数学建模实践总结范文
时间:2023-12-28 17:57:38
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篇1
【摘要】 目的 改良大鼠血管性痴呆(VD)双侧颈总动脉永久性结扎模型,提高模型动物存活率。方法 采取间隔3 d分2次结扎双侧颈总动脉建立VD模型,观察大鼠的成活率,及术后4 w和8 w学习记忆能力变化。结果 改良模型组动物存活率(96.0%)明显高于传统模型。术后4 w和8 w,该模型组大鼠学习记忆能力障碍明显,显著低于假手术对照组。结论 间断永久性结扎双侧颈总动脉法是建造大鼠VD模型的理想方法。
【关键词】 动物模型;血管性痴呆;Morris水迷宫;大鼠
永久性结扎双侧颈总动脉模型是血管性痴呆(VD)研究中常用的模型之一〔1〕,该模型较好地模拟了人类因动脉粥样硬化、动脉管腔狭窄等因素导致的VD。而且,永久性结扎双侧颈总动脉导致VD的老年大鼠在术后2个月学习记忆能力仍无恢复趋势,这有利于药物疗效的动态观察,是VD研究的常用模型。传统方法因双侧颈总动脉同时永久性结扎,对动物创伤大,死亡率高,导致实验成本升高,标本获取困难,实验周期延长。本文拟对传统方法进行改良,探讨不同时点分别结扎左、右颈总动脉建立VD模型的成功率。
1 材料与方法
1.1 动物及仪器
健康雄性SD大鼠80只, 24月龄以上老年大鼠,体重(320±20)g,由泸州医学院实验动物科提供,为1级合格动物,动物合格证号:2401115。
MT200 Morris水迷宫视频分析系统,成都泰盟科技有限公司生产。
1.2 实验方法
大鼠随机分为假手术对照组(30只)、模型组(50只)。具体实验方法如下:模型组,大鼠术前12 h禁食,自由饮水。用1%戊巴比妥钠(3 ml/kg)腹腔注射麻醉大鼠,将大鼠仰卧位固定于鼠台,颈部皮肤剪毛备皮,碘伏酒精常规消毒。切口位于颈正中线左侧旁开0.5 cm处,长约1 cm。钝性分离皮下组织后,于切口正下方的斜方肌与气管夹角处可见左侧颈总动脉搏动。分离出左侧颈总动脉后,以4号丝线双重结扎。术中动作轻柔,避免钳夹和过分牵拉迷走神经,注意无菌原则。行间断缝合。术后3 d每天以碘酒消毒伤口及周围皮肤。术后第4天,于颈正中线右侧旁开0.5 cm处切开,分离并双重结扎右侧颈总动脉,其余操作同前。假手术对照组:双侧颈总动脉不结扎,余同模型组。
1.3 指标测定
术后观察大鼠一般情况及成活率,于术后4 w及8 w分别检测学习记忆成绩。使用Morris水迷宫对大鼠进行学习记忆能力的测定〔2〕。Morris水迷宫实验分为两部分:① 定位航行实验:用于测量大鼠对水迷宫学习和记忆的获取能力。实验历时6 d,第1天让大鼠自由游泳2 min;从第2天起,每天分上、下午两段,每段训练4次。训练时随机选择一个入水点,将大鼠面向池壁放入水中, 系统自动记录大鼠寻找并爬上平台时所需时间(逃避潜伏期)及运动轨迹,每次训练间隔为60 s。如果大鼠在120 s内未找到平台,须将其引至平台,这时潜伏期计为120 s。②空间搜索实验:在第6天最后一次训练后撤除水下平台,在同一入水点将大鼠面向池壁放入水中,系统自动记录其在120 s内跨过原平台相应位置的次数及运动轨迹。
1.4 统计学分析
计量资料以x±s表示,使用SPSS13.0软件进行单因素方差分析。
2 结 果
模型组术后死亡2只,其余全部存活,存活率96.0%,一般情况良好。术后4 w和8 w,与对照组比较,模型组大鼠逃避潜伏期均明显延长,在120 s内穿越平台的次数明显减少(P
3 讨 论
VD是由一系列脑血管因素导致脑组织损害引起的痴呆综合征。患者表现为记忆及认知等功能障碍综合征,不仅严重损害患者的健康,影响患者的生命质量,也给家庭和社会带来沉重的负担。在我国11个城市流行病学调查结果发现,60岁以上人群中VD的患病率为324/10万人口,老年性痴呆(AD)为238/10万人口,VD占各类痴呆的第一位。VD患者的平均生存时间为41个月,5年内死亡率达60%以上〔3〕。并且随着人类社会的老龄化,VD已是国内外医学界研究的重要课题,由于对本病的发病机制尚不十分明确,亦缺少治疗本病的特效药物,因此建立理想的VD动物模型对于探明VD的病因、病理过程以及寻找和筛选防治药物具有重要意义。
