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一、精擬建模問題
問題是數(shù)學(xué)建模教與學(xué)的基本載體,所選擬問題的優(yōu)劣在很大程度上影響數(shù)學(xué)建模教學(xué)目標(biāo)能否實現(xiàn),并影響學(xué)生對數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的態(tài)度、興趣和信念。因此,精心選擬數(shù)學(xué)建模問題是數(shù)學(xué)建模教學(xué)的基本策略。鑒于高中學(xué)生的心理特點和認(rèn)知規(guī)律,結(jié)合建模課程的目標(biāo)和要求,選擬的建模問題應(yīng)貼近學(xué)生經(jīng)驗、源自有趣題材、力求難易適度。
1.貼近學(xué)生經(jīng)驗
所選擬的問題應(yīng)當(dāng)是源于學(xué)生周圍環(huán)境、貼近學(xué)生生活經(jīng)驗的現(xiàn)實問題。此類問題的現(xiàn)實情境為學(xué)生所熟悉,易于為學(xué)生所理解,并易于激發(fā)學(xué)生興奮點。因而,有助于消除學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的神秘感與疏離感,增進(jìn)對數(shù)學(xué)建模的親近感;有助于激發(fā)學(xué)生的探索熱情,感悟數(shù)學(xué)建模的價值與魅力。
2.源自有趣題材
所選擬的問題應(yīng)當(dāng)源自富有趣味的題材。此類問題易于激起學(xué)生的好奇心,有助于維護(hù)和增強學(xué)生對數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)習(xí)興趣與探索動機。為此,教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生感興趣的熱點話題,并從獨到的視角挖掘和提煉其中所蘊含的數(shù)學(xué)建模問題,選取學(xué)生習(xí)以為常而又未曾深思但結(jié)論卻又出乎意料的問題。
3.力求難易適度
所選擬的問題應(yīng)力求難易適度,應(yīng)能使學(xué)生運用其已具備的知識與方法即可解決。如此,有助于消除學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的畏懼心理,平抑學(xué)生源于數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)壓力,增強學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)信心,優(yōu)化學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)態(tài)度,維護(hù)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)興趣。為此,教師在選擬問題時,應(yīng)考慮多數(shù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)、生活背景及理解水平。所選擬的問題要盡量避免出現(xiàn)不為學(xué)生所熟悉的專業(yè)術(shù)語,避免問題過度專業(yè)化,要為學(xué)生理解問題提供必要的背景材料、信息與知識。
二、聚焦建模方法
數(shù)學(xué)建模方法是指運用數(shù)學(xué)工具建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)而解決現(xiàn)實問題的方法,它是數(shù)學(xué)建模教與學(xué)的核心,具有重要的教學(xué)功能。掌握一定的數(shù)學(xué)建模方法是實現(xiàn)數(shù)學(xué)建模課程目標(biāo)的有效途徑。為此,數(shù)學(xué)建模教學(xué)應(yīng)聚焦于數(shù)學(xué)建模方法。
1.注重建模步驟
數(shù)學(xué)建模方法包含諸如問題表征、簡化假設(shè)、模型構(gòu)建、模型求解、模型檢驗、模型修正、模型解釋、模型應(yīng)用等多個步驟。數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,教師應(yīng)通過數(shù)學(xué)建模案例,注重對各步驟的基本內(nèi)涵、實施技巧及各步驟之間的內(nèi)在聯(lián)系和協(xié)同方式進(jìn)行闡釋和分析,這是使學(xué)生從整體上把握建模方法的必要手段。有助于學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模的基本過程,有助于為學(xué)生模仿建模提供操作性依據(jù),進(jìn)而為學(xué)生獨立建模提供原則性指導(dǎo)。
2.突出普適方法
不同的數(shù)學(xué)建模方法,其作用大小和應(yīng)用范圍也不同,譬如,關(guān)系分析方法、平衡原理方法、數(shù)據(jù)分析方法、圖形(表)分析方法以及類比分析方法等均為具有統(tǒng)攝性和普適性的建模方法。教師應(yīng)側(cè)重對這些普適性的建模方法進(jìn)行教學(xué),使學(xué)生重點理解、掌握和應(yīng)用。此外,分屬于幾何、代數(shù)、三角、微積分、概率與統(tǒng)計、線性規(guī)劃等數(shù)學(xué)分支領(lǐng)域的建模方法等,盡管其普適性程度稍遜,但其對解決具有領(lǐng)域特征的現(xiàn)實問題卻具重要應(yīng)用價值,因而,教師也應(yīng)結(jié)合相應(yīng)數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容的教學(xué),使學(xué)生通過把握其領(lǐng)域特性及其所運用的問題情境特征而熟練掌握并靈活應(yīng)用。
3.加強方法關(guān)聯(lián)
許多現(xiàn)實問題的解決往往需要綜合運用多種數(shù)學(xué)建模方法,因此,在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,應(yīng)加強數(shù)學(xué)建模方法之間的關(guān)聯(lián),注重多種建模方法的綜合運用。為此,應(yīng)在加強各建模步驟之間聯(lián)系與協(xié)調(diào)運用基礎(chǔ)上,綜合貫通處于不同層次、分屬不同領(lǐng)域的數(shù)學(xué)建模方法,在建模各步驟之間、具體的建模方法之間、不同領(lǐng)域的數(shù)學(xué)建模方法之間進(jìn)行多維聯(lián)結(jié),建立數(shù)學(xué)建模方法網(wǎng)絡(luò)圖,以使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模方法體系,形成綜合運用數(shù)學(xué)建模方法解決現(xiàn)實問題的能力。
三、強化建模策略
數(shù)學(xué)建模策略是指在數(shù)學(xué)建模過程中理解問題、選擇方法、采取步驟的指導(dǎo)方針,是選擇、組合、改變或操作與當(dāng)前數(shù)學(xué)建模問題解決有關(guān)的事實、概念和原理的規(guī)則。數(shù)學(xué)建模策略對數(shù)學(xué)建模的過程、結(jié)果與效率均具有重要作用。學(xué)生掌握有效的數(shù)學(xué)建模策略,既是數(shù)學(xué)建模課程的重要教學(xué)目標(biāo),也是學(xué)生形成數(shù)學(xué)建模能力的重要步驟。因此,應(yīng)強化數(shù)學(xué)建模策略的教與學(xué)。
1.基于建模案例
策略通常具有抽象性、概括性等特點,往往需要借助實例運用獲得具體經(jīng)驗,才能被真正領(lǐng)悟與有效掌握。因此,數(shù)學(xué)建模策略的教學(xué)應(yīng)基于對建模案例的示范與解析,使學(xué)生在現(xiàn)實問題情境中感受所要習(xí)得的建模策略的具體運用。為此,一方面,針對某特定建模策略的案例應(yīng)盡可能涵蓋豐富的現(xiàn)實問題,并在相應(yīng)的案例中揭示該建模策略的不同方面,以為該建模策略提供多樣化的情境與經(jīng)驗支持;另一方面,應(yīng)對某特定建模案例中所涉及的多種建模策略的運用進(jìn)行多角度的審視與解析,以厘清各種建模策略之間的內(nèi)在聯(lián)系?;诎咐盐战2呗?,將抽象的建模策略與鮮活的現(xiàn)實問題密切聯(lián)系,有助于積累建模策略的背景性經(jīng)驗,有助于豐富建模策略的應(yīng)用模式,有助于促進(jìn)建模策略的條件化與經(jīng)驗化,進(jìn)而實現(xiàn)建模策略的靈活應(yīng)用與廣泛遷移。
2.寓于建模方法
建模策略從層次上高于建模方法,是建模方法應(yīng)用的指導(dǎo)性方針,它通過建模方法影響建模的過程、結(jié)果與效率。離開建模方法而獲得的建模策略勢必停留于表面與形式,難以對數(shù)學(xué)建模發(fā)揮作用。因此,應(yīng)寓于建模方法獲得建模策略。為此,應(yīng)通過數(shù)學(xué)建模案例,解析與闡釋所用策略與方法之間的內(nèi)在聯(lián)系與協(xié)同規(guī)律,使學(xué)生掌握如何運用建模方法,知曉何以運用建模方法,從而獲得具有“實用”價值的數(shù)學(xué)建模策略。
3.聯(lián)結(jié)思維策略
思維策略是指問題解決思維活動過程中具有普適性作用的策略。譬如,解題時,先準(zhǔn)確理解題意,而非匆忙解答;從整體上把握題意,理清復(fù)雜關(guān)系,挖掘蘊涵的深層關(guān)系,把握問題的深層結(jié)構(gòu);在理解問題整體意義基礎(chǔ)上判斷解題的思路方向;充分利用已知條件信息;注意運用雙向推理;克服思維定勢,進(jìn)行擴散性思維;解題后總結(jié)解題思路,舉一反三等,均為問題解決中的思維策略。思維策略是數(shù)學(xué)建模不可或缺的認(rèn)知工具,對數(shù)學(xué)建模具有重要指導(dǎo)作用。思維策略從層次上高于建模策略,它通過建模策略對建模活動產(chǎn)生影響。離開思維策略的指導(dǎo),建模策略的作用將受到很大制約。因此,在建模策略教學(xué)中,應(yīng)結(jié)合建模案例,將所用建模策略與所用思維策略相聯(lián)結(jié),以使學(xué)生充分感悟思維策略對建模策略運用的指引作用,增強建模策略運用的彈性。
