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[5]楊桂元.財貿類院校數學建模的教學與實踐[J].工科數學,2002,18(6):13-15.
[6]全國大學生數學建模競賽賽題[EB/OL],[2012-09-20],
[7]樂勵華等.數學建模教學模式的研究與實踐[J].工科數學,2002,18(6):9-12.
論文摘要: 本文從我校數學建模競賽推進數學建模課程開設的成功經驗,淺淡了數學建模促進大學生能力的培養(yǎng)。
隨著科學技術的迅速發(fā)展和計算機的日益普及,數學的應用越來越廣泛和深入,數學科學的地位發(fā)生了巨大的變化,它正在從國民經濟和科技的后臺走到了前沿。
把數學與客觀問題聯系起來的紐帶,首先是數學建模。應用數學去解決各類實際問題,首先是建立數學模型。數學建模是聯系數學與實際問題的橋梁,是數學在各個領域廣泛應用的媒介,是數學科學技術轉化的主要途徑,數學建模在科學技術發(fā)展中的重要作用越來越受到數學界和工程界的普遍重視,它已成為現代科技工作者必備的重要能力之一。
一、 以競賽推進數學建模課程化
數學建模作為一門嶄新的課程在20世紀80年代進入我國高校,蕭樹鐵先生1983年在清華大學首次為本科生講授數學模型課程,他是我國高校開設數學模型課程的創(chuàng)始人,1987年由姜啟源教授編寫了我國第一本數學建模教材。在八十年代后期開設數學建模選修課或必修課只是少數老牌大學。但自1992年由中國工業(yè)與應用數學學會舉辦全國大學生數學建模競賽( 94年起由國家教委高教司和中國工業(yè)與應用數學學會共同舉辦)以來,隨著參加競賽高校的學生增加,各高校相繼開設了數學建模課程。2008 年全國有31個省/市/自治區(qū)(包括香港)1023所院校、12846個隊(其中甲組10384隊、乙組2462隊)、3萬8千多名來自各個專業(yè)的大學生參加競賽。目前,在本科院校根據自己學校特點基本上開設數學課程。
我校從95年開始開設數學建模選修課,到97年學校決定在原有的基礎上,從97級學生開始,在部分專業(yè)開設數學建模必修課,并同時對其他專業(yè)開設數學建模選修課。最初開設選修課是因為參加數學建模競賽的需要,選修的學生數較少,而且必須是往年成績較優(yōu)的學生才允許選修。我們通過以競賽為平臺, 加強引導與指導, 充分激發(fā)學生的學習興趣和熱情。而且通過數學建模競賽,促進了我校教學內容、教學方法、教學手段的創(chuàng)新,參加過訓練和競賽的學生們普遍感到,以往學多門課程的知識不如參加一次競賽集訓學得全面和扎實。因為數學建模競賽需要全面掌握本領域相關知識, 在深入理解、領會前人智能精髓的基礎上, 敢于提出自己的想法和觀點。只有善于進行創(chuàng)造性地學習和運用知識, 善于對已知知識進行融會貫通, 注意知識積累的同時更注重對知識的處理和運用, 才能取得成功。隨著數學建模競賽在我校影響的增加,同時參加競賽過的學生能力的提高,要求選修數學建模課程的學生逐年增加?,使得開設數學建模必修課有了一定的群眾基礎,同時開設數學建模課程的目的也轉向了競賽與普及相結合,以提高大學生的綜合素質和實踐能力作為一個重要目標。目前,已在自動化、信息管理、統(tǒng)計、電子信息科學與技術、計算機、軟件、通信等專業(yè)的學生開設不同層次的數學建模必修課與限選課,同時仍然在全校開設不同層次的數學建模選修課。對于不同層次,理論教學學時分別為34、50、66學時,并輔以上機實踐訓練,每年從當初幾十名學生到目前每年近2000名學生修讀此課。為了進一步提高實踐動手能力,在軟件工程、網絡工程、信息與計算科學、應用數學專業(yè)開設數學建模課程設計,取得了比較明顯的效果。
為了讓信息與計算科學、應用數學專業(yè)的學生能更好的應用計算機工具和數學軟件來解決各種實際問題,從2001年開始我們開設了數學實驗課作為數學建模課程的補充和完善,并且目前面向全校開設數學實驗選修課。為了進一步推廣和普及數學建模,讓更多的學生了解和參與數學建模,在原開設多種課程基礎上,在學校以及教務部門的支持下,課程組于2000年起結合課程教學安排,在每年五月底舉辦全校大學生數學建模競賽。該項活動得到了全校學生的積極響應,2009年有152個組,456人參賽。我校數學建模教學已經形成了多個品種、多種層次、多種方式的教學格局。
二、數學建模促進大學生能力的培養(yǎng)
數學建?;顒影〝祵W建模課程、數學建模競賽和數學實驗課程等方面。建?;顒颖旧砭褪且豁梽?chuàng)造性的思維活動,它既具有一定的理論性又具有較大的實踐性;既要求思維的數量,還要求思維的深刻性和靈活性。著名數學家丁石孫副委員長對數學建?;顒咏o予了很高的評價,他說:“我們教了幾十年的數學,曾經花了很多力氣想使大家能夠認識到數學的重要性,但是我們沒有找到一個合適的方法,數學建模活動是一個很好的方法,使很多的學生包括他們的朋友都能夠認識到數學的真正用處”。李大潛院士也曾說過:“數學建?;顒泳哂袕姶蟮纳?,并必將不斷發(fā)展、日臻完善”。很多高校從當初為了競賽的需要,但隨著對數學建模對學生能力培養(yǎng)的認識,數學教學改革的深入發(fā)展,許多普通高校都在積極思考,大膽探索,取得了許多可喜的成果。特別是對數學教學改革以數學建模為突破口,在教學體系、方法和內容上都進行了實質性的改革,已取得了突破性的成果。如改革教學內容,教學與計算機結合,實行研討式教學等,這也為數學建模網絡教學奠定了很好的基礎。我校從1997年開始,我校將數學建模的教育從面向少數優(yōu)秀學生轉變?yōu)槊嫦蚋嗟钠毡閷W生。越來越多的學生從數學建模的學習中獲得了進步,使數學建模教學在大學生素質培養(yǎng)中日益發(fā)揮著巨大的作用。
1.促進大學生邏輯思維能力與抽象思維能力的提高。建模是從實際問題到數學問題,從數學問題到數學解,從數學解到實際問題的解決,這一過程提高了大學生邏輯思維能力與抽象思維能力。
2. 促進大學生的適應能力增強的。通過數學建模的學習及競賽訓練,他們不僅受到了現代數學思維及方法的熏陶,更重要的是對于不同的實際問題,如何進行分析、推理、概括以及利用數學方法與計算機知識,還有各方面的知識綜合起來解決它。因此,他們具有較高的素質,無論到什么行業(yè),都能很快適應需要。
3. 促進學生自學能力。由于數學模型實際問題的廣泛性,大學生在建模實踐中要用到的很多知識是學生以前沒有學過的,而且也沒有時間再由老師作詳細講解來補課,只能由教師講一講主要的思想方法,同學們通過自學及相互討論來進一步掌握。這就培養(yǎng)了學生的自學能力和分析綜合能力。他們走上工作崗位之后正是靠這種能力來不斷擴充和更新自己的知識。
4. 促進大學生相互協(xié)作能力。在數學建模學習過程中,有大量的數學模型不是單靠數學知識就能解決的,它需要跨學科、跨專業(yè)的知識綜合在一起才能解決,當今科學的發(fā)展也使得一個人再也沒有足夠精力去通曉每一門學科,這就需要具有不同知識結構的人經常在一起相互討論,從中受到啟發(fā)。數學建模集訓、競賽提供了這一場所。三位同學在學習、集訓、競賽過程是彼此磋商、團結合作、互相交流思想、共同解決問題,使得知識結構互為補充,取長補短。這種能力、素質的培養(yǎng)對他們的科學研究打下了良好的基礎。
5. 促進大學生分析、綜合和解決實際問題能力的培養(yǎng)。這是由數學建模的任務,目的所決定的。建模過程大體都要經過分析與綜合、抽象與概括、比較與類比、系統(tǒng)化與具體化的階段,其中分析與綜合是基礎,抽象與概括是關鍵。而從數學解答與模型檢驗而言,要求大學生所學的數學知識與計算機知識還有其它方面知識綜合起來,動手去解決, 根據計算結果作出合理的解釋。通過實踐,明白學以致用,提高了分析、綜合與解決實際問題的能力。
6. 促進大學生的創(chuàng)造能力的提高。在數學建模實踐中,大多問題沒有現成的答案、沒有現成的模式,要靠充分發(fā)揮自己(和隊友)的創(chuàng)造性去解決。而面對一大堆資料、計算機軟件等,如何用于解決問題,也要充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。數學建模對大學生的創(chuàng)造性的培養(yǎng)是很有好處的。
三、開設數學建模課程取得的效應
數學建?;顒邮钟欣谶_到培養(yǎng)高素質創(chuàng)新人才的育人目標。我校開設的數學建模課程,在師資水平、普及程度、特色內容建設、校內競賽以及全國競賽等幾個方面,在國內同類院校中處于領先地位,特別是每年全國大學生數學建模競賽中,我校都取得了良好的成績,而且在全國也有一定的影響,得到全國競賽組委會專家的充分肯定。
在教學團隊建設方面取得明顯成效。從最初的4名教師,逐步擴大到涉及運籌與優(yōu)化、微分方程、概率論與數理統(tǒng)計、計算科學、最優(yōu)控制、計算機應用等在數學建模中常用的學科方向的十多名教師,不僅解決了課程教學的需要,也促進了教師教學科研水平的提高。
在課程設置研究方面。根據我們這樣一類學校的實際情況,我們在不同專業(yè)的學生中開設了多種不同課時不同程度要求的數學建模課,滿足了各種不同程度不同水平的學生的需要。并在個別專業(yè)開設數學實驗必修課,同時面向全體開設了數學實驗選修課,把數學理論教學與數學軟件以及計算機實現進行了很好的結合,進一步豐富了數學建模教學的內涵。以及在幾個不同專業(yè)中開設了數學建模課程設計環(huán)節(jié),有效地解決了大量一般學生如何加強數學實踐動手能力培養(yǎng)的問題。
