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【關(guān)鍵詞】高職院校;數(shù)學建模;教學模式;教學方法
自1992年第一屆全國大學生數(shù)學建模競賽舉辦以來,數(shù)學建模得到了廣泛的關(guān)注[1]。開設數(shù)學建模課和參加數(shù)學建模競賽活動,不僅能提高學生的數(shù)學素質(zhì)和創(chuàng)新能力,而且能增強學生分析、解決實際問題的能力,從而提升學生的綜合素養(yǎng)。
數(shù)學建模教育作為素質(zhì)教育的一部分,以培養(yǎng)技能型、應用型人才為目標的高職高專院校,將數(shù)學建模作為數(shù)學教學的重要組成部分,更有其必要性和可行性[2]。正是基于此,國內(nèi)眾多高職院校都根據(jù)自身特點,開展了數(shù)學建模教學活動。
相對于本科院校,高職院校數(shù)學建模課程在教學對象、教學方式和教學目的上都有所不同。本文從學校、師資、教材和學生四個層面分析了高職院校數(shù)學建模課程面臨的困難與存在的問題,針對現(xiàn)狀,提出了高職院校開展數(shù)學建模課程應該做到的四個重視,這對當前的高職院校如何開展數(shù)學建模課程有一定的理論和實踐意義。
1.面臨的困難與存在的問題
1.1 學校層面
高職院校對數(shù)學建模課程的重視程度不夠。國內(nèi)數(shù)學建模課雖然已在部分學校開展了十多年,但仍為新興課程,很多校領導對數(shù)學建模課和數(shù)學建模競賽知之甚少,或者覺得其不重要而忽視其對應用學科的推動作用,從而導致開課遲、課時少、資源(軟硬件)缺乏等,這對數(shù)學建模課的正常開展造成了直接影響。
1.2 師資方面
當前高職院校師資多為專職教師,本身對數(shù)學建模不熟,實踐經(jīng)驗較為欠缺。首先表現(xiàn)在對數(shù)學建模思想不熟悉,數(shù)學建模要求我們擺脫過去“定義-定理-證明-推論”這種演繹模式,而是通過數(shù)學實驗來直觀展現(xiàn)數(shù)學公式所描述結(jié)果,教學方式的改變導致教師原來熟悉教學要求發(fā)生改變;其次,很多數(shù)學教師不熟悉各種數(shù)學軟件,比如LINGO/LINDO、MATLAB、MATHEMATIC等。
學校原有師資不經(jīng)過培訓或進修,提升教學能力,就很難勝任數(shù)學建模、數(shù)學實驗等新課程的教學要求。
1.3 教材方面
相對針對本科院校的數(shù)學建模教材的“百花齊放”局面,市場上適合高職院校學生數(shù)學建模的教材卻少得可憐,上課教師難以根據(jù)本校的特點而直接選定合適的教材[3,4]。大多數(shù)院校的數(shù)學建模教材依然是本科院校的教材,這并不符合高職教學的實際與需求,從而存在以下問題[5]:(1)內(nèi)容過于繁雜,理論性較強,涉及知識點多而且深,對學生要求過高,不適合數(shù)學基礎相對較差的高職院校學生,也符合高職院校培養(yǎng)技能型、應用型人才的需求;(2)內(nèi)容缺乏趣味性和針對性,當前的教材多追求內(nèi)容全而廣,注重邏輯的嚴密性,缺乏趣味性,更缺乏培養(yǎng)應用型人才的針對性。
1.4 學生方面
首先,相對于本科院校學生來說,高職院校學生的數(shù)學基礎比較薄弱。多數(shù)學生的數(shù)學素質(zhì)和基礎均較差,高職生源素質(zhì)總體不高、學習積極性較低。這些因素都給數(shù)學建模教學帶來了諸多困難
其次,高職院校學生的數(shù)學基礎水平差異懸殊較大。隨著高校的不斷擴招, 高職院校學的中數(shù)學基礎水平差異比較懸殊,這已是不爭的事實。同一學校甚至同一專業(yè)的學生數(shù)學基礎差距極大。
再次,高職院校學生的數(shù)學建模意識不強。這主要是由兩方面原因造成的,一方面是當前的數(shù)學教學方式多為傳統(tǒng)的填鴨式教學,這種教學模式造成學生只要會做題就能在考試中獲得高分,基于應用的建模思想在期末考試中毫無用武之地;另一方面是學生應用數(shù)學軟件能力不強, 大多數(shù)學生沒有接觸過建模類型的軟件, 學生雖有一定的計算機應用能力, 但只局限于課堂教學和文字處理, 在數(shù)學軟件的自學和應用上存在較大的缺陷。
2.建議與對策
2.1 重視數(shù)學建模的宣傳普及
對數(shù)學建模的普及包括向上和向下兩方面。一方面,由于很多領導、老師對數(shù)學建模還很陌生,教學組老師需要多向他們普及數(shù)學建模課程好處,包括對學生綜合素質(zhì)的提高、對其他科目(如經(jīng)濟類科目)的推動、對學校知名度的提高(如參加數(shù)模競賽等)等。另一方面,也需要多向?qū)W生進行宣傳普及工作,畢竟學生才是最終的知識接受者,如果他們不感興趣的話,開展的課程就難以達到預期的教學目標。
2.2 重視師資培訓和教材本地化
數(shù)學建模課程需要組織教師進行專門的培訓和進修,進一步提升教學能力。這包括對實際問題抽象建模的能力、數(shù)學軟件的應用能力等。組織學生參加數(shù)學建模競賽是激發(fā)學生學習興趣、檢驗教學成果的好方法,任課老師需要對全國大學生數(shù)學建模競賽和美國數(shù)學建模競賽的參賽流程、參賽規(guī)則進行熟悉。
針對當前高職院校數(shù)學建模課程難以找到合適的教材的狀況,組織任課老師針對本校的實際情況自編教材是提升教師教學質(zhì)量、提高教材匹配度的辦法。教學組老師根據(jù)實際教學的情況和學生的反饋,反復討論認證,最終編寫適合的教材。
2.3重視教學過程的趣味性
數(shù)學建模是應用性很強的科目,并不是純理論性課程,所建立模型與實際緊密聯(lián)系,這使得教師可以適當減弱知識之間推導的嚴密性而增加模型的趣味性。一方面,可以講書上的題目或模型與學生的生活聯(lián)系起來,比如講解貸款問題時,可以根據(jù)某一個學生的家庭情況進行建模;另一方面,可以拋開教材而直接從生活中的問題進行建模,并作為課堂上的案例進行講解,比如食堂的排隊問題等;再者,可以結(jié)合學生的所學專業(yè),從其專業(yè)知識里歸納數(shù)學模型。
數(shù)學建模課程涉及知識面廣,從事數(shù)學建模教育的教師需要認真研究和改革總結(jié)出較多涉及不同工程應用背景和生活中常見的趣味性實例,應用這些實例再現(xiàn)數(shù)學建模的思想和基本方法,能夠具體而方便的應用于趣味性教學,提高學生的學習動力。
2.4 重視教學輔助手段的應用
數(shù)學建模因其具有對現(xiàn)實規(guī)劃的指導性,得到了人們的重視。但我們也要認識到,羅馬不是一天建成的,一個學校師資水平、學生水平不是一下子就能提高的,需要在人力、物力、財力等各方面長期不斷的投入;一個人的數(shù)學建模素養(yǎng)也不是一兩次課能建立的,需要長期不斷的培養(yǎng)和練習。
針對高職院校,可以在教師和學生兩方面采取“走出去”和“請進來”的策略來逐步改變現(xiàn)狀。首先,多組織老師和學生到本科院校取經(jīng),學習其先進的教學經(jīng)驗。其次,可以多邀請外校建模教師或相關(guān)人士來為本校師生做講座或培訓。
另外,對于競賽獲獎的同學,可進行優(yōu)秀論文張貼、口頭表揚、社團榮譽等形式對其進行鼓勵,在增強學生自信的同時營造學習和競爭的氛圍。
3.總結(jié)
本文分析了高職院校數(shù)學建模課程在學生、師資和教材等方面存在的問題和面臨的困難,然后結(jié)合當前教學現(xiàn)狀和計劃,對如何在高職院校開展數(shù)學建模課程提出了針對性建議。這對當前的高職院校如何開展數(shù)學建模課程有一定的理論和實踐意義。
參考文獻:
[1] 李大潛. 將數(shù)學建模思想融入數(shù)學類主干課程[J], 中國大學教學, 2006年第1期
[2] 顏文勇. 數(shù)學建模[M], 北京:高等教育出版社,2011
[3] 楊啟帆. 數(shù)學建模[M], 高等教育出版社, 2005
關(guān)鍵詞:組隊方案;量化;lingo
中圖分類號:O224 文獻標識碼:A 文章編號:1001-828X(2012)04-00-01
隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,所謂數(shù)學技術(shù)已經(jīng)成為當代高新技術(shù)的重要組成部分。當需要從定量的角度分析和研究一個實際問題時,人們就要在深入調(diào)查研究、了解對象信息、作出簡化假設、分析內(nèi)在規(guī)律等工作的基礎上,用數(shù)學的符號和語言,把它表述為數(shù)學式子,也就是數(shù)學模型,然后用通過計算得到的模型結(jié)果來解釋實際問題,并接受實際的檢驗。這個建立數(shù)學模型的全過程就稱為數(shù)學建模[1]。