四、注重圖式教學(xué)
數(shù)學(xué)建模圖式是指由與數(shù)學(xué)建模有關(guān)的原理、概念、關(guān)系、規(guī)則和操作程序構(gòu)成的知識綜合體。具有如下基本內(nèi)涵:是與數(shù)學(xué)建模有關(guān)的知識組塊;是已有數(shù)學(xué)建模成功案例的概括和抽象;可被當(dāng)前數(shù)學(xué)建模問題情境的某些線索激活。數(shù)學(xué)建模圖式在建模中具有重要作用,影響數(shù)學(xué)建模的模式識別與表征、策略搜索與選擇、遷移評估與預(yù)測。因此,應(yīng)注重數(shù)學(xué)建模圖式的教與學(xué),為此,數(shù)學(xué)建模教學(xué)應(yīng)實施樣例學(xué)習(xí)、開展變式練習(xí)、強化開放訓(xùn)練。
1.實施樣例學(xué)習(xí)
樣例學(xué)習(xí)是向?qū)W生書面呈現(xiàn)一批解答完好的例題(樣例),學(xué)生解決問題遇到障礙或出現(xiàn)錯誤時,可以自學(xué)這些樣例,再嘗試去解決問題。樣例學(xué)習(xí)要求從具有詳細(xì)解答步驟的樣例中歸納出隱含其中的抽象知識與方法來解決當(dāng)前問題。在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中實施樣例學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)和研究別人的已建模型及建模過程中的思維模式,有助于使學(xué)生更多地關(guān)注數(shù)學(xué)建模問題的深層結(jié)構(gòu)特征,更好地關(guān)注在何種情況下使用和如何使用原理、規(guī)則與算法等,從而有助于其建模圖式的形成。在實施樣例學(xué)習(xí)時,應(yīng)注重透過建模問題的表面特征提煉和歸納其所蘊含的關(guān)系、原理、規(guī)則和類別等深層結(jié)構(gòu)。
2.開展變式練習(xí)
通過樣例學(xué)習(xí)而形成的建模圖式往往并不穩(wěn)固,且難以靈活遷移至新的情境。為此,應(yīng)在樣例學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上開展變式練習(xí),通過多種變式情境的分析和比較,排除具體問題情境中非本質(zhì)性的細(xì)節(jié),逐步從表層向深層概括規(guī)則和建構(gòu)模式,不斷地將初步形成的建模圖式和提煉過的規(guī)則和模式內(nèi)化,以形成清晰而穩(wěn)固的建模圖式。開展變式練習(xí)時,應(yīng)注重洞察構(gòu)成現(xiàn)實情境問題的“數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)框架”,從“變化”的外在特征中鑒別和抽象出“不變”的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。
3.強化開放訓(xùn)練
數(shù)學(xué)建模具有結(jié)構(gòu)不良問題解決的特性。譬如,條件和目標(biāo)不明確;“簡化”假設(shè)時需要高度靈活的技巧;模型構(gòu)建需要基于對問題的深邃洞察與合理判斷并靈活運用建模方法;所建模型及其形式表達(dá)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),需要檢驗、修正并不斷推廣以適應(yīng)更復(fù)雜的情境;有并非唯一正確的多種結(jié)果和答案等等。鑒于此,數(shù)學(xué)建模教學(xué)中應(yīng)強化開放訓(xùn)練,以促進(jìn)學(xué)生形成概括性強、遷移范圍廣、豐富多樣的建模圖式。為此,應(yīng)通過改變問題的情境、條件、要求及方法來拓展問題。即對簡化假設(shè)、建模思路、建模結(jié)果、模型應(yīng)用等建模環(huán)節(jié)進(jìn)行多種可能性分析;將問題原型恰當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)變到某一特定模型;將一個領(lǐng)域內(nèi)的模型靈活地轉(zhuǎn)移到另一領(lǐng)域;將一個具體、形象的模型創(chuàng)造性地轉(zhuǎn)換成綜合、抽象的模型。在上述操作基礎(chǔ)上,對建模問題進(jìn)行抽象、概括和歸類,從一種問題情境進(jìn)行輻射,并以此網(wǎng)羅建模的不同操作模式,從而使學(xué)生形成關(guān)于建模圖式的體系化認(rèn)知,進(jìn)而提升建模圖式的靈活性和可遷移性。
五、活化教學(xué)方式
鑒于數(shù)學(xué)建模具有綜合性、實踐性和活動性特征,因而其教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為認(rèn)知主體,以運用數(shù)學(xué)知識與方法解決現(xiàn)實問題為運行主線,以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力為核心目標(biāo)。為此,應(yīng)靈活采取激勵獨立探究、引導(dǎo)對比反思、尋求優(yōu)化選擇等密切協(xié)同的教學(xué)方式。
1.激勵獨立探究
數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,教師應(yīng)首先激發(fā)學(xué)生獨立思考、自主探索,力求學(xué)生找到各自富有個性的建模思路與方案。誠然,教師和教材的思路與方案可能更為簡約而成熟,然而,學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,其獲得的思路與方案更貼近學(xué)生自身的認(rèn)知水平。因此,教師應(yīng)給予學(xué)生獨立思考的機會,激勵學(xué)生個體自主探索,尊重學(xué)生的個性化思考,允許不同的學(xué)生從不同的角度認(rèn)識問題,以不同的方式表征問題,用不同的方法探索問題,并盡力找到自己的建模思路與方案,以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的習(xí)慣和探究能力。
2.引導(dǎo)對比分析
在激勵學(xué)生探尋個性化的建模思路與方案基礎(chǔ)上,教師應(yīng)及時引導(dǎo)學(xué)生對比分析,歸納出多樣化的建模思路與方案。為此,應(yīng)將提出不同建模方案的學(xué)生組成“異質(zhì)”的討論小組,聆聽其他同學(xué)的分析與解釋,對比分析探索過程、評價探索結(jié)果、分享探索成果,以使學(xué)生認(rèn)識從不同角度與層次獲得的多樣化方案。引導(dǎo)學(xué)生對比分析,既展現(xiàn)了學(xué)生自主探索的成果,又發(fā)揮了教師組織引導(dǎo)的職能,還使學(xué)生獲得了多元化的數(shù)學(xué)建模思維方式。
3.尋求優(yōu)化選擇
在獲得多樣化的建模方案基礎(chǔ)上,教師應(yīng)繼續(xù)引導(dǎo)全班學(xué)生對多樣化的建模方案進(jìn)行觀察與辨析,使學(xué)生在思維的交流與碰撞中,感受與認(rèn)知其它方案的優(yōu)點和局限,反思與改進(jìn)自己的方案,相互糾正、補充與完善,尋求方案的優(yōu)化選擇。引導(dǎo)學(xué)生尋求優(yōu)化選擇,不僅僅是求得最優(yōu)化的結(jié)果,還是發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的有效方式。在此過程中,教師應(yīng)與學(xué)生有效互動,深度交流,汲取不同方案的可取之點與合理之處,以做出優(yōu)化選擇。
上述數(shù)學(xué)建模教學(xué)策略之間存在密切聯(lián)系。精擬建模問題是有效實施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的載體;聚焦建模方法是有效實施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的核心;強化建模策略是有效實施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的靈魂;注重圖式教學(xué)是有效實施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的依據(jù);活化教學(xué)方式是有效實施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的保障。在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,諸策略應(yīng)有機結(jié)合,協(xié)同運用,以求取得最佳效果。
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一、數(shù)學(xué)建模的概念
數(shù)學(xué)建模,即構(gòu)造數(shù)學(xué)模型.具體地說,就是將某一領(lǐng)域或部門的某一個實際問題,經(jīng)過抽象、簡化、明確變量和參數(shù),并依據(jù)某種規(guī)律建立變量和參數(shù)間的明確關(guān)系(數(shù)學(xué)模型),然后求解該問題,并對結(jié)果進(jìn)行解釋和驗證,如果正確,則可投入使用,否則將重新對問題的假設(shè)進(jìn)行改進(jìn),多次循環(huán),直至正確.
二、數(shù)學(xué)建模的一般步驟
通常來說,建立數(shù)學(xué)模型的具體方法和步驟一般沒有一定的模式,但一個理想的數(shù)學(xué)模型應(yīng)能反映數(shù)學(xué)問題的全部重要特征,滿足問題的全部條件和要求,并且還要求能夠使用數(shù)學(xué)方法求解.這里所說的建模步驟,只是大體上的規(guī)范,實際操作中應(yīng)針對具體問題作具體分析,靈活運用.
1.問題分析.根據(jù)對數(shù)學(xué)問題的認(rèn)識,分析問題的因果關(guān)系,找出問題反映內(nèi)部機理的規(guī)律,所建立的模型常有明確的目的或現(xiàn)實意義.
2.模型假設(shè).分析處理數(shù)據(jù)、資料,確定現(xiàn)實原型的主要因素,拋棄次要因素,對問題進(jìn)行必要的簡化,用精確的語言找出必要的假設(shè),這是非常關(guān)鍵的一步.
