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【关键词】高职院校;数学建模;教学模式;教学方法
自1992年第一届全国大学生数学建模竞赛举办以来,数学建模得到了广泛的关注[1]。开设数学建模课和参加数学建模竞赛活动,不仅能提高学生的数学素质和创新能力,而且能增强学生分析、解决实际问题的能力,从而提升学生的综合素养。
数学建模教育作为素质教育的一部分,以培养技能型、应用型人才为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[2]。正是基于此,国内众多高职院校都根据自身特点,开展了数学建模教学活动。
相对于本科院校,高职院校数学建模课程在教学对象、教学方式和教学目的上都有所不同。本文从学校、师资、教材和学生四个层面分析了高职院校数学建模课程面临的困难与存在的问题,针对现状,提出了高职院校开展数学建模课程应该做到的四个重视,这对当前的高职院校如何开展数学建模课程有一定的理论和实践意义。
1.面临的困难与存在的问题
1.1 学校层面
高职院校对数学建模课程的重视程度不够。国内数学建模课虽然已在部分学校开展了十多年,但仍为新兴课程,很多校领导对数学建模课和数学建模竞赛知之甚少,或者觉得其不重要而忽视其对应用学科的推动作用,从而导致开课迟、课时少、资源(软硬件)缺乏等,这对数学建模课的正常开展造成了直接影响。
1.2 师资方面
当前高职院校师资多为专职教师,本身对数学建模不熟,实践经验较为欠缺。首先表现在对数学建模思想不熟悉,数学建模要求我们摆脱过去“定义-定理-证明-推论”这种演绎模式,而是通过数学实验来直观展现数学公式所描述结果,教学方式的改变导致教师原来熟悉教学要求发生改变;其次,很多数学教师不熟悉各种数学软件,比如LINGO/LINDO、MATLAB、MATHEMATIC等。
学校原有师资不经过培训或进修,提升教学能力,就很难胜任数学建模、数学实验等新课程的教学要求。
1.3 教材方面
相对针对本科院校的数学建模教材的“百花齐放”局面,市场上适合高职院校学生数学建模的教材却少得可怜,上课教师难以根据本校的特点而直接选定合适的教材[3,4]。大多数院校的数学建模教材依然是本科院校的教材,这并不符合高职教学的实际与需求,从而存在以下问题[5]:(1)内容过于繁杂,理论性较强,涉及知识点多而且深,对学生要求过高,不适合数学基础相对较差的高职院校学生,也符合高职院校培养技能型、应用型人才的需求;(2)内容缺乏趣味性和针对性,当前的教材多追求内容全而广,注重逻辑的严密性,缺乏趣味性,更缺乏培养应用型人才的针对性。
1.4 学生方面
首先,相对于本科院校学生来说,高职院校学生的数学基础比较薄弱。多数学生的数学素质和基础均较差,高职生源素质总体不高、学习积极性较低。这些因素都给数学建模教学带来了诸多困难
其次,高职院校学生的数学基础水平差异悬殊较大。随着高校的不断扩招, 高职院校学的中数学基础水平差异比较悬殊,这已是不争的事实。同一学校甚至同一专业的学生数学基础差距极大。
再次,高职院校学生的数学建模意识不强。这主要是由两方面原因造成的,一方面是当前的数学教学方式多为传统的填鸭式教学,这种教学模式造成学生只要会做题就能在考试中获得高分,基于应用的建模思想在期末考试中毫无用武之地;另一方面是学生应用数学软件能力不强, 大多数学生没有接触过建模类型的软件, 学生虽有一定的计算机应用能力, 但只局限于课堂教学和文字处理, 在数学软件的自学和应用上存在较大的缺陷。
2.建议与对策
2.1 重视数学建模的宣传普及
对数学建模的普及包括向上和向下两方面。一方面,由于很多领导、老师对数学建模还很陌生,教学组老师需要多向他们普及数学建模课程好处,包括对学生综合素质的提高、对其他科目(如经济类科目)的推动、对学校知名度的提高(如参加数模竞赛等)等。另一方面,也需要多向学生进行宣传普及工作,毕竟学生才是最终的知识接受者,如果他们不感兴趣的话,开展的课程就难以达到预期的教学目标。
2.2 重视师资培训和教材本地化
数学建模课程需要组织教师进行专门的培训和进修,进一步提升教学能力。这包括对实际问题抽象建模的能力、数学软件的应用能力等。组织学生参加数学建模竞赛是激发学生学习兴趣、检验教学成果的好方法,任课老师需要对全国大学生数学建模竞赛和美国数学建模竞赛的参赛流程、参赛规则进行熟悉。
针对当前高职院校数学建模课程难以找到合适的教材的状况,组织任课老师针对本校的实际情况自编教材是提升教师教学质量、提高教材匹配度的办法。教学组老师根据实际教学的情况和学生的反馈,反复讨论认证,最终编写适合的教材。
2.3重视教学过程的趣味性
数学建模是应用性很强的科目,并不是纯理论性课程,所建立模型与实际紧密联系,这使得教师可以适当减弱知识之间推导的严密性而增加模型的趣味性。一方面,可以讲书上的题目或模型与学生的生活联系起来,比如讲解贷款问题时,可以根据某一个学生的家庭情况进行建模;另一方面,可以抛开教材而直接从生活中的问题进行建模,并作为课堂上的案例进行讲解,比如食堂的排队问题等;再者,可以结合学生的所学专业,从其专业知识里归纳数学模型。
数学建模课程涉及知识面广,从事数学建模教育的教师需要认真研究和改革总结出较多涉及不同工程应用背景和生活中常见的趣味性实例,应用这些实例再现数学建模的思想和基本方法,能够具体而方便的应用于趣味性教学,提高学生的学习动力。
2.4 重视教学辅助手段的应用
数学建模因其具有对现实规划的指导性,得到了人们的重视。但我们也要认识到,罗马不是一天建成的,一个学校师资水平、学生水平不是一下子就能提高的,需要在人力、物力、财力等各方面长期不断的投入;一个人的数学建模素养也不是一两次课能建立的,需要长期不断的培养和练习。
针对高职院校,可以在教师和学生两方面采取“走出去”和“请进来”的策略来逐步改变现状。首先,多组织老师和学生到本科院校取经,学习其先进的教学经验。其次,可以多邀请外校建模教师或相关人士来为本校师生做讲座或培训。
另外,对于竞赛获奖的同学,可进行优秀论文张贴、口头表扬、社团荣誉等形式对其进行鼓励,在增强学生自信的同时营造学习和竞争的氛围。
3.总结
本文分析了高职院校数学建模课程在学生、师资和教材等方面存在的问题和面临的困难,然后结合当前教学现状和计划,对如何在高职院校开展数学建模课程提出了针对性建议。这对当前的高职院校如何开展数学建模课程有一定的理论和实践意义。
参考文献:
[1] 李大潜. 将数学建模思想融入数学类主干课程[J], 中国大学教学, 2006年第1期
