模竞赛活动的强大生命力。举办大学数模竞赛,已造成一种氛围,推动了培养大学生数学建模能力的工作。
2 数学建模在创新技术应用型本科人才培养中的意义
数学建模是对人的数学知识,实际知识的拥有量和灵活运用程度,逻辑推理能力,直觉、想象和洞察能力,计算机使用能力等的全面检验,最能反映出创新精神。“科学技术是第一生产力”。每年的工科大学毕业生是科技战线的生力军,他们要出科技成果,并且“千方百计促进科技成果在生产实践中得到广泛应用”,“加速科技成果转化”,数学建模能力对他们是必不可少的。
数学建模是对传统教育的一个挑战,它强调怎样利用先进的计算机工具来解决数学问题。学生参加数学模型的研究,参加全国大学生建模竞赛,是将以前的“做练习”改为现在的“做问题”,将生活变成数学,将问题实际解决。数学建模是对学生创新精神的培养,是学生时代的第一次科研训练,是一个向实际负责的任务书,是对学生适应社会、服务于社会的锻炼与挑战。基于以上的重要性,许多高校对学生的数学建模能力越来越重视,我校也不例外。
3 提高我校学生数学建模能力的具体措施
为了提高我校学生的数学建模能力,我们可在高等数学的教学中溶入数学建模,并开设创新系列课程:数学建模系列课程。系列课程中除设置了数学建模理论课外,还设置数学建模实验课、数学建模集训和数学建模竞赛等任选课。
关键词:数学建模,数学教学,高职院校
怎样使高职院校数学这门基础学科的教学更好地为人才培养目标服务,一直是高职院校数学教学改革思考的着力点。近年来,数学建模教学和竞赛活动在全国高校蓬勃兴起,深圳职业技术学院积极探索将数学建模引入高职数学教学,促进了数学教学的全面改革和创新。
一、将数学建模内容引入高职数学教学的必要性与可行性
相对于本科院校而言,以培养技能型、应用型人才为培养目标的高职高专院校,将数学建模作为数学教学的重要组成部分,更有其必要性和可行性。
(一)高职院校的培养目标要求将数学建模内容引入数学教学
高职教育是改革开放以来,伴随着市场经济发展而出现的高等教育的一种新类型,与传统高等教育有着很大的不同。高职教育是培养既有一定的理论知识,又有良好的综合素质,尤其是能够动手操作、具有解决实际问题能力的技能型人才。因此,高职教育的课程设置要能适应和满足高职院校的人才培养定位要求。深圳职业技术学院根据高职教育的实践性、生产性、开放性的特点,通过将数学建模内容引入数学教学,特别是引入与所学专业相关的实际案例,引导学生学习用数学知识和计算机技术分析、解答实际问题。这不仅解决了学生不知道所学数学知识到底有什么用以及该怎么用的难题,更重要的是探索了一条具有高职教育特色的数学教学改革之路。
依照高职教育人才培养目标,培养出的学生应具有较强的动手能力和解决实际问题的能力,为此,我们对数学教学内容做了相当大的改革,即打破传统数学教学的理论体系,删掉复杂的数学证明及运算,强化学生对概念的理解,并运用数学手段解决实际应用问题。数学建模恰好是训练学生通过数学手段解决实际问题的最佳途径。
(二)高职院校学生具备将数学建模内容引入数学教学改革的基本条件
高职教育是大众化教育的主力军,培养的是生产、建设、管理、服务一线的高素质技能型人才。高职学生的基础知识与本科院校的学生相比有一定的差距,如果按照传统的教学方法,强调知识传授的系统性、理论性,对他们来说有一定的难度,且没有必要。从高职学生的认知特点和知识的接受能力而言,高职学生更愿意学习实用性强的知识,对解决实际问题的热情也更为高涨,关键是我们怎样设计教学内容、教学方法和教学手段去开发和引导。
多年的教学实践探索表明,将数学建模内容引入教学及组织学生参加全国大学生数学建模竞赛(以下简称数模竞赛),可以充分激发学生的学习热情和创新精神,提高学生运用数学方法和计算机工具分析、解决实际问题的能力及创新能力。
二、将数学建模内容引入高职院校数学教学的方法与途径
在明确高职教育人才培养目标对数学教学改革的新要求,全面了解了高职学生学习基础和学习特点的基础上,我们选择将数学建模内容引入教学,开始了高职数学教学新模式的改革探索。
(一)改革数学必修课
