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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(shí)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(diǎn)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(yàn)、源自有趣題材、力求難易適度。
1.貼近學(xué)生經(jīng)驗(yàn)
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(yàn)的現(xiàn)實(shí)問題。此類問題的現(xiàn)實(shí)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(diǎn)。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(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)習(xí)興趣與探索動機(jī)。為此,教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生感興趣的熱點(diǎn)話題,并從獨(dú)到的視角挖掘和提煉其中所蘊(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(yùn)用數(shù)學(xué)工具建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)而解決現(xiàn)實(shí)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(shí)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(yàn)、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(shí)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(dú)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(diǎn)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(jì)、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(shí)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(yùn)用的問題情境特征而熟練掌握并靈活應(yīng)用。
3.加強(qiáng)方法關(guān)聯(lián)
許多現(xiàn)實(shí)問題的解決往往需要綜合運(yùn)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(qiáng)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(yùn)用。為此,應(yīng)在加強(qiáng)各建模步驟之間聯(lián)系與協(xié)調(diào)運(yùn)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(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。
三、強(qiáng)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(shí)、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(qiáng)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(diǎn),往往需要借助實(shí)例運(yùn)用獲得具體經(jīng)驗(yàn),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(shí)問題情境中感受所要習(xí)得的建模策略的具體運(yùn)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(shí)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(yàn)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(yùn)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(shí)問題密切聯(lián)系,有助于積累建模策略的背景性經(jīng)驗(yàn),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(yàn)化,進(jìn)而實(shí)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(yùn)用建模方法,知曉何以運(yùn)用建模方法,從而獲得具有“實(shí)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(yùn)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(yùn)用雙向推理;克服思維定勢,進(jìn)行擴(kuò)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?;顒赢a(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(yùn)用的指引作用,增強(qiáng)建模策略運(yùn)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?cái)?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(shí)施樣例學(xué)習(xí)、開展變式練習(xí)、強(qiáng)化開放訓(xùn)練。
1.實(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)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(qiáng)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(yùn)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(yàn)、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(qiáng)化開放訓(xùn)練,以促進(jìn)學(xué)生形成概括性強(qiáng)、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(shí)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(yùn)用數(shù)學(xué)知識與方法解決現(xiàn)實(shí)問題為運(yùn)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(dú)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(dú)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(dú)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(dú)立思考的機(jī)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(dú)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(diǎn)和局限,反思與改進(jìn)自己的方案,相互糾正、補(bǔ)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(diǎn)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(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的載體;聚焦建模方法是有效實(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的核心;強(qiáng)化建模策略是有效實(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué)的靈魂;注重圖式教學(xué)是有效實(shí)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(shí)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(jī)結(jié)合,協(xié)同運(yùn)用,以求取得最佳效果。
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數(shù)學(xué)建模是解決數(shù)學(xué)問題的一種重要方法,在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中占有舉足輕重的地位,通過開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)能夠豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)探究體驗(yàn),幫助學(xué)生鞏固數(shù)學(xué)知識和促進(jìn)知識內(nèi)化,也能夠引導(dǎo)學(xué)生感悟數(shù)學(xué)思想方法。因此,小學(xué)數(shù)學(xué)教師要充分發(fā)揮建模教學(xué)的作用,運(yùn)用科學(xué)有效的教學(xué)方法開展數(shù)學(xué)建模教學(xué),增強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)模型的理解提高學(xué)生解決數(shù)學(xué)實(shí)際問題的能力。
關(guān)鍵詞:
小學(xué);數(shù)學(xué)教學(xué);數(shù)學(xué)建模;教學(xué)方法
小學(xué)數(shù)學(xué)課堂開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)能夠讓學(xué)生親身體驗(yàn)如何將數(shù)學(xué)實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型,也能夠增強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)模型的實(shí)踐應(yīng)用,使得學(xué)生能夠在建模過程中增強(qiáng)應(yīng)用意識,進(jìn)一步鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生主動運(yùn)用數(shù)學(xué)模型來解決數(shù)學(xué)問題。因此,教師在實(shí)際教學(xué)中要積極探討科學(xué)有效的數(shù)學(xué)模型教學(xué)方法,增強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)模型的實(shí)踐應(yīng)用,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)。
1改革傳統(tǒng)課程設(shè)置
數(shù)學(xué)建模教學(xué)是一種創(chuàng)新型的數(shù)學(xué)教學(xué)課程,為了有效地在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂開展數(shù)學(xué)建模教學(xué),首先就需要對傳統(tǒng)的課程設(shè)置進(jìn)行全面改革。傳統(tǒng)的小學(xué)數(shù)學(xué)課程設(shè)置主要側(cè)重于分課教學(xué),課堂教學(xué)模式非常的單一枯燥,主要強(qiáng)調(diào)的是對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識進(jìn)行系統(tǒng)性的講解,將促使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)知識作為數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)。而數(shù)學(xué)建模教學(xué)要求教師能夠?qū)⑿W(xué),數(shù)學(xué)教學(xué)與學(xué)生的實(shí)際生活聯(lián)系起來,主要強(qiáng)調(diào)的是數(shù)學(xué)建模的過程,只是少部分的強(qiáng)調(diào)學(xué)生對數(shù)學(xué)知識、方法和技能的掌握,更多的是要鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造力和數(shù)學(xué)思維。有效開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)需要強(qiáng)調(diào)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生將自主探究和合作探究結(jié)合起來,在探究過程中體驗(yàn)數(shù)學(xué)建模過程和數(shù)學(xué)模型應(yīng)用,增強(qiáng)對數(shù)學(xué)問題的解決能力。因此,為了促進(jìn)數(shù)學(xué)建模教學(xué)在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的順利展開,教師需要對原有的課程設(shè)置進(jìn)行改革,并根據(jù)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)需求以及建模教學(xué)的開展需要設(shè)置多樣化的數(shù)學(xué)課程:
(1)興趣課:在了解學(xué)生興趣愛好的基礎(chǔ)上,讓學(xué)習(xí)需求不同的學(xué)生參與到不同層次的數(shù)學(xué)知識學(xué)習(xí)當(dāng)中,促進(jìn)學(xué)生的個性化發(fā)展。
(2)實(shí)踐課:針對數(shù)學(xué)建模課程的需求組織學(xué)生開展豐富多樣的外出調(diào)查活動,并鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)校以及社區(qū)舉辦的數(shù)學(xué)活動,引導(dǎo)學(xué)生撰寫數(shù)學(xué)小論文等。