[2] 颜文勇. 数学建模[M], 北京:高等教育出版社,2011
[3] 杨启帆. 数学建模[M], 高等教育出版社, 2005
关键词:组队方案;量化;lingo
中图分类号:O224 文献标识码:A 文章编号:1001-828X(2012)04-00-01
随着计算机技术的迅速发展,所谓数学技术已经成为当代高新技术的重要组成部分。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,把它表述为数学式子,也就是数学模型,然后用通过计算得到的模型结果来解释实际问题,并接受实际的检验。这个建立数学模型的全过程就称为数学建模[1]。
本文将利用数学方法讨论实际生活中经常出现的人员选拔方案,以我院参加数学建模竞赛学生的选拔为例,根据学生所具有的各种基本能力以及学习成绩进行汇总,挑选出参赛队员,进而根据一般性的组队原则从中建立最佳组队方案。
一、引出
数学建模竞赛需要参赛学生具有较好的数学基础和必要的数学建模知识、良好的编程能力和熟练使用数学软件的能力、较强的语言表达能力和写作能力、良好的团队合作精神,同时还要求思维敏捷,对建立数学模型有较好的悟性。
目前选拔队员主要考虑以下几个环节:数学建模培训课程的签到记录、数学建模的笔试成绩、上机操作等,通过这种方式选拔队员,然后按照3人一组分组。为使小组具有较好的知识结构,一般总是将不同专业的学生安排在一起,使得每个小组至少包含一位数学基础较好的同学与一名计算机编程能力较强的同学。各组通过一段时间进行交流和磨合,合作比较好的保留,合作不好的进行调整。
现有某年备选队员的基本条件如表1,从中挑选出9名优秀队员并且确定最佳组队方案。
二、问题求解
一般选拔方法只考虑考试的成绩,而不考虑其他因素,可以利用EXCEL进行简单筛选得到9名入选参赛队员为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S13。但是其中并没有考虑到学生的思维敏捷性、知识面以及学习数学建模时间等因素,这样的结果存在着不足,接下来我们考虑上述因素,对一般性的方法进行完善。
首先对表中出现的非数字项进行量化。可以设定A=4,B=3,C=2,D=1,替换表中相应信息,建立最优化模型。过程如下:设的成绩为,为决策变量。建立目标函数Max=*,编写 Lingo[2]程序如下:
max=x1*(96+2+4+3+4)+x2*(93+6+4+3+3)+x3*(92+4+2+1+2)+x4*(82+4+3+3+4)+x5*(82+3+3+2+3)+x6*(82+6+4+3+1)+x7*(80+5+2+3+3)+x8*(79+4+4+3+4)+x9*(78+4+4+2+2)+x10*(77+5+4+3+3)+x11*(76+6+2+4+3)+x12*(74+2+4+2+4)+x13*(78+2+3+4+1)+x14*(76+5+4+3+4)+x15*(66+6+2+3+3); x1
运行上述程序,可得到结果,联立各分数情况,建立下表2:
由上表得到所选出的9名队员,接下来依据一般性的分组规律:避免同一专业学生在同一组,以及保证每一组中至少有一名数学成绩较好、一名计算机操作能力较强的学生,可以分为以下三组:S1、S2、S3,S6、S8、S4,S5、S7、S14。继而根据最佳组队原则(每个队中的三名队员之间具有互补性,即二人中各单项水平指标的最高者为该队的单项水平指标,最佳组队主要体现全队在各单项水平指标最高)可知S1、S2、S3一组为最佳组合。
三、结论
近几年来,我院根据上述选拔队员的方案挑选出来数学建模竞赛队员,并且获得了较为理想的成绩,该方法已经经过了实际的检验。
从上述解决过程可以看出,利用数学方法可以将各种非数字的数据转化为数字,从而更好的利用数学方法进行解决。最佳组队方案的建立,可有效地促进数学建模竞赛工作的展开,为选拔优秀队员和合理组队提供科学的理论依据,而且模型的建立方法简便,实际操作易于实现,该模型也可以直接推广到任何一种竞赛的队员选拔和组队问题。当然由于并没有考虑到更多实际因素或突发性事件的影响,可能存在一些不足,希望读者进行批评斧正。
参考文献:
[1]李明振,庞坤.关于高师院校“数学建模”教材建设的思考与探索[J].数学教育学报,2006.
关键词:数学建模;计量分析;科研;促进
中图分类号:TB115 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)08-0189-03
一、引言
数学建模是指对现实世界的一个特定对象,为了特定目的,做出一些必要的简化和假设,运用适当的数学工具得到一个数学模型并求解,用它来解释特定现象的现实性态、预测对象的未来状况、提供处理对象的优化决策和控制、设计满足某种需要的产品等。湖北经济学院从2003年开始进行数学建模的教学和培训工作,并组织在校大学生组队参加全国大学生数学建模竞赛。在这近十年的工作过程中,我们取得了一定的成绩,一大批学生通过数学建模的学习,掌握了数学建模的基本知识和用建模知识解决实际问题的能力,增强了服务社会、服务经济建设的能力;一批数学建模小组在全国大学生数学建模竞赛中取得了优异的成绩,包括全国一等奖三项、全国二等奖六项和省级奖项若干。我们欣喜的发现,数学建模工作在取得一系列教学成果的同时,还极大的推动了学校科研的发展。下面就数学建模促进学校科研发展的现实意义、目标定位、应该注意的问题以及进一步做好以数学建模促进科研发展的具体措施等几个方面进行讨论。
二、以数学建模促进科研发展的现实意义
我校的数学建模工作主要包括选修课课堂教学、组织策划数模讲座、指导数学建模社团和课外兴趣小组、组织学生积极参加课外实践和课外科研项目、组织学生赛前培训及参加全国大学生数学建模竞赛等环节。教学目的旨在提高学生的实践能力、创新能力及竞争意识;通过本课程的学习,学生不仅掌握了数学建模的基本知识和用建模知识解决实际问题的能力,还增强了做科学研究和撰写科研论文的能力。同时,数学建模工作也为教师的科研工作注入了新的思想和素材。总之,数学建模在促进学校科研发展上具有重大的现实意义,具体体现在以下四个方面。