本文將利用數(shù)學方法討論實際生活中經(jīng)常出現(xiàn)的人員選拔方案,以我院參加數(shù)學建模競賽學生的選拔為例,根據(jù)學生所具有的各種基本能力以及學習成績進行匯總,挑選出參賽隊員,進而根據(jù)一般性的組隊原則從中建立最佳組隊方案。
一、引出
數(shù)學建模競賽需要參賽學生具有較好的數(shù)學基礎和必要的數(shù)學建模知識、良好的編程能力和熟練使用數(shù)學軟件的能力、較強的語言表達能力和寫作能力、良好的團隊合作精神,同時還要求思維敏捷,對建立數(shù)學模型有較好的悟性。
目前選拔隊員主要考慮以下幾個環(huán)節(jié):數(shù)學建模培訓課程的簽到記錄、數(shù)學建模的筆試成績、上機操作等,通過這種方式選拔隊員,然后按照3人一組分組。為使小組具有較好的知識結(jié)構(gòu),一般總是將不同專業(yè)的學生安排在一起,使得每個小組至少包含一位數(shù)學基礎較好的同學與一名計算機編程能力較強的同學。各組通過一段時間進行交流和磨合,合作比較好的保留,合作不好的進行調(diào)整。
現(xiàn)有某年備選隊員的基本條件如表1,從中挑選出9名優(yōu)秀隊員并且確定最佳組隊方案。
二、問題求解
一般選拔方法只考慮考試的成績,而不考慮其他因素,可以利用EXCEL進行簡單篩選得到9名入選參賽隊員為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S13。但是其中并沒有考慮到學生的思維敏捷性、知識面以及學習數(shù)學建模時間等因素,這樣的結(jié)果存在著不足,接下來我們考慮上述因素,對一般性的方法進行完善。
首先對表中出現(xiàn)的非數(shù)字項進行量化。可以設定A=4,B=3,C=2,D=1,替換表中相應信息,建立最優(yōu)化模型。過程如下:設的成績?yōu)?,為決策變量。建立目標函數(shù)Max=*,編寫 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
運行上述程序,可得到結(jié)果,聯(lián)立各分數(shù)情況,建立下表2:
由上表得到所選出的9名隊員,接下來依據(jù)一般性的分組規(guī)律:避免同一專業(yè)學生在同一組,以及保證每一組中至少有一名數(shù)學成績較好、一名計算機操作能力較強的學生,可以分為以下三組:S1、S2、S3,S6、S8、S4,S5、S7、S14。繼而根據(jù)最佳組隊原則(每個隊中的三名隊員之間具有互補性,即二人中各單項水平指標的最高者為該隊的單項水平指標,最佳組隊主要體現(xiàn)全隊在各單項水平指標最高)可知S1、S2、S3一組為最佳組合。
三、結(jié)論
近幾年來,我院根據(jù)上述選拔隊員的方案挑選出來數(shù)學建模競賽隊員,并且獲得了較為理想的成績,該方法已經(jīng)經(jīng)過了實際的檢驗。
從上述解決過程可以看出,利用數(shù)學方法可以將各種非數(shù)字的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字,從而更好的利用數(shù)學方法進行解決。最佳組隊方案的建立,可有效地促進數(shù)學建模競賽工作的展開,為選拔優(yōu)秀隊員和合理組隊提供科學的理論依據(jù),而且模型的建立方法簡便,實際操作易于實現(xiàn),該模型也可以直接推廣到任何一種競賽的隊員選拔和組隊問題。當然由于并沒有考慮到更多實際因素或突發(fā)性事件的影響,可能存在一些不足,希望讀者進行批評斧正。
參考文獻:
[1]李明振,龐坤.關(guān)于高師院?!皵?shù)學建?!苯滩慕ㄔO的思考與探索[J].數(shù)學教育學報,2006.
關(guān)鍵詞:數(shù)學建模;計量分析;科研;促進
中圖分類號:TB115 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)08-0189-03
一、引言
數(shù)學建模是指對現(xiàn)實世界的一個特定對象,為了特定目的,做出一些必要的簡化和假設,運用適當?shù)臄?shù)學工具得到一個數(shù)學模型并求解,用它來解釋特定現(xiàn)象的現(xiàn)實性態(tài)、預測對象的未來狀況、提供處理對象的優(yōu)化決策和控制、設計滿足某種需要的產(chǎn)品等。湖北經(jīng)濟學院從2003年開始進行數(shù)學建模的教學和培訓工作,并組織在校大學生組隊參加全國大學生數(shù)學建模競賽。在這近十年的工作過程中,我們?nèi)〉昧艘欢ǖ某煽?,一大批學生通過數(shù)學建模的學習,掌握了數(shù)學建模的基本知識和用建模知識解決實際問題的能力,增強了服務社會、服務經(jīng)濟建設的能力;一批數(shù)學建模小組在全國大學生數(shù)學建模競賽中取得了優(yōu)異的成績,包括全國一等獎三項、全國二等獎六項和省級獎項若干。我們欣喜的發(fā)現(xiàn),數(shù)學建模工作在取得一系列教學成果的同時,還極大的推動了學校科研的發(fā)展。下面就數(shù)學建模促進學??蒲邪l(fā)展的現(xiàn)實意義、目標定位、應該注意的問題以及進一步做好以數(shù)學建模促進科研發(fā)展的具體措施等幾個方面進行討論。
二、以數(shù)學建模促進科研發(fā)展的現(xiàn)實意義
我校的數(shù)學建模工作主要包括選修課課堂教學、組織策劃數(shù)模講座、指導數(shù)學建模社團和課外興趣小組、組織學生積極參加課外實踐和課外科研項目、組織學生賽前培訓及參加全國大學生數(shù)學建模競賽等環(huán)節(jié)。教學目的旨在提高學生的實踐能力、創(chuàng)新能力及競爭意識;通過本課程的學習,學生不僅掌握了數(shù)學建模的基本知識和用建模知識解決實際問題的能力,還增強了做科學研究和撰寫科研論文的能力。同時,數(shù)學建模工作也為教師的科研工作注入了新的思想和素材??傊?,數(shù)學建模在促進學??蒲邪l(fā)展上具有重大的現(xiàn)實意義,具體體現(xiàn)在以下四個方面。
1.數(shù)學建模迅速提升大學生的科研能力。在數(shù)學建模的學習過程中,同學們需要查閱大量的文獻資料、將實際課題抽象成數(shù)學模型、開展數(shù)學實驗、設計算法、使用計算機求解(作圖)、編制應用軟件和撰寫論文等,經(jīng)過這種全方位的鍛煉,同學們的實踐能力特別是做科學研究和撰寫論文的能力得到了極大的提高。同時,數(shù)學建模具有知識面廣、實踐性強、學科交叉性大的特點,通過數(shù)學建模的學習,同學們的知識水平和理論水平都會有一個很大的提高。實踐證明,數(shù)學建模對培養(yǎng)學生的科研能力具有其他課程無法替代的重要作用。數(shù)學建模教學與培訓除了在課堂教學上向?qū)W生講解經(jīng)典案例外,還要求每個學生必須完成課外實際課題研究并提交研究論文。學生課外科研課題的來源目前有兩類:一類是教師從自己科研工作中收集來的小型課題;另一類是學生自己從本系或校內(nèi)其他部門收集來的課題。從我校實踐結(jié)果來看,做這樣的課外實際課題研究,學生的積極性更高,做得也較好。這種形式的教學為學生提供了一個開展課外科研的機會,開始時大多數(shù)學生都不知道應當如何開展研究,經(jīng)過課堂案例教學的引導,實際研究的鍛煉,同學們的綜合素質(zhì)提高得非???,創(chuàng)新能力和競爭意識大大加強,起到了明顯的人才培養(yǎng)效益,這也是我校學生能在全國競賽中表現(xiàn)突出的重要原因之一。其中有一部分同學將學習中整理出來的優(yōu)秀在《藏龍學刊》、《金融園地》等期刊雜志上,供其他同學查閱參考。今后,我們將進一步加強實踐性教學環(huán)節(jié),使其在人才培養(yǎng)中發(fā)揮出更大的效益。