(3)綜合課:引導(dǎo)學(xué)生將社會、環(huán)境、科學(xué)等不同領(lǐng)域的問題轉(zhuǎn)化成實(shí)際的數(shù)學(xué)問題,并采用數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行探究和解決。教師通過為學(xué)生設(shè)置多樣化的課程,能夠進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)中運(yùn)用探究和體驗(yàn)的方式參與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動,加強(qiáng)數(shù)學(xué)探究性學(xué)習(xí),同時也要教師要鼓勵學(xué)生加強(qiáng)與其他同學(xué)的合作,增強(qiáng)對數(shù)學(xué)建模方法的理解和應(yīng)用,養(yǎng)成正確的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣。
2更新課堂教學(xué)模式
小學(xué)數(shù)學(xué)課堂開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對數(shù)學(xué)知識形成過程的把握,需要將數(shù)學(xué)知識的構(gòu)建過程形象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前,從而引導(dǎo)學(xué)生自覺感悟和體會知識的形成以及數(shù)學(xué)模型在解決數(shù)學(xué)問題當(dāng)中的應(yīng)用。因此,小學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)強(qiáng)調(diào)的是體驗(yàn)性學(xué)習(xí),需要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,引導(dǎo)學(xué)生自覺主動地進(jìn)行知識探索,在親身經(jīng)歷和體驗(yàn)的過程中實(shí)現(xiàn)知識的升華。因此,小學(xué)數(shù)學(xué)教師要全面更新數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式,在開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)活動過程中,徹底改變灌輸式的數(shù)學(xué)教學(xué)模式,不能一味地將不同的知識甚至是不同的題型一點(diǎn)一滴地注入到學(xué)生的頭腦當(dāng)中,而是通過為學(xué)生營造自主探究學(xué)習(xí)情境的方式,促使學(xué)生自覺主動地進(jìn)行知識探索,把握住數(shù)學(xué)知識形成以及應(yīng)用的來龍去脈,使得學(xué)生能夠真正理解數(shù)學(xué)模型的形成和應(yīng)用,從而提高小學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的成效,充分發(fā)揮數(shù)學(xué)模型在數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用。教師在為學(xué)生創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)情境時要盡可能地貼近學(xué)生的實(shí)際生活,調(diào)動起學(xué)生的生活經(jīng)歷,讓學(xué)生真正產(chǎn)生身臨其境之感。例如,在教學(xué)相遇問題時,教師可以借助多媒體技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)兩輛汽車在彎曲不平的馬路上行駛的情境,并在情境當(dāng)中突出“同時”、“相向”、“相遇”三個特點(diǎn),接下來引導(dǎo)學(xué)生將曲線變成線段圖,通過引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)和師生共同討論的方式,建立相遇問題數(shù)學(xué)模型,得出相遇問題模型是:路程=速度和×?xí)r間。教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)的數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)情境來源于學(xué)生的實(shí)際生活,因此,學(xué)生的探究熱情十分高漲,將原本抽象復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)變成學(xué)生自主探究和合作探索的過程,同時也通過創(chuàng)設(shè)情境的方式使得學(xué)生能夠準(zhǔn)確地掌握數(shù)學(xué)知識的來龍去脈,并讓學(xué)生深刻的感悟和體驗(yàn)到數(shù)學(xué)模型的建立過程以及在生活中的實(shí)踐應(yīng)用。
3豐富數(shù)學(xué)建模活動
小學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)不僅是要學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模方法,還要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中對方法進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用。因此,教師需要不斷豐富數(shù)學(xué)建?;顒觾?nèi)容,為學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)實(shí)踐,從而鍛煉學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。小學(xué)數(shù)學(xué)建模活動豐富多樣,教師可以從以下幾個方面入手:第一,將小學(xué)數(shù)學(xué)教材當(dāng)中的習(xí)題進(jìn)行恰當(dāng)改編,使得學(xué)生能夠?qū)?shù)學(xué)模型進(jìn)行延伸應(yīng)用,增強(qiáng)學(xué)生的知識應(yīng)用意識。例如,教師可以將習(xí)題中求解周長的問題改編成為同學(xué)挑選一條最回家路線;將數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)習(xí)題改編成要求學(xué)生對社區(qū)交通問題提出改進(jìn)方案等,引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法。第二,加強(qiáng)開放題在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中的研究,通過引導(dǎo)學(xué)生解決開放性應(yīng)用題提高學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模活動的積極性。例如,教師可以將2×8=?變成答案多元化的開放性問題:構(gòu)造答案為16的數(shù)學(xué)算式或者是16元錢的幾種組成方式。另外,教師還可以將學(xué)生春游中遇到的生活實(shí)際問題引入數(shù)學(xué)建模課堂,引導(dǎo)學(xué)生積極探索多樣化的問題解決方案,如班級總共有39個人來到風(fēng)景點(diǎn)春游,門票購買須知上寫道:單人票價每張三元,團(tuán)體票是18元1張,每一張票可以進(jìn)入10人,請問怎樣購票更加合算。學(xué)生可以通過自主思考以及合作探究找到不同的方案,并最終通過比較的方式選擇最優(yōu)的方案,并從中使得學(xué)生認(rèn)識到分類討論思想在數(shù)學(xué)中的應(yīng)用,而這同時也是數(shù)學(xué)建模的實(shí)踐應(yīng)用。第三,引導(dǎo)學(xué)生將身邊的復(fù)雜是不學(xué)問題納入到已有模式當(dāng)中,在數(shù)學(xué)建模活動中理解和運(yùn)用數(shù)學(xué)建模。教師要鼓勵學(xué)生將實(shí)際生活中的事件改編成數(shù)學(xué)應(yīng)用題,通過將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題來深入的對復(fù)雜問題進(jìn)行剖析,并最終將問題簡單化,有效通過數(shù)學(xué)建模的方式將其解決。小學(xué)數(shù)學(xué)課堂開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)是順應(yīng)數(shù)學(xué)課程改革和素質(zhì)教育發(fā)展而實(shí)施的重要教學(xué)內(nèi)容,能夠增強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)模型的理解和應(yīng)用,提高學(xué)生解決數(shù)學(xué)問題的能力,有效提升學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素養(yǎng)。因此,小學(xué)數(shù)學(xué)教師在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中要不斷創(chuàng)新和完善教學(xué)方法,改革傳統(tǒng)的課程設(shè)置,更新數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式,豐富數(shù)學(xué)建模活動內(nèi)容,提高數(shù)學(xué)建模教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
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“概率統(tǒng)計(jì)”是一門具有實(shí)踐性與理論性的重要學(xué)科,在不斷發(fā)展的過程中已經(jīng)成為數(shù)學(xué)科目不可或缺的組成部分,并且對此起到重要的作用。在根據(jù)課程的相關(guān)特點(diǎn)中,利用現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)行審視與組織,從而使數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)中融入新鮮元素,在教學(xué)內(nèi)容上引入有趣的應(yīng)用題目,并且要對科學(xué)方法以及相關(guān)技術(shù)、概率統(tǒng)計(jì)知識進(jìn)行聯(lián)系。學(xué)生在運(yùn)用“概率統(tǒng)計(jì)”知識的基礎(chǔ)上們能夠建立數(shù)學(xué)模式,對“概率統(tǒng)計(jì)”的知識也會產(chǎn)生興趣愛好。除此之外,還能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的改變,變被動為主動,從根本上提高學(xué)習(xí)效率。將數(shù)學(xué)建模的思想積極融入到數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)之中,能夠在不打破傳統(tǒng)知識的同時,應(yīng)用案例進(jìn)行解決。通常情況下,學(xué)習(xí)通過對案例的學(xué)習(xí),能夠親自體驗(yàn)在使用概率統(tǒng)計(jì)知識進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的整個過程,從而加深對概率統(tǒng)計(jì)知識的認(rèn)知與理解,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)習(xí)慣。從另一個角度而言,學(xué)生在努力學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)概率知識的同時,能夠真正做到“學(xué)以致用”,由于數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)是一門重要且復(fù)雜的課程,在不影響到教學(xué)大綱的情況下利用多種手段進(jìn)行教學(xué),可以增強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的基本能力,從根本上體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的思想。
二、教學(xué)方法得以改進(jìn),促進(jìn)開放式學(xué)習(xí)方式的形成
(一)改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,探索新型教育方式通過實(shí)踐證明,傳統(tǒng)的教學(xué)模式與方式無法適應(yīng)社會的需要,不能滿足現(xiàn)代化的教學(xué)要求,因此無法在傳統(tǒng)教育模式中取得滿意的教學(xué)效果。通過將數(shù)學(xué)建模融入到數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)之中,可以在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中融入新鮮元素,并且結(jié)合相關(guān)案例,采用啟發(fā)式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),實(shí)現(xiàn)由淺入深、由難到易,使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)的基本概念以及相關(guān)方法,從而對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣,變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí),從根本上加深學(xué)生對數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)知識與建模思想的認(rèn)識與理解。
(二)改變傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式,建立開放型學(xué)習(xí)形式在數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容上,認(rèn)可教師不可以按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式作為基本模式,不能按照教科書進(jìn)行照本宣科。眾所周知,數(shù)學(xué)建模是沒有固定模式的,在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模時,要積極利用各種方式、各種技巧,因此,教師在對學(xué)生傳授相關(guān)知識的同時,要積極引導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí),如何正確的使用建模技巧,并且要讓學(xué)生對問題發(fā)生的背景以及過程進(jìn)行探索,從根本上提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。除此之外,在對習(xí)題進(jìn)行處理時,學(xué)生也不能局限于比較充分的問題上,要不斷引用條件不充分的問題進(jìn)行研究,并且要自己動手對材料、信息,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,建模,并且還要對較為抽象的問題進(jìn)行具體化,從而增強(qiáng)自身對學(xué)習(xí)的興趣與能力。此外,教師要不斷開展討論課,讓學(xué)生積極發(fā)表自己的建議,對問題的見解進(jìn)行回答,加強(qiáng)與同學(xué)之間的交流與學(xué)習(xí),從而使學(xué)生在開放型學(xué)習(xí)環(huán)境中不斷成長。