1.数学建模迅速提升大学生的科研能力。在数学建模的学习过程中,同学们需要查阅大量的文献资料、将实际课题抽象成数学模型、开展数学实验、设计算法、使用计算机求解(作图)、编制应用软件和撰写论文等,经过这种全方位的锻炼,同学们的实践能力特别是做科学研究和撰写论文的能力得到了极大的提高。同时,数学建模具有知识面广、实践性强、学科交叉性大的特点,通过数学建模的学习,同学们的知识水平和理论水平都会有一个很大的提高。实践证明,数学建模对培养学生的科研能力具有其他课程无法替代的重要作用。数学建模教学与培训除了在课堂教学上向学生讲解经典案例外,还要求每个学生必须完成课外实际课题研究并提交研究论文。学生课外科研课题的来源目前有两类:一类是教师从自己科研工作中收集来的小型课题;另一类是学生自己从本系或校内其他部门收集来的课题。从我校实践结果来看,做这样的课外实际课题研究,学生的积极性更高,做得也较好。这种形式的教学为学生提供了一个开展课外科研的机会,开始时大多数学生都不知道应当如何开展研究,经过课堂案例教学的引导,实际研究的锻炼,同学们的综合素质提高得非常快,创新能力和竞争意识大大加强,起到了明显的人才培养效益,这也是我校学生能在全国竞赛中表现突出的重要原因之一。其中有一部分同学将学习中整理出来的优秀在《藏龙学刊》、《金融园地》等期刊杂志上,供其他同学查阅参考。今后,我们将进一步加强实践性教学环节,使其在人才培养中发挥出更大的效益。
2.数学建模巩固教师的自身素质,推动教师科研工作的发展。教学和培训过程是教师和学生之间的一种双边互动过程,教师的教和学生的学之间的“教学相长”,对教师的科研工作有很好的促进作用。这种促进作用被大多数教育工作者认可,教师准备教学的过程,就是对教学内容进行整理、思考、钻研的研究过程。特别是数学建模课程,由于其内容均来自于实际问题,可能会涉及到各个学科的知识,如果教师自己没有较广的知识面,没有较强的科研能力和解决实际问题的能力,没有对现代科学技术和文化发展最新成果的学习和领会,便不可能有好的教学、不可能带领学生掌握这门知识和能力,因此,数学建模教学上的“教学相长”就更加突出。此外,参加数学建模学习的同学都是求知欲和学习能力很强的同学,他们在接受新的知识信息方面常常走在教师的前面,双边活动的一个积极的结果常常是教师从学生身上得到很多新的东西,这给教师的科研提供了新的资源;同时,教师在将一个个经典的实践性案例向学生阐述和讲解时,他的思路也会从这种阐述中得到整理和澄清。概括地说,数学建模可以巩固教师的知识水平和素质,可以理清教师的科研思路,拓宽教师的科研范畴。
3.数学建模极大地推动了教学项目的研究。数学建模是一个新生事物,也是一个不断总结、创新和进步的过程,是不断摸索新的教学方法和思路的过程,在这个过程中,我们进行了相关教研课题的立项和研究,探索出更适合当代大学生的教学方法和思路。据不完全统计,参加数学建模教学工作的老师,有半数以上的教研课题和数学建模直接相关。
4.数学建模为师生打开跨学科研究的大门。数学建模问题均来自于生活,涉及众多学科领域,因此,讨论研究数学建模问题,必然用到跨学科研究的思路和方法,为老师和同学们展开跨学科研究打下基础。综合应用多个学科领域的知识探讨一个问题,在多门学科之间进行交叉探索研究,容易发现新问题,构建新的知识联结,形成新的知识点,揭示新的理论或新的知识体系;能揭示各学科之间的辩证关系,解决相关的科学问题,有利于促进学科创新发展或创建新学科等。跨学科研究法以创新为根本取向,已广泛地被应用于学科发展及创建新学科的研究之中,从而获得大量的研究成果,促进了科学学科的创新发展及创建新学科。
三、以数学建模促进科研发展的目标和定位
数学建模为学校的科研发展带来了实实在在的促进作用,在此基础上,我们以数学建模和参与数学建模的师生为纽带搭建的全校性的计量分析公共平台已具雏形。湖北经济学院是一所经济管理类院校,各学科专业内的计量分析内容较多,但由于历史的原因,专业教师和同学们的计量分析能力普遍较弱,这给学科发展和科学研究带来极大不便。通过数学建模搭桥,我们在湖北经济学院内搭建了一个全校性的计量分析公共平台,在这个平台上,我们为其他专业院系师生提供计量分析辅导和帮助、展开学术交流和科研互动。今后,我们打算以数学建模为依托,通过学生和教师这两条路线继续完善好这个全校性的计量分析公共平台。在学生路线上,我们继续对从各院系选的优秀大学生进行高质量的集中培训,培养他们的定量分析能力和解决实际问题的能力、增强他们的科研能力和撰写科研论文的能力,使这些同学回到各自院系后,成为同学中进行定量分析和科学研究的佼佼者,他们一方面能积极与专业教师联系,帮助专业教师完成科研工作中的定量分析任务;另一方面,他们成为同班同学中做定量分析的能手,能带动更多的同学完成学习中遇到的定量分析工作和科研工作。在教师路线上,我们继续积极与其他院系老师开展合作,进行跨学科科研项目的研究。截至目前,我们已经与湖北水事研究中心、湖北物流发展研究中心、湖北数据与分析中心、湖北省大中型水库移民后期扶持政策监测评估中心建立了长期、稳定的合作,并参与了多项跨学科、跨专业院系的科研课题的研究。在此基础上,我们争取和更多的科研单位与专业教师展开合作,使计量分析公共平台发挥更大的效用。
四、以数学建模促进科研发展中应注意的问题
数学建模对学校的科研发展能起到推动的作用,要使得这种推动效应达到最优,还需要在工作过程中注意以下几个方面的问题。
1.参与数学建模教学工作的教师应具备一定的学术素养和道德水准。由于数学建模知识具有一定的宽度和厚度,使得数学建模工作带有一定的艰巨性,宽厚的知识储备和较高的学术水平是完成数学建模教学工作的基本前提,更是带领学生完成相关科研工作,在全国竞赛中冲刺并能取得好成绩的必要保证。同时,要保证教师能从优秀的学生身上汲取新的科研思想,但不是打压、扼杀甚至剽窃学生的科研思想,这又需要教师具备较高的道德水准与人格品位。
2.参与数学建模教学的师生应具有较强的团队协作意识与合作精神。数学建模工作是一个团队活动,数学建模竞赛是一个团队竞赛,队员的团队协作意识与合作精神是工作和竞赛成败的重要因素。当今社会的各个角落都需要合作,学校的科研工作更是如此,因此,较好的团队协作意识与合作精神在带给师生理想成绩的同时,也为他们较好的从事其他科研工作奠定了一个坚实的基础。
3.参与数学建模教学的师生应具有平等、民主、融洽的师生关系。数学建模的教学过程以及日常的科研工作都需要有大量的相互讨论,良好的师生关系可以保障这种讨论愉快地进行,并能激发师生的想象力和创造力,从而获得满意的答案并发现新问题。
4.圆满完成数学建模工作,并使数学建模对科研发展的促进作用得到良好的体现,需要学校领导以及各专业院系的大力支持和重视。参与数学建模的学生来源于各个院系,开展跨学科科研合作也会涉及到多个院系和单位,学校领导以及各专业院系的大力支持和重视是顺利完成数学建模工作的基本保障,也是开展跨学科科学研究的基本前提。
五、进一步完善以数学建模促进科研发展的具体措施