永久性结扎双侧颈总动脉建立VD模型是VD研究中常用的模型之一。有文献报道报道,该模型动物死亡率极高,存活率仅为12.5%〔4〕,本实验组在以往实验中采用该模型〔5〕发现的动物存活率也极低,实验成本加大,周期较长,给研究带来很多困难。而间断永久性结扎双侧颈总动脉改良模型大鼠恢复苏醒快,死亡率低,动物存活率高达96.0%。苏醒后对其进食和活动的影响也较小。通过Morris水迷宫检测,模型组大鼠逃避潜伏期明显延长,在规定时间内穿越平台的次数明显减少,空间记忆障碍明显,成功建造了大鼠痴呆模型,并且分别在术后4及8 w检测学习记忆能力无明显变化,说明模型稳定。其优点有:间断永久性结扎双侧颈总动脉改良模型采取颈正中线旁切口,利于分离颈总动脉,减少了对迷走神经的牵拉和损伤;分次结扎,有利于脑部血流重新分配,脑部血供重新建立,机体逐渐代偿适应;这种模型更接近临床上常见的脑部慢性缺血的病理过程。因此认为,采取间断永久性结扎双侧颈总动脉可以成功建立VD模型,且较传统双侧颈总动脉同时永久性结扎建立VD模型更理想。
参考文献
1 蔡 晶,杜 建.血管性痴呆动物模型的制作方法及其评价〔J〕.中医药学刊,2002;20(5):617.
2 Vorhees CV,Williams MT.Morris water maze:procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory〔J〕.Nature Protocols,2006;1(2):848.
3 Bomebroke M,Breteler NM.Epidemiology of nonAD dementias〔J〕.Clin Neurosic Res,2004;3(6):34961.
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一、建立教学模型的教学方式
数学建模应结合常用的数学内容进行切入,以教材为载体,以改革教学方法为突破口,通过对数学内容的科学加工处理,达到“在学中用,在用中学”的目的,从而进一步培养学生的数学应用意识及分析和解决实际问题的能力。例如:已知a,b,m∈R■,且a
二、建立数学模型的教学步骤
数学建模课程指导思想是:以学生为中心、以问题为主线、以培养能力为目标来组织教学工作。通过教学使学生了解利用数学理论和方法去分析和解决问题的全过程,提高分析问题和解决问题的能力,提高学习数学的兴趣和应用数学的意识与能力。数学建模以学生为主,教师利用一些事先设计好的问题,引导学生主动查阅文献资料和学习新知识,鼓励学生积极开展讨论和辩论,主动探索解决之法。高中数学建模的目的旨在培养学生的数学应用意识,掌握数学建模的方法,为今后的学习打下坚实的基础。在教学时把数学建模中最基本的过程教给学生:利用现行的数学课本,给学生介绍我们常用的、常见的数学模型。如函数模型、不等式模型、数列模型、几何模型、三角模型、方程模型等。教师应研究在各个教学章节中可引入哪些数学基本模型问题,如储蓄问题、信用贷款问题可结合在数列教学中。还可以通过教材中出现的一些不太复杂的应用问题,与学生一起来完成数学建模,让学生初步体验数学建模的过程。
三、培养学生的建模意识与方法
教师应该利用教材这个有利资源,培养学生的建模解题的思路。教师要有意识地在教学过程中进行建模的渗透,努力寻找知识点与数学模型之间的联系,培养学生用发散思维思考问题的习惯。如在学习数列的相关问题时,把彩票和信用贷款联系起来,让学生了解相关的问题在解答时要参考数列中的数学公式,把数列变成这类问题解答的一个模型。又如学习立体几何的过程中,可以培养学生对于圆柱体和长方体的模型意识,正方体就是长方体的特殊变形。所以,正方体问题的解答也要在长方体模型的范围之中。引导学生在遇到问题时首先想到的就是关于这些解题模型的相关概念,在解题过程中渗透这种模型意识,在应用中领悟这些模型的具体内涵,激发学生的建模兴趣。其次,培养学生建模能力,教师应该结合一些专题化的复习模式来进行。在经过一段时间的学习后,不妨开设以某一问题为讨论对象的探讨课,引导学生总结出这类问题的“模型”。如可以开设“图像解题法”,通过对于一些有着典型性问题的解决,来引导学生建构一个图像式解题模型,并且找到可以用这个模型来解答的具体问题类型。
四、在实践中培养学生建模能力