3.模型建設(shè).實際問題通過抽象、簡化、假設(shè),確定變量;建立數(shù)學(xué)模型并用中學(xué)數(shù)學(xué)的基本方法和基本思路來求解;用實際數(shù)學(xué)問題的初始條件和初始數(shù)據(jù)等來檢驗該初等數(shù)學(xué)模型;做好總結(jié),對模型作進(jìn)一步的分析,提高認(rèn)識和解決問題的能力.
三、數(shù)學(xué)建模的方法
建模的過程大體經(jīng)過分析與綜合、抽象與概括、比較與類比、系統(tǒng)化與具體化階段,有時還要經(jīng)過想象與猜測、直感與頓悟階段.從邏輯思維來講,抽象、歸納、演繹、類比、模擬、移植等邏輯思維方法都要大量采用, 因此,為了培養(yǎng)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的能力,除了加強邏輯思維能力和非邏輯思維能力的訓(xùn)練與培養(yǎng)外,還要盡量掌握一些有關(guān)自然科學(xué)、社會科學(xué)等方面的基本原理、定律和方法,同時也要加強對數(shù)學(xué)知識和方法的學(xué)習(xí)與掌握.
四、數(shù)學(xué)建模在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
例如,為了保護(hù)環(huán)境,實現(xiàn)城市綠化,房地產(chǎn)公司決定在拆遷地長方形ABCD處規(guī)劃一塊長方形地面建造住宅小區(qū)公園,公園一邊落在CD上,但不能超過文物保護(hù)區(qū)AEF的紅線EF,問:如何設(shè)計才能使公園占地面積最大.設(shè) AB=CD=200m,BC=AD=60m,AE=60m,AF=40m.
分析:以CD為一邊建造公園小區(qū),又不能越過EF,因此公園小區(qū)的一角只能落在EF上,為此,以A為原點,AB方向為x軸,AD方向為 y軸建立直角坐標(biāo)系,在線段EF上取一點P,則公園面積取決于P點的位置.
直線EF的方程是:x60+y40=1.
設(shè)點P的坐標(biāo)為(x,40-2x3),則長方形公園的面積為
S=(200-x)[160-(40-32x)] (0≤x≤60)
=-23x2+403x+24000
=-23(x-10)2+24000+2003.
當(dāng)x=10,y=3100時,Smax≈24067m2.
又如,把一塊長為a,寬為b(a>b)的木板的兩條對邊緊靠著屋內(nèi)兩堵互相垂直的墻角,使地面,木板,墻面圍成一個直三棱柱.怎樣圍體積最大?
分析:若使木板長為a的邊在地面上,地面直角三角形的一個銳角為α,則α∈(0,π2),且圍成的直三棱柱體積為V=12asinα·acosα·b=14a2bsin2α,故當(dāng)α=π4時,V(最大值)=14a2b.
類似地,若使木板長為b的邊在地面上,可得體積V(最大值)=14b2a.
a>b,
V(最大值)=14a2b.
目前,開設(shè)“數(shù)學(xué)建模”課程的院校越來越多,但是通過調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)效果并不是很理想,學(xué)生用數(shù)學(xué)解決實際問題的能力并沒有得到很大程度上的提高。經(jīng)過深入的調(diào)查和分析,我們發(fā)現(xiàn)主要有以下幾個方面的問題。
首先,學(xué)生缺乏良好的基礎(chǔ)。建立數(shù)學(xué)模型解決各種實際問題,需要開放式的數(shù)學(xué)建模思維,需要善于聯(lián)想發(fā)散的創(chuàng)新意識,需要堅持不懈的頑強毅力,需要合理分工團(tuán)結(jié)合作的協(xié)助能力。而這些往往都不是傳統(tǒng)課程教學(xué)中所側(cè)重的,在從小學(xué)到大學(xué)的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課上,學(xué)生從課堂上學(xué)到的可能更多的是具體的知識方法,做的可能更多的是有固定解法有正確答案的數(shù)學(xué)題。因此數(shù)學(xué)建模課程的基礎(chǔ)要求與培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的建?;A(chǔ)之間存在巨大的差距。所以沒有好的學(xué)習(xí)基礎(chǔ),不能得到好的學(xué)習(xí)效果也就是很自然的事情了,在僅僅一門“數(shù)學(xué)建?!闭n上進(jìn)行彌補也是幾乎不太可能的事情。
其次,教師普遍缺乏開展研究性教學(xué)的經(jīng)驗。數(shù)學(xué)建模的教學(xué)是一種以學(xué)生為主體的創(chuàng)造性研究性學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)以知識為中心不同,數(shù)學(xué)建模的教學(xué)強調(diào)讓學(xué)生親身體驗如何“用數(shù)學(xué)”、如何抓住主要因素簡化問題將實際問題化為數(shù)學(xué)問題,在實踐中感受數(shù)學(xué)建模的思想,體會運用數(shù)學(xué)的力量。因此,數(shù)學(xué)建模教師在教學(xué)中不能只關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果,更應(yīng)該重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情感和體驗,重視培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維。而這些可能是目前教師所缺乏的,或者是教師在教學(xué)過程中很容易忽視的,需要我們的教師在教學(xué)過程中重視,采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式教學(xué)手段,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,強化實踐教學(xué),讓學(xué)生在大量實踐中學(xué)會建模。
再次,目前缺乏系統(tǒng)的適合不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)建模教材?,F(xiàn)有的新編的數(shù)學(xué)建模教材大多面向數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn),案例一般相對比較復(fù)雜,初學(xué)者學(xué)起來會比較困難,不適合初學(xué)者進(jìn)行學(xué)習(xí),也有一些早期的數(shù)學(xué)建模教材案例大多比較簡單,但大多與時代脫節(jié),不能有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后,部分學(xué)校存在功利意識。數(shù)學(xué)建模教育的目的在于激發(fā)學(xué)生主動探究問題的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和研究問題的科學(xué)性,而科學(xué)研究和創(chuàng)新往往不是在短期內(nèi)就可以看到好的成果的,數(shù)學(xué)建模教育應(yīng)該重視的是學(xué)生參與建模實踐的過程,在實踐中體會一種用數(shù)學(xué)解決實際問題的意識,想用數(shù)學(xué)會用數(shù)學(xué)創(chuàng)造性的解決實際問題,從而帶來能力上的提高。各種數(shù)學(xué)建模競賽只是給學(xué)生提供更多實踐機會的一個平臺,能否獲獎不應(yīng)該是我們建模教學(xué)的根本目的,重要的是在參與的過程中,學(xué)生體會到了什么,學(xué)到了什么?但在部分學(xué)校,目前出現(xiàn)了重建模競賽輕建模教學(xué)的情況,重視賽前對重點學(xué)生的突擊培訓(xùn),輕視在平時對所有學(xué)生的常規(guī)建模教學(xué)工作,甚至出現(xiàn)了,為了獲獎由老師捉刀的情況,從建模能力培養(yǎng)上,學(xué)生自然也就不會有多大的收獲。
二、數(shù)學(xué)建模的教學(xué)策略
數(shù)學(xué)建模的教學(xué)是一個系統(tǒng)工程,不應(yīng)該簡單的只是開設(shè)一門課的問題,從學(xué)生建模意識的滲透,到教師教法的研究和教學(xué)內(nèi)容的恰當(dāng)選取,到學(xué)校各方面的正確認(rèn)識和重視,都是構(gòu)建合理有效的數(shù)學(xué)建模策略所需要考慮的問題。
首先,我們要通過多種渠道分層次開展數(shù)學(xué)建模的思想和方法的推廣和教學(xué)。數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)時是十分有限的,而且“用數(shù)學(xué)”的思維習(xí)慣的養(yǎng)成也不是短時間內(nèi)就可以完成的事情。所以數(shù)學(xué)建模思想的推廣不能僅限于數(shù)學(xué)建模課,應(yīng)該通過多種渠道分層次的在整個大學(xué)期間進(jìn)行不斷的滲透和強化,只有這樣才能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維,提高學(xué)生用數(shù)學(xué)解決實際問題的能力。我們可以嘗試在高等數(shù)學(xué),線性代數(shù)等數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課上滲透數(shù)學(xué)建模的思想和方法。教師可以結(jié)合數(shù)學(xué)課的教學(xué)內(nèi)容,舉一些簡單的、離學(xué)生生活較近的數(shù)學(xué)建模題目的例子,對數(shù)學(xué)建模的概念、步驟和方法進(jìn)行講解,并可以適當(dāng)?shù)牟捎胢atlab等數(shù)學(xué)軟件用加深學(xué)生的直觀影響。這樣做不僅可以提前對學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的啟蒙,也讓數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課的教學(xué)更加生動有趣。同時我們還可以借助學(xué)生社團(tuán)的力量,在課外開展數(shù)學(xué)建模講座和數(shù)學(xué)建模興趣小組等活動,這對于維持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性體會數(shù)學(xué)建模的魅力也是非常有益的。總之,數(shù)學(xué)建模的教學(xué)一定不能局限于一個學(xué)期的課堂教學(xué),最好能通過各種途徑貫徹始終。