2.數(shù)學建模鞏固教師的自身素質(zhì),推動教師科研工作的發(fā)展。教學和培訓過程是教師和學生之間的一種雙邊互動過程,教師的教和學生的學之間的“教學相長”,對教師的科研工作有很好的促進作用。這種促進作用被大多數(shù)教育工作者認可,教師準備教學的過程,就是對教學內(nèi)容進行整理、思考、鉆研的研究過程。特別是數(shù)學建模課程,由于其內(nèi)容均來自于實際問題,可能會涉及到各個學科的知識,如果教師自己沒有較廣的知識面,沒有較強的科研能力和解決實際問題的能力,沒有對現(xiàn)代科學技術(shù)和文化發(fā)展最新成果的學習和領會,便不可能有好的教學、不可能帶領學生掌握這門知識和能力,因此,數(shù)學建模教學上的“教學相長”就更加突出。此外,參加數(shù)學建模學習的同學都是求知欲和學習能力很強的同學,他們在接受新的知識信息方面常常走在教師的前面,雙邊活動的一個積極的結(jié)果常常是教師從學生身上得到很多新的東西,這給教師的科研提供了新的資源;同時,教師在將一個個經(jīng)典的實踐性案例向?qū)W生闡述和講解時,他的思路也會從這種闡述中得到整理和澄清。概括地說,數(shù)學建模可以鞏固教師的知識水平和素質(zhì),可以理清教師的科研思路,拓寬教師的科研范疇。
3.數(shù)學建模極大地推動了教學項目的研究。數(shù)學建模是一個新生事物,也是一個不斷總結(jié)、創(chuàng)新和進步的過程,是不斷摸索新的教學方法和思路的過程,在這個過程中,我們進行了相關(guān)教研課題的立項和研究,探索出更適合當代大學生的教學方法和思路。據(jù)不完全統(tǒng)計,參加數(shù)學建模教學工作的老師,有半數(shù)以上的教研課題和數(shù)學建模直接相關(guān)。
4.數(shù)學建模為師生打開跨學科研究的大門。數(shù)學建模問題均來自于生活,涉及眾多學科領域,因此,討論研究數(shù)學建模問題,必然用到跨學科研究的思路和方法,為老師和同學們展開跨學科研究打下基礎。綜合應用多個學科領域的知識探討一個問題,在多門學科之間進行交叉探索研究,容易發(fā)現(xiàn)新問題,構(gòu)建新的知識聯(lián)結(jié),形成新的知識點,揭示新的理論或新的知識體系;能揭示各學科之間的辯證關(guān)系,解決相關(guān)的科學問題,有利于促進學科創(chuàng)新發(fā)展或創(chuàng)建新學科等??鐚W科研究法以創(chuàng)新為根本取向,已廣泛地被應用于學科發(fā)展及創(chuàng)建新學科的研究之中,從而獲得大量的研究成果,促進了科學學科的創(chuàng)新發(fā)展及創(chuàng)建新學科。
三、以數(shù)學建模促進科研發(fā)展的目標和定位
數(shù)學建模為學校的科研發(fā)展帶來了實實在在的促進作用,在此基礎上,我們以數(shù)學建模和參與數(shù)學建模的師生為紐帶搭建的全校性的計量分析公共平臺已具雛形。湖北經(jīng)濟學院是一所經(jīng)濟管理類院校,各學科專業(yè)內(nèi)的計量分析內(nèi)容較多,但由于歷史的原因,專業(yè)教師和同學們的計量分析能力普遍較弱,這給學科發(fā)展和科學研究帶來極大不便。通過數(shù)學建模搭橋,我們在湖北經(jīng)濟學院內(nèi)搭建了一個全校性的計量分析公共平臺,在這個平臺上,我們?yōu)槠渌麑I(yè)院系師生提供計量分析輔導和幫助、展開學術(shù)交流和科研互動。今后,我們打算以數(shù)學建模為依托,通過學生和教師這兩條路線繼續(xù)完善好這個全校性的計量分析公共平臺。在學生路線上,我們繼續(xù)對從各院系選的優(yōu)秀大學生進行高質(zhì)量的集中培訓,培養(yǎng)他們的定量分析能力和解決實際問題的能力、增強他們的科研能力和撰寫科研論文的能力,使這些同學回到各自院系后,成為同學中進行定量分析和科學研究的佼佼者,他們一方面能積極與專業(yè)教師聯(lián)系,幫助專業(yè)教師完成科研工作中的定量分析任務;另一方面,他們成為同班同學中做定量分析的能手,能帶動更多的同學完成學習中遇到的定量分析工作和科研工作。在教師路線上,我們繼續(xù)積極與其他院系老師開展合作,進行跨學科科研項目的研究。截至目前,我們已經(jīng)與湖北水事研究中心、湖北物流發(fā)展研究中心、湖北數(shù)據(jù)與分析中心、湖北省大中型水庫移民后期扶持政策監(jiān)測評估中心建立了長期、穩(wěn)定的合作,并參與了多項跨學科、跨專業(yè)院系的科研課題的研究。在此基礎上,我們爭取和更多的科研單位與專業(yè)教師展開合作,使計量分析公共平臺發(fā)揮更大的效用。
四、以數(shù)學建模促進科研發(fā)展中應注意的問題
數(shù)學建模對學校的科研發(fā)展能起到推動的作用,要使得這種推動效應達到最優(yōu),還需要在工作過程中注意以下幾個方面的問題。
1.參與數(shù)學建模教學工作的教師應具備一定的學術(shù)素養(yǎng)和道德水準。由于數(shù)學建模知識具有一定的寬度和厚度,使得數(shù)學建模工作帶有一定的艱巨性,寬厚的知識儲備和較高的學術(shù)水平是完成數(shù)學建模教學工作的基本前提,更是帶領學生完成相關(guān)科研工作,在全國競賽中沖刺并能取得好成績的必要保證。同時,要保證教師能從優(yōu)秀的學生身上汲取新的科研思想,但不是打壓、扼殺甚至剽竊學生的科研思想,這又需要教師具備較高的道德水準與人格品位。
2.參與數(shù)學建模教學的師生應具有較強的團隊協(xié)作意識與合作精神。數(shù)學建模工作是一個團隊活動,數(shù)學建模競賽是一個團隊競賽,隊員的團隊協(xié)作意識與合作精神是工作和競賽成敗的重要因素。當今社會的各個角落都需要合作,學校的科研工作更是如此,因此,較好的團隊協(xié)作意識與合作精神在帶給師生理想成績的同時,也為他們較好的從事其他科研工作奠定了一個堅實的基礎。
3.參與數(shù)學建模教學的師生應具有平等、民主、融洽的師生關(guān)系。數(shù)學建模的教學過程以及日常的科研工作都需要有大量的相互討論,良好的師生關(guān)系可以保障這種討論愉快地進行,并能激發(fā)師生的想象力和創(chuàng)造力,從而獲得滿意的答案并發(fā)現(xiàn)新問題。
4.圓滿完成數(shù)學建模工作,并使數(shù)學建模對科研發(fā)展的促進作用得到良好的體現(xiàn),需要學校領導以及各專業(yè)院系的大力支持和重視。參與數(shù)學建模的學生來源于各個院系,開展跨學科科研合作也會涉及到多個院系和單位,學校領導以及各專業(yè)院系的大力支持和重視是順利完成數(shù)學建模工作的基本保障,也是開展跨學科科學研究的基本前提。
五、進一步完善以數(shù)學建模促進科研發(fā)展的具體措施
1.進一步加強領導重視、加強院系合作,并廣泛宣傳、積極引導學生參與。領導重視,學生積極參與是我們搞好數(shù)學建模工作的基礎。近十年來,我們能在數(shù)學建模教學和參賽方面取得較好的成績,并利用數(shù)學建模引導科研工作不斷進步,一靠領導的重視;二靠廣大教師和學生的積極參與。學校領導相當重視學生的綜合素質(zhì)教育,為數(shù)學建模教學配置了專用的實驗室,教務處也專門制定了學生參與數(shù)模學習和競賽的相關(guān)獎勵制度和規(guī)定,并給予專項經(jīng)費資助。今后應繼續(xù)完善、利用這些條件,并廣泛宣傳、積極引導學生參與到數(shù)學建模中來。
2.進一步加強自身建設,提高師資力量。擔任本課程的教師既有多年從事數(shù)學建模教學和教改的老教師,也有多名青年教師,年齡結(jié)構(gòu)與知識結(jié)構(gòu)合理,使得教學效果很好。但是,數(shù)學建模競賽和相關(guān)科研工作具有很強的時代性,其問題多與同時期的重大事件聯(lián)系在一起,這就要求我們的教師要不斷進行學習,不斷更新知識儲備,不斷加強自身建設,此外,也是為了滿足數(shù)學建模教學及進行相關(guān)科學研究的需要。
3.加強配套教材建設。近十年來,我們的教師在數(shù)學建模教學及科研工作中積累了大量的優(yōu)秀教學素材和經(jīng)驗,如果能將這些寫進教材,直接呈現(xiàn)給學生,將會進一步促進數(shù)學建模教學、競賽及相關(guān)科研工作的發(fā)展。同時,我們考慮到目前的一些傳統(tǒng)教材,主要是針對理工科學生編寫的,而不適合我校學生使用。因此,我們應加強配套教材的編寫工作,以進一步推動我校數(shù)學建模教學和競賽的發(fā)展,進而為推動學校科研發(fā)展做出更大的貢獻。
4.加強網(wǎng)站和實驗室建設。網(wǎng)站是向?qū)W生宣傳數(shù)學建模內(nèi)容、展示數(shù)學建模成績的媒介,是我們與其他單位教師進行溝通、開展跨學科研究的橋梁;實驗室是師生進行教學、競賽和開展研究討論的硬件環(huán)境。因此,我們需要進一步加強網(wǎng)站和實驗室建設,更好地服務數(shù)學建模工作,服務學校的科研發(fā)展。
參考文獻:
[1]王偉廉.試論高校教學對科研的促進作用[J].高等教育研究,2001,(1).