实践是检验真理的唯一标准。教学中教师要“以人为本”,切实为学生提供“学数学、做数学、用数学”的环境,多创造动脑思考、动手实践的机会。注意对原始问题进行分析、假设、抽象等加工过程,模型的求解、验证、再分析、修改假设、再求解的循环过程。教师应自己动手,在自己的视野范围内因地制宜地收集、编制、改造适合自身学生使用,贴近学生生活实际的数学建模问题,同时注意问题的开放性与可扩展性,尽可能地创设一些合理、新颖、有趣的问题情境来激发学生的好奇心和求知欲,使学生积极参与到数学建模的实践活动中。通过开展数学实践活动,培养学生的数学应用意识与建模应用能力,利用课外活动时间开展数学实践活动,这是建模教学不可缺少的部分。如:尽可能选择较多的方法学会测量建筑物的高度。测量高度较高建筑物的高度属于开放型的建模题,看起来难度不大,但实际操作很难,通过分析、思考,学生会想出很多方法,教师应该总结这些方法,与学生一起评价他们建立的模型是否切实可行,这样就能提高学生数学建模兴趣,从而提高他们的建模水平。
五、建模要联系相关学科加以运用
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【关键词】数学建模;教学改革;创新实践
1.2015年广西自治区级重点教改课题:财经类院校数学教学质量提高的探索与研究(2015JGZl592015A03);2.广西财经学院2016年教师创新创业教育能力研究专项课题:“互联网+”时代数学建模对创新创业型人才培养模式的探索与研究――以广西财经学院为例(2016JSZXCl4).
全国大学生数学建模竞赛创办于1992年,至今已有24年,目前已成为我国高校规模最大的基础性学科竞赛.竞赛之初,主要是以理工科类院校参加为主,文科和财经类院校较少参与.随着竞赛的普及,人们对数学建模竞赛有了更深刻的认识,意识到数模竞赛在提高大学生综合素质和培养创业创新能力方面发挥了重要的作用.近几年来,参赛的规模、院校和专业越来越多.2015年,来自全国33个省/市/自治区(包括香港和澳门特区)及新加坡和美国的1326所院校、28665个队(其中本科组25646队、专科组3019队)、近86000名大学生报名参加本项竞赛.
我校自2004年5月,由广西财政高等专科学校和广西商业高等专科学校合并组建广西财经学院以来,开始组织学生参加本科组竞赛.从开始每年8支队伍,逐步增加到10支队伍,到了2010年,基本上稳定在15支队伍左右.近5年来,我们每年举办数学建模培训讲座,开设数学建模选修课,每年基本上都获得1或2个全国奖(同时获得赛区一等奖),3个赛区二等奖,4个赛区三等奖,在2015年还获得了1个全国一等奖,实现零的突破.在取得这些成绩的同时,我们也摸索出适合财经类院校数学建模的一些做法,我们的数学建模教学指导团队逐渐稳定并走向成熟.
一、教学方法与创新实践
每年秋季学期期末,我校数学建模教学团队就本年度取得的成绩做工作总结,并讨论和布置安排次年的数学建模工作.我校数学建模竞赛工作主要分为校内选拔赛和暑期集中培训。
(一)校内竞赛
每年4月初在全校范围内,开始招募队员参加培训,主要利用双休日或晚自习,每周6课时,连续培训5周,约30个课时.针对财经类院校学生的特点,培训的内容主要有数学软件、数学模型及论文写作.其中数学软件的入门培训主要包括Matlab、SPSS、统计R软件;数学模型的培训则以姜启源、谢金星、叶俊的《数学模型》为教材,主要培训较为简单的初等模型、优化模型、回归模型等;论文写作则以如何查找文献资料、论文包含的要点及写作规范为侧重点.校内竞赛主要以宣传和普及竞赛为主,同时选拔对数学建模感兴趣的学生,尽量鼓励更多的同学参与到数学建模竞赛中来.5月中下旬,开展校内竞赛,选拔优秀学生,6月初确定竞赛名单。
(二)暑期集中培训
与大部分院校一样,我们学校也开展暑期集中强化培训,我校每年组织校内竞赛选拔的学生参加为期15天的暑期培训.结合财经类院校学生的特点,我校暑期培训与大部分高校会有所不同.除了常规的数学软件强化培训、论文写作、竞赛模拟外,我校数学建模教学团队的每位教师都做了大量的准备工作,罗列数学建模常用的近20种算法,包括多因素分析法、层次分析法、方差分析法、主成分分析法和SVM算法、拉格朗日插值法、灰色预测法、时间序列分析法、蒙特卡罗(MC)仿真模型、最少二乘法与多项式拟合、BP神经网络方法等等.由每一位教师负责讲授其中一种或几种,并结合案例开展教学及软件操作。