高职院校学生的数学基础知识不是很扎实,但是他们对自己所学专业则有较大的兴趣和较充分的了解。针对这种情况,我们首先对数学必修课的教学内容进行改革。如,基于学生对所学专业的熟悉和热爱,我们把数学理论的教学和专业知识紧密结合,引入大量结合所学专业知识与工作的案例,通过解决具体的案例,引导出要学习的相关概念与知识,逐渐让学生体会运用数学知识解决实际问题的乐趣和方法。同时我们加入了数学实验课,让学生学习运用计算机和数学软件计算、解答实际问题。如在《经济与管理数学》课程中讲到需求函数时,我们结合经济与管理专业的具体工作场景,引入商品市场需求的调查与需求函数的拟合这一案例,要求学生对某款手机的市场需求进行调查,并求出其需求函数。通过这个案例的学习,学生不但掌握了需求函数的概念,而且学习了如何进行市场调查,并根据调查数据用数学软件拟合各种类型的需求函数。
(二)设置数学建模选修课
在改革必修课的基础上,我们开设了数学建模选修课Ⅰ、数学建模选修课Ⅱ及MATLAB编程选修课。
1.数学建模选修课Ⅰ,旨在推广数学建模的影响,每年参与学生人数近500名,开班10个以上。选修课基本上是以专题的形式进行的,课程内容包括优化问题、分类问题、预测问题、评价问题、决策问题等,所涉及的模型包括函数模型、线性规划模型、统计模型、微分方程模型等。建立的模型及解决模型的计算都是通过具体的案例进行的。
2.数学建模选修课Ⅱ。选修该课程的学生主要是从数学建模选修课Ⅰ的学生中,结合学生的兴趣和意愿选的,主要学习是备战美国数学建模竞赛。当然其中也有单纯喜欢这门课程但不一定参加竞赛的学生。本课程除了学习数学建模的相关方法之外,还增加了查找英文资料、阅读英文科技论文、用英文写作数学建模论文等内容。
3.MATLAB编程选修课,内容以使用和编程为主。科学地设计数学建模选修课内容,配合科学的训练,有效地提高了学生数学建模能力,开拓了学生的视野,丰富了学生的知识,充分调动起学生学习数学的积极性。
三、丰富课外数学建模活动
课外活动是课内教学的延伸,我们充分拓展学生课外学习空间,使课内课外的学习相得益彰、相互促进。2006年在教师的引导和校学生会的支持下,学生们成立了数学建模协会。该协会是目前深圳职业技术学院最大的学生社团。
1.连续5年举办校级大学生数学建模竞赛。从每年4月份开始,数理教研室与数学建模协会就通过横幅、海报、广播等方式大力宣传数学建模竞赛活动,为选拔优秀学生参加全国大学生数学建模竞赛搭建平台。参赛学生自由组队,但是我们特别鼓励学生跨专业组队,每年有近百个队的300多名同学参加比赛。参赛学生来自电信、机电、汽车、经管、建工等十几个学院。竞赛扩大了数学建模在学生中的受益面及在全校学生中的影响,学生普遍反映收获很大。
2.建模协会配合数理教研室多次组织校级MATLAB编程大赛。顺应时代的进步,数学课程及数学建模竞赛的改革与发展,要求学生对软件的使用及编程能力越来越高。为充分发挥学生的特长,促进学生对MATLAB软件学习的积极性,鼓励并嘉奖顶级编程人才,建模协会配合数理教研室的教师多次举办校级MATLAB大赛,每次有近10个队的30多名同学参加。通过此项赛事,学生在计算方面的成绩迅速提升,在2011年全国大学生数学建模竞赛中我校的一个队荣获高职高专组唯一的MATLAB创新奖。
3.在数学建模课程和数学建模竞赛培训的基础上,学校以数理实验室为平台开展经常性的数学建模活动。学生们在固定的数学建模实验室进行问题的讨论、软件的交流学习及各项活动的策划,等等。
4.强化模拟培训。我们通过数学必修课、选修课和数学建模协会开展课外活动等一系列举措,全面推动了数学教学改革,同时培养了一批热爱数学的优秀学生。对于这些热爱数学且成绩优秀的学生我们鼓励他们参与数学建模竞赛,并利用假期进行模拟培训。在模拟培训中,我们首先是精心组合参赛队伍。为了备战大赛,所有参赛队员都经过激烈的竞争和严格的选拔。指导教师根据学生的实际情况,在三名队员组成的每支队伍中,包括一名计算机能力较强的信息专业学生,一名数学能力较强的丁科专业学生和一名文字功底较强的学生。而参加美国数模竞赛的人员组成中要求有一名是外语专业的学生。其次,是模拟竞赛情景。在假期培训中我们利用往年的赛题对即将参赛的学生进行一周的模拟培训,让学生自己独立完成往年的两个指定赛题。建模中数学模型的建立、计算机编程、写作等,每项要有一人负责,其他人辅助完成。我们的指导思想是:建模时,既要有合作,也要有相对的分工。学生拿到题目以后,首先要一起进行讨论,相互交流时要学会认真倾听,汲取队友的优点,然后才提出自己的看法。同时要加进自己对别人想法的理解,提高讨论交流的效率。最后教师对问题进行讲解、答疑,强调如何收集相关数据和信息,以及论文的结构和摘要的写法等。经过多年的历练,我校在数学建模竞赛的培训参赛工作方面积累了一定的经验。