在加強教學內容與方法的研究與實踐方面,并取得明顯成效。除了選用合適的優(yōu)秀教材作為參考資料,更是投入精力編寫了適合我校的教學用書(即將在高教出版社出版)以及學生自主學習材料。數學建模教學的目的是能夠讓學生知道到什么地方找什么工具來解決什么樣的問題,我們堅持努力把研究式討論式的教學方法應用到數學建模教學中去。2000年開始,每年結合春季的數學建模教學工作,在五月底進行校內大學生數學建模競賽。該項活動推廣普及了數學建模教學,使更多學生的研究能力和實踐動手能力得到了鍛煉,同時也有力促進了數學建模競賽活動在地方性普通院校中的開展,促進了競賽水平的提高。
在教學改革方面。將數學建模思想融入到其他工科數學課程中去,并且在教學中注意強調討論式教學以及學生的自主學習。
在同類院校樹范性方面。2003年,該課程被確定為浙江省首批省級精品課程。通過幾年的建設,已初步建成較有特色的課程資源。充分提升了網絡工具的輻射作用,一方面加強了我校數學建模教學和競賽工作,以及數學建模課外活動的開展,另一方面對其他同類高校能起到較好輻射作用。另外,我校數學建模課程教師曾多次作為講課教師參加浙江省數學建模教練培訓工作,多次應邀到兄弟院校講課,也曾有多所院校到我校參觀調研。
通過幾年努力,完成數學建模教改研究項目《數學建模提高大學生綜合知識能力的探索與實踐》、《在工科院校中開設數學建模必修課和選修課的實踐》與《以學科競賽促進學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“四維互動”模式研究與實踐》,三項成果皆獲得浙江省教學成果二等獎。組織學生數學建模課外活動的開展,申報“新苗人才計劃”、“創(chuàng)新杯”并取得成功。自1995 年組織學生參加全國大學生建模競賽以來,共獲全國一等獎25項,全國二等獎41項,浙江省獎一等獎42項,二等獎48項,三等獎41項。2006年至今共獲國際一等獎8項,國際二等獎14項。取得了省參賽高校與全國高校中的優(yōu)異成績。
通過參加數學建?;顒?,很多學生的自主學習和科研能力得到了顯著提高,在畢業(yè)設計、實習和研究生階段的學習中表現出了明顯的優(yōu)勢,得到用人單位和研究生導師的普遍認可。從2001年至今獲得“計算機世界獎學金”十幾位學生中,清一色在數學建模競賽中取得優(yōu)異成績。而且隨著數學建模活動的不斷深入開展,各級領導和各行業(yè)的用人單位逐漸對數學建模在實際中的應用和人才培養(yǎng)中的地位和作用都有了新的認識。目前,數學建模活動在我校的開展,得到了越來越多同學的歡迎。數學建?;顒硬粩嘧呦蛏钊耄呻A段性轉向日常教學活動。在教學方面,由初期的只在優(yōu)秀學生與部分專業(yè)學生開設選修課,發(fā)展形成了多個品種、多種層次、教學格局;在競賽方面,由初期的只參加全國競賽,發(fā)展到既參加全國競賽,又將參加國際競賽,同時每年舉辦校內競賽;在撰寫論文方面,由初期的只研究如何撰寫競賽論文,發(fā)展到現在與教師做課題與一般學術論文寫作,參加新苗人才計劃與創(chuàng)新杯等。
參考文獻
現代工程科技要求工科大學生應具備扎實的數學基礎理論和數學應用能力,而目前工科大學生數學學習常常呈現“學而無趣”“學而無用”的現象,這種現象折射出的教學問題為:理論與實踐脫節(jié),缺少數學創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié),缺乏數學人文素養(yǎng)培養(yǎng)。
為了將數學基礎理論、數學創(chuàng)新實踐和數學人文素養(yǎng)三者融合起來貫穿于工科大學生數學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)過程中,我們設計并實施了系統(tǒng)科學的解決方案:建設優(yōu)質的實踐平臺(基礎)構建科學的培養(yǎng)模式(構架)建立優(yōu)秀的教學團隊(實施)提高大學生數學創(chuàng)新實踐能力(效果)。在實施方案指導下,經過近20年的探索與實踐,成效顯著。此成果榮獲2014年高等教育類國家級教學成果一等獎。 一、創(chuàng)建優(yōu)質的實踐平臺,完善教學資源結構,優(yōu)化創(chuàng)新人才個性成長環(huán)境
1. 建立大學生數學創(chuàng)新實踐基地和大學生數學實驗室
為了培養(yǎng)工科大學生數學創(chuàng)新實踐能力,我校在友誼校區(qū)和長安校區(qū)分別創(chuàng)建了多功能大學生數學創(chuàng)新實踐基地?;厥羌皞€性化教學、自主學習、數學實驗、創(chuàng)新研究、數學建模競賽”等為一體的創(chuàng)新實踐平臺,為大學數學主干課程教學改革以及培養(yǎng)跨學科創(chuàng)新人才提供良好的條件與環(huán)境。大學生數學創(chuàng)新實踐基地可以同時容納300名學生上機實習,配備了一流的設施,制定了科學的管理制度,面向學生全天候開放。學生根據個人的學習、實踐、創(chuàng)新、研究等需求,有效使用基地的所有資源,充分發(fā)揮學生自主學習的主觀能動性,提升了教學資源利用率。
同時,我們又建立了兩個數學實驗室:數學建模與科學計算實驗室,統(tǒng)計與數據模擬實驗室。這兩個實驗室配備了高性能計算機和多種數學計算和優(yōu)化的專業(yè)軟件。實驗室承擔了高性能計算和仿真模擬等任務,為學生深化數學創(chuàng)新實踐提供了保障。
2. 編寫出版注重培養(yǎng)數學創(chuàng)新實踐能力的系列教材
該系列教材堅持以問題驅動為主線,以大學生已有知識為基礎,以培養(yǎng)實踐能力為目標,內容簡單有趣,非常適合學生學習。同時,該系列教材還能夠滿足多個層面學生需求。其中,《實用數學建模與軟件應用》、《基于MATLAB和LINGO的數學實驗》適用于數學建模和數學實驗課程教學;《數學建模簡明教程》適合數學建模專題講座;《數學建模競賽優(yōu)秀論文精選與點評》以及《美國大學生數學建模競賽賽題解析與研究》適合數學建模競賽賽前培訓使用;《線性代數》、《高等數學》、《概率論與數理統(tǒng)計》、《隨機數學基礎》等教材增加了數學建模與數學實驗素材,架起了大學數學主干課程與數學實踐的橋梁。
3. 構建優(yōu)質網絡教學資源,豐富大學生自主學習內容
為了滿足學生的學習興趣,我們建立了“數學建?!眹壹壘氛n程網站,“高等數學”、“線性代數”、“概率論與數理統(tǒng)計”以及“概率論基礎”等4門省級精品課程網站,同時創(chuàng)建了西北工業(yè)大學“數學建模競賽”網站。這5個課程網站和1個競賽網站為學生提供了豐富的學習資源,使之成為開展第二課堂學習的基地。 二、以“基礎為本,實踐為魂,素養(yǎng)為翼”為理念,構建“基礎―實踐―素養(yǎng)”融合發(fā)展的人才培養(yǎng)模式
我們在課堂教學中,以“深化知識理解,培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思想”為本;在實踐教學中,以“知識融于實踐,實踐檢驗知識”為魂;在文化熏陶方面,以“數學文化熏陶推動知識學習和實踐應用”為翼,以實現“學而有趣,學而有用,學而會用”。
“基礎―實踐―素養(yǎng)”融合發(fā)展的“二三三”培養(yǎng)模式是由“兩級課程”(大學數學主干課程和數學建模相關課程)、“三類實踐”(數學實驗、數模競賽、創(chuàng)新項目)以及“三重熏陶”(數學講壇、數學沙龍、數模講座與論壇)構成,其培養(yǎng)過程概述為“加深數學基礎理論?強化數學創(chuàng)新實踐?提升數學人文素養(yǎng)”,三者之間相互融合、相互促進,為學生后續(xù)發(fā)展奠定良好基礎。在踐行“二三三”培養(yǎng)模式過程中,扎實的數學基礎理論支撐大學生數學創(chuàng)新實踐,數學創(chuàng)新實踐深化大學生對基礎知識的理解,提升學生的學習興趣?;A理論學習涉及數學歷史、文化和思想,以培育學生的數學人文素養(yǎng);數學創(chuàng)新實踐豐富學生數學人文素養(yǎng)內涵。數學人文素養(yǎng)提升學生參與創(chuàng)新實踐的積極性;數學人文素養(yǎng)激發(fā)基礎理論學習興趣,擴充知識面?!盎A―實踐―素養(yǎng)”相互融合,在人才基礎培養(yǎng)上具有科學性和系統(tǒng)性。
1. 將數學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)貫穿于“兩級課程”教學全過程,提高教學質量
首先,開展問題驅動式的教學模式改革,將數學建模思想融入大學數學主干課程,提升學生的數學建模能力和數學應用能力。
問題驅動式的教學模式強調人本主義理念,發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用。教學過程引導學生思維,激發(fā)學生主動學習的潛質,全面提升其抽象思維、邏輯推理、數學建模和數學應用等能力。
一是以建模的方法講授數學定義和定理。通過直觀分析、抽象思維、邏輯推導等過程,建立起數學定義、數學定理與自然現象和規(guī)律之間的橋梁,這個橋梁就是數學建模。通過數學建模的方法,可以講授定義的形成過程以及定理的內在意義,既可以提高學生的建模能力,也將抽象概念形象化。
二是將往屆的數學建模競賽試題和課堂內容相結合。在教學過程中,根據講授的課程內容,解答往屆的數學建模競賽試題,以提高學生數學建模能力和數學應用能力。