其次,我們要重視數(shù)學(xué)建模課主講教師的培養(yǎng)。建模比賽中獲過獎或者指導(dǎo)過學(xué)生獲獎的教師也不一定能教好數(shù)學(xué)建模課,不一定能使學(xué)生的建模能力得到普遍的提高。要成為一名優(yōu)秀的建模教師,需要更新教育教學(xué)觀念,改變以學(xué)生為中心的教學(xué)模式,多與其他院校的建模老師交流,學(xué)習(xí)他人的成功教學(xué)模式和教學(xué)經(jīng)驗,還需要擴展教師的知識體系,才能駕馭開放的建模問題,最重要的是提高教師的敬業(yè)精神和教學(xué)團(tuán)隊的合作精神,和其他課程的教學(xué)相比較,數(shù)學(xué)建模的教學(xué)需要教師付出大量課外的勞動,沒有團(tuán)結(jié)合作,拼搏奉獻(xiàn)的教學(xué)隊伍,是不可能開展好數(shù)學(xué)建模的教學(xué)工作。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;最優(yōu)化問題;金融與經(jīng)濟(jì);估算與測量
中圖分類號:G640文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1673-291X(2011)18-0321-02
數(shù)學(xué)來源于生活,又服務(wù)于生活。生活中的數(shù)學(xué)建模涉及到的問題比較貼近我們的實際,具有一定的實踐性和趣味性,所需知識以初等數(shù)學(xué)為主,較容易入手與普及。因此,生活中的數(shù)學(xué)建模應(yīng)成為培養(yǎng)大眾數(shù)學(xué)應(yīng)用意識、提高學(xué)生數(shù)學(xué)思維水平、分析和解決實際問題的能力的重要途徑。
本文擬將初等數(shù)學(xué)知識與生活中的實際問題相結(jié)合,對幾種常見類型的建模技巧進(jìn)行簡要的分析、歸納。
一、基本概念
數(shù)學(xué)模型:把某種事物系統(tǒng)的主要特征、主要關(guān)系抽象出來,用數(shù)學(xué)語言概括地或近似的表述出來的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。它是對客觀事物的空間形式和數(shù)量關(guān)系的一個近似的反映。
數(shù)學(xué)建模:建立數(shù)學(xué)模型解決實際問題過程的簡稱。
二、建模步驟
這里所說的建模步驟只是大體上的規(guī)范,實際操作中應(yīng)針對具體問題作具體分析,靈活運用。數(shù)學(xué)建模的一般步驟如下:
1.準(zhǔn)備模型。熟悉實際問題,了解與問題有關(guān)的背景知識,明確建模的目的。
2.建立模型。分析處理已有的數(shù)據(jù)、資料,用精確的數(shù)學(xué)語言找出必要的假設(shè);利用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具描述有關(guān)變量和元素的關(guān)系,并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型(如方程、不等式、表格、圖形、函數(shù)、邏輯運算式、數(shù)值計算式等)。在建模時,盡量采用簡單的數(shù)學(xué)工具,以使模型得到更廣泛的應(yīng)用與推廣。
3.求解模型。利用數(shù)學(xué)工具,對模型進(jìn)行求解,包括解方程、圖解、邏輯推理、定理證明、性質(zhì)討論等。對模型求解的結(jié)果進(jìn)行分析,根據(jù)實際問題的性質(zhì)分析各變量之間的依賴關(guān)系,有時需要根據(jù)所得結(jié)果給出數(shù)學(xué)式的預(yù)測和最優(yōu)決策、控制等。
4.檢驗?zāi)P汀0涯P头治龅慕Y(jié)果返回到實際應(yīng)用中,用實際現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等檢驗?zāi)P偷暮侠硇院蛯嵱眯?,即驗證模型的正確性。通常,一個成功的模型不僅能夠解釋已知現(xiàn)象,而且還能預(yù)言一些未知現(xiàn)象。
如果檢驗結(jié)果與實際不符或部分不符,而且求解過程沒有錯誤,那么問題一般出在模型假設(shè)上,此時應(yīng)該修改或補充假設(shè)。如果檢驗結(jié)果與實際相符,并滿足問題所要求的精度,則認(rèn)為模型可用,便可進(jìn)行模型應(yīng)用與推廣。
三、分類討論
我們將按照初等數(shù)學(xué)知識在不同生活領(lǐng)域的應(yīng)用,也即生活中的數(shù)學(xué)建模的不同題型作分類討論。本文節(jié)選三類問題進(jìn)行分析:最優(yōu)化問題;金融與經(jīng)濟(jì);估算與測量。
(一)最優(yōu)化問題
最優(yōu)化應(yīng)用題包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、試驗、銷售、投資、比賽等方面,分最值問題、方案優(yōu)化的選擇、試驗方案的制定等類型。對于最值問題,一般建立函數(shù)模型,利用函數(shù)的(最值)知識轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的最值;而對于方案的優(yōu)化選擇問題是將幾種方案進(jìn)行比較,選擇最佳的方案。
例1(客房的定價問題):一個星級旅館有150個客房,每間客房定價相等,最高定價為198元,最低定價為88元。經(jīng)過一段時間的經(jīng)營實踐,旅館經(jīng)理得到了一些數(shù)據(jù):每間客房定價為198元時,住房率為55%;每間客房定價為168元時,住房率為65%;每間客房定價為138元時,住房率為75%每間客房定價為108元時,住房率為85%.欲使旅館每天收入最高,每間客房應(yīng)如何定價 ?
分析與思考:
據(jù)經(jīng)理提供的數(shù)據(jù),客房定價每下降30元,入住率即提高10個百分點。相當(dāng)于平均每下降1元,入住率提高1/3個百分點。因此,可假設(shè)隨著房價的下降,住房率呈線性增長。
這樣,我們可通過建立函數(shù)模型來求解本題。設(shè)y表示旅館一天的總收入,與最高價198元相比每間客房降低的房價為x元,可建立數(shù)學(xué)模型:
y=150×(198-x)×0.55+x
解得,當(dāng)x=16.5時,y取最大值16 471.125元,即最大收入對應(yīng)的住房定價為181.5元。如果為了便于管理,定價為180元/(間•天)也是可以的,因為此時總收入y=16 470元,與理論上的最高收入之差僅為1.125元。
本題建模的關(guān)鍵在于:根據(jù)房價的降幅與住房率的升幅關(guān)系,假設(shè)兩者存在著線性關(guān)系。
(二)金融與經(jīng)濟(jì)
現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)生活中,人與金融之間的關(guān)系日益密切。金融類的題目注重了針對性、典型性、新穎性和全面性,因而對數(shù)學(xué)素質(zhì)方面的要求就更高。
涉及金融與經(jīng)濟(jì)的建模題常見的有投資問題、住房貸款問題、分期付款問題、證券問題等。一般的做法是通過數(shù)學(xué)建模將此類題型轉(zhuǎn)化為初等數(shù)學(xué)中的常用知識點來解決,如數(shù)列問題、冪函數(shù)問題、不等式問題等。
例2(購房貸款):小李年初向銀行貸款20萬元用于購房。已知購房貸款的年利率優(yōu)惠為10%,按復(fù)利計算。若這筆貸款要求分10次等額歸還,每年一次,并從借款后次年年初開始?xì)w還,問每年應(yīng)還多少元(精確到1元) ?
分析與思考:
已知貸款數(shù)額、貸款利率、歸還年限,要求出每年的歸還額。本題即可化為求每年的歸還額與貸款數(shù)額、貸款利率、歸還年限的關(guān)系。
不妨先把這個問題作一般化處理。設(shè)某人向銀行貸款元M0,年利率為α,按復(fù)利計算(即本年的利息記入次年的本金生息),并從借款后次年年初開始每次k元等額歸還,第n次全部還清。那么,一年后欠款數(shù)M1=(1+α)M0-k
兩年后欠款數(shù)M2=(1+α)M1-k =(1+α)2M0-k[(1+α)+1]
………………
n年后欠款數(shù)Mn=(1+α)Mn-1-k=(1+α)M0-
由Mn=0可得k=
這就是每年歸還額與貸款數(shù)額、貸款利率、歸還年限之間的關(guān)系式。
對于上述購房問題,將α=0.1,M0=200 000,n=10代入得
k= ≈32 549.6(元)
故每年應(yīng)還32 550元。
本題建模的關(guān)鍵在于:將求每年的歸還額與貸款數(shù)額、貸款利率、歸還年限的關(guān)系化為數(shù)列計算問題。
(三)估算與測量
估計與測量是數(shù)學(xué)中最古老的問題。估算與測量類的建模題,其背景包括人們?nèi)粘I詈蜕a(chǎn)、科學(xué)技術(shù)等方面的一些測量、估算、計算。
對于估算與測量的題目,一般要先理解好題意,正確建模,然后通過周密的運算,找出結(jié)論。這類題目常??赊D(zhuǎn)化為函數(shù)、不等式、數(shù)列、二項式定理展開式、三角函數(shù)等知識進(jìn)行處理。
例3(挑選水果問題):上街買水果,人們總喜歡挑大的,這是否合理呢 ?