1.进一步加强领导重视、加强院系合作,并广泛宣传、积极引导学生参与。领导重视,学生积极参与是我们搞好数学建模工作的基础。近十年来,我们能在数学建模教学和参赛方面取得较好的成绩,并利用数学建模引导科研工作不断进步,一靠领导的重视;二靠广大教师和学生的积极参与。学校领导相当重视学生的综合素质教育,为数学建模教学配置了专用的实验室,教务处也专门制定了学生参与数模学习和竞赛的相关奖励制度和规定,并给予专项经费资助。今后应继续完善、利用这些条件,并广泛宣传、积极引导学生参与到数学建模中来。
2.进一步加强自身建设,提高师资力量。担任本课程的教师既有多年从事数学建模教学和教改的老教师,也有多名青年教师,年龄结构与知识结构合理,使得教学效果很好。但是,数学建模竞赛和相关科研工作具有很强的时代性,其问题多与同时期的重大事件联系在一起,这就要求我们的教师要不断进行学习,不断更新知识储备,不断加强自身建设,此外,也是为了满足数学建模教学及进行相关科学研究的需要。
3.加强配套教材建设。近十年来,我们的教师在数学建模教学及科研工作中积累了大量的优秀教学素材和经验,如果能将这些写进教材,直接呈现给学生,将会进一步促进数学建模教学、竞赛及相关科研工作的发展。同时,我们考虑到目前的一些传统教材,主要是针对理工科学生编写的,而不适合我校学生使用。因此,我们应加强配套教材的编写工作,以进一步推动我校数学建模教学和竞赛的发展,进而为推动学校科研发展做出更大的贡献。
4.加强网站和实验室建设。网站是向学生宣传数学建模内容、展示数学建模成绩的媒介,是我们与其他单位教师进行沟通、开展跨学科研究的桥梁;实验室是师生进行教学、竞赛和开展研究讨论的硬件环境。因此,我们需要进一步加强网站和实验室建设,更好地服务数学建模工作,服务学校的科研发展。
参考文献:
[1]王伟廉.试论高校教学对科研的促进作用[J].高等教育研究,2001,(1).
1.高职数学建模课程现状。
数学模型(Mathematical Model)是用数学符号、数学式子、程序、图形等对实际问题的本质进行抽象解释进而预测未来的发展规律或者为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略或较好策略。数学模型的建立常常需要对现实问题深入细微的观察和分析又需要灵活巧妙地利用各种数学知识。这种应用知识从实际课题中抽象、提炼出数学模型的过程就称为数学建模。数学建模在20世纪六七十年代进入一些西方国家大学的。80年代初将数学建模正式进入我国高校课堂。经过20多年的发展现在绝大多数本科院校和许多专科学校都开设了各种形式的数学建模课程和讲座,为培养学生利用数学方法分析、解决实际问题的能力开辟了一条有效的途径。
随着90年代末我国高等教育大发展,高职学生数学基础在不断下降。很多专科学校开始取消数学建模课程。以湖北为例,全省51所高职院校开设数学建模课程的不到三分之一,其中还有很多是以选修课讲座的形式开设。数学建模课程在高职高专中发展并不理想。原因有两点:一是学生数学基础较差。数学能力与数学素养都使得学生在学习数学建模课程时有很多的困难,老师教的也很吃力。二是数学建模课程设置缺乏创新,不适合高职教学现状。高职教育近年来在教学模式上都进行了很多的改革,而数学建模任然采用的是理论讲授的原始教学模式,学生对课程的兴趣也在不断降低。
把数学建模课程作为必修课开设的学校在湖北高职高专院校中很少,只有极少数院校。大多数院校是以选修课或者讲座的形式在开设。很多学生选择选修数学建模的原因只是为了拿到选修学分,真正喜欢数学建模的学生寥寥无几。而开设数学建模讲座的主要是针对参加数学建模竞赛的同学,类似于赛前培训,时间有限,学生率学到的东西也很有限。
2.高职数学建模课程教学改革。
数学建模属于应用数学的范畴,近年来数学建模风靡全世界。这也与高职院校培养高技能应用型人才的理念不谋而合。在高职开设数学建模课程对学生各方面能力的提升有很大的促进作用。为了改变数学建模课程在高职教学中的尴尬地位,化被动为主动,就需要我们对数学建模课程的教学做出改革。
(1)案例教学。传统的数学建模课程的教学主要采用的是大学数学教学的一贯做法。重视建模理论,建模方法的讲解。老师讲授为主、学生练习为辅。在高职高专中渐渐形成了学生听不懂老师讲得累的现象。很明显,数学建模课已不是传统意义上的数学基础课,如果仍采用传统的数学课教学方法,显然达不到开设数学建模课的目的。为了让学生自觉地把已学过的数学知识与我们周围的现实世界联系起来,使学生知道数学有用,怎样运用,应该在教学中,以典型实际问题的建模例子(即具体案例)作为教学内容,通过典型问题的建模示例,介绍数学建模的基本过程,掌握数学建模的思想方法。将上述指导思想贯彻到教学过程中,即案例教学法.案例教学法是最能体现数学建模课特点和目的的教学方法。
在进行案例教学过程中要注意一下几个方面。一是注重案例的选择。要体现教学的目的性、趣味性及学科代表性。二是在具体讲授是教师要作为引导者,学生成为课堂主体。老师少讲,学生多讨论,注重调动学生积极性。三是要注重利用现代技术手段,现代技术特别是计算机技术的发展使数学建模长上了腾的翅膀。
(2)分层教学。学生数学基础不牢,在学习数学建模课程中会出现很多的困难。在教学过程中应该循序渐进的安排教学内容,即教学内容的分层。在第一阶段,应以初等模型为主。这部分案例不需要太多太高深的数学知识。例如:商人如何安全渡河、双层玻璃功效等问题。第二阶段可以加入一些优化模型和微分模型。如:森林防火,人口的预测和控制。第三阶段介绍一些博弈模型和概率模型。如:人口模型。
分层教学还应该在学生上进行分层,对于不同的专业采用与专业相结合的案例教学。对不同数学基础的理工科专业和财经类专业选择不同的教学内容。
(3)考核方式转变。传统的数学课都是以分数的方式进行考核。即一张卷子、一支笔,在规定时间做出规定的答案。这样的考核方式本身与数学建模鼓励创新的精神相违背。也不利于数学建模课程的发展。可以变考试为考核。可以采用给出具体的研究问题在规定时间个人单独提交论文或者以小组的形式提交论文的方式考核。让学生自由发挥,以掌握建模思想方法为考核重点。把创新点作为加分项,鼓励不同看法。
面向大学生创新能力培养,提出一体化的数学建模教学模式的构建与实践.所谓一体化,就是对数学建模课的教学内容、教学方法、教学模式进行探讨,将大学数学常规教学中融入数学建模思想、依托数学建模创新训练基地构建学科竞赛平台、开发推广数学实验、指导数学课外科技活动等结合起来,将理论知识与实践有机地融合,旨在提高学生的实践和创新能力.