三是將科學研究中的問題與課堂教學相結合,教師將科學研究中的一些簡單建模問題與課程內容相結合,提升學生創(chuàng)新實踐能力。
四是開設分層次系列數學建模課程,對不同的教學對象選擇不同的教學內容,實現授課內容與授課對象相統(tǒng)一。例如,為部分院系學生開設數學建模必修課,為其他院系學生開設數學建模選修課,為參加競賽學生開設培訓課,為參加創(chuàng)新項目的學生開設討論課,邀請校內校外專家舉辦講座,為有興趣的學生提供網絡資源,等等。通過分層次教學,滿足了各個層面學生對數學建模知識的需求。
五是依據教學目的、效果、對象選擇教學手段,廣泛采用網絡資源、多媒體課件、一對一討論、集體討論、網絡答疑等教學手段,提高教學效果。同時,加強課堂教學與課外實踐有機結合。在完成規(guī)定的課堂教學任務前提下,為了鞏固和提高課堂效果,我們又設置了適量的課外實踐,主要包括課外數學建模創(chuàng)新項目、各級各類競賽、數學實驗等內容。
2. 開展系列大學生數學建模競賽與培訓,為培養(yǎng)高素質、復合型、跨學科創(chuàng)新拔尖人才奠定基礎
我們建立了完善的校級數學建模競賽體制,保證80%以上的大學生在校期間至少參加一次數學建模競賽。這不僅提高了大學生應用數學理論知識解決實際問題的能力,同時也是檢驗數學課程教學改革效果的良好手段。參賽學生從2000年的240余人增加到2014年的4800余人,累計參賽學生達30000余人,是全國校級數學建模競賽參賽規(guī)模最大的學校之一。
我們建立了完善的全國大學生和美國(國際)大學生數學建模競賽培訓機制,包括隊員選拔、課程培訓、賽題培訓、專項培訓、專題討論、強化訓練、分組協(xié)作等手段。經過這樣的培訓,西北工業(yè)大學在各級各類數學建模競賽中成績斐然。
3. 開展數學實驗和系列大學生自主創(chuàng)新項目,培養(yǎng)學生的科學研究能力
為了培養(yǎng)學生的科學研究能力,我們以培養(yǎng)知識理解、知識應用、數學計算、創(chuàng)新和實踐為指導,設計了8個基礎實驗、4個選做實驗。通過基礎實驗,調動了學生主動學習和應用數學分析解決問題的積極性,使其掌握常用的工程數學的應用方法。選做實驗立足于對各知識點的理解和應用,讓學生學會怎樣運用所學知識,提取問題的數學結構,進行創(chuàng)造性思維,更好地掌握和應用所學各種數學工具、軟件工具的能力。
近兩年來,共開設系列大創(chuàng)項目113項,參與學生400余人。通過自選級、校級、國家級三個層次大學生數學創(chuàng)新項目,學生的科學研究能力得到了顯著提升。
4. 舉辦“三重熏陶”,豐富教學內涵
我們通過延伸課堂教學,舉辦數學講壇、數學沙龍、數學建模講座和論壇,開闊學生視野,提升學生對數學思想、歷史、文化、美學、應用的認識,實現了課堂教學與人文素養(yǎng)培養(yǎng)無縫鏈接,豐富了數學教學內涵。
例如,在數學論壇上,中國工程院院士崔俊芝做過“從科學計算到數字工程――漫談數學與交叉科學”,“杰青”王瑞武做過“合作的演化――數學在生命科學中應用的一個問題”,美國密西根大學J. Liu做過“博弈論與諾貝爾經濟學獎”等報告。另外,也舉辦過“幾個著名的數學難題及錢學森的科學人生”、“科學巨匠――赫伯特?西蒙和馮?諾依曼”等數學沙龍。通過這些活動,營造了數學文化氛圍,增強了學生數學文化修養(yǎng),擴大了學生的數學知識面,提升了學生的數學建模興趣和能力。 三、以“能站講臺,能教實踐,能開論壇,能做科研”為標準,構建一支全能型專業(yè)化師資隊伍
關鍵詞:數學建模素質教育教學改革培養(yǎng)
實施素質教育的重點是培養(yǎng)學生具有創(chuàng)新精神和實踐能力,造就合格的社會主義事業(yè)接班人。為此,廣大教育工作者就如何向學生傳授知識的同時,全面提高學生的綜合素質進行著不斷地探索與研究,并提出了許多解決問題的方法和思路。筆者結合多年的教學實踐,認為數學建模是實施素質教育的一種有效途徑。
一、數學建模的內涵及其發(fā)展過程
數學建模是通過對現實問題的抽象、簡化,確定變量和參數,并應用某些“規(guī)律”建立起變量、參數間的確定的數學問題;然后求解該數學問題,最后在現實問題中解釋、驗證所得到的解的創(chuàng)造過程。數學建模過程可用下圖來表明:
因此,數學建?;顒邮且粋€多次循環(huán)反復驗證的過程,是應用數學的語言和方法解決實際問題的過程,是一個創(chuàng)造性工作和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的過程。而數學建模競賽就是這樣的一個設計數學模型的競賽活動。
1989年我國大學生首次組隊參加美國的數學建模競賽(AMCM),1992年開始由中國工業(yè)與應用數學學會(CSTAM)舉辦我國自己的全國大學生數學建模競賽(CMCM)。到1994年改由國家教委高教司和中國工業(yè)與應用數學學會共同舉辦,每年一次,數學建模教育實踐相繼開展?,F已成為落實素質教育、數學教育改革的熱點之一。1996年“全國大學生數學建模競賽”工作會議后,全國高校掀起了數學建模熱潮,參加院校逐年遞增。到目前為止,數學建模競賽己經成為全國大學生的四大競賽之一。
數學建模教育及實踐對密切教學與社會生活的聯系、促進大學數學課程的更新具有十分重要的意義,特別是對大學生綜合素質的提高有著不可低估的作用。本文擬就數學建模對學生素質能力的培養(yǎng)、以及對數學教學改革的啟示談一些拙見,供同行參考。
二、數學建模對大學生素質能力的培養(yǎng)作用
1.數學建模有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識
數學建模通常針對的是從生產、管理、社會、經濟等領域中提出的原始實際問題,這類問題一般都未作加工處理,也未作任何假設簡化,有些甚至看起來與數學毫無關系。因此,建模時首先要確定出哪些是問題的主要因素,哪些是次要因素,做出適當的、合理的假設,使問題得到簡化;然后再利用適當的數學方法和知識來提煉和形成數學模型。一般地講,由于所作假設不同,所使用的數學方法不同,可能會做出不同的數學模型,這些模型甚至可能都是正確的、合理的。例如,1996年全國大學生數學建模競賽A題(可再生資源的持續(xù)開發(fā)和利用),就這一題而言,可以在合理、科學的假設前提下,利用微分方程建立魚群演變規(guī)律模型;也可以建立可持續(xù)捕撈條件下的總產量最大的優(yōu)化模型;還可以建立制約各種年齡的魚的數量的微分方程和連結條件,然后采用迭代搜索法處理,它給學生留下了極大的發(fā)揮空間,任憑學生去創(chuàng)造和創(chuàng)新。評閱答卷時教師對具有創(chuàng)造性和創(chuàng)新意義的在評定等級上還可給予傾斜。因此,數學建模是一種培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神的極好方式,其作用是其他任何課堂教學無法替代的。
2.數學建模有利于培養(yǎng)學生的組織協(xié)調能力
在學校里學生通常是自己一個人念書、做題,幾個人在一起活動的機會不多,特別是不同專業(yè)的學生在一起研究討論問題的機會就更不多了,而建模比賽是以3人組成一隊一起參加的,這樣設置的初衷就是為了建立隊員之間的相互信任,從而培養(yǎng)隊員的協(xié)作能力。比賽要求參賽隊在3天之內對所給的問題提出一個較為完整的解決方案,這么短的時間內僅僅依靠一兩個人的“聰明才智”是很難完成的,只有合3人之力,才能順利給出一個較好的結果來,而且要給出一份優(yōu)秀的解決方案,創(chuàng)新與特色是必不可少的。因此3人在競賽中既要合理分工,充分發(fā)揮個人的潛力,又要集思廣益,密切協(xié)作,形成合力,也就是要做個“人力資源”的最優(yōu)組合,使個人智慧與團隊精神有機地結合在一起。因此數學建??梢耘囵B(yǎng)同學的合作意識,相互協(xié)調、、取長補短。認識到團隊精神和協(xié)調能力的重要性對于即將面臨就業(yè)選擇的莘莘學子來說無疑是有益的,以至對他們一生的發(fā)展都是非常重要的。
3.數學建模有利于培養(yǎng)和提高學生的自學能力和使用文獻資料的能力
數學建模所需要的知識,除了與問題相關的專業(yè)知識外,還必須掌握諸如微分方程、數學規(guī)劃、計算方法、計算機語言、應用軟件及其它學科知識等,它是多學科知識、技能和能力的高度綜合。寬泛的學科領域和廣博的技能技巧是學生原來沒有學過的,也不可能有過多的時間由老師來補課,所以只能通過學生自學和討論來進一步掌握。教師只是啟發(fā)式地介紹一些相關的數學知識和方法,然后學生圍繞需要解決的實際問題廣泛查閱相關的資料,從中吸取自己所需要的東西,這又大大鍛煉和提高了學生自覺使用資料的能力。而這兩種能力恰恰是學生今后在工作和科研中所永遠需要的,他們可以靠這兩種能力不斷地擴充和提高自己。
4.數學建模有利于培養(yǎng)和提高培學生的計算機應用能力
應用計算機解決建模問題,是數學建模非常重要的環(huán)節(jié)。其一,可以應用計算機對復雜的實際問題和繁瑣的數據進行技術處理,若用手工計算來完成其難度是可想而知的;同時也可用計算機來考察將要建立的模型的優(yōu)劣。其二,一旦模型建立,還要利用計算機進行編程或利用現成的軟件包來完成大量復雜的計算和圖形處理。沒有計算機的應用,想完成數學建模任務是不可能的。例如1999年全國大學生數學建模競賽題B(礦井選址問題),它需要借助計算機進行全方位的搜索,以確定最佳鉆井地址,從而節(jié)約鉆井費用,提高經濟效益。因此,數學建?;顒訉μ岣邔W生使用計算機及編程能力是不言而喻的。