四、成果与体会
关键词:数学建模;创新能力;数学实验;建模竞赛
中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)32-0135-02
创新能力是国家竞争力的核心,科技创新人才的培养直接影响国家未来的整体创新水平和国家的创新竞争力。高等学校和科研院所培养的研究生是科技创新人才的后备军,应当以培养研究生创新能力为根本目标,将科技创新能力的培养渗透到研究生教育的整个过程。教育部于2003年公布的“研究生教育创新计划”指出,为全面建设小康社会,国家对高层次创新人才的需求不断扩大,研究生教育必须加快改革步伐,不仅要培养大批人才,更要把工作重心转移到提高培养质量,特别是提高研究生的创新意识和创新能力方面上来,积极主动适应国家对创新型人才的需要,实现从研究生教育大国向研究生教育强国的转变。
一、数学建模教育与创新能力培养之间的关系
创新能力就是利用已有的知识和技能,根据客观情况的变化而认识问题、解决问题,获得创新成果的能力,主要表现为敏锐的观察力、聚精会神的注意力、良好的记忆力、较强的操作力、丰富的想象力、有创造的思维力和思维方式、灵感和顿悟以及信息检索能力,能够得出有独出心裁的见解和方法。严谨的逻辑思维和定量思维是衡量一个人文化素质是否全面发展的一个重要标志。德国著名数学家Grassmann曾说过:“数学除了锻炼敏锐的理解力、发现真理以外,还有另一个功能,就是训练全面考虑科学系统的头脑的开发”。James指出:“数学的思考方式具有根本的重要性,数学为组织和构造知识提供了方法,以至于当用于技术时就能使科学家和工程师们生产出系统的、能复制的,并且是可以传播的知识。分析、设计、建模、模拟(仿真)及其具体实施就可能变成高效加结构良好的活动”。伽利略曾说过:“自然界最伟大的书是用数学语言书写的”。数学是推动科技创新的主要力量,深厚的数学理论基础、用数学处理实际问题的能力是衡量研究者能否进行科技创新的关键因素。数学建模就是建立数学模型的过程,对于一个实际问题,用数学的语言、公式、符号、图表等进行刻画和描述,然后经过数学的处理即计算、迭代等得到定量的结果,利用得到的结果再返回到实际问题,用于人们的分析、预报、决策和控制。面对各种各样的实际问题,如何抓住主要矛盾,进行合理的假设,逐步引入数学的思想,利用数学的理论和方法得到数学上的求解,最后翻译到实际问题,这实际上是科技工作者综合创新能力的体现。
二、工科研究生学习现状分析
中国石油大学(华东)工科研究生在三年的研究生学习阶段,只有一年的课程理论学习,取得相应的学位课学分后,从第二年就转入导师布置的论文阶段,至此课程学习全部结束。笔者讲授研究生“数值分析”课程数十年,面授对象大都是石油主干专业的硕士研究生,这些学生经过了大学阶段的学习后,学习能力和知识有了很大的提高。数值分析、应用统计方法、矩阵理论及计算是我校工科研究生大面积选修的学位课程,在有限的课时学完这些课程后,研究生学到了必要的数学理论及知识,但在以后的科研阶段碰到实际问题后,如何去应用数学、如何转化为数学问题,还会碰到很多的困难。有些石油学科中的主干课程,像流体力学、渗流力学、固体力学、传热学等,在大学阶段就开始学习这些相关的课程,到了研究生阶段,还要继续学习这些课程。数学模型的来龙去脉、实际问题的简化、数学模型的建立推导以及求解方法、如何反映实际问题,这些更重要的知识并没有真正掌握,以至于在后续的科研阶段,碰到新的问题无从下手,究其原因,还是在学习的过程中,缺乏深厚的数学理论和专业知识基础,缺乏数学建模的能力,导致研究成果缺乏创新性。由于实际问题复杂和多样性,建立真实反映实际问题的数学模型也越来越复杂,精确求解数学问题变得不可能,只能借助于计算机近似求解。现在人们普遍把科学实验、理论研究、科学计算并列为科学研究的三种基本方法。随着计算机、数值计算方法和应用软件的发展,科学计算作为科学研究方法之一显得尤为重要。近年来,计算流体力学、油藏数值模拟、计算传热学等学科发展很快,通过大量的科学计算,可以发现传统理论研究和科学实验发现不到的一些规律和现象。近年来,我校越来越重视工科类研究生创新能力的培养,但很多研究生往往把数学看成服务性的课程,仅学习一些肤浅的数学知识和数学计算,对一些影响深远、应用价值大的数学思想和数学方法很少涉及,学生数学建模能力不足。因而,许多具有硕士学位的科技人员面对涉及较深的数学知识的科技创新时,也就显得力不从心了。