1.1数学建模一体化教学模式的内容
根据数学建模课程的性质与特点,我们从四个方面来构建一体化教学模式.首先,针对传统大学数学课程教学的不足,将数学建模的思想、方法融入到常规教学中,在教学实践中,将部分数学概念、方法通过实际问题引入,由问题来驱动教学,提高学生的学习兴趣.在教学方法上,重点强调学生的动手实践,加大近似计算的力度,从而拉近数学与实际问题之间的距离.其次,以数模训练、竞赛为手段,搭建数学学习与交流的平台.几年来,我们以全国大学数学建模竞赛为主,每年的4月份开始在全校学生中进行选拔、培训,并成立了数学建模协会,由老师指导,学生自主管理,通过培训与竞赛,学生对数学的重要性、“有用性”的认识明显提高,申请加入数学建模协会的学生每年在递增.第三,探讨开设数学实验课程,建设一批大学数学开放实验项目.现代数学已经渗透到了各个学科,按传统的理论推导、计算已经满足不了要求,我们以信息与计算实验室、数学建模创新训练基地为依托,开设了一批数学类开放实验项目,将课程中的原理、方法借助计算机工具来实现,将现实问题通过数学方法来描述,再通过计算机来实现.开放实验对学生的吸引力很大,效果非常好.最后,将数学建模融入大学生研究性学习与创新性研究中去.几年来,通过教师指导,学生自选课题,我们完成了一批创新项目的研究,如“长沙大学人性化热水系统建模研究”、“长沙大学教学行政用房优化配置”等,提高了学生创新能力与科研起步能力.
1.2数学建模一体化教学模式的实施策略
数学的学习不仅是为学数学而学数学,更应当为解决问题而学数学.因此,我们在数学建模创新一体化教学模式的实施过程中主要抓住以下几点.(1)坚持系统渗透与融入的思想.传统的数学理论非常经典,我们所做的工作就是在教学中通过减少一些技巧,增加一些应用,在大学数学课程体系的基础上,系统地选编问题,通过实际问题驱动引入数学知识,再将数学知识应用到实际问题中去,并且在常规教学中减少经典的理论证明,逐步渗透和介绍建模的思想和方法,增添数学建模、数学实验的选修课的开设,对常规数学课程教学体系进行改革.(2)以“数学实践”教学为突破口,填补数学教学内容的不足.通过数学建模上机实验、数学类开放实验项目,让学生能够接触到客观实际中的数学问题,亲身经历地感到数学有用,调动学生学习数学的积极性,进一步改善后继课程学习的主动性和逐步养成使用数学的良好习惯.(3)革新教学手段,充分发挥学生的能动性.在常规教学中利用计算机辅助工具,将数学问题形象、直观地表现出来;建立开放式辅助学习平台,将大学数学课程资料、数学实践类资料等对全体师生开放,形成学生与学生、教师与学生之间的互动,突破常规的时间、空间的限制,充分发挥了学生自主学习的个性,使学生的学习积极性和有效性有得了提高[4].(4)以数学建模竞赛为平台,形成一个开放式动态的数学教学模式,为不同专业的学生和教师提供交流的机会和场合,组成动态的数学建模培训班,组建全校性性数学建模协会,扩大数学建模的影响面,促进数学建模竞赛成绩的提高,培养拔尖人才.
1.3数学建模一体化教学模式的评价
教学评价是一种在收集必要的教学事实信息的基础上,依据一定标准对教学系统的整体或局部进行价值判断的活动.现在的教学评价比较注重学生的全面发展,对学生的学习方法、学习态度及能力、实践及创新能力等进行综合评价.评价模式偏向多模式综合,如定性与定量结合.评价主体由一元向多元、由被动接受向主动参与发展,要求被评者主动参与评价的全过程[5].数学建模一体化的教学模式与传统的教学模式相比,更注重学生的动手能力、创新意识与创新能力的培养[6].在对教师和学生的考核与评价上传统意义上的评价是不恰当的,在实践中我们建立了一套评价体系.对学生的评价上,分课程评价与能力评价两类,传统数学类课程我们依据学校评价体系进行,对参加数学实践的学生,我们根据完成的实践学时、完成论文质量情况计算学分,对那些经选拔参加全国大学生数学建模竞赛的学生在计算学分的同时,免修同类课程,对在全国大学数学建模竞赛中获奖或在学术期刊上的学生,我们让学生根据自身水平,写出自我评价,指导教师给出综合评定,学校进行表彰奖励.对教师的评价上,参与指导数学实践课程的,学校根据工作量给予课时奖励,同是在各类考评上优先考虑.
2数学建模一体化教学模式的实践成效
从2010年起,我们在长沙大学信息与计算科学系、电子通信工程系、土木工程系及计算机系等几个理工院系开始数学建模一体化教学实践,3年来取得了一定成果.将数学建模的思想方法融入大学数学课堂教学中,学生的学习兴趣、学习成绩有较大提高,2012级实验班级学生的高等数学成绩高出全校平均水平5分,部分系的学生数学成绩从全校平均水平以下提高到平均水平以上,近三年来经选拔参加全国大学生数学建模竞赛的学生绝大部分来自以上几个系.数学类学科竞赛成绩有了很大提高.三年学生参加数学建模竞赛获国家级一等奖3项,二等奖9项,获湖南省一、二、三等奖近20项;参加全国数学竞赛获三等奖1项,湖南省一等奖1项,二等奖2项,三等奖15项,而三年前国家奖为零.学生依托数学建模创新训练基地成功申请到各级创新项目多项,其中获省级项目立项7项,校级重点项目立项13项,校级一般项目立项多项.教师的教育教学水平得到了提高.三年来,项目组成员获湖南省青年教师教学能手称号1人次;获湖南省课堂教学竞赛三等奖2人次;获长沙大学青年教师教学竞赛一等奖1人次,获三等奖2人次;1人获长沙大学教学十佳称号;6人获长沙大学学科竞赛优秀指导老师称号.三年来,获各类教改课题5项,其中省级立项2项.