三、改善教材中的理論學(xué)習(xí),加強(qiáng)實(shí)踐學(xué)習(xí)
在學(xué)生的實(shí)踐活動之中,為了能夠使學(xué)生對知識有所了解,那么教材僬僥設(shè)計(jì)有關(guān)學(xué)生訓(xùn)練的習(xí)題。一般而言,數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)中的教材在教學(xué)內(nèi)容的處理上過于理論化,對習(xí)題的次序與搭配卻不符合學(xué)生的基本特點(diǎn),甚至有部分教材在設(shè)計(jì)的習(xí)題中難度過高,從而導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到困難,對數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)建模失去興趣。從實(shí)際角度而言,數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)作為數(shù)學(xué)教材,習(xí)題是非常重要的,大量的習(xí)題可以鍛煉學(xué)習(xí)的邏輯性與思維型,因此,在對數(shù)學(xué)教材進(jìn)行編寫時要按照由淺入深的基本原則,對練習(xí)題進(jìn)行分門別類的編寫,從而滿足不同層次與不同對象的基本需求。在現(xiàn)有的數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)習(xí)題之中,還需增加比較有趣、與生活有關(guān)的系統(tǒng),并且該類習(xí)題要對數(shù)學(xué)建模的思想進(jìn)行體現(xiàn)。與此同時,在教材中還應(yīng)該添加應(yīng)用性強(qiáng)的概率案件與統(tǒng)計(jì)案件,比如像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)的擬合等,讓學(xué)生能夠?qū)W會數(shù)學(xué)建模,在豐富學(xué)生課余知識的同時,也在一定程度上提高了學(xué)生的應(yīng)用能力。
四、結(jié)語
【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué);模型;建模
近幾年,隨著數(shù)學(xué)建模教育的運(yùn)用和擴(kuò)展,數(shù)學(xué)建模能夠讓學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力得到提高,已經(jīng)得到了大家的肯定與認(rèn)可。在人教版高中數(shù)學(xué)教材中,專家就對數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)建模提出了明確的概念,并對數(shù)學(xué)建模的過程和應(yīng)用提出了相應(yīng)的要求。但在實(shí)際的數(shù)學(xué)教學(xué)過程當(dāng)中,由于我國邊遠(yuǎn)少數(shù)民族地區(qū)很多高中學(xué)生、漢語理解能力較差、社會閱歷較淺,做不到把實(shí)際問題和數(shù)學(xué)原理相結(jié)合,造成許多數(shù)學(xué)題目學(xué)生無法理解題目真實(shí)意義,更不用說建模和解題了。為此,如何在教學(xué)中構(gòu)建建模教學(xué)思想并以此來提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)成績,我認(rèn)為應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)。
一、數(shù)學(xué)建模教學(xué)就是要讓學(xué)生明白數(shù)學(xué)建模的概念,數(shù)學(xué)建模思想在解決實(shí)際問題中的作用
數(shù)學(xué)建模是把現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際問題加以提煉,抽象為數(shù)學(xué)模型,求出模型的解,驗(yàn)證模型的合理性,并用該數(shù)學(xué)模型所提供的解來解釋現(xiàn)實(shí)問題。教學(xué)建模的目的是體會數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值,全面培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用意識;增強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)這門科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,重視團(tuán)隊(duì)的合作,在分析問題和解決問的能力上得到有效的提升,知道數(shù)學(xué)知識的發(fā)生過程,培養(yǎng)學(xué)生建立良好的創(chuàng)新意識和能力。數(shù)學(xué)建模的具體分析方法主要有:①關(guān)系分析法,通過尋找關(guān)鍵量之間的數(shù)量關(guān)系的方法來建立問題的數(shù)學(xué)模型方法;②列表分析法,通過列表的方式探索問題的數(shù)學(xué)模型的方法;③圖象分析法,通過對圖象中的數(shù)量關(guān)系分析來建立問題的數(shù)學(xué)模型方法。在高中階段通常利用另外一種數(shù)學(xué)模型來解應(yīng)用問題:①建立幾何圖形模型;②建立方程或不等式模型;③建立三角函數(shù)模型;④建立函數(shù)模型。另外數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的一種創(chuàng)新學(xué)習(xí),這種學(xué)習(xí)讓學(xué)生有了一定的自主學(xué)習(xí)空間,在學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的過程中獲得其中的價值和作用所在,體驗(yàn)數(shù)學(xué)與日常生活和其他學(xué)科的聯(lián)系,增強(qiáng)應(yīng)用意識;用理論知識來解決實(shí)際問題,可以很好的增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使他們在創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力上得到有效的提升。
二、數(shù)學(xué)建模教學(xué)要從實(shí)際問題中出發(fā)并加以提煉,從而強(qiáng)化學(xué)生數(shù)學(xué)的應(yīng)用意識和建模的應(yīng)用能力
數(shù)學(xué)建模就是要理論聯(lián)系實(shí)際,它主要包括;一是從實(shí)際問題中抽象出數(shù)學(xué)模型;二是利用數(shù)學(xué)模型來求解;三是結(jié)合數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際的問題。實(shí)際問題在數(shù)學(xué)建模的教學(xué)中有非常重要的作用。例如:小明拿著20元錢去打長途電話,電信部門規(guī)定,通話前3分種內(nèi)收2.4元,3分種后每分鐘按1元收費(fèi),小明這20元最多能通多長的電話?這道題目知識點(diǎn)是考察學(xué)生對函數(shù)的概念認(rèn)識及函數(shù)解析式的應(yīng)用,那我們建??梢岳煤瘮?shù)圖象建模或列表建模,并利用圖象模型或列表模型得出題目解,同時還可以利用圖象和列表模型檢驗(yàn)問題的解。再例如:學(xué)校要舉辦一次籃球比賽,如果全校共有24個班,每個班都要進(jìn)行一場比賽,問:學(xué)校一共要組織多少場比賽?另外為公平期間,各年級之間每班都舉行一場比賽(高三9個班級,高二7個班,高一8個班)問需要多少場比賽?這是一道排列組合題目,在第一問中我們先假設(shè)高一(一)班先和其他班級比賽,那么高一(一)班共要比賽23場[數(shù)學(xué)公式(n-1)]場那么全校要1/2x24x(24-1)[數(shù)學(xué)公式1/2*n(n-1)]場,對于這一題目我們也可以利用圖像來分析演示(仍然是數(shù)形結(jié)合思想),并還可以用圖像來分析判斷所列代數(shù)式正確性。第二問我們同樣可以用第一問中相同的數(shù)學(xué)方法來求出答案(解法略)。通過以上例題,我們可以看出數(shù)學(xué)建模教學(xué)盡量是從生活的實(shí)際需要出發(fā),讓學(xué)生在掌握知識的同時,也讓學(xué)生了解為什么要學(xué)數(shù)學(xué)建模,數(shù)學(xué)建模對我們解決現(xiàn)實(shí)問題有何幫助,以及怎樣將知識和實(shí)際相聯(lián)系等。
三、數(shù)學(xué)建模教學(xué)要結(jié)合實(shí)際和有因地制宜的思想
因材施教原則是教育教學(xué)的一條基本原則,在高中數(shù)學(xué)建模教學(xué)中教師要結(jié)合實(shí)際因地制宜進(jìn)行數(shù)學(xué)建模教學(xué)。首先要選擇學(xué)生身邊的實(shí)際問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,這樣:一是容易使學(xué)生建立比較好的、考慮比較周全的數(shù)學(xué)模型(只有熟悉問題,才可能考慮周到);二是容易使學(xué)生真正體會到數(shù)學(xué)的應(yīng)用。其次要依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的認(rèn)識原則,數(shù)學(xué)建模教學(xué)的內(nèi)容和方法需要經(jīng)歷一個逐漸深入、提高的過程,應(yīng)該隨著學(xué)生思維能力的增長,逐步提出更高的教學(xué)目標(biāo)。再次要根據(jù)每個人的認(rèn)識結(jié)構(gòu)不同,而以不同的方法施教。
四、數(shù)學(xué)建模教學(xué)要提高認(rèn)識和先行思想
數(shù)學(xué)建模教學(xué)活動是有效培養(yǎng)學(xué)生能力,促進(jìn)應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)軌的重要過程。它對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)進(jìn)行分析、推理、證明和計(jì)算的能力,用數(shù)學(xué)語言表達(dá)實(shí)際問題及用普通人能理解的語言表達(dá)數(shù)學(xué)結(jié)果的能力都有很大的效果。為此,數(shù)學(xué)建模教學(xué)可以看作為新課程改革下教師在數(shù)學(xué)教學(xué)中的另一種模式。目前高中數(shù)學(xué)教科書中雖增加了部分利用建模來進(jìn)行研究的探究問題,但實(shí)際教學(xué)中除高中數(shù)學(xué)課本中的學(xué)生“閱讀材料”內(nèi)容外,“現(xiàn)成”的數(shù)學(xué)建模內(nèi)容非常少,再加上數(shù)學(xué)建模需要一定的漢語理解能力和數(shù)學(xué)思維構(gòu)造能力。為此,在這種情況下教師需要具備數(shù)學(xué)建模教學(xué)的意識,這樣才能在日常的教學(xué)過程中用自己的意識感染身邊的每一個學(xué)生,使學(xué)生能自主利用現(xiàn)有的知識自主構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,在數(shù)學(xué)的王國中自由馳騁。
【參考文獻(xiàn)】
[1]新人民教育出版社《中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》
一、課題研究背景
1.數(shù)學(xué)建模能力是社會發(fā)展的要求
最近幾十年以來,數(shù)學(xué)發(fā)展的顯著特征之一就是數(shù)學(xué)應(yīng)用的巨大發(fā)展.在當(dāng)今這樣一個知識經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時代,數(shù)學(xué)正慢慢從幕后走向臺前,扮演著越來越重要的角色.特別是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合,使得數(shù)學(xué)能夠在許多方面直接為社會創(chuàng)造價值.同時,也開拓了數(shù)學(xué)發(fā)展的廣闊前景.我國的數(shù)學(xué)教育在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)未能給予數(shù)學(xué)與實(shí)際、數(shù)學(xué)與其他學(xué)科的聯(lián)系充分的重視,因此,高中數(shù)學(xué)在數(shù)學(xué)應(yīng)用和聯(lián)系實(shí)際方面顯得極其迫切。
2.數(shù)學(xué)建模能力是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求
新高中數(shù)學(xué)課程大部分內(nèi)容都是基于實(shí)際背景,反映了數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值,也設(shè)立了體現(xiàn)數(shù)學(xué)許多重要應(yīng)用的專題課程.還要求讓學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)在解決實(shí)際問題中的作用、數(shù)學(xué)與日常生活及其他學(xué)科的聯(lián)系,促進(jìn)學(xué)生逐步形成和發(fā)展數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,提高實(shí)踐能力。
二、課題研究目的與意義
研究目的:
(1)了解高一學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力現(xiàn)狀;
(2)調(diào)查高二學(xué)生對數(shù)學(xué)建模課程的認(rèn)識與感受及其與學(xué)生的學(xué)業(yè)成績之間的關(guān)系.