三、加强数学建模教育,提高创新能力的措施
1.在数学理论学位课的教学中渗入数学建模的思想。在研究生的数学理论课程教学中,除了讲解数学理论、数学方法外,针对数学模型的背景,应该讲授给学生数学模型本质的知识,不但要让学生知其然,还要知其所以然。比如在讲授三次样条插值时,首先给出三次样条插值的定义、理论模型及求解方法,要保证方程组的封闭性,还需要给出相应的边界条件,在三类边界条件中,每一类边界条件对应的含义,在边界上一阶导数、二阶导数及周期边界分别为已知的情况下所对应的实际问题的要求要解释清楚。对于不同的实际问题,可以根据实际需要给出对应的边界条件。我们知道,越是抽象的理论、模型、方法,其应用范围越是广泛。很多不同领域的实际问题,其对应的数学模型有可能完全相同,学完一类数学模型后,要求学生针对各自专业中所涉及到的专业知识,能够解释它们对应的实际问题,这样既激发了研究生的学习兴趣,又培养了他们善于归纳、把数学模型分门别类处理、碰到类似实际问题的数学建模能力,提高了他们利用数学建模进行创新的能力。
2.开设研究生数学建模和实验课程,能够提高研究生数学应用能力。在研究生学习完相应的数学理论课程后,第一学年第二学期增设研究生数学建模和数学实验课程,这是衔接数学和后面的科研工作阶段的一个重要环节。通过数学建模和数学实验的学习,研究生可以提高“用数学”的能力,在各自的专业领域里,碰到实际问题,知道如何利用数学的理论、方法建立数学模型,借助于计算机软件进行科学的计算,达到定量解释结果,这样有助于发现新现象、新规律,有助于得到创新成果。
3.积极组织研究生参加全国研究生数学建模竞赛等科技活动。为提高研究生数学应用能力的新要求,从2004年起,研究生数学建模竞赛开始举办。我校自2005年开始,研究生组队开始参加研究生数学建模竞赛,从开始零散的几个队参加到现在每年约50个参赛团队的规模,多次获得全国一等奖、二等奖。参加数学建模竞赛的研究生普遍反映这个科技活动使他们受益很大,具体体现在以下几个方面:①培养了研究生对资料检索的能力,研究生数学建模竞赛题目涉及到的范围很广,要想完整完成建模论文的提交,需要参赛学生既要具备广泛的知识面,还要具备快速收集有关科技文献、正确理解实际问题背景的能力。因此,数学建模竞赛可以加强研究生对资料检索和使用资料能力的培养。②培养大学生文字表达能力和创新意识,研究生数学建模竞赛要求参赛学生尽快熟悉实际问题的背景,然后在合理的假设下,引入数学的概念及知识建立数学模型。在此基础上,使用有关软件或自我设计程序,借助于计算机进行求解,最后形成论文。论文要求模型合理,文字清晰,表达严谨,重点突出,因此这些要求有利于培养学生的文字表达能力和创新意识。③培养学生团队意识和合作精神,数学建模竞赛要求三个人组成一个队进行参赛,组队的原则是:使每个人的特长得到最大发挥,达到群体合作的最佳效果,实现知识能力的最优组合,获取竞赛的优异成绩。每个队的三个人相互协调,密切配合,相互取长补短,学会倾听别人的意见,善于从不同争论中综合出最佳方案,最后取得好成绩。数学建模竞赛的整个过程有助于培养研究生团队意识和合作精神。
四、结论与认识
数学建模教育对于研究生的创新能力和综合素质的培养至关重要,在研究生数学理论课程的教学中,逐步引入数学建模的思想和方法,开展数学建模和数学实验教育,对于后续的科研工作直至将来走向工作岗位会使研究生终生受益,为未来各个行业的创新人才的培养奠定了坚实的基础。
参考文献:
[1]姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].第四版.北京:高等教育出版社,2011.
[2]周少波,孙祥,徐晟.工科研究生射血能力的培养研究――基于科技创新的视角[J].研究生教育研究,2013,(4):42-47.
[3]刘凤秋,毕卉,陈东彦,等.融合数学建模思想的理工科研究生创新能力培养模式[J].高师理科学刊,2014,34(5):82-84.