1.高職數(shù)學建模課程現(xiàn)狀。
數(shù)學模型(Mathematical Model)是用數(shù)學符號、數(shù)學式子、程序、圖形等對實際問題的本質(zhì)進行抽象解釋進而預測未來的發(fā)展規(guī)律或者為控制某一現(xiàn)象的發(fā)展提供某種意義下的最優(yōu)策略或較好策略。數(shù)學模型的建立常常需要對現(xiàn)實問題深入細微的觀察和分析又需要靈活巧妙地利用各種數(shù)學知識。這種應用知識從實際課題中抽象、提煉出數(shù)學模型的過程就稱為數(shù)學建模。數(shù)學建模在20世紀六七十年代進入一些西方國家大學的。80年代初將數(shù)學建模正式進入我國高校課堂。經(jīng)過20多年的發(fā)展現(xiàn)在絕大多數(shù)本科院校和許多??茖W校都開設了各種形式的數(shù)學建模課程和講座,為培養(yǎng)學生利用數(shù)學方法分析、解決實際問題的能力開辟了一條有效的途徑。
隨著90年代末我國高等教育大發(fā)展,高職學生數(shù)學基礎在不斷下降。很多??茖W校開始取消數(shù)學建模課程。以湖北為例,全省51所高職院校開設數(shù)學建模課程的不到三分之一,其中還有很多是以選修課講座的形式開設。數(shù)學建模課程在高職高專中發(fā)展并不理想。原因有兩點:一是學生數(shù)學基礎較差。數(shù)學能力與數(shù)學素養(yǎng)都使得學生在學習數(shù)學建模課程時有很多的困難,老師教的也很吃力。二是數(shù)學建模課程設置缺乏創(chuàng)新,不適合高職教學現(xiàn)狀。高職教育近年來在教學模式上都進行了很多的改革,而數(shù)學建模任然采用的是理論講授的原始教學模式,學生對課程的興趣也在不斷降低。
把數(shù)學建模課程作為必修課開設的學校在湖北高職高專院校中很少,只有極少數(shù)院校。大多數(shù)院校是以選修課或者講座的形式在開設。很多學生選擇選修數(shù)學建模的原因只是為了拿到選修學分,真正喜歡數(shù)學建模的學生寥寥無幾。而開設數(shù)學建模講座的主要是針對參加數(shù)學建模競賽的同學,類似于賽前培訓,時間有限,學生率學到的東西也很有限。
2.高職數(shù)學建模課程教學改革。
數(shù)學建模屬于應用數(shù)學的范疇,近年來數(shù)學建模風靡全世界。這也與高職院校培養(yǎng)高技能應用型人才的理念不謀而合。在高職開設數(shù)學建模課程對學生各方面能力的提升有很大的促進作用。為了改變數(shù)學建模課程在高職教學中的尷尬地位,化被動為主動,就需要我們對數(shù)學建模課程的教學做出改革。
(1)案例教學。傳統(tǒng)的數(shù)學建模課程的教學主要采用的是大學數(shù)學教學的一貫做法。重視建模理論,建模方法的講解。老師講授為主、學生練習為輔。在高職高專中漸漸形成了學生聽不懂老師講得累的現(xiàn)象。很明顯,數(shù)學建模課已不是傳統(tǒng)意義上的數(shù)學基礎課,如果仍采用傳統(tǒng)的數(shù)學課教學方法,顯然達不到開設數(shù)學建模課的目的。為了讓學生自覺地把已學過的數(shù)學知識與我們周圍的現(xiàn)實世界聯(lián)系起來,使學生知道數(shù)學有用,怎樣運用,應該在教學中,以典型實際問題的建模例子(即具體案例)作為教學內(nèi)容,通過典型問題的建模示例,介紹數(shù)學建模的基本過程,掌握數(shù)學建模的思想方法。將上述指導思想貫徹到教學過程中,即案例教學法.案例教學法是最能體現(xiàn)數(shù)學建模課特點和目的的教學方法。
在進行案例教學過程中要注意一下幾個方面。一是注重案例的選擇。要體現(xiàn)教學的目的性、趣味性及學科代表性。二是在具體講授是教師要作為引導者,學生成為課堂主體。老師少講,學生多討論,注重調(diào)動學生積極性。三是要注重利用現(xiàn)代技術(shù)手段,現(xiàn)代技術(shù)特別是計算機技術(shù)的發(fā)展使數(shù)學建模長上了騰的翅膀。
(2)分層教學。學生數(shù)學基礎不牢,在學習數(shù)學建模課程中會出現(xiàn)很多的困難。在教學過程中應該循序漸進的安排教學內(nèi)容,即教學內(nèi)容的分層。在第一階段,應以初等模型為主。這部分案例不需要太多太高深的數(shù)學知識。例如:商人如何安全渡河、雙層玻璃功效等問題。第二階段可以加入一些優(yōu)化模型和微分模型。如:森林防火,人口的預測和控制。第三階段介紹一些博弈模型和概率模型。如:人口模型。
分層教學還應該在學生上進行分層,對于不同的專業(yè)采用與專業(yè)相結(jié)合的案例教學。對不同數(shù)學基礎的理工科專業(yè)和財經(jīng)類專業(yè)選擇不同的教學內(nèi)容。
(3)考核方式轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的數(shù)學課都是以分數(shù)的方式進行考核。即一張卷子、一支筆,在規(guī)定時間做出規(guī)定的答案。這樣的考核方式本身與數(shù)學建模鼓勵創(chuàng)新的精神相違背。也不利于數(shù)學建模課程的發(fā)展。可以變考試為考核。可以采用給出具體的研究問題在規(guī)定時間個人單獨提交論文或者以小組的形式提交論文的方式考核。讓學生自由發(fā)揮,以掌握建模思想方法為考核重點。把創(chuàng)新點作為加分項,鼓勵不同看法。
面向大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng),提出一體化的數(shù)學建模教學模式的構(gòu)建與實踐.所謂一體化,就是對數(shù)學建模課的教學內(nèi)容、教學方法、教學模式進行探討,將大學數(shù)學常規(guī)教學中融入數(shù)學建模思想、依托數(shù)學建模創(chuàng)新訓練基地構(gòu)建學科競賽平臺、開發(fā)推廣數(shù)學實驗、指導數(shù)學課外科技活動等結(jié)合起來,將理論知識與實踐有機地融合,旨在提高學生的實踐和創(chuàng)新能力.
1.1數(shù)學建模一體化教學模式的內(nèi)容
根據(jù)數(shù)學建模課程的性質(zhì)與特點,我們從四個方面來構(gòu)建一體化教學模式.首先,針對傳統(tǒng)大學數(shù)學課程教學的不足,將數(shù)學建模的思想、方法融入到常規(guī)教學中,在教學實踐中,將部分數(shù)學概念、方法通過實際問題引入,由問題來驅(qū)動教學,提高學生的學習興趣.在教學方法上,重點強調(diào)學生的動手實踐,加大近似計算的力度,從而拉近數(shù)學與實際問題之間的距離.其次,以數(shù)模訓練、競賽為手段,搭建數(shù)學學習與交流的平臺.幾年來,我們以全國大學數(shù)學建模競賽為主,每年的4月份開始在全校學生中進行選拔、培訓,并成立了數(shù)學建模協(xié)會,由老師指導,學生自主管理,通過培訓與競賽,學生對數(shù)學的重要性、“有用性”的認識明顯提高,申請加入數(shù)學建模協(xié)會的學生每年在遞增.第三,探討開設數(shù)學實驗課程,建設一批大學數(shù)學開放實驗項目.現(xiàn)代數(shù)學已經(jīng)滲透到了各個學科,按傳統(tǒng)的理論推導、計算已經(jīng)滿足不了要求,我們以信息與計算實驗室、數(shù)學建模創(chuàng)新訓練基地為依托,開設了一批數(shù)學類開放實驗項目,將課程中的原理、方法借助計算機工具來實現(xiàn),將現(xiàn)實問題通過數(shù)學方法來描述,再通過計算機來實現(xiàn).開放實驗對學生的吸引力很大,效果非常好.最后,將數(shù)學建模融入大學生研究性學習與創(chuàng)新性研究中去.幾年來,通過教師指導,學生自選課題,我們完成了一批創(chuàng)新項目的研究,如“長沙大學人性化熱水系統(tǒng)建模研究”、“長沙大學教學行政用房優(yōu)化配置”等,提高了學生創(chuàng)新能力與科研起步能力.