5.可以增強大學生的適應能力
在知識經濟時代,知識更新速度不斷加快,如果思維模型和行為方式不能與信息革命的要求相適應,就會失掉與社會同步前進的機會。如今市場對人才的要求越來越高,人才流動、職業(yè)變化更加頻繁,一個人在一生中可能有多次選擇與被選擇的經歷。通過數學建模的學習及競賽訓練,他們不僅受到了現代數學思維及方法的熏陶,更重要的是對不同的實際問題,如何進行分析、推理、概括以及如何利用數學方法與計算機知識,還有各方面的知識綜合起來解決它。因此,他們具有較高的素質,無論以后到哪個行業(yè)工作,都能很快適應需要。
如上所述,開展數學建模教學與實踐這項活動,將有助于大學生創(chuàng)新能力、實踐能力等能力的培養(yǎng),從而有助于大學生綜合素質能力的提高。此外,數學建模還可以幫助學生提高論文的寫作能力、增加學生的集體榮譽感、以及提高大學生的分析、綜合、解決實際問題的能力,在此我們不再一一論及。
三、數學建模對數學教學改革的一些啟示
數學建模從教育觀念、內容、形式和手段都有一定的創(chuàng)新,對數學教學改革有積極的啟示意義。
1.突出了教與學的雙主體性關系
數學建模競賽以師生互動為基本特點,教師的主體性與學生的主體性同時存在、互相協(xié)同,最后形成一種最優(yōu)的互動關系。教師的主體性表現在:①教師是組織者。整個競賽訓練過程中的人員選拔、教學安排、分析模擬等都離不開教師的策劃和嚴密安排。②教師是教學過程中的主導者。教師要根據學生的學習興趣、能力及特點,不斷修正自己的教育內容和方法,在發(fā)揮自身主體性同時又要開發(fā)被教育者的主體性。學生的主體性表現在:①始終明確自身是競賽的主體。學生必須在全過程集中自己的心向系統(tǒng)去接受教師發(fā)出的教學信息,與原有知識體系融合、內化為新的體系。②學習過程中的創(chuàng)造與超越。學生要對教師所給予的信息有批判性地、創(chuàng)造性地、發(fā)展性地能動反映,要在相互討論、相互啟發(fā)下尋求更多更好的解答方案。
因此,這種雙主體的關系是對以往教師為中心、為主體的教學方式的根本突破,這種突破的條件首先是競賽機制和教育觀念的創(chuàng)新和變革,這對我們數學教學改革提供了積極的啟示。
2.促進了課程體系和教學內容的改革
長期以來,我們的課程設置和教學內容都具有強烈的理科特點:重基礎理論、輕實踐應用;重傳統(tǒng)的經典數學內容、輕離散的數值計算。然而,數學建模所要用到的主要數學方法和數學知識恰好正是被我們長期所忽視的那些內容。因此,這迫使我們調整課程體系和教學內容。比如可增加一些應用型、實踐類課程:像“運籌學”、“數學模型”、“數學實驗”、“數學軟件介紹及應用”、“計算方法”這些課程等等;在其余各門課程的教學中,也要盡量注意到使數學理論與應用相結合,增加實際應用方面的內容和例題,從而使教學內容也得到了更新。
3.增加新興科技知識的傳授,拓寬知識面
數學建模所使用的材料涉及范圍十分廣泛,要求教學雙方具有較廣的知識面,同時并不要求掌握各個專業(yè)領域中比較艱深的部分。這些特點對于目前數學教材中存在的內容陳舊、知識面狹窄及形式呆板等問題,具有借鑒作用。數學建模的試題通常聯系新興的學科,在科學技術迅猛發(fā)展的今天,各種新興學科、邊緣學科、交叉學科不斷涌現,廣博的知識面和對新興科學技術的追蹤能力是獲得成功的關鍵因素之一,也是當代大學生適應市場經濟,畢業(yè)以后走向社會的必備條件。
全國大學生數學建模競賽組委會主任李大潛院士曾經說過:“數學教育本質上就是一種素質教育,數學建模的教學及競賽是實施素質教育的有效途徑”。因此,如果我們能逐步地將數學建?;顒雍蛿祵W教學有機地結合起來,就能夠在教學實踐中更好地體現和完成素質教育。
參考文獻:
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一、數學建?;顒討摮蔀樗刭|教育的一個探索和實踐平臺
隨著我國大學教育的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)的教育模式已經逐漸凸顯出許多弊端,引起教育界人士的廣泛重視。在傳統(tǒng)的教育模式下,更多的強調“傳道、解惑”,因此是一種以教師為中心的知識灌輸模式,而學生處于被動接受的狀態(tài),沒有體現學生的主體地位,學生缺乏實際動手能力和創(chuàng)新能力。近年來,素質教育成了教育改革的熱門話題。素質教育是指依據人的發(fā)展和社會發(fā)展的實際需要,以全面提高全體學生的基本素質為根本目的,以尊重學生主體性和主動精神,注重開發(fā)人的智慧潛能,注重形成人的健全個性為根本特征的教育。隨著我國大學生數學建模競賽地開展,越來越多的學生參與其中。在這個過程中,他們自己動手,獨立思考,極大激發(fā)了學生的創(chuàng)新能力,動手能力也得到了很大提高。不難發(fā)現,大學生在建?;顒又芯C合能力得到了充分地鍛煉,而這正是素質教育所追求的。因此,數學建?;顒訛樗刭|教育提供了一個實際可行的教育模式,通過這一活動,將理論知識、培養(yǎng)能力和提高素質三者有效地結合起來。教育改革應該借鑒數學建?;顒樱粩嗵剿餍碌慕逃椒?,改進傳統(tǒng)教育模式的不足,穩(wěn)步推進我國素質教育事業(yè)的發(fā)展。
二、數學建模活動應該成為數學與其它學科交叉融合、解決實際問題的平臺,為促進學生的創(chuàng)新能力提供支持
在當前的教育狀況下,數學知識的學習越來越受到重視,高等數學或工科數學已經成為絕大多數大學專業(yè)的必修課程。但是,學生主要限于理論知識的學習,很少有機會將數學和其它學科聯系起來。因此,不可避免地將數學的理論知識和它的應用價值隔離開來,這一方面,是教師主要注重傳授理論知識;另一方面,學生很少有機會通過解決實際問題將理論和應用聯系起來。而實際上,當今的數學早已不再局限于純理論的數學研究,它已經滲透到了自然科學和社會科學的各個領域,成為解決實際問題的有力工具。如何讓學生有效地將數學知識和自己的專業(yè)知識結合起來、并用于解決實際問題是教育界一直在思考的問題。隨著數學建模的引入并逐漸廣泛開展,人們發(fā)現數學建?;顒訛榇龠M這一問題的解決提供了有力的工具。數學建模是指把現實世界中的實際問題加以簡化,抽象為數學模型,求出模型的解,驗證模型的合理性,并用該數學模型所提供的解答來解釋現實問題的過程。它要求學生要通過調查、收集數據資料,觀察和研究實際對象的本質特征和統(tǒng)計規(guī)律,并建立起反映實際問題的數量關系,然后利用數學的理論和方法去分析和解決問題。這就需要學生具有深厚扎實的數學基礎,敏銳的洞察力和想象力以及廣泛的知識面。因此,數學建模是聯系數學與實際問題的橋梁,是數學在各個領域廣泛應用的媒介,是將學生的數學知識轉化為解決實際問題能力的有效途徑。學生在建模過程中,將數學知識融入自己已有的認知結構,使自己的創(chuàng)新能力和實際動手能力得到充分發(fā)揮。因此,我們應該借助數學建模這一平臺,讓更多的學生能夠參與到其中來,享受應用數學工具解決實際問題所帶來的樂趣,并使學生的綜合能力在這一過程中得到充分鍛煉。
三、競賽的評閱工作不能僅憑一紙參考答案來一刀切地決定建模成績,而應該采取更靈活的評價方式
首先,一刀切的評價方法完全抹殺了參賽學生的創(chuàng)造性。正如數學家、全國大學生數學建模競賽組委會主任李大潛院士在數學建模骨干教師培訓班上所指出的:“……在評獎過程中,固然要有一個供參考的“標準答案”,但不宜夸大“標準答案”的作用,更不能以此為準來判定一切。要特別重視并注意發(fā)現同學的創(chuàng)新精神、意識及能力,并且充分保護并肯定同學在這方面的表現、那怕是創(chuàng)造性思維的火花。數學建模競賽重視的是讓同學參與創(chuàng)造和發(fā)現的過程,而創(chuàng)新和發(fā)明是沒有邊界的,是不應該被什么框框死死框住的,是不應該受“標準答案”的束縛的……”從李院士的講話可以看到,數學建模的一個重要目的就是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力,對于學生的所提供的解題方法,不是教條的東西和傳統(tǒng)的方法去固化學生的思維,而應該去發(fā)現學生的創(chuàng)新性思想。如果我們在評卷工作中用參考答案這樣一刀切的去做,勢必會導致建模競賽和數學建模的宗旨越走越遠,培養(yǎng)出來的也只能是平庸、思想僵化的學生。而且,這種做法的弊端在近年已經有所體現。這些年來,許多學生不是把精力放到思考和探索解題方法上面,而是把它放在分析以往的考題及參考答案上,猜測參考答案所提供的方法,然后依葫蘆畫瓢,完全照搬過來。更為嚴重的,一些指導老師在競賽過程中老師以種種方式介入,幫助學生了解參考答案可能提供的解題方法,從而為自己謀利。這種現象的出現已經使數學建模競賽完全變味,其帶來的后果是令人擔心的。
關鍵詞:數學建模;團隊建設;教學方法
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)43-0206-02
《數學建?!氛n程教學體系是指《數學建模》及其相關實驗課程的總稱,它是自1994以來在全國普遍開展“大學生數學建模競賽”的活動中而逐漸產生的一個新的課程教學體系,它的特點是理論聯系實際特別是非數學領域,知識面較廣,具有探索性。當今各高校非常重視數學建模這項競賽活動,但是多數學校忠實的是成績而不是讓大多數的大學生受益,存在著普及度不夠、受益面較小的問題。意識到《數學建?!氛n程教學體系在一般院校的教學現狀,我們將來又應怎樣做呢?又如何去成立和建設優(yōu)秀的數學建模教學團隊呢?本文從大連海洋大學學生參加大學生數學建模競賽的實踐過程探討了農科院校數學建模課程及創(chuàng)新團隊的建設。