“研究性学习”是新课程计划中所增加的必修课,是“综合实践活动”的一部分内容,旨在促使教师更新教学观念和教学方法,引导学生转变学习方式,是教育教学发展过程中新的创意与进步。“研究性学习”是一种以学生自主性、探索性为基础的新的学习方式,它要求学生在教师的指导下从教学角度出发,对日常生活、生产和其他学科的问题及某些数学问题(包括教学问题)进行深入探讨,最后形成实验(调查)报告或小论文等形式的成果。研究性学习特别注重学生创新精神的培养与实践活动的参与,其核心是提高学生的综合素质,促进人才全面发展。一个好的研究性学习方案至少包括三个要素:合理的研究目标、有意义的研究内容、科学的研究方法。
数学建模属于一门应用数学,学习这门课要求我们学会如何将实际问题经过分析、简化转化为一个数学问题,然后用适当的数学方法去解决。数学建模是一种数学思考方法,是运用数学的语言和方法,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手段。为了使描述更具科学性、逻辑性、客观性和可重复性,人们采用一种普遍认为比较严格的语言来描述各种现象,这种语言就是数学,而使用数学语言描述的事物就称为数学模型。
一、在数学教学过程中以“数学建模”为载体进行研究性学习的特点
1.研究性
“数学建模”本身就是一种科学研究,我们以“数学建模”为载体对学生进行研究性学习,就是要求学生对生活中的数学问题进行数学建模研究,这是我们教改的大胆探究,是为了探求提高课堂效率的新路子,以适应素质教育的要求,具有较大的研究价值。
2.开放性
“数学建模”包罗万象,涉及方方面面,如太空探索、微观世界、生物工程及日常生活中的琐碎小事无不涉及数学建模。学生可以根据自己的兴趣和爱好选择课题,具有很强的开放性。
3.趣味性
趣味性主要表现在两个方面:一是“数学建模”得到的结果,有许多都是与生活中的习惯思维相悖的。例如,一艘正在被飞机攻击的军舰,应当进行怎样的操作才能逃过劫难?按习惯思维,是左转弯或右转弯或后退,根本不会想到会是加速前进,有很强的趣味性。二是一个个课题都是实际生活中提炼出的数学问题,解决问题后,可使学生获得成功的喜悦,从而产生研究兴趣。
4.可行性
对中学生而言,进行“数学建模”的研究性学习,目的是培养学生的动手能力、解决实际问题的操作能力,是他们在中学阶段就能获得科学研究的亲身体验,而不是要他们得到什么有价值的成果。因此,学生根据日常生活中的小事提炼出数学问题,利用中小学所学知识进行建模求解,有较强的可行性。
二、在数学教学过程中以“数学建模”为载体进行研究性学习的具体实施办法
1.准备阶段
(1)“数学建模”的概况介绍
利用学校开设的第二课堂时间,给学生介绍相关数学建模的知识,以实际的例子说明数学的趣味性和实用性及巨大的开发价值,鼓励学生积极参与其中,改变学生对传统数学教育所形成的“枯燥、乏味、无用”的偏见,使学生重新对数学产生兴趣,激发学生学习数学的热情,从而主动地参与学习,为将要开展的“数学建模”研究性学习做好动员准备。
(2)“数学建模”理论学习
为学生讲解“数学建模”的理论,介绍研究方法、一般步骤和过程,讲授部分中学课本以外的、“数学建模”过程中又比较常用的背景知识,如统计、线性规划等,为学生做好“数学建模”的理论准备。
(3)选择研究课题
选择研究课题有两种方式:一是教师给部分课题供学生参考;二是学生根据自己的兴趣和爱好提出课题。
(4)审题
教师将所有课题汇集在一起,以三个原则:课题必须具有一定的研究价值;课题的研究方向必须明确,不能含糊不清;课题必须具有可行性,既能够在学生独立或在教师的指导下完成审题,课题不能过大、过难、过深,必须符合中学生的实际。
(5)分组
将审好的研究课题分给学生,最好是多个人组成一组(这样可以培养学生团结协作、互相帮助的精神)。
2.研究阶段
(1)建模分析