研究意義:
(1)通過對高一學(xué)生調(diào)查發(fā)現(xiàn),高中生,特別是農(nóng)村中學(xué)高中生數(shù)學(xué)建模經(jīng)驗(yàn)缺乏,能力不足,并認(rèn)為中學(xué)數(shù)學(xué)與實(shí)際生活之間關(guān)聯(lián)非常少,初步確定在高中實(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué)是有必要的.
(2)通過對高二學(xué)生跟蹤調(diào)查,了解學(xué)生以前對數(shù)學(xué)建模的認(rèn)識程度以及上數(shù)學(xué)建模課程的感受,并調(diào)查掌握學(xué)生對中學(xué)數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活之間的關(guān)系認(rèn)識變化情況.進(jìn)一步肯定在高中實(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué)既能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)和能力需求,還能提高學(xué)生對學(xué)習(xí)和能力的信心.
三、課題研究方法
(1)文獻(xiàn)綜述法
對數(shù)學(xué)建模的相關(guān)理論研究與實(shí)踐材料進(jìn)行包括中外文著作、期刊及網(wǎng)絡(luò)資源在內(nèi)的文獻(xiàn)整理,明確本課題的研究內(nèi)容、研究現(xiàn)狀,尋找相關(guān)領(lǐng)域的理論支持與實(shí)踐成果.
(2)比較研究法
通過課后進(jìn)行跟蹤調(diào)查,比較學(xué)生課前課后對數(shù)學(xué)建模的了解程度及其變化情況,并比較學(xué)生對中學(xué)數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活之間的關(guān)系認(rèn)識和感受變化情況.
(3)問卷調(diào)查法
本文首先通過在高一年級進(jìn)行調(diào)查測試了解高一學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力,然后通過在高二實(shí)施一節(jié)數(shù)學(xué)建模案例后進(jìn)行跟蹤調(diào)查,了解高二學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的理解和認(rèn)識變化.
十一、數(shù)學(xué)建模與學(xué)生的能力培養(yǎng)
(1)數(shù)學(xué)建??膳囵B(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和使用文獻(xiàn)資料的能力。數(shù)學(xué)建模的對象常常是一些非數(shù)學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際問題,需要的很多知識也是學(xué)生原來沒有學(xué)過的,老師不可能有過多的時間為學(xué)生講授或補(bǔ)課,只能通過學(xué)生自學(xué)和小組討論來進(jìn)一步掌握,這將有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。而且在參加競賽或研究性課題過程中,需要學(xué)生從各方面搜集和吸收自己需要的有用信息從而可提高學(xué)生利用和使用資料的能力。這兩方面的能力是學(xué)生學(xué)習(xí)和工作所必備的。
(2)培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)能力與科研報(bào)告寫作能力。在數(shù)學(xué)建模過程中,要求學(xué)生報(bào)告自己的論文,參與討論,表達(dá)自己的思想觀點(diǎn)。同時建模的結(jié)果需要解題報(bào)告或論文的形式寫出來這需要比常規(guī)作業(yè)更多的專業(yè)語言的表達(dá)訓(xùn)練。這都對培養(yǎng)學(xué)生的寫作與表達(dá)能力起到積極的作用。
(3)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。許多數(shù)學(xué)建模過程需要計(jì)算機(jī)才能完成。面對復(fù)雜的實(shí)際問題在建模之前往往需要先計(jì)算一些東西或直觀地考察一些圖像,以便據(jù)此做出判斷或想象來確定模型。在形成數(shù)學(xué)模型后,模型求解過程中大量的數(shù)學(xué)推理、計(jì)算、畫圖都需要相應(yīng)的數(shù)學(xué)軟件包幫助才能完成。論文的準(zhǔn)備也離不開計(jì)算機(jī),因此通過數(shù)學(xué)建模教學(xué),將有助于提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力。
(4)培養(yǎng)學(xué)生良好的性格品質(zhì)并形成良好的數(shù)學(xué)精神。數(shù)學(xué)建模是一項(xiàng)強(qiáng)調(diào)協(xié)作的活動,通過參與和合作,能提高學(xué)生對數(shù)學(xué)的情感,形成學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極的態(tài)度,在學(xué)生的情感、意志、品質(zhì)和思維方式上得到提高,有利于培養(yǎng)開拓進(jìn)取、富于創(chuàng)新、團(tuán)結(jié)協(xié)作、意志堅(jiān)強(qiáng)的良好的性格品質(zhì)并形成良好的數(shù)學(xué)精神。
十二、數(shù)學(xué)建模思想方法對我國數(shù)學(xué)教育改革的啟示
1.中學(xué)數(shù)學(xué)建模與素質(zhì)教育
隨著時代的發(fā)展和實(shí)施素質(zhì)教育的要求,目前中國數(shù)學(xué)教育中存在著一些亟待解決的問題,體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容相對偏窄、偏深、偏舊,學(xué)生的學(xué)習(xí)方式單一、被動,缺少自主探索、合作學(xué)習(xí)、獨(dú)立獲取知識的機(jī)會;對書本知識、運(yùn)算和推理技能關(guān)注較多,對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的態(tài)度、情感關(guān)注較少;課程實(shí)施過程中基本以教師、課堂、書本為中心,難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。
2.數(shù)學(xué)建模活動對數(shù)學(xué)教師提出了新的要求
數(shù)學(xué)建模過程是個復(fù)雜的、系統(tǒng)的過程。解決數(shù)學(xué)建模問題不僅要求熟練掌握數(shù)學(xué)的基本知識、基本能力,還要求具備其他一些學(xué)科的基礎(chǔ)知識,另外,還應(yīng)具備數(shù)學(xué)解釋、交流能力及團(tuán)結(jié)、合作能力等等。指導(dǎo)這樣復(fù)雜的活動,教師不但要具備同樣的能力,還需要不斷調(diào)整自己的角色。這對已習(xí)慣于傳統(tǒng)教學(xué)過程的我國數(shù)學(xué)教師來說,無疑是一種新的要求和挑戰(zhàn)。為了盡快地適應(yīng)這種要求和挑戰(zhàn),數(shù)學(xué)教師應(yīng)注意自身的不斷充實(shí)和完善。
數(shù)學(xué)建模活動不同于一般的課堂教學(xué)活動,是一個開放的過程,不僅問題本身是開放的(問題的發(fā)現(xiàn)、表述方式有情有景、解答方法不唯一等等),而且學(xué)生活動也是開放的(學(xué)生在建模過程中獨(dú)立性、活動性強(qiáng),不僅要動腦、而且要動手、動口),會臨時出現(xiàn)許多意想不到的情況。
【關(guān)鍵詞】 高中數(shù)學(xué) 數(shù)學(xué)建模 建模教學(xué) 滲透
數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué),在它產(chǎn)生和發(fā)展的歷史長河中。一直是和各種各樣的應(yīng)用問題緊密相關(guān)的。數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)知識與數(shù)學(xué)應(yīng)用的橋梁。研究和學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)模型,能幫助學(xué)生探索數(shù)學(xué)的應(yīng)用,產(chǎn)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力,加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)與學(xué)習(xí)對學(xué)生的智力開發(fā)具有深遠(yuǎn)的意義。
1 數(shù)學(xué)建模在教學(xué)中的重要意義
數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的一種新的方式,它為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的空間,有助于學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)在解決實(shí)際問題中的價值和作用,體驗(yàn)數(shù)學(xué)與日常生活和其他學(xué)科的聯(lián)系,體驗(yàn)綜合運(yùn)用知識和方法解決實(shí)際數(shù)學(xué)問題的過程,增強(qiáng)應(yīng)用意識,有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。培養(yǎng)學(xué)生的建模意識,教師應(yīng)首先需要提高自己的建模意識。這不僅意味著教師在教學(xué)內(nèi)容要求上的變化,更意味著要努力鉆研如何結(jié)合教材把中學(xué)數(shù)學(xué)知識應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活,注意研究新教材各個章節(jié)要引入哪些模型問題。通過經(jīng)常滲透建模意識,潛移默化,學(xué)生可以從示范建模問題中積累數(shù)學(xué)建模經(jīng)驗(yàn),激發(fā)數(shù)學(xué)建模的興趣。建模教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)知識去觀察、分析、提出和解決問題的能力,同時還應(yīng)該通過解決實(shí)際問題(建模過程)加深理解相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識,因此數(shù)學(xué)課堂中的建模能力必須與相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識結(jié)合起來。數(shù)學(xué)建??