一、我校的數學建模課程建設
1.我校數學建模課程實踐教學過程中的問題。我校是以水產養(yǎng)殖、生物技術、海洋漁業(yè)等農科專業(yè)為特色專業(yè)的學校。學校于1996年開始參加全國大學生數學建模競賽,1999年我校由李盛德教授首次開設數學建模公共選修課,課程學時48學時。2003年我校開設了信息與計算科學專業(yè),在以前數學建模課程基礎上,對信息計算科學專業(yè)設置數學建模、MATLAB課程。我校1996年~2003年每年有五六隊參賽到2004年為10隊,2006、2007年以來每年有15隊參加全國大學生數學建模競賽,2002年首獲全國二等獎1隊,這個成績也使得數學建模課程選修的學生人數急劇增加。大學生通過選修數學建模課程和數學建模競賽的實踐,增強了在其專業(yè)知識的學習中的數學應用意識和創(chuàng)新能力。例如:數學建模課程教學中布置與實際問題相關的課題讓學生在課外查找數據、參考文獻討論解決,一方面讓學生時刻關注身邊周圍的生產、生活實際問題、自己本專業(yè)問題,考慮如何將這些實際問題轉化為數學問題,并建立數學模型解決之。我們布置的這些和學生自己專業(yè)結合的問題,學生興趣濃厚并且很快給出了解決問題的較有效方法,對學生以后進一步學習專業(yè)課程和實踐具有重要的指導意義。在數學建模課程及數學建模競賽取得成績的同時,也存在著一些實踐中期急需解決的問題,如:數學建模課程必修只有2個班級,另外我校對公共選修課程在2005年進行了改革學時由48降到了32,學校教學資源緊張數學建模選修課又不能進行實踐只有理論的教學等諸多原因,造成選修學生人數逐年減少以至于課程選不上,這與數學建模競賽的成績、整體發(fā)展水平是不相稱的。
2.數學建模課程建設的建議。(1)擴大必修面,增加選修課程的上機實踐。建議學校在課程設置上應增加一些專業(yè)把數學建模課程設置為必選課或是必修課;進一步加強對數學建模課程及其競賽的宣傳,讓學生充分認識到學習數學建模課的重要作用,鼓勵學生參加數學建模選修課程。課題組準備申請選修課程設置的改革方案,使得更多的學生參加到課程學習中來,使得數學建模的教學更好地進行。(2)在教學中應改變傳統(tǒng)教學模式,采用電子教案加黑板的教學方式,上課采用啟發(fā)式和探討式的教學方法。進行考核改革,考核中主要考核學生的應用能力和創(chuàng)新能力。(3)重視實踐環(huán)節(jié),提供合理的時間和物質條件?,F在選修數學建模選修課程的學生只有理論教學沒有上機課程,使得課程教學非常困難,亟待解決數學建模教學的上機課程。(4)數學建模BP網絡教學平臺的建立和完善。通過網絡教學平臺使學生更快更好地了解數學建模課程以及數學建模競賽。
二、我校數學建模教學團隊的建設
1.目前我校數學建模教學團隊建設中的問題。(1)數學建模教學團隊組建的方式存在問題,作者在2001年畢業(yè)開始從事數學建模競賽的培訓工作,由于我們數學教研室教學任務繁重,師資較少,所以在以前數學建模團隊中主要由3名教師組成。(2)數學建模教學團隊建設功利性較強,人員流動性較大,一些教師為了完成學校的各項考核或者是作者的邀請,臨時加入到競賽團隊,數學建模知識和指導能力是比較缺乏的。另外在數學建模競賽團隊中,指導教師付出較多得到的較少,使得一些教師剛參加進來就退出了。(3)數學建模教學團隊功能單一,數學建模競賽團隊中的教師不應該僅是競賽的指導者,而更應該是科研的實踐者。因為教學、競賽與科研是互相補充、互相促進的,好的教學效果為競賽培養(yǎng)了創(chuàng)新能力較強的科研工作者,因此這些較適合學生參加到科研工作中來。
2.我校數學建模教學團隊建設中的實踐做法。(1)競賽團隊人員的優(yōu)化,確定團隊的幾個主攻方向,通過和數學教研室教師的溝通了解、教師的主動參與組建了一支數學建模教學團隊。團隊中教師的專業(yè)面較寬有運籌學的、計算數學的還有應用數學的;團隊中1名教授,名(這里是多少名,請核實原文)副教授,3名具有博士學位或在讀的博士;團隊中教師以青年教師為主具有較強的工作能力。(2)開展一系列以數學建模為背景的創(chuàng)新實踐,結合數學建模競賽,團隊查找若干各專業(yè)相關數學建模問題,培養(yǎng)學生的課堂理論學習轉入課后實踐的能力。另外在數學建模競賽結束后,讓學生繼續(xù)進行題目的深入研究,鼓勵學生、指導學生,在以后的挑戰(zhàn)杯等科技競賽中取得了一些成績。(3)開展數學建模競賽研究與數學建模教學研究活動,數學建模競賽團隊每年對教師開展數學建模競賽的研究活動,主要由競賽試題的分析、競賽中論文寫作注意事項等,全面提升教學建模教學團隊指導教師的水平。在數學建模競賽取得成績的前提下,數學建模教學團隊開展相關教學改革與研究,團隊中的教師積極申報升級、消極與數學建模相關的教學改革項目,近五年我們團隊中主持和參加的各類教學改革項目十余項。
經過幾年的教學嘗試,我們已經取得了一些成績。選修課能夠較好地開設出來,并且近五六年的數學建模競賽也取得了不錯的成績,其中2006年我校數學建模競賽的成績取得了突破,獲得國家一等獎1隊、國家二等獎2隊,2007年獲得國家二等獎2隊,2012年獲得國家三等獎3隊。我們進一步要加強數學建模課程及團隊建設建設,進一步完善數學建模網絡平臺,爭取將數學建模課程建設成為校級精品課程,五年內申請數學建模教學團隊為省級優(yōu)秀教學團隊。
參考文獻:
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數學建模是數學走向應用的必經之路,是利用數學方法解決實際問題的一種模式,數學建模是一種微型科研的過程,是進行研究性學習的一種有效組織形式。我國從1992年開始由教育部高教司和中國工業(yè)與應用數學學會舉辦的全國大學生數學建模競賽已成為我國高校規(guī)模最大的課外科技活動。數學建模競賽提供了學生接觸現實問題的一個平臺,這對學生把所學的數學、計算機和其他專業(yè)知識用于實踐提供了舞臺,培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力,鍛煉了學生的創(chuàng)造力、想象力、思維發(fā)散能力和創(chuàng)新性思維能力。
將數學建模思想融入高等數學教學是經實踐證明的必要且可行的教學方法,這對于推動高等數學教學方法的改革、提高高等數學的趣味性、應用性和教學效果具有深遠的意義,全國數學建模競賽組委會李大潛院士表示“我們要開展數學建模競賽活動,努力將數學建模思想融入數學類主干課程,讓學生在學習知識的同時,有發(fā)現和創(chuàng)造的過程”。將數學建模思想融入到數學主干課教學指的是在數學教學中突出數學思想的來龍去脈,揭示數學概念和公式的實際來源和應用,恢復并暢通數學與外部世界的血肉聯系,它的意義在于打破了原有的高等數學課程只重視理論,忽視應用的教學內容安排,它在整個高等數學的教學過程中給學生展示了一個完整的數學,同時也訓練了學生的思維推理能力。使學生不僅學到了數學知識,而且增長了應用數學知識解決實際問題的本領。這對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和數學應用能力,提高數學建模競賽的競賽水平,提高高等數學的教學質量都具有重要的現實意義。
由于數學建模競賽對學生的數學水平和科研能力提出了進一步要求,并且據競賽組委會介紹,目前在全國大學生數學建模競賽中數學專業(yè)的學生僅占10%,參賽的非專業(yè)學生占了多數,所以通常準備參加競賽的學生都要參加學校組織的競賽培訓。那么,學生如何更有效地學習數學建模,教師如何對學生進行競賽培訓才能使數學建模競賽在培養(yǎng)學生應用創(chuàng)新能力、促進大學數學課程教學改革等方面發(fā)揮更大的作用呢?本文將探討如何使圍繞數學建模競賽開展的一些列教學活動在以下兩方面都發(fā)揮更大的作用,一方面是將數學建模思想融入數學公共課程從而提高高等數學教學水平,另一方面是通過開展合適的教學培訓活動提高數學建模競賽水平。方法就是改革數學建模競賽的培訓模式,摒棄僅通過短期培訓追求某次競賽成績的功利心理,制定長期的競賽培訓計劃,使圍繞競賽開展的一系列教學活動在教學改革和數學建模競賽活動中達到相互促進共同提高的作用,實現良性循環(huán),這將是一個值得深入研究的問題。
黑龍江八一農墾大學圍繞數學建模競賽開展了大量的教學活動,經過多年的教學實踐和不斷地研究探索,在數學建模競賽的培訓策略和模式方面積累了不少經驗,并且經過長期實踐驗證了這些方法不但有利于提高學生學習數學的效率和興趣,同時對于提高競賽成績也是有效的。尤其是近幾年學生參加數學建模競賽的規(guī)模增長迅速,參賽學生幾乎遍及全校各個專業(yè),學生的學習程度、興趣愛好等差異性增大;各類數學建模競賽的試題類型都更趨向于專業(yè)性強、交叉性強、復雜性強的新特點。為解決數學建模競賽所面臨的新問題新挑戰(zhàn),需要對數學建模競賽培訓進行更深入的研究,制訂數學建模競賽培訓的新模式,這種新方法充分考慮到在高等數學課程中潛移默化的融人數學建模思想這個策略,使學生可以更好地了解數學知識的來龍去脈,建立學數學用數學的思想,提高學生的數學綜合素質,同時通過這樣的教學活動讓學生了解數學建模競賽,再配合后期的競賽培訓活動從而達到通過數學建模競賽提高學生綜合素質的目的。