学生首先对自己的课题进行分析,写出研究提纲,指导教师再对学生提出参考意见(需要参阅的相关资料、研究过程中应当注意的关键步骤),然后让学生独立调查、统计、分析,获取相关信息。
(2)建立模型和求解模型
学生通过自己所获得的信息,建立课题的数学模型,并且要求自己的模型得出结果。过程中遇到一些困难,由指导老师提供帮助。
(3)结果论证,写出研究报告
建模的结果是否符合实际,需要进行结果检验。如果相差甚远,则重新建立模型并求解模型。论证后由学生写出研究报告。
3.评价阶段
关键词:独立学院;数学建模;教学改革
中图分类号:G4 文献标识码:A文章编号:16723198(2012)10013901
独立学院应以培养应用型人才为目标,人才的知识能力结构是应用型,而不是学术型;要按照应用型能力结构,重新构建理论和实践教学的体系,培养学生应用和创新能力,以满足学生发展的需求。从这样的教育思想出发,数学建模活动的开展成为必然。
1 独立学院数学教育的现状及开展数学建模活动的必要性
目前,独立学院数学课程中存在诸多问题,这些问题不但影响了独立学院学生学习数学的积极性,更主要的是后继课程的学习也受到影响。在教学实践中,专业课教师认为学生的数学基础不扎实,不能灵活运用在具体问题上,而对于学生,则表现为不能通过自学来获取新知识,对教师过于依赖等。在学生毕业以后,不会或者意识不到可以应用数学工具去解决他们各自领域的问题。
为解决上述问题,培养满足社会经济需求的应用型人才,数学建模活动以其对学生知识、能力、素质的综合培养,成为独立学院数学教学改革的有力手段。它是在基础课和专业课之间架起的一座桥梁,通过数学建模活动的开展,侧重培养学生综合运用数学知识分析和解决实际问题的能力,增强创新意识和科学计算的能力,开拓知识面,从而推动数学教学思想、内容和体系、方法和手段的改革。
2 我院开展数学建模活动的探索与实践
目前,多数独立学院仅仅是为了参加每年一次的全国大学生数学建模竞赛,对参赛队员进行个别培训,还没有进行大面积的讲授,所以对教改的影响和促进不大。原因很多,主要是独立学院学生的数学底子太薄,数学课时太少,开设数学建模课程难度较大。因此,要将数学建模的收益面推广到全体独立学院学生,仅靠现行的课程体系是不行的,在全院范围内开展数学建模活动是一个大胆的尝试。
我院从2006 年开始,在教务处、学生处的支持下,走访各兄弟院校后,根据我院实际,制订了数学建模的教学、活动计划及实施方案。
合理配置教师队伍,多种形式提高教师水平,充分重视师资培养,具体如下:
(1)以老带新,以新辅老,让青年教师参加数学建模选修课的教学。二是每年让2-3名青年教师参加数学建模竞赛相关培训,交流汲取各兄弟院校的优秀经验。三是让青年教师参与到每年一次的全国大学生数学建模竞赛的指导工作,以赛带练,在实际工作中锻炼自己。
(2)由教务处组织,通知各科系学生自愿报名,每年第一学期开设约40学时的数学建模选修课程。主要针对学过高等数学、线性代数等知识的大一、大二学生。课程结束后进行全院的数学建模竞赛,选拔优秀者为我院的全国大学生数学建模竞赛预备队员,在暑期或第二学期继续进行强化集训。
(3)授课采用灵活方式进行。有一些需补充的基础理论知识如最小二乘法、线性规划、微分方程等,就采用黑板来讲;对于MATLAB、LINDO、LINGO等软件平台的介绍则使用课件来讲。
(4)由于独立学院学生的数学底子较薄,且没有较适合的数学建模教材。因此,我们组织任课教师共同讨论,按照数学建模选修课的要求,选取多种教材中的相关内容,取舍讲授,自编讲稿。
(5)选修课考核和数模竞赛选拔相结合,由教练组提供题目,开卷形式,学生可以利用一切资源,最后把其结论总结,完成小论文的形式。
(6)组织学生成立数学建模协会,通过开展一系列的活动,扩大数学建模的影响,提高学生的兴趣。
3 取得的经验、成果与存在的不足和改进设想
3.1 取得的经验和成果
数学建模活动的开展,为我院选拔全国大学生数学建模竞赛参赛队员奠定了稳定、良好的基础,参赛至今共获得省级以上奖励四项,位居四川省独立学院前列。