分析與思考:
從什么角度來分析此問題呢 ?要判斷合理與否,首先要明確判斷的標(biāo)準(zhǔn)。一般來說,買水果主要供食用。故下面從可食率這個角度加以分析。
水果種類繁多,形狀各異,但總的是近似球形居多。故可假設(shè)水果為球形,半徑為R,建立一個球的模型來求解此題。
挑選水果的原則是可食率較大。由于同種水果的果肉部分的密度分布均勻,則可食率可以用可食部分與整個水果的體積之比來表示。分以下幾種不同類型的水果分別剖析:
1.果皮較厚且核較小的水果,如西瓜、橘子等。同類水果的皮厚度差異不大,假設(shè)是均勻的,其厚為d,易得
可食率==1-3
2.果皮較厚且有核(或籽集)較大的水果,如南方的白梨瓜等。此類水果計算可食率時,不但要去皮且要去核。設(shè)核半徑為kR(k為常數(shù),0
可食率==1-3-k3
上兩式中,d為常數(shù),當(dāng)R越大即水果越大時,可食率越大,越合算。
3.有些水果盡管皮很薄,但考慮衛(wèi)生與外界污染,必須去皮食用,如葡萄等。此類水果與(1)類似,可知也是越大越合算。
本題建模的關(guān)鍵在于:從可食率入手,利用水果的近似球形,建立一個球的模型,將求可食率的大小轉(zhuǎn)化為求關(guān)于水果半徑R的單調(diào)性。
生活中的數(shù)學(xué)建模是在實際問題與初等數(shù)學(xué)知識之間架起一座橋梁,使初等數(shù)學(xué)知識在不同領(lǐng)域的應(yīng)用得以生動地展示,再現(xiàn)數(shù)學(xué)知識的產(chǎn)生、形成和應(yīng)用的過程。
我們的數(shù)學(xué)建模應(yīng)該密切關(guān)注生活,將知識綜合拓廣,使之立意高,情境新,充滿時代氣息。這對培養(yǎng)思維的靈活性,敏捷性,深刻性,廣闊性,創(chuàng)造性是大有益處的。
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一、應(yīng)用數(shù)學(xué)中的數(shù)學(xué)建模思想基本概述
數(shù)學(xué)建模思想不僅是一種數(shù)學(xué)思想方法,還是一種數(shù)學(xué)的語言方法,具體而言,它是通過抽象、簡化建立能近似刻畫并解決實際問題的一種強有力的數(shù)學(xué)工具,而這種刻畫的數(shù)學(xué)表述就是一個數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模是解決各種實際問題的一種數(shù)學(xué)的思考方法,它從量和形的側(cè)面去考察實際問題,盡可能通過抽象、簡化確定出主要的變量、參數(shù),應(yīng)用與各學(xué)科有關(guān)的定律、原理,建立起它們之間的某種關(guān)系,即建立數(shù)學(xué)模型;然后用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行分析、求解;然后盡可能用實驗的、觀察的、歷史的數(shù)據(jù)來檢驗該數(shù)學(xué)模型,若檢驗符合實際,則可投入使用,若不符合實際,則重新考慮抽象、簡化建立新的數(shù)學(xué)模型。由此可見,數(shù)學(xué)建模是一個過程,而且是一個常常需要多次迭代才能完成的過程,也是反映解決實際問題的真實的過程。
數(shù)學(xué)建模思想運用于應(yīng)用數(shù)學(xué)之中,不僅有利于改變傳統(tǒng)的以老師講授為主的教學(xué)模式,調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,還有利于全面提升學(xué)生的應(yīng)用數(shù)學(xué)的綜合運用能力,同時還能培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維能力和創(chuàng)新合作意識。而且,數(shù)學(xué)建模是從多角度、多層次以及多個側(cè)面去思考問題,有利于提高學(xué)生的發(fā)散思維能力,在數(shù)學(xué)建模的科學(xué)實踐過程中,還能鍛煉學(xué)生的實踐能力,是推行素質(zhì)教育的有效途徑。
二、在應(yīng)用數(shù)學(xué)中貫徹數(shù)學(xué)建模思想的措施分析
1.將數(shù)學(xué)應(yīng)用與理論相結(jié)合,深入貫徹數(shù)學(xué)建模思想
將數(shù)學(xué)應(yīng)用與理論相結(jié)合,深入貫徹數(shù)學(xué)建模思想,是提高應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)效率的重要途徑。在應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,如果涉及到相關(guān)的數(shù)學(xué)概念問題,應(yīng)該通過學(xué)生的所熟悉的日常生活實例以及所學(xué)的專業(yè)相關(guān)實例來引出,盡量避免以教條式的定義模式灌輸數(shù)學(xué)概念,努力結(jié)合相關(guān)情境,以各種背景材料位輔助,通過自然的敘述來減少應(yīng)用數(shù)學(xué)的抽象概念,使其更加簡明化、具體化。而且,用學(xué)生經(jīng)常接觸或者熟識的相關(guān)案例,不僅能幫助學(xué)生正確的理解數(shù)學(xué)概念,還能拓展學(xué)生的數(shù)學(xué)思維,貫徹數(shù)學(xué)建模思想,提高應(yīng)用數(shù)學(xué)整體的教學(xué)效果。
2.積極開展應(yīng)用數(shù)學(xué)相關(guān)的實踐活動,交流數(shù)學(xué)建模方法
在應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,可以通過適當(dāng)?shù)拈_展應(yīng)用數(shù)學(xué)專題講座、專題討論會、經(jīng)驗交流會,或者是成立數(shù)學(xué)建模小組等,促進(jìn)一些建模專題的討論和交流,比如說:“圖解法建模”、“代數(shù)法建?!钡?,在交流中研究分析數(shù)學(xué)建模相關(guān)問題,理解一些數(shù)學(xué)建模的重要思想,掌握數(shù)學(xué)建模的基本方法。而且,在日常生活中,也可以引導(dǎo)學(xué)生深入生活實踐去觀察,選擇時機的問題進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)建模訓(xùn)練,讓學(xué)生在數(shù)學(xué)建模實踐活動中不斷的去摸索、去創(chuàng)新、去發(fā)展,以此來不斷的拓展學(xué)生的視野,增長學(xué)生的數(shù)學(xué)建模知識,積累數(shù)學(xué)建模經(jīng)驗。而且,在具體的實踐活動中,通過交流合作,還能及時的反饋相關(guān)的問題,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性,深化數(shù)學(xué)建模思想,豐富數(shù)學(xué)建模方法,進(jìn)而促進(jìn)數(shù)學(xué)建模方法在應(yīng)用數(shù)學(xué)中的綜合運用,大大提高數(shù)學(xué)教學(xué)的效率。
3.用數(shù)學(xué)建模思想豐富應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容
應(yīng)用數(shù)學(xué)的教學(xué)通常是以選擇一個具有實際意義的問題為出發(fā)點,進(jìn)而把相關(guān)的實際問題化為數(shù)學(xué)問題,也就是通過綜合實際材料,用數(shù)學(xué)語言來描述實際問題,在建立數(shù)學(xué)模型。再者就是相關(guān)數(shù)學(xué)材料的邏輯體系構(gòu)建,通過定義數(shù)學(xué)概念,在經(jīng)過一定的運算程序,推出數(shù)學(xué)材料的基本性質(zhì),然后建立相關(guān)的數(shù)學(xué)公式和定理。最后,就是將數(shù)學(xué)理論運用到實際問題中去,利用數(shù)學(xué)建模思想理論知識來解決實際問題。而這一整體過程,實際上就是數(shù)學(xué)建模的全過程,用數(shù)學(xué)建模思想豐富應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容,需要我們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念,在全新的數(shù)學(xué)建模思想的引導(dǎo)下,來構(gòu)建應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)的系統(tǒng)化內(nèi)容體系,豐富教學(xué)內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量。
4.通過案例分析,整合數(shù)學(xué)建模資料
數(shù)學(xué)老師在教授應(yīng)用數(shù)學(xué)相關(guān)章節(jié)的知識點后,需要關(guān)注數(shù)學(xué)理論的實際運用,這時候老師就可以通過收集一些能運用到課堂教學(xué)中來的數(shù)學(xué)建模資料,在對建模資料進(jìn)行系統(tǒng)的整合,盡量采用大眾化的專業(yè)知識,結(jié)合相關(guān)的案例分析,簡化應(yīng)用數(shù)學(xué)問題。比如說,數(shù)學(xué)教師可以選擇數(shù)量關(guān)系明顯的實際問題,結(jié)合生活實際案例,簡化數(shù)學(xué)建模的方法和步驟,培養(yǎng)學(xué)生的初步數(shù)學(xué)建模能力。
關(guān)鍵詞:初中數(shù)學(xué);建模教學(xué);應(yīng)用數(shù)學(xué)意識
在數(shù)學(xué)教學(xué)中,建模教學(xué)即引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)、做數(shù)學(xué)與學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過程,這是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)意識、提高學(xué)生創(chuàng)新能力、提升學(xué)生綜合素質(zhì)的有效方法。所以,在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中,教師應(yīng)重視數(shù)學(xué)建模教學(xué),以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)意識,提高學(xué)生建模能力。這就需要教師更新教育觀念,增強自身建模意識,認(rèn)真研讀教材,巧妙滲透數(shù)學(xué)建模思想,并將教學(xué)與實際生活有機結(jié)合起來,以真正提高學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
一、立足課本,培養(yǎng)學(xué)生建模意識
在初中數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,學(xué)生建模能力的提高是一個逐漸過程,非一朝一夕之事。這就需要教師在平時教學(xué)中注意滲透數(shù)學(xué)建模思想,培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模意識,讓學(xué)生逐漸提高建模能力,形成應(yīng)用數(shù)學(xué)意識。這要求教師將數(shù)學(xué)建模教學(xué)與課本有機結(jié)合起來展開認(rèn)真研讀,明白在每一章節(jié)教學(xué)中可滲透哪些數(shù)學(xué)模型問題,如幾何圖形模型(測量、航海等應(yīng)用性問題,需構(gòu)建幾何模型,將其轉(zhuǎn)化成三角函或幾何問題進(jìn)行求解)、函數(shù)模型(最大利潤、最小成本等問題)、不等式模型(如方案設(shè)計,優(yōu)化選擇等問題)等,然后將數(shù)學(xué)建模教學(xué)融入整個教學(xué)過程,讓學(xué)生自然而然地培養(yǎng)建模與數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。