梢蕴岣邔W(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生不怕吃苦、敢于戰(zhàn)勝困難的堅(jiān)強(qiáng)意志,培養(yǎng)自律、團(tuán)結(jié)的優(yōu)秀品質(zhì),培養(yǎng)正確的數(shù)學(xué)觀。具體的調(diào)查表明,大部分學(xué)生對數(shù)學(xué)建模比較感興趣,并不同程度地促進(jìn)了他們對于數(shù)學(xué)及其他課程的學(xué)習(xí)。有許多學(xué)生認(rèn)為:“數(shù)學(xué)源于生活,生活依靠數(shù)學(xué),平時做的題都是理論性較強(qiáng),實(shí)際性較弱的題,都是在理想化狀態(tài)下進(jìn)行討論,而數(shù)學(xué)建模問題貼近生活,充滿趣味性”;“數(shù)學(xué)建模使我更深切地感受到數(shù)學(xué)與實(shí)際的聯(lián)系,感受到數(shù)學(xué)問題的廣泛,使我們對于學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性理解得更為深刻”。數(shù)學(xué)建模能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)進(jìn)行分析、推理、證明和計(jì)算的能力;用數(shù)學(xué)語言表達(dá)實(shí)際問題及用普通人能理解的語言表達(dá)數(shù)學(xué)結(jié)果的能力;應(yīng)用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)數(shù)學(xué)軟件的能力;獨(dú)立查找文獻(xiàn),自學(xué)的能力,組織、協(xié)調(diào)、管理的能力;創(chuàng)造力、想象力、聯(lián)想力和洞察力。由此,在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模知識是很有必要的。
2 數(shù)學(xué)探究與建模的課程設(shè)計(jì)
根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)精神以及高中數(shù)學(xué)教學(xué)的總體規(guī)劃,本文認(rèn)為高中數(shù)學(xué)探究與建模的課程設(shè)計(jì)必須符合以下幾個原則:①實(shí)用性原則。作為刻畫自然規(guī)律和社會規(guī)律的科學(xué)語言和有效工具,數(shù)學(xué)探究與建模課程設(shè)計(jì)必須以實(shí)用性為基本原則。這里實(shí)用性包括兩個方面的含義:首先,以日常生活中的數(shù)學(xué)問題為題材進(jìn)行課程設(shè)計(jì),勿庸質(zhì)疑,這是實(shí)用性原則的最核心體現(xiàn);其次,保持高中數(shù)學(xué)的承續(xù)作用,為學(xué)生未來的工作和學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)探究和建模的初步訓(xùn)練,這要求課程設(shè)計(jì)的題材選取必須與高等教學(xué)體系和職業(yè)需求體系保持一致。如果說,第一層含義體現(xiàn)了數(shù)學(xué)應(yīng)用的廣泛性和開放性,那么第二層含義則更多體現(xiàn)了數(shù)學(xué)應(yīng)用的針對性。②適用性原則。適用性原則體現(xiàn)的是數(shù)學(xué)訓(xùn)練的進(jìn)階過程,它要求高中數(shù)學(xué)探究與建模課程必須適應(yīng)整個高中數(shù)學(xué)課程體系的總體規(guī)劃和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。首先,題材的選取不能過于專業(yè),它必須以高中生的知識水平和知識搜尋能力為界進(jìn)行設(shè)計(jì)。這一點(diǎn)保證了數(shù)學(xué)探究與建模的可操作性,不至于淪為絢麗的空中樓閣或者“艱深”的天幕。再者,題材的選取也不宜過于平淡,正如課程的名稱所示,該課程設(shè)計(jì)必須注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的探索性。素質(zhì)教育的一個核心思想是培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識,適用性必須包容這樣的指導(dǎo)精神,即學(xué)習(xí)的過程性和探索性。③思想性原則。正如實(shí)用性原則所指出的,課程設(shè)計(jì)必須為學(xué)生未來的工作和學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)探究和建模的初步訓(xùn)練。但教育理論同時也指出“授人以魚不如授人以漁”,對數(shù)學(xué)探究和建模的研究思想的把握將給予學(xué)生終生的財(cái)富,而非某個特殊的案例和習(xí)題。這就要求課程設(shè)計(jì)的過程中必須提煉出一些具有廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的一般性模型和理性分析思路,只有在這樣的數(shù)學(xué)訓(xùn)練中學(xué)生才能有效掌握數(shù)學(xué)思想、方法,深入領(lǐng)會數(shù)學(xué)的理性精神,充分認(rèn)識數(shù)學(xué)的價值。
3 在教學(xué)中注意聯(lián)系相關(guān)學(xué)科加以運(yùn)用
關(guān)鍵詞:融入教學(xué);數(shù)學(xué)建模;創(chuàng)新能力
一、強(qiáng)化數(shù)學(xué)課程的應(yīng)用功能是順應(yīng)教育改革潮流的需要
信息化時代,數(shù)學(xué)科學(xué)與其他學(xué)科交叉融合,使得數(shù)學(xué)技術(shù)變成了一種普適性的關(guān)鍵技術(shù)。大學(xué)加強(qiáng)數(shù)學(xué)課程的應(yīng)用功能,不但可以為學(xué)生提供解決問題的思想和方法,而且更為重要的是可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)科學(xué)進(jìn)行定量化、精確化思維的意識,學(xué)會創(chuàng)造性地解決問題的應(yīng)用能力。數(shù)學(xué)建模課程將數(shù)學(xué)的基本原理、現(xiàn)代優(yōu)化算法以及程序設(shè)計(jì)知識很好地融合在一起,有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)知識將現(xiàn)實(shí)問題化為數(shù)學(xué)問題,并進(jìn)行求解運(yùn)算的能力,激發(fā)學(xué)生對解決現(xiàn)實(shí)問題的探索欲望,強(qiáng)化數(shù)學(xué)課程本身的應(yīng)用功能,凸顯數(shù)學(xué)課程的教育價值,適應(yīng)大學(xué)數(shù)學(xué)課程以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識為宗旨的教育改革需要[1]。大學(xué)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)主干課程,如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)在奠定學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、培養(yǎng)自學(xué)能力以及為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)在基礎(chǔ)方面發(fā)揮奠基作用。但是,這種原有的教學(xué)模式重在突出培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格的邏輯思維能力,而對數(shù)學(xué)的應(yīng)用重視不夠,這使得學(xué)生即使掌握了較為高深的數(shù)學(xué)理論,卻并不能將其靈活應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活解決實(shí)際問題,更是缺乏將數(shù)學(xué)應(yīng)用于專業(yè)研究和軍事工程的能力,與創(chuàng)新教育的基本要求差距甚遠(yuǎn)。教育轉(zhuǎn)型要求數(shù)學(xué)教學(xué)模式從傳統(tǒng)的傳授知識為主向以培養(yǎng)能力素質(zhì)為主轉(zhuǎn)變,特別是將數(shù)學(xué)建模的思想方法融入到數(shù)學(xué)主干課程之中,在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)學(xué)知識內(nèi)化為學(xué)生的應(yīng)用能力,充分發(fā)揮數(shù)學(xué)建模思想在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中的引領(lǐng)作用。數(shù)學(xué)課程教學(xué)改革要適應(yīng)這一教學(xué)模式轉(zhuǎn)型需要,深入探究融入式教學(xué)模式的理論與方式,是推進(jìn)數(shù)學(xué)教育改革的重要舉措。
二、大學(xué)數(shù)學(xué)主干課程融入數(shù)學(xué)建模思想需著力解決的幾個關(guān)鍵問題
2.1理清數(shù)學(xué)建模思想方法與數(shù)學(xué)主干課程的關(guān)系。
數(shù)學(xué)主干課程提供了大學(xué)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)理論與基本原理,將數(shù)學(xué)建模的思想方法有機(jī)地融入到數(shù)學(xué)主干課程中,不但可以有效地提升數(shù)學(xué)課程的應(yīng)用功能,而且有利于深化學(xué)生對數(shù)學(xué)本原知識的理解,培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力[2]。深入研究數(shù)學(xué)主干課程的功能定位,主要從課程目標(biāo)上的一致性、課程內(nèi)容上的互補(bǔ)性、學(xué)習(xí)形式上的互促性、功能上的整體優(yōu)化性等方面,研究數(shù)學(xué)建模本身所承載的思想、方法與數(shù)學(xué)主干課程的內(nèi)容與邏輯關(guān)系,闡述數(shù)學(xué)建模思想方法對提高學(xué)生創(chuàng)新能力和對數(shù)學(xué)教育改革的重要意義,探索開展融入式教學(xué)及創(chuàng)新數(shù)學(xué)課程教學(xué)模式的有效途徑。
2.2探索融入式教學(xué)模式提升數(shù)學(xué)主干課程應(yīng)用功能的方式。