二數學建模競賽培訓的新模式
為了讓學生通過圍繞數學建模競賽開展的教學活動增強解決實際問題的實踐能力,提高數學課程的學習效果和興趣,將數學建模的思想方法應用于專業(yè)課程的學習和專業(yè)問題的研究中去,也為了讓學生更好地參加各類數學建模競賽,對數學建模競賽的培訓體系和策略進行了深入研究,采取“三步走”的競賽培訓策略,在培訓過程中抓住一條“時間線”,循序漸進的進行數學建模知識和方法的講授和訓練,從大一開始對學生的數學建?;顒影凑张嘤栍媱澾M行按部就班的培訓,從而使數學建模競賽真正的起到為教學服務的目的。本文介紹的競賽培訓新模式的具體結構框架如圖1所示,具體步驟為:
第一步:“潤物細無聲”――將數學建模思想融入高等數學課程。在保持高等數學課程原有體系和教學學時基本不變的前提下把數學建模思想融人到高數教學中去,一方面可以激發(fā)學生的學習高等數學的興趣,解決高等數學抽象性強、學生在學習過程中感到枯燥無味的問題。另一個方面也讓學生感受到數學模型的無處不在和數學思想方法的無所不能,充分調動學生應用數學知識解決實際問題的主動性,從而激發(fā)學生對數學建模的興趣和熱情,提高學生學數學和用數學的能力,提高數學建模競賽水平。
具體的做法是在高等數學課教學過程中有計劃地適當滲透數學建模思想,在保持高等數學課程原有體系不變的情況下,在數學概念和定理的引入和應用中融入建模思想。首先,數學概念來源于實際需要是數學思維的細胞,在數學概念的教學中融人數學建模思想就是要講清楚概念產生的來龍去脈以及數學思維過程,例如定積分的概念本身就是一個完整的數學建模過程,在講解概念的過程中有意識的滲透數學建模的思想和方法,不僅能使學生記住概念,更重要的是使學生真正了解到問題的本質,培養(yǎng)了建立數學模型解決實際問題的思想。同樣,定理的講解在高等數學的教學中也占有非常重要的地位,在諸如微分中值定理的應用、最小二乘法的應用等內容中都非常適合融人數學建模思想。把這些數學建模思想融入高等數學教學作為數學建模競賽培訓的一部分,制定周密的培訓方案,寫出具體的培訓計劃,選用合適的培訓教材,編寫高等數學應用問題案例。通過這些教學方法和理念的改革可使學生的洞察力、想象力和創(chuàng)造力得到培養(yǎng)和提高,為學生架起一座從數學知識到實際問題的橋梁。
第二步:“更上一層樓”――根據一條“時間線”安排數學建模競賽輔導。為了讓學生了解和掌握更多的數學知識和方法,從而更好地參加各種數學建模競賽,我們按競賽的時間分別組織三次培訓,每年4月針對東北三省數學建模聯賽組織大二學生參加東北賽培訓,每年暑假針對全國大學生數學建模競賽組織全國賽培訓,每年1月組織針對美國大學生數學建模競賽的美國賽培訓。采用這種階段性培訓方式,根據培訓的時間,在每個培訓階段都制定不同的培訓目的,設計不同的培訓計劃,選擇逐漸深入的培訓內容,并針對學生具體情況采用自編教材。真正做到因材施教,體現階段性遞進的培訓模式。首先,在最開始的在東北賽培訓階段主要講授數學建模的過程和建模基本方法,Matlnb軟件的基本命令以及科技論文的寫作等,在這一階段的培訓中各種建模方法不要求學生熟
練掌握它的過程和具體的求解方法,而是要了解這些方法是解決什么問題的?常用于哪些現有的模型中?這種方法對所求問題有哪些要求?它的輸入和輸出變量都有哪些?到真正用的時候可以在查閱資料現學現用,這一階段培訓的重點是要培養(yǎng)學生根據需要獲取知識的興趣和能力,以及對數學建模的思維和過程的了解和熟悉。在全國賽培訓階段主要補充數學建模的理論知識,繼續(xù)介紹Lingo/Lindo軟件、SASS軟件等數學軟件的使用,并進行模擬訓練強化數學建模競賽氛圍和過程。這一階段要求學生熟練掌握線性規(guī)劃、多元統(tǒng)計、插值擬合、微分方程、圖論等常用的數學方法,同時了解如排隊論、系統(tǒng)模擬等方法,培養(yǎng)學生發(fā)現問題、分析問題、應用數學知識建立數學模型解決實際問題的實踐能力和上機實驗的動手能力。針對美國賽培訓主要強化學生的科技英語的閱讀、寫作能力。訓練學生對外文文獻的檢索和閱讀能力,學習了解所學學科的國際前沿的研究動態(tài),提高自己的科研能力和意識。
第三步:“反饋再提高”――賽后研討,修正數學建模競賽培訓方案。注重賽后總結,是逐步提高競賽成績的有效方法。每次競賽結束以后,首先由指導教師針對賽題進行分析與講解,幫助學生深入理解問題,然后由各隊根據所做結果查找論文工作中的不足,并展開對問題的深入探討,以小組討論的形式進行交流,使討論班上不同的思想火花不斷地進行碰撞、交融,所有小組都能夠通過討論而達到共同進步的目的。同時通過開會總結本年度的競賽工作,參加競賽學生交流競賽經驗、心得體會、開大會表彰、獎勵獲獎學生等系列活動,及時發(fā)現競賽培訓工作中的問題,總結經驗,從而推動學校高等數學課程的教學改革,培養(yǎng)學生應用數學知識解決實際問題的能力,為逐步提高競賽成績打下良好的基礎。
另外,結合數學建模競賽培訓的過程和參加競賽中遇到的問題,對數學建模競賽培訓模式進行深入研究,探討數學建模思想融入高等數學課程的實施方法,改進培訓方案中的不足,增刪培訓內容,修正培訓計劃,完善數學建模競賽培訓體系。
總之,通過對數學建模競賽培訓模式的研究與實踐,構建了新的數學建模教學體系,該教學體系融數學建模理論學習、計算機軟件學習和競賽過程于一體,通過對數學建模教學體系的實施,促進大學數學課程的教學改革,實現將數學建模思想融入高等數學課程的目的,并最終實現其他專業(yè)課程的教學改革。實踐證明圍繞數學建模競賽開展的教學活動能夠為學生更好地參加數學建模競賽提供了平臺,并且能夠在促進大學數學課程的教學改革,實現將數學建模思想融入數學類課程方面發(fā)揮更大的作用。
參考文獻
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關鍵詞 數學建模 獨立學院 課程改革 實踐能力
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.02.044
Independent College Mathematical Modeling Education Curriculum Reform
――Take College of Arts and Sciences, Yunnan Normal University as an example
LIU Ruijuan[1], YANG Bin[2]
( [1]College of Arts and Sciences, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650222;
[2]Yunnan Institute of Electronics Industry, Kunming, Yunnan 650031)
Abstract This article from the reality of Yunnan Normal University of Arts, discusses the characteristics of Mathematical Modeling Course and the creation of the significance of this course, and then analyzes the independent Institute of Mathematical Modeling Courses problems proposed curriculum reform and solve mathematical modeling ideas. By selecting the appropriate course materials and auxiliary teaching materials, teaching and the establishment of mathematical modeling contest guide the team to achieve classroom case discussions and presentations combine teaching mode, associated with the creation of mathematical modeling curriculum support programs, such as probability theory, mathematical analysis , operations research, graph theory and other courses, assessment methods diversified, respectively, classroom attendance, classroom discussion to answer the performance aspects of modeling large peacetime operations and final quality modeling work, modeling reply comprehensive assessment, in addition to organize students to participate actively in the network challenge and the National mathematical Contest in Modeling and other students, with remarkable results.