在开展数学建模的活动中,我们总结了以下几个方面的经验:
(1)数模教学中,教学案例的选择,应该遵循两个原则:一是“少而精”,数学建模课程的侧重点应该是方法的训练,应选择那些高深知识不多,但在知识的应用上有深度、有特色的典型例子;二是“贴近原型”,数学建模中的案例应该与传统数学课程的习题有明显区别,它应尽可能地贴近实际问题。
(2)独立学院的数学建模活动普遍起步较晚,教师要多参加各种数模培训,向一些数学建模方面的专家取经,和各地各校的优秀教师交流汲取经验,“走出去,带回来”不断提高自身水平。
(3)在数模选修课、数模竞赛培训、数模协会的活动中,充分重视学生团队合作精神的培养,学生间良好的分工合作是数学建模活动顺利开展、数模竞赛取得好成绩的必要条件。
(4)数模竞赛中一些需要注意的细节:数模竞赛队员的组合,最好是由数学能力,计算机综合应用能力,文字表达能力各有所长的同学搭配而成;赛前对一些比赛常用的基本技能的集训是很有必要的,如数学软件、数学公式编辑器,论文格式编排等;比赛场所的安排要协调周到、准备充分;数模竞赛期间是比较紧张辛苦的,队员间有意见分歧也会难免,在竞赛前指导教师要向队员强调团结合作思想,让队员做好吃苦的准备,避免比赛过程中的意外情况发生,在比赛期间要体现对学生的关爱;比赛过程中和学生的信息沟通要顺畅,有比赛之外的问题及时发现,及时解决;比赛期间注意宣传,引起各方面的重视和了解;赛后指导教师和学生应做好经验总结。
通过开展数学建模活动,我们有了以下几个方面的收获:
(1)通过数学建模活动的开展,提高了教师自身的理论水平和组织能力。同时,数学建模选修课也为高等数学的教学改革提供了崭新的教学思想和内容、教学方法与手段。数学建模教学中采用的“研讨式”教学法,在传授知识的同时,也把前人发现、积累知识的方法、经验介绍给了学生,注重培养学生的创新意识和实践能力。
(2)学生在数学建模活动中,不断发现自己在数学知识和数学思维方面的不足,激发学生对数学的兴趣,使其在学习中更主动,更有效;而数学素养的提高又增强了建模的能力,从而形成“数学的学习和数学的应用”相互促进的良性循环,大大提高了学生学习数学的积极性。
(3)在数学建模竞赛培训到比赛的过程中,学生初步了解了论文写作的基本过程,尝试独立完成论文,体验了一次小型科研活动的过程,提高了自身钻研问题、解决问题的动手能力。同时学生使用数学软件平台的能力、学生的团队合作能力、应变能力,创造力、想象力和洞察力也有了较大的提高。
3.2 存在的不足之处和改进设想
(1)大部分独立学院院校没有专门的用于数学建模的数学实验室,学生上机受到限制,学时较少,数学软件的应用不够熟练,影响了数学模型的求解。可考虑将现有的机房装上常用的数学软件,就可基本满足数学建模的需要,尽量避开平时上机高峰,在暑期或节假日安排集中训练。
(2)学生上数学建模选修课的时间与其他课程和学生活动会发生冲突,个别学生不得不中途放弃选修课。可考虑分班分时间教学,让学生在时间上有更多选择。
(3)由于大部分独立学院院校都是在近几年才开始开展数学建模活动及参加全国大学生数学建模竞赛,这方面的宣传力度还不够,部分学生甚至相当多的教师对数学及数学建模课程缺乏足够的了解和正确的认识,不利于数学建模活动的广泛开展。应充分重视与院系主管领导、宣传部门及学生口的老师间的沟通交流,共同营造开展活动的良好氛围。
在今后的工作过程中,我们将把这些好的经验继续下去,尽量寻求更好的办法去弥补不足之处。以“学用结合,以用为主”的原则,对教学内容和方法、教学观念和教材建设等方面进行改革,从多种渠道丰富学生的第二课堂,以吸引更多的学生了解数学建模,参与到其中,尽快提高独立学院学生的应用能力和创新能力。
参考文献
[1]严坤妹. 浅谈培养和提高学生数学建模能力的对策[J].福建商业高等专科学校学报,2011,(01).