融入式教學(xué)主要有輕度融入、中度融入和完全融入三種方式。根據(jù)主干課程的基本特點(diǎn),對課程體系進(jìn)行調(diào)整,在問題解決過程中安排需要融入的知識體系,按照三種方式融入數(shù)學(xué)建模的思想與方法[3]。以學(xué)生能力訓(xùn)練為主導(dǎo),在培養(yǎng)深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和嚴(yán)格的邏輯思維能力的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮數(shù)學(xué)建模思想方法對學(xué)生思維方式的培養(yǎng)功能和引導(dǎo)作用,培養(yǎng)學(xué)生敏銳的分析能力、深刻的歸納演繹能力以及將數(shù)學(xué)知識應(yīng)用于工程問題的創(chuàng)新能力。
2.3建立數(shù)學(xué)建模思想方法融入數(shù)學(xué)主干課程的評價方式。
融入式教學(xué)是處于探索中的教學(xué)模式,教學(xué)成效有待于實(shí)踐檢驗(yàn)。選取開展融入式教學(xué)的實(shí)驗(yàn)班級,對數(shù)學(xué)建模思想方法融入主干課程進(jìn)行教學(xué)效果實(shí)踐驗(yàn)證。設(shè)計(jì)相應(yīng)的考察量表,從運(yùn)用直覺思維深入理解背景知識、符號翻譯開展邏輯思維、依托圖表理順數(shù)量關(guān)系、大膽嘗試進(jìn)行建模求解等多方面對實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果進(jìn)行檢驗(yàn),深入分析融入式教學(xué)模式的成效與不足,為探索有效的教學(xué)模式提出改進(jìn)的對策。
三、大學(xué)數(shù)學(xué)主干課程融入數(shù)學(xué)建模思想的實(shí)踐研究
3.1改革課程教學(xué)內(nèi)容,滲透數(shù)學(xué)建模的思想方法。
傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)主干課程教學(xué)內(nèi)容,將數(shù)學(xué)看作嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难堇[體系,教學(xué)過程中著力于對學(xué)生傳授大學(xué)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識,而對應(yīng)用能力的培養(yǎng)卻重視不夠。使得本應(yīng)能夠發(fā)揮應(yīng)用功能的數(shù)學(xué)知識則淪為僵死的教條性數(shù)學(xué)原理,這失去了教學(xué)的活力[4]。學(xué)生即使掌握了再高深的數(shù)學(xué)知識,仍難以學(xué)會用數(shù)學(xué)的基本方法解決現(xiàn)實(shí)問題?,F(xiàn)行的大學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容中,適當(dāng)?shù)貪B透一些應(yīng)用性比較廣泛的數(shù)學(xué)方法,如微元法、迭代法及最佳逼近等方法,有利于促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握,同時理解數(shù)學(xué)原理所蘊(yùn)涵的思想與方法。這樣,在解決實(shí)際問題的時候,學(xué)生就會有意識地從數(shù)學(xué)的角度進(jìn)行思考,嘗試建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解,拓展了數(shù)學(xué)知識的深度與廣度,提升了學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
3.2開發(fā)課程問題題材,創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)生動的問題情境。
傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程教材內(nèi)容,更多的是按照概念、原理及應(yīng)用的邏輯體系進(jìn)行編排,較少的應(yīng)用實(shí)例也多是概念的基本應(yīng)用,或是技巧的熟練演算,這與培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力之間存在著較大的差距。在主干課程教學(xué)實(shí)踐中,教師應(yīng)能開發(fā)富有實(shí)踐內(nèi)涵并能體現(xiàn)一定深度、廣度的數(shù)學(xué)知識和思想方法的建模問題,并根據(jù)教學(xué)需要,構(gòu)造出能體現(xiàn)各種建模思想且具有梯度層次的問題體系。緊密結(jié)合專業(yè)課程學(xué)習(xí)及能力素質(zhì)提高的需求,開發(fā)設(shè)計(jì)具有難度層次的問題題材,按照問題的類別、解決方法及知識體系劃分為基礎(chǔ)問題、綜合問題及創(chuàng)新問題,形成具有層次性的教學(xué)單元。問題體系因其來源于現(xiàn)實(shí)生活和工程實(shí)際,未經(jīng)任何的抽象與轉(zhuǎn)化,其本身所蘊(yùn)含的豐富的背景材料對學(xué)生構(gòu)成了認(rèn)知上的挑戰(zhàn),可以有效地激發(fā)學(xué)生對問題探索的欲望。而且,數(shù)學(xué)教師要力求為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種現(xiàn)實(shí)生動的問題情境和活躍的探究氛圍,以提供廣闊的思維空間,培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新能力。
3.3改革課程教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生參與數(shù)學(xué)建?;顒拥娜^程。
傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)主干課程教學(xué)是由教師“一言堂”式地灌輸事實(shí)性的數(shù)學(xué)知識,學(xué)生處于被動接受的地位。這種越俎代庖的教學(xué)模式難以適應(yīng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的要求。實(shí)施數(shù)學(xué)建模教學(xué),關(guān)鍵在于將表面上非數(shù)學(xué)或非完全數(shù)學(xué)的問題抽象轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,即現(xiàn)實(shí)問題數(shù)學(xué)化[5]。這一過程是充分利用數(shù)學(xué)知識解決問題的關(guān)鍵,要求學(xué)生對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行分析和研究,充分應(yīng)用數(shù)學(xué)的思想與方法將現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,建立反映變量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。因此,數(shù)學(xué)建模教學(xué)應(yīng)該從問題出發(fā),通過問題的表征和重述,對問題所蘊(yùn)含的信息進(jìn)行加工、尋據(jù)、提煉、重組,并進(jìn)行必要的簡約和抽象,分清問題的本質(zhì)特征和問題性質(zhì)的不同成份,確定各成份的層次并使之系統(tǒng)化,挖掘變量間的依存關(guān)系,建立數(shù)學(xué)對象之間的基本關(guān)系,從而將問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)符號語言或某種數(shù)學(xué)理論語言,再以適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式,建立數(shù)學(xué)模型,獲得問題的解答,并對這一方法、結(jié)果進(jìn)行評價和推廣。這種探索式的“問題解決”教學(xué)模式,有利于引導(dǎo)學(xué)生以數(shù)學(xué)的眼光和思維方式對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行考察研究,學(xué)會建立數(shù)學(xué)模型的方法,從而高屋建瓴地處理各類數(shù)學(xué)與非數(shù)學(xué)問題。
3.4開展建模競賽,給予學(xué)生數(shù)學(xué)建模實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練的機(jī)會。
競賽不同于平時的學(xué)習(xí),競賽以其規(guī)則的嚴(yán)格性和時間的限定性,對學(xué)生構(gòu)成了認(rèn)知上的挑戰(zhàn),激發(fā)起他們獲取成功的動機(jī)和創(chuàng)造的欲望。因此,適時組織數(shù)學(xué)建模競賽,是推動和深化數(shù)學(xué)建模教學(xué)改革的有效措施。一般地,數(shù)學(xué)建模競賽試題具備高度的開放性,學(xué)生面對這類現(xiàn)實(shí)問題,從開始從查找資料到收集數(shù)據(jù),從問題分析到模型建立,從文字輸入到程序編寫等等,都必須依靠自己動腦、動手進(jìn)行思考和探究。這就可能讓學(xué)生親身去體驗(yàn)數(shù)學(xué)的創(chuàng)造與發(fā)現(xiàn)過程。同時,這一切又都是以一個三人小組的形式進(jìn)行的。72小時的連續(xù)奮戰(zhàn),隊(duì)員們?nèi)¢L補(bǔ)短、互相配合、共同克服困難,培養(yǎng)了學(xué)生們的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、頑強(qiáng)拼搏的意志、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)和通力協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。這些在日常的書本上和課堂教學(xué)中難以獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn),卻正是現(xiàn)代科學(xué)研究中非常寶貴的品質(zhì)。而且,開卷競賽的新穎形式,也培養(yǎng)了同學(xué)們自覺遵守競賽紀(jì)律、養(yǎng)成自律的良好習(xí)慣。
四、結(jié)語
數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)科學(xué)在科技、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的接口,是數(shù)學(xué)科學(xué)轉(zhuǎn)化成科學(xué)技術(shù)的重要途徑。在數(shù)學(xué)主干課程中融入數(shù)學(xué)建模的思想與方法,可以推動大學(xué)數(shù)學(xué)教育改革的深入發(fā)展,加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解和掌握,有助于從思維方式上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。此外,數(shù)學(xué)建模思想方法融入教學(xué)主干課程還涉及到許多問題,比如數(shù)學(xué)建模與計(jì)算技術(shù)如何有效結(jié)合以進(jìn)行模擬仿真、融入式教學(xué)模式的基本理論、構(gòu)建新的課程體系等問題,仍將有待于更深入的研究。