3结论与启示
关键词:数学建模 数学应用能力
多年的教学实践表明,数学无用论思想在士官学员中广泛流行,究其根本原因,在于数学课程的设置方式和授课方法不利于培养士官学员应用数学方法解决实际问题的能力。传统的数学课程,重视逻辑推理和计算能力的培养,习惯于套公式、套方法,而没有注意训练如何从实际问题中提炼出数学问题,以及如何用数学来解决实际问题,其后果是学生们学了不少数学,但不会应用所学的数学知识去解决实际问题,久而久之,则形成了数学无用论思想,这反过来又影响了学生学习数学的积极性,使数学学习进入一种不良循环。因此,在士官数学的教学中,提高学员对数学的应用能力是非常重要的。
一、结合教学内容,融入数学建模思想,提高教学质量。
传统的士官数学课堂教学中,教员一般偏重概念的讲解、理论的推导和运算的技巧,往往忽视数学建模思想的渗透,使得士官学员在学完数学课程后,难以运用数学思想和方法解决实际问题。对此,笔者结合自己多年的教学经验认为,结合教学内容逐步渗透数学建模思想是一种比较理想的做法。
所谓数学建模就是将某一领域或部门的某一实际问题,通过做一些必要的简化和假设,明确变量和参数,并依据某种“规律”,运用适当的数学理论,建立变量和参数间的一个明确的数学关系式,这个数学关系式即为数学模型,建立这个数学模型的过程即为数学建模。简言之,数学建模就是应用数学的语言和方法对一个实际问题所做的设计。该数学模型或者能解释特定现象的现实性态,或者能预测对象的未来状况,或者能提供处理对象的最优决策或控制。数学建模没有固定模式,没有统一的标准答案,它只求合理,鼓励创新,从而在数学建模的活动中,人们的创新潜能就会得到开发。
(一)结合数学模型渗透数学建模思想
数学模型是从现实世界的实际问题中抽象出来的,在士官数学教学中,结合实际问题,再现数学模型的抽象过程是渗透数学建模思想的好方法。例如,在讲重要极限 时,可以从复息问题引入,首先根据银行的实际存款类型设置了一个问题:假设将1万元人民币存入银行,存期为一年,年利率是100%,但是银行推出三种不同的计息方式,一种方式是一年记一次息,第二种方式是每半年计息一次,按复利计算,第三种方式是每季度计息一次,也按复利计算,我应该选择哪一种计息方式最划算?在解决这个问题之后,追加两个问题:若一年计息n次,则一年末账户里的钱数为多少?如果计息的次数无限增多,银行账户里的钱会不会无限的增长呢?通过这几个问题的探索,学员总结出数学模型 ,然后通过计算机计算,学员可以自己总结出这种极限的值。从而使学员对这种比较抽闲的数学模型有了一个认识的实际背景,极大的调动了学习的主动性,提高了趣味性,使得数学模型教学不再是空中楼阁雾里看花。
(二)结合有关教学内容渗透数学建模思想。
尽管士官数学教学内容比较少,要求也比较低,但仍有许多内容与实际问题密切相关,只要教师善于结合具体的教学内容渗透数学建模的方法,就能激发学员利用数学思想和原理解决实际问题的潜力。例如,函数的最大值与最小值这一部分内容与最优化问题密切相关。教学时,我们将选择一部分有代表性的题目,都归纳成为一道数学建模题,并注重渗透数学建模思想,使学生认识到函数的最大、最小值问题在实践中有着广泛的应用。在此基础上,我们还联系在生产实际、科学实验、工程技术、经济管理等许多领域中,类似于“如何使成本最小,而效益最大”的问题。特别是企业部门,“优质、高产、低消耗”等问题,常常可归结为数学上在一定条件下求一个函数的最大(小)值问题。
(三)抓住典型内容渗透计算机算法。
建立实际问题的数学模型只是解决该问题的第一步,针对这个数学模型,设计一种算法,并利用计算机实现模型的数值求解。为此,以教学中的一些典型教学内容为案例渗透计算机算法。例如,在讲授引出定积分概念的传统例题求曲边梯形面积时,首先让学员直观地理解“分割、近似、求和、取极限”四个步骤在解决问题过程中所起的作用和意义。然后课后再组织学员利用计算机实现“分割、近似、求和”,并进一步讨论在不同“分割”下,近似求和的结果,得出结论,并将其结果在多媒体教室演示出来。通过结合具体教学案例,渗透计算机算法,使学员不但加深理解了所学到的数学原理和思想,而且对计算机软件的编程和算法有了初步的理解,从而激发了学员学习数学的积极性,收到了良好的效果。
一、结合概念教学,渗透数学思想。
数学中的概念来源于对现实世界中实际问题的高度抽象和概括。例如,函数是现实世界中满足某种条件的对应关系,导数是函数变化率的表示,定积分是对在区间上具有可加性的量求法等等。在士官学习过程中,理解概念的数学意义相对容易,但是概念是对现实世界中哪一类问题的抽象和概括学员很难透彻理解,学习结果就是会做题,但不会应用。所以,在教学过程中,教员应该结合实际问题讲解数学概念,展示由实际问题抽象出数学概念的过程。例如,在导数概念教学中,不仅要结合实例(变速直线运动的瞬时速度和平面曲线的斜率)抽象出导数的概念,更要结合实例使学员弄清楚分析问题的思想和方法。总之,通过教学,不仅要使学员理解的数学概念,还要会用概念的思想方法分析问题,并了解某一个概念是解决哪一类问题的。
二、关于培养学员数学实践应用能力的几点建议。
(一)建议将数学实验引入士官教学中,使学员在数学实验环境下完成数学作业。
近几年来,数学实验逐渐引入高校课堂,但对士官数学教学来说,一方面由于士官学员数学基础比较落后,另一方面数学教员教学观念落后,数学实验一直没有引起足够的重视。借鉴地方高职院校的做法,可以组织数学基础比较好的学员开展数学实验课。例如针对一元函数的求根的近似计算问题,定积分的数值计算可以相应地设计一系列数学实验题目,组织一些学有余力的学员在课余时间,利用一些数学软件如Mathematica、Mathlab及Maple进行求解。同时可以把相关的军内外数学建模竞赛的题目,经过整理和简化,适时地引入数学实验教学中,在教师的辅导下,以团队的形式研究完成。通过这些形式,使得学员不但对所学的数学知识和基本原理有更加深刻的理解,计算机应用能力得到了一定的提高,而且对数学建模的建立和计算有了基本的认识和了解
(二)建议积极参加数学建模大赛。
【关键词】教学改革 数学建模 数学教学
在大力提倡素质教育的今天,传统的只变教材而不变教学思路的数学教学方式已经满足不了素质教育的需求。数学的教改必须大力推动数学的教学更加自觉地贯彻素质教育的精神,使学生不仅知道许多重要的数学概念、方法和结论,而且领会到数学的精神实质和思想方法。从近些年参加数学建模比赛的人数变化我们可以感受到学生对数学不是没有兴趣,而是对传统的数学教学失去兴趣,太枯燥、太乏味是大多数同学共同的体会。所以,在数学的教学中引入数学建模会对取得好的教学效果起到很好的作用,从而进一步促进数学教学改革的深化和发展。
一、以数学建模活动为载体,推动数学课程改革
1.推动教学内容的改革。通过数学建模活动,数学建模的思想和方法融入到数学课程中,打破了原有高校数学课程只重视理论,忽视应用的教学内容安排。