1.2數(shù)學建模一體化教學模式的實施策略
數(shù)學的學習不僅是為學數(shù)學而學數(shù)學,更應當為解決問題而學數(shù)學.因此,我們在數(shù)學建模創(chuàng)新一體化教學模式的實施過程中主要抓住以下幾點.(1)堅持系統(tǒng)滲透與融入的思想.傳統(tǒng)的數(shù)學理論非常經(jīng)典,我們所做的工作就是在教學中通過減少一些技巧,增加一些應用,在大學數(shù)學課程體系的基礎上,系統(tǒng)地選編問題,通過實際問題驅(qū)動引入數(shù)學知識,再將數(shù)學知識應用到實際問題中去,并且在常規(guī)教學中減少經(jīng)典的理論證明,逐步滲透和介紹建模的思想和方法,增添數(shù)學建模、數(shù)學實驗的選修課的開設,對常規(guī)數(shù)學課程教學體系進行改革.(2)以“數(shù)學實踐”教學為突破口,填補數(shù)學教學內(nèi)容的不足.通過數(shù)學建模上機實驗、數(shù)學類開放實驗項目,讓學生能夠接觸到客觀實際中的數(shù)學問題,親身經(jīng)歷地感到數(shù)學有用,調(diào)動學生學習數(shù)學的積極性,進一步改善后繼課程學習的主動性和逐步養(yǎng)成使用數(shù)學的良好習慣.(3)革新教學手段,充分發(fā)揮學生的能動性.在常規(guī)教學中利用計算機輔助工具,將數(shù)學問題形象、直觀地表現(xiàn)出來;建立開放式輔助學習平臺,將大學數(shù)學課程資料、數(shù)學實踐類資料等對全體師生開放,形成學生與學生、教師與學生之間的互動,突破常規(guī)的時間、空間的限制,充分發(fā)揮了學生自主學習的個性,使學生的學習積極性和有效性有得了提高[4].(4)以數(shù)學建模競賽為平臺,形成一個開放式動態(tài)的數(shù)學教學模式,為不同專業(yè)的學生和教師提供交流的機會和場合,組成動態(tài)的數(shù)學建模培訓班,組建全校性性數(shù)學建模協(xié)會,擴大數(shù)學建模的影響面,促進數(shù)學建模競賽成績的提高,培養(yǎng)拔尖人才.
1.3數(shù)學建模一體化教學模式的評價
教學評價是一種在收集必要的教學事實信息的基礎上,依據(jù)一定標準對教學系統(tǒng)的整體或局部進行價值判斷的活動.現(xiàn)在的教學評價比較注重學生的全面發(fā)展,對學生的學習方法、學習態(tài)度及能力、實踐及創(chuàng)新能力等進行綜合評價.評價模式偏向多模式綜合,如定性與定量結(jié)合.評價主體由一元向多元、由被動接受向主動參與發(fā)展,要求被評者主動參與評價的全過程[5].數(shù)學建模一體化的教學模式與傳統(tǒng)的教學模式相比,更注重學生的動手能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6].在對教師和學生的考核與評價上傳統(tǒng)意義上的評價是不恰當?shù)?,在實踐中我們建立了一套評價體系.對學生的評價上,分課程評價與能力評價兩類,傳統(tǒng)數(shù)學類課程我們依據(jù)學校評價體系進行,對參加數(shù)學實踐的學生,我們根據(jù)完成的實踐學時、完成論文質(zhì)量情況計算學分,對那些經(jīng)選拔參加全國大學生數(shù)學建模競賽的學生在計算學分的同時,免修同類課程,對在全國大學數(shù)學建模競賽中獲獎或在學術(shù)期刊上的學生,我們讓學生根據(jù)自身水平,寫出自我評價,指導教師給出綜合評定,學校進行表彰獎勵.對教師的評價上,參與指導數(shù)學實踐課程的,學校根據(jù)工作量給予課時獎勵,同是在各類考評上優(yōu)先考慮.
2數(shù)學建模一體化教學模式的實踐成效
從2010年起,我們在長沙大學信息與計算科學系、電子通信工程系、土木工程系及計算機系等幾個理工院系開始數(shù)學建模一體化教學實踐,3年來取得了一定成果.將數(shù)學建模的思想方法融入大學數(shù)學課堂教學中,學生的學習興趣、學習成績有較大提高,2012級實驗班級學生的高等數(shù)學成績高出全校平均水平5分,部分系的學生數(shù)學成績從全校平均水平以下提高到平均水平以上,近三年來經(jīng)選拔參加全國大學生數(shù)學建模競賽的學生絕大部分來自以上幾個系.數(shù)學類學科競賽成績有了很大提高.三年學生參加數(shù)學建模競賽獲國家級一等獎3項,二等獎9項,獲湖南省一、二、三等獎近20項;參加全國數(shù)學競賽獲三等獎1項,湖南省一等獎1項,二等獎2項,三等獎15項,而三年前國家獎為零.學生依托數(shù)學建模創(chuàng)新訓練基地成功申請到各級創(chuàng)新項目多項,其中獲省級項目立項7項,校級重點項目立項13項,校級一般項目立項多項.教師的教育教學水平得到了提高.三年來,項目組成員獲湖南省青年教師教學能手稱號1人次;獲湖南省課堂教學競賽三等獎2人次;獲長沙大學青年教師教學競賽一等獎1人次,獲三等獎2人次;1人獲長沙大學教學十佳稱號;6人獲長沙大學學科競賽優(yōu)秀指導老師稱號.三年來,獲各類教改課題5項,其中省級立項2項.
3結(jié)論與啟示
關(guān)鍵詞:數(shù)學建模 數(shù)學應用能力
多年的教學實踐表明,數(shù)學無用論思想在士官學員中廣泛流行,究其根本原因,在于數(shù)學課程的設置方式和授課方法不利于培養(yǎng)士官學員應用數(shù)學方法解決實際問題的能力。傳統(tǒng)的數(shù)學課程,重視邏輯推理和計算能力的培養(yǎng),習慣于套公式、套方法,而沒有注意訓練如何從實際問題中提煉出數(shù)學問題,以及如何用數(shù)學來解決實際問題,其后果是學生們學了不少數(shù)學,但不會應用所學的數(shù)學知識去解決實際問題,久而久之,則形成了數(shù)學無用論思想,這反過來又影響了學生學習數(shù)學的積極性,使數(shù)學學習進入一種不良循環(huán)。因此,在士官數(shù)學的教學中,提高學員對數(shù)學的應用能力是非常重要的。
一、結(jié)合教學內(nèi)容,融入數(shù)學建模思想,提高教學質(zhì)量。
傳統(tǒng)的士官數(shù)學課堂教學中,教員一般偏重概念的講解、理論的推導和運算的技巧,往往忽視數(shù)學建模思想的滲透,使得士官學員在學完數(shù)學課程后,難以運用數(shù)學思想和方法解決實際問題。對此,筆者結(jié)合自己多年的教學經(jīng)驗認為,結(jié)合教學內(nèi)容逐步滲透數(shù)學建模思想是一種比較理想的做法。
所謂數(shù)學建模就是將某一領域或部門的某一實際問題,通過做一些必要的簡化和假設,明確變量和參數(shù),并依據(jù)某種“規(guī)律”,運用適當?shù)臄?shù)學理論,建立變量和參數(shù)間的一個明確的數(shù)學關(guān)系式,這個數(shù)學關(guān)系式即為數(shù)學模型,建立這個數(shù)學模型的過程即為數(shù)學建模。簡言之,數(shù)學建模就是應用數(shù)學的語言和方法對一個實際問題所做的設計。該數(shù)學模型或者能解釋特定現(xiàn)象的現(xiàn)實性態(tài),或者能預測對象的未來狀況,或者能提供處理對象的最優(yōu)決策或控制。數(shù)學建模沒有固定模式,沒有統(tǒng)一的標準答案,它只求合理,鼓勵創(chuàng)新,從而在數(shù)學建模的活動中,人們的創(chuàng)新潛能就會得到開發(fā)。
(一)結(jié)合數(shù)學模型滲透數(shù)學建模思想