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關(guān)鍵詞:高職 數(shù)學(xué)建模 課程建設(shè)
中圖分類號:G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(c)-0193-01
高職人才培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生具有數(shù)學(xué)應(yīng)用的能力。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),就必須對傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)進(jìn)行改革。數(shù)學(xué)建模作為聯(lián)系數(shù)學(xué)和實(shí)際問題的橋梁,在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,極大地提高學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力,因此有必要在高職數(shù)學(xué)課程中開展數(shù)學(xué)建模的教學(xué)。
1 高職數(shù)學(xué)建模課程建設(shè)的指導(dǎo)思想
課程建設(shè)的指導(dǎo)思想是課程建設(shè)的靈魂。高職數(shù)學(xué)建模課程建設(shè)的指導(dǎo)思想應(yīng)該是:將建模思想融入專業(yè)需求,注重應(yīng)用。這一指導(dǎo)思想突破了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)思維模式,指出數(shù)學(xué)教學(xué)不應(yīng)該是封閉的,而應(yīng)該與學(xué)生所學(xué)的專業(yè)知識密切相關(guān),與學(xué)生將來的職業(yè)生涯密切相關(guān)。
數(shù)學(xué)建模課程建設(shè)需要注意把握數(shù)學(xué)建模與高職學(xué)生現(xiàn)實(shí)所學(xué)數(shù)學(xué)知識的聯(lián)系,并結(jié)合現(xiàn)實(shí)所學(xué)數(shù)學(xué)知識的課堂教學(xué)內(nèi)容、教材,恰當(dāng)?shù)摹扒腥搿睉?yīng)用和數(shù)學(xué)建模的內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)中用、在用中學(xué),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識,提高數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
2 高職數(shù)學(xué)建模課程的內(nèi)容安排
課程建設(shè)的重要任務(wù)是對課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化與整合。我們要根據(jù)高職專業(yè)的能力結(jié)構(gòu)要求和高職學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),將數(shù)學(xué)和專業(yè)緊密結(jié)合,主動適應(yīng)高職專業(yè)對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課的需求。
數(shù)學(xué)建模課程在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)打破傳統(tǒng)的條塊,將原有的數(shù)學(xué)知識體系拓展到能力和技能體系,將案例教學(xué)、模型建立、數(shù)學(xué)試驗(yàn)等環(huán)節(jié)有機(jī)的滲透在每個專題中。數(shù)學(xué)建模課程內(nèi)容主要包括:(1)數(shù)學(xué)建模簡介。主要使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)模型的概念,了解數(shù)學(xué)建模的重要意義以及熟悉建立數(shù)學(xué)模型的基本方法和步驟。(2)初等模型。使學(xué)生進(jìn)一步理解和認(rèn)識數(shù)學(xué)建模,掌握建模的常用初等方法和基本步驟。(3)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。使學(xué)生掌握線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型及其解法,掌握整數(shù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型及其解法,掌握0-1規(guī)劃數(shù)學(xué)模型及其解法。(4)LINGO簡介及其運(yùn)用。使學(xué)生熟悉LINGO的軟件界面,了解LINGO的功能與特點(diǎn),能運(yùn)用LINGO軟件求解數(shù)學(xué)規(guī)劃的編程問題。(5)MATLAB簡介及其運(yùn)用,使學(xué)生熟悉Matlab的軟件界面,了解Matlab的功能與特點(diǎn),能用Matlab軟件求解復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。
結(jié)合高職數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生先期數(shù)學(xué)知識和能力儲備的差異性,各專業(yè)對數(shù)學(xué)能力需求的差異性,在數(shù)學(xué)教學(xué)中我們可以采取模塊教學(xué)模式:以滿足各專業(yè)對數(shù)學(xué)的基本要求為依據(jù)的基礎(chǔ)模塊要求所有學(xué)生必修;注重應(yīng)用,體現(xiàn)專業(yè)性和多學(xué)科交叉性的應(yīng)用模塊供同學(xué)們選修。
我們可依據(jù)專業(yè)的需要,適當(dāng)合理地進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的案例教學(xué),選取專業(yè)上、生活中有思考價值的材料補(bǔ)充到課堂教學(xué)中,讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識、運(yùn)算方法、思維方法去分析和解決實(shí)際問題,以體現(xiàn)數(shù)學(xué)知識應(yīng)用的價值、數(shù)學(xué)思維方法的價值。
3 高職數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)方法
有了好的課程內(nèi)容體系,未必能使學(xué)生掌握所需的知識和技能,教師的教學(xué)方法是非常重要的。現(xiàn)代認(rèn)知理論認(rèn)為,教材中所提供的知識信息及教師所傳授的知識信息,如果不經(jīng)過學(xué)生大腦的信息加工、處理,那是零碎的,無實(shí)際用處的。教師要幫助學(xué)生把新學(xué)的知識和原來的知識重新進(jìn)行整合,并以一定結(jié)構(gòu)儲存在學(xué)生的大腦中,使其成為有效的知識。對于高職學(xué)生來說,由于學(xué)習(xí)主動性、獨(dú)立性差,學(xué)習(xí)過程中獲得的體驗(yàn)少,為此,教師就要幫助學(xué)生克服此類心理,并盡力以最簡單最讓學(xué)生接受的形式呈現(xiàn)。
由于高職學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)參差不齊,學(xué)習(xí)興趣有差異,如果繼續(xù)沿用固定不變的教學(xué)方式、教學(xué)要求顯然不能體現(xiàn)因材施教的教學(xué)原則,而且會直接影響教學(xué)效果。用啟發(fā)與研討相結(jié)合的授課方法,通過案例把實(shí)際問題展現(xiàn)學(xué)生面前,有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲。對數(shù)學(xué)建模方法的講授,包括初等模型、微分方程模型、運(yùn)籌學(xué)模型等,應(yīng)從貼近學(xué)生生活的實(shí)際問題出發(fā)去探討,讓學(xué)生用已有的數(shù)學(xué)知識解釋一些實(shí)際結(jié)果,然后發(fā)展成能獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)、提出一些實(shí)際問題,并能用數(shù)學(xué)建模的方法去解決。
要教學(xué)生在問題解決中進(jìn)行學(xué)習(xí)、反思。教師可安排一些材料,讓學(xué)生通過自主的活動,在解決問題的過程中去粗取精,去偽成真,從而獲得有用的知識。數(shù)學(xué)建模實(shí)訓(xùn)課可以讓學(xué)生以小組為單位,一般三個人一組,由小組成員共同查資料,互相啟發(fā)、共同討論并撰寫出報(bào)告。這樣可以培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識,協(xié)助精神和創(chuàng)新意識。
信息技術(shù)手段在教學(xué)中的應(yīng)用是教學(xué)方法改革的重要方面。在教學(xué)中,要多采用數(shù)據(jù),圖象的方法說明概念、定理、公式,最好運(yùn)用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和圖象演示。對于黑板上難以表現(xiàn)的內(nèi)容,開發(fā)flash 等演示動畫,使學(xué)生提高興趣。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行課堂教學(xué),努力使信息技術(shù)與數(shù)學(xué)學(xué)科的教學(xué)整合在一起。
4 高職數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)評價
數(shù)學(xué)建模活動主要重過程、重參與。因此要樹立科學(xué)的高職數(shù)學(xué)建模教育評價觀,建立以實(shí)踐能力為核心的評價體制。對學(xué)生的總體評價包括平時作業(yè)、研討課發(fā)言、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模、調(diào)研報(bào)告、教學(xué)論文等方面,評價學(xué)生要更加注重學(xué)生在分析和建立模型過程中的考查。