Key words mathematical modeling; independent college; curriculum reform; practical ability
數學建模課程是20世紀80年代初在我國理工科大學開設的一門重要的數學課程。由于數學建模過程幾乎模擬了科學研究的全過程,因而對于培養(yǎng)大學生的科研能力與創(chuàng)新意識和應用數學能力具有特殊的作用。而數學建模的多媒體教學,作為一種現代化的教學手段,具有形象直觀、信息量大、交互性強等優(yōu)點,對于發(fā)揮學生的主體作用、促進學生主動學習和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力也非常有益。這些能力也正是我們大學數學素質教育所要努力追求的。
目前國內關于數學建模課程改革的研究論文雖然比較多,也有一定的成果,當時均處于探索階段,并且從目前數學建模課程教學改革的相關文獻可以看到,大部分這方面的研究都集中體現普通高校和研究型高?;蛘邤祵W建模課程的改革方案和與能力培養(yǎng)方面的關系,然而,盡管不少普通大學和研究型大學都在大膽嘗試建模課程體系改革,但針對獨立學院實際的數學建模教學改革基本空白,對數學建模課程的具體化改革對象和成果展現等方面的研究更是少見。
云南師范大學文理學院建模課程開展時間較短,從內容到體系均有待完善,所以本文就云南師范大學文理學院的實際探討數學建模課程的改革及其成效,從而達到促進建模的教學工作,提高教學質量,同時提高自身的素質水平。
1 在獨立學院開設數學建模課程的意義
云南師范大學文理學院自辦學以來,針對學生的缺點和不足,以新的視角,欣賞學生的特點,梳理學生的優(yōu)勢,客觀評價學生,掌握學生的優(yōu)勢、優(yōu)項,樹立教學信心,以積極的態(tài)度開展教學工作。培養(yǎng)學生處理相關信息和大量數據的能力,在數學建模過程中,我們引導學生針對所研究問題進行收集、加工,處理和應用信息的能力。學會提煉有用信息,并恰當地運用信息,并學習使用計算機和相應的數學軟件。
在建模過程中我們要求學生充分發(fā)揮想象力和動手能力,采用類比的方法把表面上完全不同的實際問題,用相似的數學模型去描述解決他們,逐步達到觸類旁通的效果。
另外,因為數學建模課程主要涉及的都是現實生活中的實際問題,通過數學建模課程的學習和數學建模競賽的參與,可以極好地鍛煉學生的論文寫作能力和創(chuàng)新能力,同時提升學生的參與意識,為以后的學習和工作打下良好的基礎。所以在獨立學院開設數學建模課程具有重要的意義。
2 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點和存在的問題
2.1 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點
(1)先修課程和應用課程較多。數學建模課程需要眾多的先修基礎數學課程和數學軟件課程,如數學分析、運籌學、微分方程、概率論與數理統(tǒng)計、圖論、計算方法、計算數學、解析幾何,MATLAB,Mathematics,lingo等,我院信息工程學院在開設數學建模課程的前期或者同時開設上述相關課程,因為需要具備扎實的專業(yè)功底,才可能較好地學習數學建模課程。
(2)教學方式靈活多變。各大高校數學建模課程是基本是案例式教學,每個章節(jié)以例子來說明,如商人過河問題,交通流問題,減肥問題,旅游地的選擇問題等等,均是和實際聯系較為緊密的身邊的問題,激發(fā)學生的學習興趣。但是也有一些常見的建模方法可以類比推廣,如層次分析法,灰色關聯度分析法,時間序列法,排隊論等,我們都是有針對性地選取教學內容以適應學生現有的知識結構和接受能力。教學方法上我們采用講授法、探討法、歷年真題論文案例法(包括學生平時作業(yè)點評)等。
(3)教學設備手段先進。建模課程需要處理大量的數據,我院配備了先進的投影多媒體教室,并且開設了與建模相關的Matlab,Mathematica等數學軟件。
(4)實用性強。數學建模課程的案例基本都來自實際問題,如人口、天氣、干旱等的預測模型,優(yōu)化模型,決策模型,控制模型等。這些模型的引入,讓學生更加深刻地領會數學建模課程的實用性。
(5)課程較難學。數學建模課程涉及的領域廣,知識面大。通的(交通流問題),醫(yī)療領域(看病排隊問題)等,采用的各領域的知識較多,很多時候都是現學現用,需要很高的領會能力和接受能力,這對學生和教師要求都比較高。
2.2 云南師范大學文理學院數學建模課程存在的問題
本文作者從2011年開始講授數學專業(yè)的數學建模課程,數學建模作為數學專業(yè)的專業(yè)基礎課程,在教學過程中發(fā)現數學建模課程存在的問題。
(1)教材涉及面太廣,如姜啟源的《數學模型》教材是我國自開設建模課程以來比較權威的一本建模教材,很多高校都在使用,但是從初等模型、簡單的優(yōu)化模型、線性規(guī)劃模型、微分方程模型到馬氏鏈模型等共13章,而課程安排只有周4課時,教學時間上較為緊張;另外整本教材基本都是案例,內容多且涉及的數學建模方法很少,學生看著一本厚厚的教材,心里難免畏懼,而實際上并不能完全講授;對于三本獨立院校的學生來說,專業(yè)基礎不是很扎實,教材一些內容較深,學習起來較為吃力。
(2)課堂教學基本以教師為中心,教師采用純講授的教學方法,學生很少參與,因而缺乏學習數學建模的興趣與積極性,學生也怕學。
基于上述問題的存在,影響學生學習數學建模課程的積極性,并且我們要參與各類建模賽事,如果不及時進行教學改革,勢必影響教學和學習效果,在建模競賽中也難取得較好的成績,雖然關于建模課程改革的課題和論文較多,但是緊扣我院實際的還基本空白,不利于應用型人才的培養(yǎng),所以有必要對現有的數學建模課教學模式進行改革。
3 對云南師范大學文理學院數學建模課程改革嘗試的思路
本文作者從2011年開始教授數學建模課程開始,就在實踐中開始摸索適合云南師范大學文理學院的數學建模課程改革思路,經過幾年的實際教學和競賽指導,主要收獲如下:
(1)主體教材輔助方法、軟件教材進行教學。目前作者使用的姜啟源編寫的《數學模型》對于獨立學院的學生來說這本教材內容太難、太多了。作者近年來除講解教材的基本模型外,嘗試對教材進行補充、重組和開發(fā),具體方式有根據歷年的全國建模競賽的題目類型,有傾向性地進行教學安排,并插入歷年建模真題和常用方法進行課堂講授,同時插入一些實際問題讓學生進行建模論文的寫作,根據我院學生的數學基礎和競賽的實際(對歷年的真題出現的題型和用到的方法出現的頻率)對章節(jié)進行取舍。
(2)數學建模課程教學方法改革。由于數學建模課程要進行實戰(zhàn)演練,在學期配備相應的建模大作業(yè)習題,如手機購買問題,地方人口問題,水資源短缺問題,氣候干旱問題,網吧數量萎縮等實際問題,要求學生在指定的時間內進行數據收集,整理,分析處理并以論文形式展現研究成果,同時安排論文模擬答辯,鍛煉學生的解決實際問題的能力。同時學院也積極聘請省級建模專家進行專題講座,提高大家學習的積極性。
(3)數學建模課程教學競賽團隊。我院近年來連續(xù)積極組織學生參加各類官方、民間數學建模競賽賽事。我院專門組建立了一支建模指導教師團隊,除了學期必修外,在全國建模競賽前的假期還專門組織學生進行賽前培訓,教師負責制分專題講授離散模型、連續(xù)模型、優(yōu)化模型、微分模型、概率模型、統(tǒng)計回歸模型和軟件講授、論文寫作等,突出體現教師的專長,提高了課堂教學效率,增強了學生學習的積極性。
(4)開設與數學建模課程相關的軟件課程。為了讓學生更好地參與到數學建模中來,我們從大學一年級就有針對可開設數學軟件和建模講座。開設Mathematic,MATLAB,Lingo等軟件選修課,進行數學的應用與建模能力的培養(yǎng),提高學生數學建模能力,在運籌學等課程中,有意識地讓學生進行作業(yè)的排版練習,如WORD,EXCEL等常用排版計算軟件。
(5)通過積累建立數學建模課程學習資源。如本校學生歷年的較優(yōu)秀的參賽論文,平時作業(yè)
教師教案、課件等,數學建模優(yōu)秀論文等學習環(huán)境和信息交互空間。另外,給學生身邊實際的問題,如云南水資源短缺問題,干旱氣候預測問題,地區(qū)人口預測問題,網吧問題等進行建模練習,讓學生把數學建模課程與實際應用結合起來。