2.推动教学方法的改革。传统的数学教学仅仅是知识的传授,好多学生搞“题海战术”,许多定理和公式免不了沦为一堆僵死的教条,难以发挥作用,而数学建模的问题具有开放性,一般不具有唯一的答案学生通过一起讨论参与到教学环节中,发挥学生的主体作用。
3.推动教学手段的改革。数学建模的过程,要运用计算机技术解决实际问题。这样,多媒体教学就可以迅速推广。即提高学生学习兴趣,又能让学生体会到数学的实际作用,有效解决那种一方面数学有用,另一方面,学生学了数学以后却不会用的矛盾现象。
二、怎样把数学建模引入日常数学教学
以导数概念的引入为例来认识怎样在数学教学中引入数学建模。为了引入导数的概念,我在教学中引入了一个数学模型.原题目为:一个受污染的湖泊,为了使湖水能在一定时间内恢复到指定的洁净程度,要对排入该湖的河水进行治理,问排入的河水的污染物浓度要控制在什么范围。原题目的资料有很多,为了教学方便,我将问题简化为:一个容积为A的容器,(例如湖泊,游泳池)内有(污染物)浓度为B%的溶液,有一个进水口和一个出水口,现以C单位小时的速度由进水口注入浓度为D%的溶液,容器内溶液以同样速度流出,问容器内的溶液浓度的变化率。问题提出后就开始引导学生来建立模型。首先建立一个简化模型,考虑流入的为清水的情况,并认为容器内的溶液浓度始终是均匀的,那么流出的溶液浓度就是容器内溶液的浓度。在这样的假设条件下,容器内的溶液浓度变化全部是由溶质的流失引起,那么单位时间内溶液浓度变化率等于流失的溶质数量除以时间,而溶质的流失量为流出溶液量乘以浓度,即为流速乘时间再乘浓度.用公式表示为:
如果考虑到流入的不是清水,则只需要将溶质变化量改为流入溶质减去流出溶质既可。在上面的讨论中,有一个问题没有得到解决,那就是浓度,它不是固定不变的,而是随时间变化的。在一个小时内,我们不能把它当作一个常数。那么,我们到底应该怎么办呢?这时可以引导学生这样想,一个小时太长,浓度变化太大,那么我们考虑一分钟。在一分钟内浓度变化的不太大,我们把浓度看作常数来计算误差不会太大。可是,一分钟内溶液浓度还是有变化的,要得到更加精确的结果就要把时间进一步缩短,如1s、110s。那么,所得的结果就会越来越精确,更进一步。如果我们要得到精确的结果,就应该把时间无限的缩短,即时间趋于零的极限情况。这时公式变为:
关键词:数学建模 数学实验 教学改革 教学实践
一、课程的特点
数学建模的本质决定了它不仅是一种创造性的活动,而且是一种解决实际问题的量化手段。所以数学建模课程有助于提高学生的创新能力、自学能力和综合知识应用能力;同时也有助于学生洞察力和抽象能力的培养。 “以培养学生的创新意识与创新能力为重点,以渗透数学建模思想加强数学建模课程建设为突破口”的教学模式,能够提高“学生创新意识与创新能力”为达到这种目的,进行教学改革是非常必要的,课程的教学进行改革,也能适应学科发展和社会发展的要求。[1]
数学实验是以理论与实践形结合的方式,向同学们教授MATLAB等软件的运用方法,运用数学软件解决数学问题,这样能够给数据的整理带来很大的方便,在数学建模中经常会应用到这些软件,所以学生们掌握好这些软件的操作方法会更好的运用数学建模解决实际问题,对数学实验课程进行适当合理的教学改革让同学们更快更好的掌握各种数软件的使用方法,提高学生在教学过程中的参与程度,使学生的主观能动性在实验中能得到相当充分的发挥。好的实验会引起学生学习数学知识和方法的强烈兴趣,并激发他们自己去解决相关实际问题的欲望,因此根据实际教学情况进行适当的教学改革。[2]
二、课程教学的现状
近几年,我校越来越多的同学参加了数学建模竞赛,我校也连续举办了三届数学建模竞赛,很多同学也在比赛中取得了优异的成绩。但通过比赛和在课堂上和同学们的沟通交流也发现了一系列需要进行教学改革的内容。同学们的学习兴趣还不够高,很多同学不能进行透彻的研究,缺少专研的精神,教师队伍缺乏合理的创新和引导能力,课程开展的面也比较狭小,除统计学专业外,其他院系同学基本靠选修课了解该课程。
三、课程的教学改革内容
数学建模和数学实验的教学,对教师的能力提出了很高的要求,不仅要求教师必须掌握一定的数学的知识和方法,还必须对数学应用的广泛性、如何应用数学有着深刻的理解,才能把建模教学搞好,而且对计算机软件应用也具有较高的要求。同时如何开发各个专业课程与数学建模及实验的联系也尤为重要。所以可以举办一些数学建模教师培训班、研讨班,也可以请专家讲学来提高教师的业务水平。总之,数学建模是学生创新能力和综合素质培养的重要途径,我们要以数学建模课程的教学改革为切入点,将数学建模的思想融入到数学的其他主干课程中去,带动整个数学学科的教学改革,在创新型人才培养模式和思路上起到探索作用。具体改革方式,可以从以下几个方面入手:
1.增加数学实验与数学建模课开展的深度、广度;
数学建模课程应该在统计学专业第三学期开展专业选修课,在其他专业第三学期开展公共选修课,连续开展两个学期,各16学时,并错后一个学期开展数学实验课程,开展一个学期16学时。
2.改进教学内容、方式、方法;
教学内容上应该更加贴近公共课和专业课教学内容,让同学们都有机会将自己学习的理论知识应用的数学建模和实验中来,根据学院特点,编写相关教材,主要讲授初等数学、优化模型、统计模型、动态模型、连续模型等,同时在数学实验教材中利用数学建模教材的案例构建实验内容,是的二者有机结合。数学实验与数学建模应以学生为主体,教师利用一些事先设计好的问题启发、引导学生主动查阅文献资料和学习新知识,鼓励学生积极开展讨论和辩论,培养学生主动探索、努力进取的学风,培养学生从事科研工作的初步能力,培养学生团结协作的精神,形成一个生动活泼的环境和气氛。[3]
3.规范考核方式、实验报告。
其教学方式、方法及考核方式也必然与传统的基础数学教学有质的不同,必须探寻新的合适的方法,将数学建模和数学实验课程从传统的考核方式中解脱出来,数学建模课程考核以分组形式完成数学建模论文,使得考核更加接近于实际比赛形式;数学实验实验报告的规范也需要健全,以更符合专业特色的实验来建立实验要求,报告内容和实验解决方案,方式也应该更加开放,可以利用多样化的软件解决,这样有效的开放同学们所学,又能提高创新能力。[4]
四、结语
数学建模与数学实验课程因为其具有创新性、科学性越来越被重视,为了使学生们更好的掌握这两门课程,更好的培养学生的创新性提高学习效率,进行教学改革势在必行,在不断的改革与实践过程中,我校整体数学建模竞赛成绩显著提高,充分肯定了改革的效果。在以后的教学过程中在保持基础教学上适当的进行改革,逐步提高学生们的学习兴趣以及教学效果,使得课程转变更加贴近学院转型发展和应用人才培养。[5]
参考文献
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[2]姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2003.