高職數(shù)學(xué)建模課程作為基礎(chǔ)課,可以根據(jù)學(xué)生平時的學(xué)習(xí)狀況及期末做的一次建模小論文(包括使用LINGO或MATLAB程序求解)來評定學(xué)生的成績。我們也可以采取分級考試模式,學(xué)生參與命題考試模式等。我們也可以鼓勵學(xué)生在所學(xué)專業(yè)課程中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)應(yīng)用問題,指導(dǎo)學(xué)生收集數(shù)據(jù)嘗試量化分析,并將研究成果作為評定學(xué)生成績的依據(jù)。這樣進(jìn)行教學(xué)評價不僅提高了學(xué)生對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)功能的認(rèn)識,而且鍛煉了學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
總之,高職數(shù)學(xué)建模課程建設(shè)應(yīng)該以高職教育培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù),運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)理念,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識方法去認(rèn)識世界解決實(shí)際問題的能力,從而起到數(shù)學(xué)課程的教學(xué)為專業(yè)需要服務(wù),為促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:高職數(shù)學(xué);建模教學(xué);現(xiàn)狀與發(fā)展;綜述分析
一、數(shù)學(xué)建模教學(xué)理論概述
(一)數(shù)學(xué)模型
數(shù)學(xué)模型是一種使用數(shù)學(xué)語言對現(xiàn)實(shí)問題的抽象化表達(dá)形式。它是人們用數(shù)學(xué)方法解決現(xiàn)實(shí)問題的工具,基于數(shù)學(xué)模型的現(xiàn)實(shí)問題表達(dá)往往有著量化的表現(xiàn)形式,再通過數(shù)學(xué)方法的推演和求解,將現(xiàn)實(shí)問題中蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)含義表達(dá)出來。在數(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、物理等研究領(lǐng)域,有很多經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型,例如:,馬爾薩斯人口增長理論模型、馬爾維次投資組合選擇模型等,這些數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建幫助人們解決了很多現(xiàn)實(shí)的問題,提升了相關(guān)領(lǐng)域量化分析的精確度。
(二)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的步驟
數(shù)學(xué)建模教學(xué)是一種基于數(shù)學(xué)模型的教學(xué)方法,在高職院校數(shù)學(xué)教學(xué)中被普遍應(yīng)用,具體來說數(shù)學(xué)建模教學(xué)的一般步驟為:
(1)模型理論依據(jù)分析。在教學(xué)中倘若需要以某一個知識點(diǎn)為基礎(chǔ)建設(shè)數(shù)學(xué)模型時,教師應(yīng)該以前人的研究成果為依據(jù),找尋模型建設(shè)的理論支撐點(diǎn),切忌假大空似的模型構(gòu)建思路。
(2)以教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)假設(shè)模型。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要,對待研究問題進(jìn)行模型化假設(shè),提出因變量、自變量等模型語言。
(3)建立模型。在假設(shè)的基礎(chǔ)上建立模型。
(4)解析模型。將待求解的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)代入模型進(jìn)行解析計(jì)算。
(5)模型應(yīng)用效果檢驗(yàn)。將模型解析的結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行比較,以檢驗(yàn)?zāi)P徒馕龅臏?zhǔn)確性和實(shí)效性。
二、高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)現(xiàn)狀與問題研究綜述
(一)教學(xué)現(xiàn)狀綜述
施寧清等人(2010)采用試驗(yàn)法研究了建模教學(xué)在高職數(shù)學(xué)課程教學(xué)中的效果,試驗(yàn)的過程以對照班和實(shí)驗(yàn)班對比教學(xué)的形式展開,針對試驗(yàn)班的教學(xué)采用數(shù)學(xué)建模的方法,而對照班的教學(xué)則采用傳統(tǒng)的講授法展開,通過一段時間的教學(xué)實(shí)踐后設(shè)置評估變量對兩個班級學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了總結(jié),結(jié)果顯示:試驗(yàn)班學(xué)生的數(shù)學(xué)考試成績、建模應(yīng)用能力等均優(yōu)于對照班,說明建模法對高職數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提升效益明顯。危子青等人(2013)項(xiàng)目教學(xué)法與建模思想融合的高職數(shù)學(xué)教學(xué)形式,指出:該種教學(xué)的特色在于將高職數(shù)學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容劃分為若干個子項(xiàng)目,對每一個項(xiàng)目都進(jìn)行模型化構(gòu)建,并以模型為素材設(shè)計(jì)和組織項(xiàng)目化教學(xué),通過教學(xué)應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)學(xué)生不僅掌握了項(xiàng)目教學(xué)的學(xué)習(xí)精髓,也掌握了數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建解析技能,教學(xué)效益獲得了雙豐收。馮寧(2012)肯定了建模思想對高職數(shù)學(xué)教學(xué)帶來的效益,指出:通過引入建模教學(xué),能夠最大化鍛煉學(xué)生的發(fā)散性思維,以及數(shù)學(xué)邏輯應(yīng)用能力,對教學(xué)效果的促進(jìn)效益明顯。
(二)存在問題綜述
盡管建模法對高職數(shù)學(xué)教學(xué)帶來的效益十分明顯,但在多年的教學(xué)實(shí)踐中一些問題也不斷凸顯出來有待進(jìn)一步整改,為此國內(nèi)一些學(xué)者也將研究的視角放在建模法在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中存在問題的研究上,例如:孟玲(2009)從教學(xué)方法的教學(xué)分析了高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)中的問題,指出:很多高職生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣不足,加之傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型又十分抽象,學(xué)生理解起來比較困難,一些高職數(shù)學(xué)教師采用傳統(tǒng)的建模教學(xué)思路組織教學(xué)并不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā),而抽象的數(shù)學(xué)模型與陳舊的教學(xué)方法結(jié)合反而降低的教學(xué)的效果。曹曉軍(2016)則認(rèn)為:很多數(shù)學(xué)教師并不注重引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地理解數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上有效地接受學(xué)習(xí)內(nèi)容,而是一味地采用灌輸法設(shè)計(jì)教學(xué)過程,不利于數(shù)學(xué)模型在課程教學(xué)中的應(yīng)用效益提升。
三、高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)發(fā)展對策綜述
針對建模法在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中凸顯出的問題,一些學(xué)者也提出了對策。例如,齊松茹(2011)認(rèn)為應(yīng)創(chuàng)新建模教學(xué)的形式和方法,如引入游戲教學(xué)法,將深奧的數(shù)學(xué)模型趣味化,通過組織多元化的教學(xué)游戲激發(fā)起學(xué)生參與建模學(xué)習(xí)的興趣。谷志元(2011)則認(rèn)為教師應(yīng)該加大對學(xué)生的引導(dǎo),通過課前、中、后期的有效引導(dǎo),幫助學(xué)生有效地建立起對數(shù)學(xué)模型的認(rèn)知,逐步教會學(xué)生利用模型解決實(shí)際問題,達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)效果,以提升數(shù)學(xué)模型在課程教學(xué)中的價值。周瑋(2015)則提出了結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課堂建立研討式課堂的建模教學(xué)新思路,不失為一種高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)的創(chuàng)新教法。
四、結(jié)語
通過對已有文獻(xiàn)的查閱和梳理發(fā)現(xiàn),高職數(shù)學(xué)課程教學(xué)中引入建模方法對于課程教學(xué)實(shí)效性提升的效果已經(jīng)得到了國內(nèi)眾多學(xué)者的肯定,但在應(yīng)用中也存在一些問題,比如:教學(xué)方法的創(chuàng)新度不夠,學(xué)生引導(dǎo)的活動不多等,為此國內(nèi)一些學(xué)者也提出了針對性的教學(xué)優(yōu)化思路。本文的研究認(rèn)為:建模法對于高職數(shù)學(xué)教學(xué)效益的提升有著積極的價值,在今后的教學(xué)實(shí)踐中各級高職院校教師應(yīng)該結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況開展科學(xué)的建模教學(xué)活動,以不斷提升高職數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)效性。
作者:陳建軍
參考文獻(xiàn):
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