(6)課程考核形式多樣化。本文作者通過課堂考勤,課堂回答問題,課堂討論,平時作業(yè),期末大作業(yè),作業(yè)課堂答辯等多種方式結合的方法進行課程考核。根據問題的大小,由學生獨立或組隊完成實際問題,若完成得好在原有成績的基礎上獲得“平時成績加分” ,給出最后考核的分數,提高學生學習數學建模課程的積極性,從而提高學生的建模能力。
(7)積極組織學生參加全國大學生數學建模競賽和各類網絡建模賽事。截至目前為止,我們已經連續(xù)五年組織學生參加全國大學生數學建模競賽,連續(xù)兩年組織學生參加“認證杯”數學中國數學建模競賽,成績優(yōu)良。并且由信息工程學院定期舉辦建模和軟件講座參與各類數學建模比賽,熟悉比賽流程,了解論文撰寫過程,為每年九月的全國數學建模做準備。
4 建模課程改革初步成效體現
我校作為獨立學院從2010年開始嘗試開設數學建模課程,推動大學數學素質教育方面,進行了一些探索和實踐,并同年開始組織學生參加全國數學建模競賽和網絡建模競賽,成效顯著。
首先,從競賽獲獎來看,2010年全國大學生數學建模競賽中,4個參賽隊分別榮獲1個省級一等獎,占總獎項的25%;2個省級二等獎,占總獎項的50%;1個省級三等獎,占總獎項的25%,獲獎率100%;
2011年全國大學生數學建模競賽中,4個參賽隊分別榮獲1個省級一等獎,占總獎項的25%;2個省級二等獎,占總獎項的50%;1個省級三等獎,占總獎項的25%,獲獎率100%;
由于從2012年開始,數學建模競賽組委會對建模獎項做了限制調整,獲獎比例僅為原來的50%,所以2012年全國數學建模競賽指導的參賽隊教練組15個參賽隊其中榮獲2個省級一等獎,1個省級二等獎,9個省級三等獎,獲獎率為80%,其中省級一等獎占總獎項的16.7%,省級二等獎占總獎項的8.33%,省級三等獎占總獎項的75%。
2013年“認證杯”數學中國數學建模網絡挑戰(zhàn)賽2個隊參賽,第一階段兩個參賽隊均獲云南最好成績全國二等獎,第二階段一個隊榮獲云南省唯一個全國一等獎,取得全球建模能力高級認證;另一個參賽隊榮獲全國三等獎,取得全球建模能力基礎認證,獲獎率100%。
2013年全國數學建模競賽,26個參賽隊參賽,其中榮獲1個國家二等獎,2個省級一等獎,3個省級二等獎,4個省級三等獎的優(yōu)異成績,獎項水平首次沖入國家獎項,建模水平大幅度提高,其中全國二等獎占總獎項的10%,省級一等獎占總獎項的20%,省級二等獎占總獎項的30%,省級三等獎占總獎項的40%。
2014年全國數學建模競賽,22個參賽隊參賽,其中榮獲2個國家二等獎,2個省級一等獎,4個省級二等獎,4個省級三等獎的優(yōu)異成績,獎項水平較上年建模水平大幅度提高,其中全國二等獎占總獎項的16.7%,省級一等獎占總獎項的16.7%,省級二等獎占總獎項的33.3%,省級三等獎占總獎項的33.3%。
可以看到從開設數學建模課程以來,我校的數學建模水平到目前穩(wěn)步提升,很好地鍛煉了學生的創(chuàng)新能力和動手能力,同時增強了學生學習的自信心和積極性,成效顯著。其次,從綜合能力來看,通過建模課程的改革,學生的應變能力和思維能力都獲得了很大的提升。
參考文獻
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【關鍵詞】數學建模;數學建模思維;試題類型
全國大學生數學建模競賽創(chuàng)辦于1992年,目前已成為全國高校規(guī)模最大的基礎性學科競賽,受到大學生的廣泛關注.筆者在對比了近十多年來專科組大學生數學建模競賽的試題變化特點,在競賽對學生的綜合數學素質要求不斷變化的情況下,探討了高職數學教學中所面臨的困境與改革創(chuàng)新.
一、高職數學建模教學效果與參賽能力差距
(一)數學建模競賽試題變化特點分析
1.試題類型涉及范圍從單一學科向多知識學科轉變.如1999年C題、2000年C題等只是單純的數學或物理問題,試題涉及的學科范圍窄,就像一個稍復雜的幾何學或物理學習題,解題思路相對固定,沒有要求學生有任何創(chuàng)造性地提出設計方案.近幾年的試題逐步發(fā)展成為多學科、多知識背景的類型,甚至近年有部分試題出現了所屬學科不明顯的情況.
2.試題附帶的數據量不斷增大.在早期的試題中數據量不大,注重解決問題方法的選擇,所以在早期的試題中有一種“非真實感”.而近年來的試題出現了大量的原始數據,如2005年C題等,這就要求必須借助工具軟件進行處理,否則無法完成.
綜合以上,試題會越來越“真實”,同時數據也會越來越大,這對于沒有太多生活經驗、專業(yè)性不夠突出的大學生來說,是一種挑戰(zhàn),筆者和很多學生交流后,有學生提出感覺試題越來越難了.這同樣對指導教師來說也是一種挑戰(zhàn),教師很難有針對性地給學生提前預備具體知識.
(二)高職學生的數學素質與競賽要求素質差距
1.認知能力差.數學建模競賽需要的是一種綜合能力,如洞察力、創(chuàng)造力、數學語言翻譯能力、文字表達能力、綜合應用分析能力、聯想能力、使用當代新科技新成果的能力.這些都與個人認知力有關,這就基本決定了高職類學生與本科生有一定的差距.
2.理論知識缺失.進入大學后很少高職院校會單獨開設數學建模課程,更不用說要培養(yǎng)學生的數學建模思維.以我院學生為例,大部分學生(除少數理工科類外)只涉及兩門課程與數學建模有關:數學與管理和統(tǒng)計學原理.僅僅只有這兩門課程作為理論基礎參加數學建模競賽是遠遠不夠的.
3.計算機工具應用能力弱.以我院學生為例,數學與管理中學習Mathematics軟件,統(tǒng)計學原理中涉及SPSS和EXCEL.而最常見的建模工具,如MATLAB、LINGO,由于專業(yè)性質差別,幾乎沒有機會接觸到,這是高職類學生的薄弱環(huán)節(jié).
二、高職數學建模思維培養(yǎng)教育創(chuàng)新改革設想
(一) 改革的基本出發(fā)點
拋棄以競賽為目的的功利思想,以提高學生的數學建模思維為出發(fā)點.在很多高職院校,由于學生的數學素質與競賽素質相差太遠,導致指導教師出現了消極心理,甚至有些教師認為到競賽的時候主要是看指導老師的能力.這是絕對錯誤的思想,有這樣思想的教學團隊即使在某些年份可能會取得較好的成績,但這絕對沒有長久保持這種成績的能力.因為教學團隊就沒有找到一種正確的培養(yǎng)模式,把這種勝利從偶然性變?yōu)楸厝恍?而正確的培養(yǎng)模式的基本方針就是要培養(yǎng)學生的數學建模思維,這比給學生多設幾門課程、多上幾節(jié)培訓課更為重要.
(二)改革的理念
由于高職院校性質特點,基本上都是應用型專業(yè),給學生專門開設幾門與數學建模有關的課程不太現實,而且即使開設了,教學效果也不會理想.所以筆者認為應該把數學建模思維的培養(yǎng)與具體專業(yè)相結合,在專業(yè)問題上如果碰到有關的建模問題,就相應在該部分增加數學建模內容.例如金融學專業(yè)在某些課程中可以加入最優(yōu)化模型、投資組合模型等,把這些模型融入到具體的專業(yè)中,使得應用性更強,學生也更易接受,教學效果好.
(三)具體實踐的幾點經驗
1.教學中注重引入數學模型.在各個學科中都有些問題涉及數學,或可以用數學的原理說明實際問題.例如統(tǒng)計學中最小二乘法在各領域都有廣泛的應用,解最小二乘法的拉格朗日法是常見求極值的方法.可見數學模型結構也是有層次的,一個復雜的數學模型包含了幾個簡單的模型,教師可以根據學生特點和課程性質選擇模型層次.
2.強調利用計算機工具處理數據過程.很多教師只強調了模型的原理講解,并沒有把模型理論與學生動手能力相結合,缺少實踐環(huán)節(jié).例如,時間序列分析中的線性回歸模型,模型的原理復雜,但利用軟件操作反而十分簡單,教師可以多介紹幾種軟件工具,讓學生加深理解該模型的使用范圍及結果意義.
三、結束語
本文通過對??平M試題的總結分析,勾勒了數學建模對學生綜合數學素質要求的發(fā)展趨勢,提出要注重學生的數學建模思維培養(yǎng),以實際應用為前提,與具體專業(yè)相結合,注重專業(yè)中真實數據處理的教學改革設想.
【參考文獻】