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[5]罗卫民,李昌兴,史克刚.数学实验与数学建模课程教学改革[J].高等工程教育研究,2005(6):110-112.
【论文摘要】数学建模不仅能培养学生的数学能力,而且有利于提高学生的创新能力;有利于培养学生应用计算机的能力;有利于培养学生的实践能力和综合素质。本文对在培养技术应用型本科人才的高等学校开展数学建模的重要性和具体措施作了一些探讨。
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。
(1)在高等数学教学中,融入数学建模:高等数学是工科大学本科学生的一门必修课程,也是学习其它技术基础课和专业课的必要基础课程,无论学生和教师都非常重视这门课程的教学。从工科应用型本科人才培养的各专业教学序列上讲,高等数学处于龙头地位,它不但对后续课程产生影响,更对学生的思维习惯和学习方法产生深刻、持久的影响,因此,有着其它课程所不可替代的作用。但是现在的高等数学教材,多数只注重理论和计算,对应用性不够重视,即使有个别的应用也是限于较少的物理方面的简单应用。很多高年级大学生和已毕业的大学生都有这样的认识:高等数学很重要,但很枯燥,学了半天除了知道能在物理上应用外,不知道还能有什么用,但又不得不学。学生学习高等数学的目的不明确、缺少自觉学习的动力。归于一点,就是学生不知道学了高等数学有什么用。在今后的学习和工作中高等数学到底有什么作用呢?学生很茫然,但高等数学又是非常重要的课程。因此,很多学生都是怀着不得不学的态度来学习高等数学的,缺乏自觉学习的动力。这就要求我们数学教师进行课程内容和教学方法的大胆改革,让学生明白高等数学除了在物理上应用以外,还有很多用处,可以说我们的生活中、工作中无时无刻充满着数学,只是你没有认识它,不知道该怎样用它。由于数学建模中的例子来源于社会和生活中的实际问题,会使学生感到数学无处不在,数学思想无所不能。让学生切实领悟到高等数学课程与实际问题以及专业课学习的紧密联系。在额定课时内,在保证完成教学大纲内容讲授前提下,教师根据各专业的特点和需要,有目的的挑选、设计和重点细致的讲解与所学专业相关的数学模型,如电气专业的学生,对引力、流量、环流量、通量与散度、梯度场应是重点,机械类专业应偏重在变力沿直线作功、转动惯量、付里叶级数上。这样就会使学生既获得了数学建模的基本训练,又调动学生应用数学知识解决实际问题的热情,激发学生学习高等数学的兴趣。
(2)在全校开设数学建模公选课:继本科生高等数学、工程数学之后,为了进一步提高学生运用数学知识解决实际问题,培育和训练综合能力在全校开设数学建模公选课。通过具体实例引入使学生掌握数学建模基本思想、基本方法、基本类型。学会进行科学研究的一般过程,并能进入一个实际操作的状态。通过数学模型有关的概念、特征的学习和数学模型应用实例的介绍,培养学生双向翻译能力,数学推导计算和简化分析能力,熟练运用计算机能力;培养学生联想、洞察能力、综合分析能力;培养学生应用数学解决实际问题的能力。
(3)在全校开设数学建模实验公选课,加强数学建模实验课教学,提高学生的建模能力和科学计算能力:数学建模实验是将数学方法和计算机知识结合起来,用于解决实际生活中存在问题的一门方法实验课;是继本科生在掌握了高等数学、工程数学、数学建模理论部分等基本数学理论和基本建模方法后,使用主流数学软件,通过较其它流行语言更为方便的计算机编程求解众多领域数学建模问题的计算机实践课。通过数学建模实验课的学习,可使学生将所学的数学知识和其它专业知识很好地应用到解决实际问题中去,强调利用计算机及各种资料解决实际问题动手能力的培养,增加受益面。为学生所学专业服务,给课程设计、毕业论文提供强有力的方法论指导,提高学生的综合素质。
(4)开设数学建模集训课:在数学建模理论、数学实验课结束后,开设数学建模集训课。针对数学建模竞赛从数学模型理论到计算机能力都有不同程度提高的要求,根据学生掌握的知识层次、深度,补充相关知识。通过数学模型有关知识、方法的学习和数学模型应用实例的介绍,培养学生应用数学解决实际问题的综合能力,参加一年一次的全国大学生数学建模竞赛。
近年来的研究表明提高大学生的数学建模能力是一个需要长期努力、集体参与的系统工程。作为高等学校的数学教育工作者,我们需要针对当前大学生数学建模能力的培养存在的问题进行认真研究、深入探析。随着上海电机学院技术应用型本科人才培养专业建设和教学改革而不断在实践中积累经验、深入发展、及时充实新内容,将进一步提高我校学生的数学建模能力。
参考文献
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