同時,在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,教師需要由教學(xué)內(nèi)容入手,以書本內(nèi)容為出發(fā)點,聯(lián)系實際生活,以教材內(nèi)容為載體,設(shè)計或優(yōu)選與教材相關(guān)的生活化數(shù)學(xué)建模問題,為數(shù)學(xué)知識提供生活原型,幫助學(xué)生以數(shù)學(xué)角度來思考實際問題,培養(yǎng)數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。亦或?qū)⒔滩闹械囊恍┝?xí)題、例題等改編為數(shù)學(xué)應(yīng)用問題,以逐漸增強學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力,增強學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)意識。如學(xué)習(xí)一次函數(shù)這一知識點后,教師可構(gòu)建實際模型。如:以下是兩套符合要求的課座椅高度表格。
課桌高 45厘米 40厘米
椅子高 85.5厘米 76㎝厘米
當(dāng)前有一張高度為78.2厘米的課桌與一把高度為42厘米的椅子,請問桌子與椅子是否配套?并說出理由。由于學(xué)生閱歷不深,難以將數(shù)學(xué)原理與實際問題相聯(lián)系,因而不少學(xué)生看不懂題目,于是難以構(gòu)建模型,因此,若想培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,提高學(xué)生建模意識,則需由學(xué)生較為熟悉的生活問題入手,以增強學(xué)生成功體驗,逐漸提高學(xué)生建模能力。
二、注意知識過程教學(xué),提高學(xué)生建模能力
由知識本身看,其形成與發(fā)展過程則蘊涵著一定的數(shù)學(xué)建模思想。所以,在初中數(shù)學(xué)教材中,側(cè)重由運算意義切入加以思考,展開教學(xué),而并非建立應(yīng)用題教學(xué)單元。同時,注重教學(xué)與生活的聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識與技能的過程中,善于由數(shù)學(xué)角度來發(fā)現(xiàn)、提出、分析問題,并運用數(shù)學(xué)知識來加以解決,以形成數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。事實上,由計算本身看,也是源于實際背景。當(dāng)我們學(xué)習(xí)新內(nèi)容時,則需創(chuàng)設(shè)一定情景,當(dāng)學(xué)生對這個情景進(jìn)行抽象時,他們則會經(jīng)歷構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的學(xué)習(xí)過程。盡管建模的主要目的是服務(wù)于問題的解決,然而對初中生而言,他們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的主要目標(biāo)是形成數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模方法,而并非解決生活生產(chǎn)問題。所以,在初中數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,教師需要注意過程教學(xué),注意教授學(xué)生方法,讓學(xué)生學(xué)會將知識與方法加以應(yīng)用與轉(zhuǎn)化,而不是側(cè)重講解建模結(jié)果,忽視建模過程。
例如:某校修建花壇,于是組織65名團(tuán)員搬磚,其中男生每人一次搬磚8塊,女生則每人一次搬磚6塊,各搬了4次,一共搬磚1800塊。請求出團(tuán)員中男生的人數(shù)。首先是審題,教師需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會讀題,以抓住關(guān)鍵詞句與有用信息,尤其是包含等量關(guān)系的字詞,避免無用信息的干擾,構(gòu)建正確等量關(guān)系。其次,設(shè)元,即找到已知量與未知量,然后設(shè)出未知數(shù)。該題中因男女生人數(shù)未知,可設(shè)有x名男生,那么女生有(65-x)名,已知均搬了4次,并且總共搬磚1800塊,然后可構(gòu)建方程模型,列出一元一次方程進(jìn)行求解。接著列方程求解。即通過代數(shù)式體現(xiàn)等量關(guān)系中的每一基本關(guān)系,求解方程。最后反思建模環(huán)節(jié)。當(dāng)做完題目之后,教師需要引導(dǎo)學(xué)生思索該題是不是具備典型性特征。先由題目環(huán)境出發(fā),此處并不適合常規(guī)應(yīng)用題分類,而后由構(gòu)建等量關(guān)系切入,“共”為關(guān)鍵詞,該題是通過總分量相等于各分量之和進(jìn)行求解的。這一方法在后面的二元一次方程組中被提及到。因此,當(dāng)把握這類題目的基本模型后,無論題目如何變化,均可轉(zhuǎn)化成熟知原型,從而提高學(xué)生建模能力與數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。
數(shù)學(xué)建模就是把現(xiàn)實世界的一個實際問題,為了一個特定目的,根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律,做出一些必要的簡化假設(shè),用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法歸結(jié)為數(shù)學(xué)問題,建立起描述各相關(guān)量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式,然后運用計算技術(shù)、計算機和相應(yīng)軟件在內(nèi)的計算工具,快速準(zhǔn)確地計算出符合實際問題的解答。數(shù)學(xué)建模的基本步驟包括模型準(zhǔn)備、模型假設(shè)、構(gòu)造模型、模型求解、模型分析、模型檢驗和模型應(yīng)用。
2通過數(shù)學(xué)建?;顒涌梢耘囵B(yǎng)學(xué)生的綜合能力
數(shù)學(xué)建模是對現(xiàn)實世界中所遇到的客觀事物進(jìn)行具體構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的過程。數(shù)學(xué)建模主要是通過對實際問題的抽象、簡化、確定變量和參數(shù),并建立起變量和參數(shù)間的確定的數(shù)學(xué)問題,求解該數(shù)學(xué)問題。通過數(shù)學(xué)建?;顒涌梢耘囵B(yǎng)大學(xué)生的綜合能力,有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、邏輯思維能力、創(chuàng)造能力、溝通能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。
2.1通過數(shù)學(xué)建?;顒涌梢耘囵B(yǎng)大學(xué)生的自學(xué)能力
在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模之前需要學(xué)生有豐富的知識儲備,自學(xué)其他學(xué)科的內(nèi)容。數(shù)學(xué)建模所要解決的問題大都來自工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)、醫(yī)療、金融和保險等領(lǐng)域中的實際問題。這些問題有很強的實際背景,往往涉及多學(xué)科的知識。要解決這些問題學(xué)生們首先要對這些問題所涉及的某些學(xué)科有一定的了解。而在現(xiàn)有的教學(xué)體制下,學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)比較單一,他們往往只對自己所學(xué)的專業(yè)比較了解。而通過數(shù)學(xué)建模活動來解決這些實際問題,有助于激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣,喚起他們的求知欲望,發(fā)揮他們的主觀能動性積極地自學(xué)與所要研究的問題相關(guān)的其他學(xué)科的內(nèi)容。在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模之前需要學(xué)生自學(xué)計算機編程語言。計算機技術(shù)在二十世紀(jì)末得到了空前的發(fā)展。特別是在近幾十年其計算的精度和智能程度上有了很大的提高。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的數(shù)學(xué)軟件具備了強大的計算功能?,F(xiàn)在的許多計算機軟件不僅可以準(zhǔn)確的計算線性方程和非線性方程的解,而且還可以求解非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型,甚至可以完成對模型的檢驗和評價以及根據(jù)檢驗和評價結(jié)果對模型進(jìn)行進(jìn)一步的修正,最終得到問題的優(yōu)化解??梢哉f計算機軟件,是我們通過數(shù)學(xué)建模解決實際問題非常有效的工具。對于許多高校大學(xué)生來說,大都學(xué)習(xí)了C語言,但是對于數(shù)學(xué)建模來說,僅僅掌握C語言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果想通過數(shù)學(xué)建模更快的解決實際問題,得到更加優(yōu)良的解決方案,要求學(xué)生自學(xué)許多更加實用、運算速度更加快和針對性更強的計算機編程語言比如Matlab、Mathmatica、Maple等軟件。
2.2通過數(shù)學(xué)建?;顒涌梢耘囵B(yǎng)大學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力
數(shù)學(xué)建模所解決的是一些非常實際的問題。這些實際問題里面隱藏著影響問題解決的因素和這些因素之間的聯(lián)系。學(xué)生經(jīng)過對這些復(fù)雜實際問題的認(rèn)真分析后,首先從中找出影響問題解決的所有因素;結(jié)合實際問題的具體情況對所有因素進(jìn)行判別,舍去次要的因素,保留最重要的因素;之后把這些最重要的因素抽象成變量,并且結(jié)合實際情況確定變量的變化區(qū)間;然后找出各個變量之間的關(guān)系,建立它們之間的函數(shù)關(guān)系,這個函數(shù)關(guān)系就是數(shù)學(xué)模型;最后通過計算機編程對所得到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬,對得到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評價、修正,找到最適合實際要求的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模的過程是一個創(chuàng)造性思維的過程。它要求學(xué)生認(rèn)真審視所研究的問題,透過事物繁雜的現(xiàn)象找到影響事物發(fā)展最重要的因素之間的關(guān)系,并且用最簡單的數(shù)學(xué)語言表現(xiàn)出這種關(guān)系。通過數(shù)學(xué)建模把一個非常復(fù)雜的實際問題抽象成簡單的只包含一些變量的數(shù)學(xué)公式。在整個數(shù)學(xué)建模的過程中學(xué)生經(jīng)過觀察、比較、分析、綜合、抽象、概括、判斷、推理,采用科學(xué)的邏輯方法,準(zhǔn)確而有條理的表達(dá)自己的思維。在整個過程中學(xué)生都在積極的思考問題、解決問題,通過創(chuàng)新地應(yīng)用自己已有的知識和所掌握的方法去解決未知的問題。在整個建模過程中學(xué)生發(fā)揮自己的想象力、洞察力、邏輯思維能力、創(chuàng)造力來解決實際問題。因此通過數(shù)學(xué)建?;顒涌梢院芎玫呐囵B(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力