关键词:高校;数学建模;教学模式
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.208
0 引言
近些年来,社会经济取得了显著发展,数学也成为了支撑高新技术发展的一门重要学科。考虑到社会各生产部门在解决实际问题时,均离不开数学建模思想及方法的帮助,因而高等院校在开展数学建模教学过程中,需有机结合建模思路及实际问题,通过采取创新的教学方法,不断完善建模教学模式,从而充分促进学生综合能力的增强。
1 数学建模的相关概念
数学建模指的是出于某一特定目标的考虑,简化并假设特定的系统及问题,并借助相关数学工具构建出恰当的数学结构,从而为处理对象提供科学的控制决策,或是用来合理解释待定的实践状态[1]。简单来说,数学建模是通过数学的方法及思想来构建出相应的数学模型,从而对实践问题进行有效解决的一系列过程。
此外,数学建模还具有应用广泛,抽象性、综合性及概括性强等特点,其不但需要培养学生具备扎实的数学基础以及学习数学建模的兴趣,还需对其分析并解决问题、计算机应用、信息收集与处理、自主学习等综合能力展开全面培养。由此可知,通过采取数学建模教学模式,可进一步促进学生学科知识结构的优化以及综合能力的提高。
2 完善高校数学建模教学模式的有效策略
2.1 确保选题的科学性
数学建模选题的科学与否会直接影响到教学的效果,因此,教师在选题过程中,需将教学计划、教材难度以及学生实际能力水平等充分考虑在内,并严格遵循以问题为中心、所选题目具备足够研究价值,以及可行性、趣味性等原则,确保能够将学生的建模兴趣及研究兴趣充分调动起来[2]。
2.2 做到多层面联合
教师在开展数学建模教学时,应对建模各层面予以高度重视,将多层面联合起来。首先,将建模步骤重点突出。教师需详细阐述不同步骤的特点及作用,各步骤之间的协作机制等,并从建模方法这一层面出发,创设相应的情境,理解问题,构建数学模型并进行求解及评价等。此外,还需围绕同一建模问题来开展各个步骤的教学,重点分析问题的背景,认真考察已知条件,并对模型的构建过程进行引导,通过向学生展示不同步骤的思维方式,从而使其对各个步骤的作用方式进行正确理解,对建模思路有一个整体把握,从而将实际问题进行有效解决。其次,对类比法、平衡原理方法等广普性建模方法予以重视,并善于利用概率、极限、图论、模糊数学以及层次分析等数学分支建模法。在开展各层面建模方法的教学时,教师还需把各个层面分化成具体的建模方法,并选择实际问题来训练学生,使其做到融会贯通。
2.3 注重整合模式的应用
数学建模整合模式是指整合各年级的知识,探索知识之间的衔接性及连续性,以期促进数学建模教学实效性的提高。在对模型进行整合时,需对核心课程(包括数学模型、微积分以及实验等课程)、潜在课程(包括单科或多科选修课)以及建模活动(包括CUMCM集训、大学生建模竞赛及数学应用竞赛等)予以重点关注。基于此,本文提出了三阶段的建模教学模式:第一阶段的对象是大一及大二学生,目的是培养他们的应用意识,使其对简单应用能力有一个大致掌握;第一二阶段的对象是大二及大三学生,重点对其建模及应用能力展开培养;第三阶段的对象是大三及大四学生,主要对其应用能力及综合研究意识进行培养。
2.4 分层进行
教师应以学生的实际掌握及应用能力为依据,以模仿、转换及构建为主线来分层进行数学建模的教学工作。
(1)模仿阶段:学生数学建模模仿能力的培养是建模教学中不可或缺的一项环节。教师在进行该阶段的教学时,需要求学生重点研究已构建的模型及其具体的构建思路。与自主探索并构建模型不同的是,对别人构建的模型展开研究是一种被动性活动,因而在实际研究时,教师需引导学生重点分析如何引入并应用模型,如何借助已有方法将答案从已知的模型中导出[3]。总的来说,模仿阶段的训练在数学建模教学中至关重要。(2)转换阶段:数学建模中的转换指的是将具体的模型转换为抽象的综合性模型,或是把原有的模型通过提炼,转换至另一领域中。对各种数学问题展开分析,其本质便是多种数学模型的转换及组合。因此,在实际开展数学建模教学时,教师需对学生转换模型的能力展开重点培养。(3)构建阶段:在处理实际问题时,出于某种需求的考虑,需通过构建数学模型的形式来体现问题中的条件及相互关系,或合理取舍并简化已知条件,再经过重新组合,从而构建出新的模型等,并借助已有的知识及方法进行解决。考虑到构建模型为一项高级思维活动,并不存在固定的解决方法及模式,因而教师需将学生的逻辑思维以及非逻辑思维充分调动起来,经过分析、概括、类比、比较、猜测及想象等过程,对学生的数学模型构建能力进行全面锻炼。由此可知,在数学建模教学过程中,除了加强培养学生逻辑思维以及非逻辑思维能力外,还需注重其他综合能力的培养,尽可能使学生掌握更多有关于工程技术以及科学等方面的知识,能够对系统进行灵活辨识,对机理进行准确分析,在顺利构建数学模型的基础上,有效解决实际问题。
3 结语
综上所述,高效教师在开展数学建模教学过程中,需对学生的主体地位及其学习兴趣予以重视,通过不断完善建模教学模式,对学生的创造潜能进行深入挖掘,引导他们展开积极探索与沟通,从而充分提高学生的建模能力及问题分析与解决能力的提高,为社会培养更多优质的实践型人才。
参考文献:
[1]张逵,彭向阳,谭义红等.地方本科院校数学建模教学模式的构建与实践――以长沙大学为例[J].长沙大学学报,2013,27(05):112-114.
[2]顾传甲.高校数学建模教学方法探[J].宿州教育学院学报,2015,18(06):165-166.