數(shù)學模型是從現(xiàn)實世界的實際問題中抽象出來的,在士官數(shù)學教學中,結(jié)合實際問題,再現(xiàn)數(shù)學模型的抽象過程是滲透數(shù)學建模思想的好方法。例如,在講重要極限 時,可以從復息問題引入,首先根據(jù)銀行的實際存款類型設置了一個問題:假設將1萬元人民幣存入銀行,存期為一年,年利率是100%,但是銀行推出三種不同的計息方式,一種方式是一年記一次息,第二種方式是每半年計息一次,按復利計算,第三種方式是每季度計息一次,也按復利計算,我應該選擇哪一種計息方式最劃算?在解決這個問題之后,追加兩個問題:若一年計息n次,則一年末賬戶里的錢數(shù)為多少?如果計息的次數(shù)無限增多,銀行賬戶里的錢會不會無限的增長呢?通過這幾個問題的探索,學員總結(jié)出數(shù)學模型 ,然后通過計算機計算,學員可以自己總結(jié)出這種極限的值。從而使學員對這種比較抽閑的數(shù)學模型有了一個認識的實際背景,極大的調(diào)動了學習的主動性,提高了趣味性,使得數(shù)學模型教學不再是空中樓閣霧里看花。
(二)結(jié)合有關(guān)教學內(nèi)容滲透數(shù)學建模思想。
盡管士官數(shù)學教學內(nèi)容比較少,要求也比較低,但仍有許多內(nèi)容與實際問題密切相關(guān),只要教師善于結(jié)合具體的教學內(nèi)容滲透數(shù)學建模的方法,就能激發(fā)學員利用數(shù)學思想和原理解決實際問題的潛力。例如,函數(shù)的最大值與最小值這一部分內(nèi)容與最優(yōu)化問題密切相關(guān)。教學時,我們將選擇一部分有代表性的題目,都歸納成為一道數(shù)學建模題,并注重滲透數(shù)學建模思想,使學生認識到函數(shù)的最大、最小值問題在實踐中有著廣泛的應用。在此基礎上,我們還聯(lián)系在生產(chǎn)實際、科學實驗、工程技術(shù)、經(jīng)濟管理等許多領域中,類似于“如何使成本最小,而效益最大”的問題。特別是企業(yè)部門,“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗”等問題,常??蓺w結(jié)為數(shù)學上在一定條件下求一個函數(shù)的最大(?。┲祮栴}。
(三)抓住典型內(nèi)容滲透計算機算法。
建立實際問題的數(shù)學模型只是解決該問題的第一步,針對這個數(shù)學模型,設計一種算法,并利用計算機實現(xiàn)模型的數(shù)值求解。為此,以教學中的一些典型教學內(nèi)容為案例滲透計算機算法。例如,在講授引出定積分概念的傳統(tǒng)例題求曲邊梯形面積時,首先讓學員直觀地理解“分割、近似、求和、取極限”四個步驟在解決問題過程中所起的作用和意義。然后課后再組織學員利用計算機實現(xiàn)“分割、近似、求和”,并進一步討論在不同“分割”下,近似求和的結(jié)果,得出結(jié)論,并將其結(jié)果在多媒體教室演示出來。通過結(jié)合具體教學案例,滲透計算機算法,使學員不但加深理解了所學到的數(shù)學原理和思想,而且對計算機軟件的編程和算法有了初步的理解,從而激發(fā)了學員學習數(shù)學的積極性,收到了良好的效果。
一、結(jié)合概念教學,滲透數(shù)學思想。
數(shù)學中的概念來源于對現(xiàn)實世界中實際問題的高度抽象和概括。例如,函數(shù)是現(xiàn)實世界中滿足某種條件的對應關(guān)系,導數(shù)是函數(shù)變化率的表示,定積分是對在區(qū)間上具有可加性的量求法等等。在士官學習過程中,理解概念的數(shù)學意義相對容易,但是概念是對現(xiàn)實世界中哪一類問題的抽象和概括學員很難透徹理解,學習結(jié)果就是會做題,但不會應用。所以,在教學過程中,教員應該結(jié)合實際問題講解數(shù)學概念,展示由實際問題抽象出數(shù)學概念的過程。例如,在導數(shù)概念教學中,不僅要結(jié)合實例(變速直線運動的瞬時速度和平面曲線的斜率)抽象出導數(shù)的概念,更要結(jié)合實例使學員弄清楚分析問題的思想和方法??傊?,通過教學,不僅要使學員理解的數(shù)學概念,還要會用概念的思想方法分析問題,并了解某一個概念是解決哪一類問題的。
二、關(guān)于培養(yǎng)學員數(shù)學實踐應用能力的幾點建議。
(一)建議將數(shù)學實驗引入士官教學中,使學員在數(shù)學實驗環(huán)境下完成數(shù)學作業(yè)。
近幾年來,數(shù)學實驗逐漸引入高校課堂,但對士官數(shù)學教學來說,一方面由于士官學員數(shù)學基礎比較落后,另一方面數(shù)學教員教學觀念落后,數(shù)學實驗一直沒有引起足夠的重視。借鑒地方高職院校的做法,可以組織數(shù)學基礎比較好的學員開展數(shù)學實驗課。例如針對一元函數(shù)的求根的近似計算問題,定積分的數(shù)值計算可以相應地設計一系列數(shù)學實驗題目,組織一些學有余力的學員在課余時間,利用一些數(shù)學軟件如Mathematica、Mathlab及Maple進行求解。同時可以把相關(guān)的軍內(nèi)外數(shù)學建模競賽的題目,經(jīng)過整理和簡化,適時地引入數(shù)學實驗教學中,在教師的輔導下,以團隊的形式研究完成。通過這些形式,使得學員不但對所學的數(shù)學知識和基本原理有更加深刻的理解,計算機應用能力得到了一定的提高,而且對數(shù)學建模的建立和計算有了基本的認識和了解
(二)建議積極參加數(shù)學建模大賽。
【關(guān)鍵詞】教學改革 數(shù)學建模 數(shù)學教學
在大力提倡素質(zhì)教育的今天,傳統(tǒng)的只變教材而不變教學思路的數(shù)學教學方式已經(jīng)滿足不了素質(zhì)教育的需求。數(shù)學的教改必須大力推動數(shù)學的教學更加自覺地貫徹素質(zhì)教育的精神,使學生不僅知道許多重要的數(shù)學概念、方法和結(jié)論,而且領會到數(shù)學的精神實質(zhì)和思想方法。從近些年參加數(shù)學建模比賽的人數(shù)變化我們可以感受到學生對數(shù)學不是沒有興趣,而是對傳統(tǒng)的數(shù)學教學失去興趣,太枯燥、太乏味是大多數(shù)同學共同的體會。所以,在數(shù)學的教學中引入數(shù)學建模會對取得好的教學效果起到很好的作用,從而進一步促進數(shù)學教學改革的深化和發(fā)展。
一、以數(shù)學建?;顒訛檩d體,推動數(shù)學課程改革
1.推動教學內(nèi)容的改革。通過數(shù)學建模活動,數(shù)學建模的思想和方法融入到數(shù)學課程中,打破了原有高校數(shù)學課程只重視理論,忽視應用的教學內(nèi)容安排。
2.推動教學方法的改革。傳統(tǒng)的數(shù)學教學僅僅是知識的傳授,好多學生搞“題海戰(zhàn)術(shù)”,許多定理和公式免不了淪為一堆僵死的教條,難以發(fā)揮作用,而數(shù)學建模的問題具有開放性,一般不具有唯一的答案學生通過一起討論參與到教學環(huán)節(jié)中,發(fā)揮學生的主體作用。
3.推動教學手段的改革。數(shù)學建模的過程,要運用計算機技術(shù)解決實際問題。這樣,多媒體教學就可以迅速推廣。即提高學生學習興趣,又能讓學生體會到數(shù)學的實際作用,有效解決那種一方面數(shù)學有用,另一方面,學生學了數(shù)學以后卻不會用的矛盾現(xiàn)象。
二、怎樣把數(shù)學建模引入日常數(shù)學教學
以導數(shù)概念的引入為例來認識怎樣在數(shù)學教學中引入數(shù)學建模。為了引入導數(shù)的概念,我在教學中引入了一個數(shù)學模型.原題目為:一個受污染的湖泊,為了使湖水能在一定時間內(nèi)恢復到指定的潔凈程度,要對排入該湖的河水進行治理,問排入的河水的污染物濃度要控制在什么范圍。原題目的資料有很多,為了教學方便,我將問題簡化為:一個容積為A的容器,(例如湖泊,游泳池)內(nèi)有(污染物)濃度為B%的溶液,有一個進水口和一個出水口,現(xiàn)以C單位小時的速度由進水口注入濃度為D%的溶液,容器內(nèi)溶液以同樣速度流出,問容器內(nèi)的溶液濃度的變化率。問題提出后就開始引導學生來建立模型。首先建立一個簡化模型,考慮流入的為清水的情況,并認為容器內(nèi)的溶液濃度始終是均勻的,那么流出的溶液濃度就是容器內(nèi)溶液的濃度。在這樣的假設條件下,容器內(nèi)的溶液濃度變化全部是由溶質(zhì)的流失引起,那么單位時間內(nèi)溶液濃度變化率等于流失的溶質(zhì)數(shù)量除以時間,而溶質(zhì)的流失量為流出溶液量乘以濃度,即為流速乘時間再乘濃度.用公式表示為:
如果考慮到流入的不是清水,則只需要將溶質(zhì)變化量改為流入溶質(zhì)減去流出溶質(zhì)既可。在上面的討論中,有一個問題沒有得到解決,那就是濃度,它不是固定不變的,而是隨時間變化的。在一個小時內(nèi),我們不能把它當作一個常數(shù)。那么,我們到底應該怎么辦呢?這時可以引導學生這樣想,一個小時太長,濃度變化太大,那么我們考慮一分鐘。在一分鐘內(nèi)濃度變化的不太大,我們把濃度看作常數(shù)來計算誤差不會太大??墒?一分鐘內(nèi)溶液濃度還是有變化的,要得到更加精確的結(jié)果就要把時間進一步縮短,如1s、110s。那么,所得的結(jié)果就會越來越精確,更進一步。如果我們要得到精確的結(jié)果,就應該把時間無限的縮短,即時間趨于零的極限情況。這時公式變?yōu)椋?/p>
關(guān)鍵詞:數(shù)學建模 數(shù)學實驗 教學改革 教學實踐
一、課程的特點
數(shù)學建模的本質(zhì)決定了它不僅是一種創(chuàng)造性的活動,而且是一種解決實際問題的量化手段。所以數(shù)學建模課程有助于提高學生的創(chuàng)新能力、自學能力和綜合知識應用能力;同時也有助于學生洞察力和抽象能力的培養(yǎng)。 “以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力為重點,以滲透數(shù)學建模思想加強數(shù)學建模課程建設為突破口”的教學模式,能夠提高“學生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力”為達到這種目的,進行教學改革是非常必要的,課程的教學進行改革,也能適應學科發(fā)展和社會發(fā)展的要求。[1]
數(shù)學實驗是以理論與實踐形結(jié)合的方式,向同學們教授MATLAB等軟件的運用方法,運用數(shù)學軟件解決數(shù)學問題,這樣能夠給數(shù)據(jù)的整理帶來很大的方便,在數(shù)學建模中經(jīng)常會應用到這些軟件,所以學生們掌握好這些軟件的操作方法會更好的運用數(shù)學建模解決實際問題,對數(shù)學實驗課程進行適當合理的教學改革讓同學們更快更好的掌握各種數(shù)軟件的使用方法,提高學生在教學過程中的參與程度,使學生的主觀能動性在實驗中能得到相當充分的發(fā)揮。好的實驗會引起學生學習數(shù)學知識和方法的強烈興趣,并激發(fā)他們自己去解決相關(guān)實際問題的欲望,因此根據(jù)實際教學情況進行適當?shù)慕虒W改革。[2]
二、課程教學的現(xiàn)狀
近幾年,我校越來越多的同學參加了數(shù)學建模競賽,我校也連續(xù)舉辦了三屆數(shù)學建模競賽,很多同學也在比賽中取得了優(yōu)異的成績。但通過比賽和在課堂上和同學們的溝通交流也發(fā)現(xiàn)了一系列需要進行教學改革的內(nèi)容。同學們的學習興趣還不夠高,很多同學不能進行透徹的研究,缺少專研的精神,教師隊伍缺乏合理的創(chuàng)新和引導能力,課程開展的面也比較狹小,除統(tǒng)計學專業(yè)外,其他院系同學基本靠選修課了解該課程。
三、課程的教學改革內(nèi)容
數(shù)學建模和數(shù)學實驗的教學,對教師的能力提出了很高的要求,不僅要求教師必須掌握一定的數(shù)學的知識和方法,還必須對數(shù)學應用的廣泛性、如何應用數(shù)學有著深刻的理解,才能把建模教學搞好,而且對計算機軟件應用也具有較高的要求。同時如何開發(fā)各個專業(yè)課程與數(shù)學建模及實驗的聯(lián)系也尤為重要。所以可以舉辦一些數(shù)學建模教師培訓班、研討班,也可以請專家講學來提高教師的業(yè)務水平??傊?,數(shù)學建模是學生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要途徑,我們要以數(shù)學建模課程的教學改革為切入點,將數(shù)學建模的思想融入到數(shù)學的其他主干課程中去,帶動整個數(shù)學學科的教學改革,在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式和思路上起到探索作用。具體改革方式,可以從以下幾個方面入手:
1.增加數(shù)學實驗與數(shù)學建模課開展的深度、廣度;
數(shù)學建模課程應該在統(tǒng)計學專業(yè)第三學期開展專業(yè)選修課,在其他專業(yè)第三學期開展公共選修課,連續(xù)開展兩個學期,各16學時,并錯后一個學期開展數(shù)學實驗課程,開展一個學期16學時。
2.改進教學內(nèi)容、方式、方法;
教學內(nèi)容上應該更加貼近公共課和專業(yè)課教學內(nèi)容,讓同學們都有機會將自己學習的理論知識應用的數(shù)學建模和實驗中來,根據(jù)學院特點,編寫相關(guān)教材,主要講授初等數(shù)學、優(yōu)化模型、統(tǒng)計模型、動態(tài)模型、連續(xù)模型等,同時在數(shù)學實驗教材中利用數(shù)學建模教材的案例構(gòu)建實驗內(nèi)容,是的二者有機結(jié)合。數(shù)學實驗與數(shù)學建模應以學生為主體,教師利用一些事先設計好的問題啟發(fā)、引導學生主動查閱文獻資料和學習新知識,鼓勵學生積極開展討論和辯論,培養(yǎng)學生主動探索、努力進取的學風,培養(yǎng)學生從事科研工作的初步能力,培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作的精神,形成一個生動活潑的環(huán)境和氣氛。[3]
3.規(guī)范考核方式、實驗報告。
其教學方式、方法及考核方式也必然與傳統(tǒng)的基礎數(shù)學教學有質(zhì)的不同,必須探尋新的合適的方法,將數(shù)學建模和數(shù)學實驗課程從傳統(tǒng)的考核方式中解脫出來,數(shù)學建模課程考核以分組形式完成數(shù)學建模論文,使得考核更加接近于實際比賽形式;數(shù)學實驗實驗報告的規(guī)范也需要健全,以更符合專業(yè)特色的實驗來建立實驗要求,報告內(nèi)容和實驗解決方案,方式也應該更加開放,可以利用多樣化的軟件解決,這樣有效的開放同學們所學,又能提高創(chuàng)新能力。[4]
四、結(jié)語
數(shù)學建模與數(shù)學實驗課程因為其具有創(chuàng)新性、科學性越來越被重視,為了使學生們更好的掌握這兩門課程,更好的培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性提高學習效率,進行教學改革勢在必行,在不斷的改革與實踐過程中,我校整體數(shù)學建模競賽成績顯著提高,充分肯定了改革的效果。在以后的教學過程中在保持基礎教學上適當?shù)倪M行改革,逐步提高學生們的學習興趣以及教學效果,使得課程轉(zhuǎn)變更加貼近學院轉(zhuǎn)型發(fā)展和應用人才培養(yǎng)。[5]
參考文獻
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[5]羅衛(wèi)民,李昌興,史克剛.數(shù)學實驗與數(shù)學建模課程教學改革[J].高等工程教育研究,2005(6):110-112.