2.3通過數(shù)學(xué)建?;顒涌梢耘囵B(yǎng)大學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊協(xié)作能力
需要解決的實際問題越來越復(fù)雜,單憑一個的力量是很難完成對實際問題的數(shù)學(xué)建模,這就需要多個人組成一個團(tuán)隊,互相影響,互相協(xié)調(diào),互相幫助,發(fā)揮團(tuán)隊的力量、協(xié)同作戰(zhàn),最后共同完成建模任務(wù)。這樣在整個建模過程中,需要每個隊員有良好的人際溝通能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。參加數(shù)學(xué)建?;顒佑欣谂囵B(yǎng)學(xué)生良好的人際溝通能力。溝通能力是學(xué)生順利完成數(shù)學(xué)建模的必備能力。在建模過程中,首先要以積極地態(tài)度、用恰當(dāng)?shù)姆绞?、?zhǔn)確的語言把自己對問題的看法和見解向自己的隊友表達(dá)清楚,這樣有助于隊友更加全面而深入地了解自己的想法。其次,要善于認(rèn)真的傾聽隊友的觀點。這樣一來是一方面給了隊友表達(dá)自己意見的機會。另一方面使自己可以了解到別人的想法。每個人的想法都會有它可借鑒之處?!凹媛爠t明,偏信則暗”。多聽聽其他人的見解可以使自己的想法更加成熟和完善。最后,要善于處理矛盾。一方面要善于處理自己與隊友的矛盾和分歧。在向隊友表達(dá)自己觀點的時候,態(tài)度一定要誠懇,言語中不能帶有高人一等和重傷、貶低他人的言辭。遇到自己的觀點與隊友的有分歧的時候,如果自己的想法是正確的一定要堅持己見,但是一定要耐心有理有據(jù)的向?qū)Ψ疥U述清楚;如果別人的意見是正確的,一定要虛心接受,及時改正。另外一方面要善于處理隊友與隊友之間的分歧和矛盾。處理這樣的矛盾,第一要擺正自己的心態(tài),第二盡量傾聽雙方的意見,全面的了解雙方的看法,第三做出正確的判斷,以積極的態(tài)度與雙方溝通,從而化解分歧,找到最好的解決方案。參加數(shù)學(xué)建?;顒佑欣谂囵B(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊協(xié)作能力。在建模之前,第一要了解每個隊員的實際情況包括個人能力、性格特點和興趣愛好;第二整理每個隊員對整個建模的意見和看法,經(jīng)過大家充分的討論,最后形成切實可行的建模方案,第三明確每個隊員在團(tuán)隊中的作用,根據(jù)每個人的實際情況,將整個建模工作合理的分派給每個隊員;第四鼓勵隊員進(jìn)行溝通,檢查各自所承擔(dān)的工作進(jìn)展是否與整體計劃協(xié)調(diào),鼓勵隊員相互及時反饋,幫助解決合作中遇到的分歧和困難。由于數(shù)學(xué)建模是一個艱苦的過程,其間面臨著許多挑戰(zhàn),因此通過參加數(shù)學(xué)建?;顒?,有利于鍛煉學(xué)生的毅力、意志;增強學(xué)生克服困難的信心、決心和勇氣,同時培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作精神和交流、表達(dá)的能力,提高組織協(xié)調(diào)能力。
3結(jié)論
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;高職院校;教學(xué)
“教育是知識創(chuàng)新、傳播和應(yīng)用的主要基地,也是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新人才的搖籃”。如何將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)貫穿于人才培養(yǎng)的全過程是每位教師必須密切關(guān)注和亟待解決的課題。結(jié)合廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)學(xué)建模教學(xué)實踐,探討培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)。
一、開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的有效途徑
數(shù)學(xué)建模是一種創(chuàng)造性活動,是通過對實際問題的抽象,簡化、確定變量和參數(shù),并應(yīng)用某些“規(guī)律”建立起變量,參數(shù)間的確定的數(shù)學(xué)問題,求解該數(shù)學(xué)問題,解釋、驗證所得到的解,從而確定能否用于解決實際問題的多次循環(huán),不斷深化的過程。數(shù)學(xué)建模作為一種創(chuàng)造性活動,它要求建模者具備敏銳的洞察力、良好的想象力以及靈感和頓悟,較強的抽象思維和創(chuàng)新意識,即需要建模者具備較強的知識應(yīng)用能力和實踐能力,因此,開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的有效途徑。
二、加強數(shù)學(xué)建模教學(xué),推進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)教育
1.樹立正確的數(shù)學(xué)建模教學(xué)理念,推進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)教育
由于高職學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差及數(shù)學(xué)課時劇減等原因,使得一些高職院校的數(shù)學(xué)建模教學(xué)定位不清,把工作重點放在參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽上,只面向少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生,沒有與數(shù)學(xué)教學(xué)改革、人才培養(yǎng)相結(jié)合。因此,加強數(shù)學(xué)建模教學(xué),推進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)教育,轉(zhuǎn)變觀念是關(guān)鍵。教師要樹立正確的高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)理念,應(yīng)把數(shù)學(xué)建模教學(xué)當(dāng)作一個有機整體,不僅注重知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高三位一體,還要與數(shù)學(xué)教學(xué)改革、專業(yè)教學(xué)改革、實踐活動、教師專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)有機結(jié)合。
2.構(gòu)建數(shù)學(xué)建模課程體系,搭建學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)教育平臺
把《數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實驗》課程引入課堂,開設(shè)《數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實驗》選修課;把數(shù)學(xué)建模的思想和方法融入《高等數(shù)學(xué)》和《經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)》等課程,搭建遞進(jìn)式、多載體的數(shù)學(xué)建模課程體系。
該體系中必修課、選修課、講座與培訓(xùn)班相結(jié)合,課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外拓展相結(jié)合,使數(shù)學(xué)建模教學(xué)貫穿于人才培養(yǎng)過程中,改變了以往數(shù)學(xué)建模教學(xué)只面對優(yōu)秀學(xué)生和競賽的現(xiàn)象,擴大了提高學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的受益面,同時為學(xué)生搭建了個性化發(fā)展及展示自我的舞臺。
3.優(yōu)化與重組教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識
(1)按照“以數(shù)學(xué)工具遞進(jìn)設(shè)計教學(xué)單元,以典型案例貫穿單元內(nèi)容,以解決實際問題強化訓(xùn)練”的脈絡(luò)構(gòu)建數(shù)學(xué)建模選修課教學(xué)內(nèi)容體系,典型案例選擇貼近生活和專業(yè),并按解決問題的實際步驟呈現(xiàn)過程。
(2)把數(shù)學(xué)建模思想和方法融入《高等數(shù)學(xué)》、《經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)》等數(shù)學(xué)課程中。由于僅靠數(shù)學(xué)建模選修課對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力所起的作用是很有限的,而且在《高等數(shù)學(xué)》、《經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)》等課程中含有豐富的數(shù)學(xué)建模素材,如許多概念本身就是從客觀事物的數(shù)量關(guān)系中抽象出來的數(shù)學(xué)模型,它必對應(yīng)著某個實際原型。因此,我們有責(zé)任加以挖掘整理,從全新的角度重新組織《高等數(shù)學(xué)》、《經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容體系,在數(shù)學(xué)概念、數(shù)學(xué)應(yīng)用、課后練習(xí)三個環(huán)節(jié)中突出數(shù)學(xué)建模思想。一方面使數(shù)學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容具有明顯的現(xiàn)實背景;另一方面使融合過程突出數(shù)學(xué)與專業(yè)之間的內(nèi)在聯(lián)系,前后呼應(yīng),凸顯了高職數(shù)學(xué)課程的應(yīng)用性與職業(yè)性。如“導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用”內(nèi)容,使路橋?qū)I(yè)的學(xué)生接觸到曲率變化對道路安全的影響,使管理專業(yè)的學(xué)生由此領(lǐng)會邊際和彈性的意義。如教材中涉及應(yīng)用方面的習(xí)題較少,課后作業(yè)基本上是套用定義、定理和公式解決問題,這對培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識與創(chuàng)新能力不利,為此,可選取一些與實際生活或?qū)I(yè)相聯(lián)系的開放性應(yīng)用題作為課后練習(xí)題,采取實踐報告的形式,讓學(xué)生獨立或組成小組利用解析方法或計算機數(shù)值計算共同完成,寫出解決問題所用到的數(shù)學(xué)方法與手段,體會與見解,從而提高對所學(xué)知識的理解與掌握,培養(yǎng)學(xué)生探究與解決問題的能力。