【論文摘要】數(shù)學建模不僅能培養(yǎng)學生的數(shù)學能力,而且有利于提高學生的創(chuàng)新能力;有利于培養(yǎng)學生應用計算機的能力;有利于培養(yǎng)學生的實踐能力和綜合素質(zhì)。本文對在培養(yǎng)技術(shù)應用型本科人才的高等學校開展數(shù)學建模的重要性和具體措施作了一些探討。
近幾年來,越來越多的新建本科院校將自己的發(fā)展目標定位于開展應用型本科教育、 培養(yǎng)應用型本科人才,我們稱這類普通高校為應用型本科院校。在我國高教法中對本科教育的學業(yè)標準有明確的規(guī)定:“應當使學生比較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)必需的基礎理論、基礎知識,掌握本專業(yè)必需的基本技能、方法及相關(guān)知識,具有從事本專業(yè)實際工作和研究工作的初步能力?!睆倪@一規(guī)定看,我國工科專業(yè)培養(yǎng)的其實都是應用型人才,但從培養(yǎng)目標的內(nèi)涵上說,可分為三類:
一為工程研究型人才。主要由研究型和教學研究型高校培養(yǎng),其培養(yǎng)目標是:培養(yǎng)能夠?qū)l(fā)現(xiàn)的一般自然規(guī)律轉(zhuǎn)換為應用成果的橋梁性人才。
二為技術(shù)應用型人才。主要由教學型地方本科院校培養(yǎng),其培養(yǎng)目標是:能在生產(chǎn)第一線解決實際問題、保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能,屬于使研究開發(fā)的成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的人才。定位為技術(shù)工程師。
三為技能應用型人才。主要由高職類院校培養(yǎng)。其特點為:突出應用性、實踐性,有較強的操作技能和解決實際問題的能力。
上海電機學院是2004年9月經(jīng)上海市人民政府批準, 在原上海電機技術(shù)高等專科學校的基礎上建立的以實施本科教育為主的全日制普通高等院校。其定位在培養(yǎng)技術(shù)應用型本科人才的教學型院校。技術(shù)應用型本科人才學習數(shù)學的目的在于應用數(shù)學。這就要求他們在學習數(shù)學的同時,不斷提高應用數(shù)學的意識、興趣和能力。數(shù)學建模是數(shù)學知識和應用能力共同提高的最佳結(jié)合點;是啟迪創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)新能力、培養(yǎng)技術(shù)應用型本科人才的一條重要途徑。
1 數(shù)學建模的發(fā)展歷程
近幾十年來,數(shù)學迅速向自然科學和社會科學的各個領域滲透,在工程技術(shù)、經(jīng)濟建設及金融管理等各方面發(fā)揮著越來越重要的作用,并在很多情況下起著舉足輕重,甚至決定性的影響。數(shù)學與計算機技術(shù)相結(jié)合,已經(jīng)形成了一種普遍的,可以實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)學技術(shù),并已成為當代高新技術(shù)的一個重要組成部分。用數(shù)學方法解決各類問題或?qū)嵤?shù)學技術(shù),首先要求將所考慮的問題數(shù)學化,即通過對復雜的實際問題進行分析,發(fā)現(xiàn)其中可以用數(shù)學語言來描述的關(guān)系或規(guī)律,將之構(gòu)建成一個數(shù)學問題,再利用計算機進行解決,這就是數(shù)學建模。數(shù)學建模日益顯示其關(guān)鍵的作用,并已成為現(xiàn)代應用數(shù)學的一個重要領域。
為培養(yǎng)大學生的數(shù)學建模能力,國外較早地經(jīng)常舉辦大學生數(shù)學建模競賽。1989年我國大學生開始參加美國大學生數(shù)學建模競賽(MCM),從1992年開始,教育部高教司和中國工業(yè)與應用數(shù)學學會每年主辦一次全國大學生數(shù)學建模競賽,至今已經(jīng)舉辦了16屆,參賽隊伍每年都不斷增長,在競賽過程中,大學生的聰明才智和創(chuàng)造得到了充分的發(fā)揮,提交了不少出色的答卷,涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的參賽隊伍,同時,有力地促進了高等院校的數(shù)學教學改革,充分顯示了數(shù)學建模競賽活動的強大生命力。舉辦大學數(shù)模競賽,已造成一種氛圍,推動了培養(yǎng)大學生數(shù)學建模能力的工作。
2 數(shù)學建模在創(chuàng)新技術(shù)應用型本科人才培養(yǎng)中的意義
數(shù)學建模是對人的數(shù)學知識,實際知識的擁有量和靈活運用程度,邏輯推理能力,直覺、想象和洞察能力,計算機使用能力等的全面檢驗,最能反映出創(chuàng)新精神?!翱茖W技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。每年的工科大學畢業(yè)生是科技戰(zhàn)線的生力軍,他們要出科技成果,并且“千方百計促進科技成果在生產(chǎn)實踐中得到廣泛應用”,“加速科技成果轉(zhuǎn)化”,數(shù)學建模能力對他們是必不可少的。
數(shù)學建模是對傳統(tǒng)教育的一個挑戰(zhàn),它強調(diào)怎樣利用先進的計算機工具來解決數(shù)學問題。學生參加數(shù)學模型的研究,參加全國大學生建模競賽,是將以前的“做練習”改為現(xiàn)在的“做問題”,將生活變成數(shù)學,將問題實際解決。數(shù)學建模是對學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng),是學生時代的第一次科研訓練,是一個向?qū)嶋H負責的任務書,是對學生適應社會、服務于社會的鍛煉與挑戰(zhàn)?;谝陨系闹匾?,許多高校對學生的數(shù)學建模能力越來越重視,我校也不例外。
3 提高我校學生數(shù)學建模能力的具體措施
為了提高我校學生的數(shù)學建模能力,我們可在高等數(shù)學的教學中溶入數(shù)學建模,并開設創(chuàng)新系列課程:數(shù)學建模系列課程。系列課程中除設置了數(shù)學建模理論課外,還設置數(shù)學建模實驗課、數(shù)學建模集訓和數(shù)學建模競賽等任選課。
(1)在高等數(shù)學教學中,融入數(shù)學建模:高等數(shù)學是工科大學本科學生的一門必修課程,也是學習其它技術(shù)基礎課和專業(yè)課的必要基礎課程,無論學生和教師都非常重視這門課程的教學。從工科應用型本科人才培養(yǎng)的各專業(yè)教學序列上講,高等數(shù)學處于龍頭地位,它不但對后續(xù)課程產(chǎn)生影響,更對學生的思維習慣和學習方法產(chǎn)生深刻、持久的影響,因此,有著其它課程所不可替代的作用。但是現(xiàn)在的高等數(shù)學教材,多數(shù)只注重理論和計算,對應用性不夠重視,即使有個別的應用也是限于較少的物理方面的簡單應用。很多高年級大學生和已畢業(yè)的大學生都有這樣的認識:高等數(shù)學很重要,但很枯燥,學了半天除了知道能在物理上應用外,不知道還能有什么用,但又不得不學。學生學習高等數(shù)學的目的不明確、缺少自覺學習的動力。歸于一點,就是學生不知道學了高等數(shù)學有什么用。在今后的學習和工作中高等數(shù)學到底有什么作用呢?學生很茫然,但高等數(shù)學又是非常重要的課程。因此,很多學生都是懷著不得不學的態(tài)度來學習高等數(shù)學的,缺乏自覺學習的動力。這就要求我們數(shù)學教師進行課程內(nèi)容和教學方法的大膽改革,讓學生明白高等數(shù)學除了在物理上應用以外,還有很多用處,可以說我們的生活中、工作中無時無刻充滿著數(shù)學,只是你沒有認識它,不知道該怎樣用它。由于數(shù)學建模中的例子來源于社會和生活中的實際問題,會使學生感到數(shù)學無處不在,數(shù)學思想無所不能。讓學生切實領悟到高等數(shù)學課程與實際問題以及專業(yè)課學習的緊密聯(lián)系。在額定課時內(nèi),在保證完成教學大綱內(nèi)容講授前提下,教師根據(jù)各專業(yè)的特點和需要,有目的的挑選、設計和重點細致的講解與所學專業(yè)相關(guān)的數(shù)學模型,如電氣專業(yè)的學生,對引力、流量、環(huán)流量、通量與散度、梯度場應是重點,機械類專業(yè)應偏重在變力沿直線作功、轉(zhuǎn)動慣量、付里葉級數(shù)上。這樣就會使學生既獲得了數(shù)學建模的基本訓練,又調(diào)動學生應用數(shù)學知識解決實際問題的熱情,激發(fā)學生學習高等數(shù)學的興趣。
(2)在全校開設數(shù)學建模公選課:繼本科生高等數(shù)學、工程數(shù)學之后,為了進一步提高學生運用數(shù)學知識解決實際問題,培育和訓練綜合能力在全校開設數(shù)學建模公選課。通過具體實例引入使學生掌握數(shù)學建?;舅枷?、基本方法、基本類型。學會進行科學研究的一般過程,并能進入一個實際操作的狀態(tài)。通過數(shù)學模型有關(guān)的概念、特征的學習和數(shù)學模型應用實例的介紹,培養(yǎng)學生雙向翻譯能力,數(shù)學推導計算和簡化分析能力,熟練運用計算機能力;培養(yǎng)學生聯(lián)想、洞察能力、綜合分析能力;培養(yǎng)學生應用數(shù)學解決實際問題的能力。
(3)在全校開設數(shù)學建模實驗公選課,加強數(shù)學建模實驗課教學,提高學生的建模能力和科學計算能力:數(shù)學建模實驗是將數(shù)學方法和計算機知識結(jié)合起來,用于解決實際生活中存在問題的一門方法實驗課;是繼本科生在掌握了高等數(shù)學、工程數(shù)學、數(shù)學建模理論部分等基本數(shù)學理論和基本建模方法后,使用主流數(shù)學軟件,通過較其它流行語言更為方便的計算機編程求解眾多領域數(shù)學建模問題的計算機實踐課。通過數(shù)學建模實驗課的學習,可使學生將所學的數(shù)學知識和其它專業(yè)知識很好地應用到解決實際問題中去,強調(diào)利用計算機及各種資料解決實際問題動手能力的培養(yǎng),增加受益面。為學生所學專業(yè)服務,給課程設計、畢業(yè)論文提供強有力的方法論指導,提高學生的綜合素質(zhì)。
(4)開設數(shù)學建模集訓課:在數(shù)學建模理論、數(shù)學實驗課結(jié)束后,開設數(shù)學建模集訓課。針對數(shù)學建模競賽從數(shù)學模型理論到計算機能力都有不同程度提高的要求,根據(jù)學生掌握的知識層次、深度,補充相關(guān)知識。通過數(shù)學模型有關(guān)知識、方法的學習和數(shù)學模型應用實例的介紹,培養(yǎng)學生應用數(shù)學解決實際問題的綜合能力,參加一年一次的全國大學生數(shù)學建模競賽。
近年來的研究表明提高大學生的數(shù)學建模能力是一個需要長期努力、集體參與的系統(tǒng)工程。作為高等學校的數(shù)學教育工作者,我們需要針對當前大學生數(shù)學建模能力的培養(yǎng)存在的問題進行認真研究、深入探析。隨著上海電機學院技術(shù)應用型本科人才培養(yǎng)專業(yè)建設和教學改革而不斷在實踐中積累經(jīng)驗、深入發(fā)展、及時充實新內(nèi)容,將進一步提高我校學生的數(shù)學建模能力。
參考文獻
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