4.“教、學(xué)、做、賽”一體化,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力
學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主體,必須自主參與教學(xué)活動,才能獲取新知識,提高創(chuàng)新能力。因此,在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,教師要充分利用課堂教學(xué)、數(shù)學(xué)建模競賽、數(shù)學(xué)建模協(xié)會、網(wǎng)絡(luò)課程四個平臺,構(gòu)建“教、學(xué)、做、賽”一體化的數(shù)學(xué)建模實踐教學(xué)體系,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力,使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)和思維,學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。
(1)優(yōu)化課堂實踐,把解決一個實際問題看成一個項目,把建立一個模型當(dāng)作一個任務(wù),積極探索“項目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動、團(tuán)隊完成”的實踐活動,讓學(xué)生“學(xué)中做”、“做中學(xué)”,提高學(xué)生自學(xué)能力、應(yīng)用能力等職業(yè)核心能力。
(2)強化課外實踐,通過課外“導(dǎo)師制”與數(shù)學(xué)建模協(xié)會等途徑,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合專業(yè),認(rèn)識未來職業(yè)崗位問題,解決現(xiàn)實生活中的實際問題。
(3)加大實踐力度,把專業(yè)案例與競賽培訓(xùn)相融合,通過全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽這一平臺,讓學(xué)生展示自我,提高應(yīng)用能力和創(chuàng)新素質(zhì)。
(4)建立數(shù)學(xué)建模網(wǎng)絡(luò)課程,提供豐富的教學(xué)資源和拓展資源,搭建學(xué)生自我學(xué)習(xí)、自我教育的平臺。
此外,實施3∶5∶2的考核新模式,在平時成績(30%)、期末閉卷成績(50%)的基礎(chǔ)上,增加數(shù)學(xué)實踐報告成績(20%),以考核學(xué)生信息利用能力、應(yīng)用能力、總結(jié)歸納能力、與人合作能力等綜合能力,科學(xué)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。
5.建立良好地課程建設(shè)機制,奠定學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)教育的基礎(chǔ)
由于數(shù)學(xué)建模具有構(gòu)成多元化、實踐性強等特點,因此,注重教學(xué)、科研、競賽三者的相互支撐,形成“教—研—賽”三位一體的課程建設(shè)機制非常關(guān)鍵。教師要注重數(shù)學(xué)建模相關(guān)課題研究,加強理論指導(dǎo)教學(xué)和競賽;要加強與相關(guān)學(xué)科教師間的相互合作,為教學(xué)和競賽培訓(xùn)提供專業(yè)實證,并提高自身專業(yè)素養(yǎng);要參與數(shù)模競賽指導(dǎo),鍛煉自身能力,并主動把競賽中蘊涵創(chuàng)造性的優(yōu)秀成果納入教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化課程內(nèi)容等。
三、結(jié) 語
系統(tǒng)建構(gòu)數(shù)學(xué)建模教學(xué)與教學(xué)改革、人才培養(yǎng)的有機結(jié)合,通過創(chuàng)新理念、建立平臺、優(yōu)化內(nèi)容,強化實踐、建立機制等手段,開展數(shù)學(xué)建模教學(xué),是培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和提高大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的有效途徑。
參考文獻(xiàn):
[1] 單冷,許亞丹.抓好數(shù)學(xué)建模教學(xué),激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維[J].中國高等教育,2001,(15):54-55.
由于對學(xué)生建模能力的建立需要長時間的滲透培養(yǎng),不是短時間就可以完成的。因此,在平時的教學(xué)活動中,教師應(yīng)該注重對學(xué)生建模思想的滲透,培養(yǎng)學(xué)生的建模意識,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不斷提高建模能力,形成數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。在講課之前,教師應(yīng)該認(rèn)真研讀課本,明確可以貫徹數(shù)學(xué)建模思想的章節(jié),例如幾何圖形模型(在解測量、航海等應(yīng)用性的問題時教師需要構(gòu)建幾何模型,將問題轉(zhuǎn)變成幾何問題或者三角函數(shù)之后再求解)、不等式模型(方案設(shè)計等問題)、函數(shù)模型(成本及利潤的最大化最小化問題)等,在教學(xué)過程滲透數(shù)學(xué)建模教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識[1]。與此同時,教師應(yīng)該以課本為教學(xué)出發(fā)點,并與實際生活結(jié)合,設(shè)計一些與生活相關(guān)的數(shù)學(xué)建模,在數(shù)學(xué)知識講解中提供生活實例,讓學(xué)生以數(shù)學(xué)的思維思考生活實際問題,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。例如教師可以給學(xué)生提出以下問題::上圖是兩套符合規(guī)定的課桌椅子的高度表格,如果當(dāng)前有一把高為42cm的椅子和一張高為78.2的課桌,請問該桌子和椅子是否配套?學(xué)生在做這種題的時候就可以與函數(shù)知識相結(jié)合。因為學(xué)生的思維廣度有限,所以很難把數(shù)學(xué)知識和實際問題結(jié)合起來。為了防止學(xué)生無法理解題目導(dǎo)致難以建構(gòu)模型的事情發(fā)生,教師應(yīng)該以學(xué)生的日常生活為出發(fā)點,不斷增強學(xué)生建模的熟練程度,從而提高學(xué)生的建模能力。
二、注重教學(xué)過程,提高學(xué)生的建模能力
由于知識的形成和發(fā)展過程中就有數(shù)學(xué)建模思想的存在,所以在《基礎(chǔ)模塊》中,這一教材以運算意義切入加以思考為側(cè)重點展開教學(xué),同時,教材中十分注重教學(xué)與生活實際的聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)角度發(fā)現(xiàn)問題,運用所學(xué)知識解決實際問題,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。對學(xué)院學(xué)生來說,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模是為了提高應(yīng)用意識,所以教師應(yīng)該注重教學(xué)的過程,讓學(xué)生將所學(xué)的知識加以應(yīng)用,而不是忽視數(shù)學(xué)建模的講解,只側(cè)重建模結(jié)果的講解[2]。例如以下這道題。某校為了美化校園環(huán)境,組織了65名學(xué)生搬花盆。其中,男生每個人一次可以搬8個花盆,女生每個人一次可以搬6個花盆。男女生各搬4次,一共搬了1800個花盆。請求出學(xué)生中一共有多少男生。首先,教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生讀題,讓學(xué)生抓住題中的有用信息,避免學(xué)生受到多余信息的干擾,以求構(gòu)建出正確等量關(guān)系。接下來的步驟是設(shè)元。因題中男女生的人數(shù)未知,所以可設(shè)有x名男生,有(65-x)名女生。已知男女生各搬了4次,總共搬了1800個花盆,據(jù)此構(gòu)建方程模型,列出方程對此求解,通過代數(shù)式來體現(xiàn)出在等量關(guān)系中存在的基本關(guān)系,解出方程。在最后應(yīng)該對建模環(huán)節(jié)進(jìn)行反思。在題目做完后,教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生思考該題是夠具備典型性。從題目的環(huán)境來看,此處并不屬于常規(guī)應(yīng)用題的分類,之后從構(gòu)建等量關(guān)系來看,該題通過總數(shù)相等于各部分之和進(jìn)行的求解過程。因此,學(xué)生一旦把握題目的數(shù)學(xué)模型,題目無論如何變化,都可以轉(zhuǎn)化為熟悉的模型解決,這能夠提高學(xué)生的建模能力以及培養(yǎng)數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。
三、增強教學(xué)的活動性,增強學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識
數(shù)學(xué)建模以及應(yīng)用題教學(xué)的主要目的都是讓學(xué)生具有數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,讓學(xué)生在實際問題的解決過程中拓寬知識面,在解決實際問題時整體素質(zhì)能力得到全面提高。因此在學(xué)院的數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,教師應(yīng)該發(fā)揮學(xué)生的主體地位和自身的引導(dǎo)地位,讓學(xué)生積極主動地參與到學(xué)習(xí)活動中,提高教學(xué)效率,使數(shù)學(xué)建模教學(xué)具有活動性。例如下面這種供水類型問題。某市有一個300噸容量的水塔,該水塔每天從5時到17時止向全市供應(yīng)生活生產(chǎn)用水。該市生活用水為每小時10噸,工業(yè)用水量w(噸)與時間t(小時)的關(guān)系為w=100h。該市水塔的進(jìn)水量一共有10級,在第一級時每小時會進(jìn)水10噸,之后每提高一級,每小時的進(jìn)水量就會增加10噸。如果某天水塔中原有100噸水,該市在供水的同時打開了進(jìn)水管。⑴設(shè)該水塔用了第n級供水,請寫出在t時水塔中水的存有量。⑵當(dāng)選擇第幾級進(jìn)水量時,既能保證水塔中水即不會空也不會溢出?在做這道題時,教師可以鼓勵學(xué)生建立小組探討,讓學(xué)生先自行建立模型運算,之后由教師驗證結(jié)果。通過這樣的教學(xué)方式,活動性建模教學(xué)既能夠鍛煉學(xué)生的動手能力,還可以培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。