二、竞赛活动的几点启示
数学建模竞赛活动是一个长期的过程,从初期培训到选拔队员,再到暑期强化培训、模拟竞赛,以及最后的全国赛复赛.通过这几年对数学建模竞赛的摸索与实践,我们对数学建模竞赛工作有了更深的认识。
(一)数学建模竞赛工作须与本校实际相结合,探索出适合本校学生特点的工作方式与教学方法
一般而言,理工科院校的学生,数学基础较好,计算机编程能力较强.而财经类院校的学生虽不具备上述特点,但通常他们都具有较强的写作能力和经济学知识背景.在实际的教学和培训中,应扬长补短,继续完善和提高写作水平,同时强化和提高学生的建模思想和能力。
(二)数学建模竞赛活动需要有一支乐于奉献的教学团队
我校数模教学团队由十几名教师组成,80%以上都是80后年轻教师,其中有4个博士.他们年轻富有激情,乐于挑战和奉献,能够很好地将建模方法与自身从事的科研相结合,并将研究内容介绍给学生,有效的拓宽了学生的视野,为建模培训提供了有力的保障。
(三)数学建模竞赛活动对推动数学教学改革具有重大的意义
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【关键词】 数学建模; 教学设计; 教学方法; 考试方式
目前数学广泛应用于生物技术、生物医学工程、现代化医疗器械、医疗诊断方法、药物动力学以及心血管病理等医学领域。数学在医学中的应用引起了医学的划时代变革,而这些应用基本上都是通过建模得以实现。长期以来,医学院校的高等数学课在学生心目中成为可有可无、无关紧要的课程。问题在于课程体系中缺乏一门将数学和医学有机结合的课程——数学建模。它为医学和数学之间架设起桥梁,教学内容注重培养学生运用数学知识解决实际问题的能力,同时促进理论知识形式,加深学生对数学概念定理本质的直观理解,最大限度激发学生学习兴趣,对传统数学教育模式是个冲击,相应教学方法必须进行改革。
1、医用数学建模课教学设计改革
1.1 通过医学问题,设计模型数学情境
本着“学以致用”的原则,医学院校开设数学建模课与传统的医学教学设计不同,数学建模课以实际医学问题为出发点,学生在具备一定高等数学基础知识的前提下,以医学实际问题出发点,要求收集必要的数据,这部分可以留给学生作为课前预习。在处理复杂问题的时候,这个环节关键是:抓住问题的主要矛盾,舍去次要因素,对实际问题做适当假设,使复杂问题得到必要的简化,为下一步模型建立打下基础,从而在医学问题中抽象出数学问题情境。
1.2 运用数学知识,设计模型建立[1]
这是整个教学环节成败的关键,医科高等数学教学有别于理工科,理工科高等数学的学时较多,教学内容设计的系统性强,医学高等数学更侧重于数学在医学上的应用,并通过医学问题的解决加深巩固对数学知识的理解,更深刻掌握。在上一步去粗取精把握主要矛盾的基础上,设置变量,利用数学工具刻画数量之间的关系,从而建立数学模型。同样的问题可以有不同的数学模型,衡量一个模型的优劣全在其作用的效果,而不是采用多么高深的数学方法。模型可以通过理论推导得到结果,也可以运用mathematics或matlab求数值解,教学设计核心问题应设计如何引导学生分析问题,建立模型,发现问题解决方程式。
1.3 检验合理性,设计模型完善
建模后引导学生对数学结果进行分析,设计分析求解结果的正确性,求解方程的优越性,知识运用的综合性分析及求解模型的延续性、稳定性、敏感性分析。进行统计检验、误差分析等,从而检验模型合理性,并反复修改模型有关内容,使其更切合实际,这使学生应用数学知识的基础上进一步深化并结合医学实际,温习医学知识,为临床实践打下坚实的基础。
1.4 分析结论,设计模型回归实践
数学建模是运用数学知识,解决医学实际问题,利用已检验的模型,设计、分析、解释已有的现象,并预测未来的发展趋势。启发学生这样的模型代表特点是什么?可以解决哪类医学实际问题,并引出运用相同方法可以解决的数学模型问题留做学生课后练习。
2、实例检验
在2003年流行性的传染病SARS爆发,对于复杂的医学问题适当假设:某地区人口总数N不变;每个病人每天有效接触平均人数常数λ ;人群分两类易感染者(S)和已感染者(I);根据假设,建立SARS数学模型NdIdt=λNSI ,得到解I(t)=11+(1I0-1)e-λI ;通过实践我们发现当∞时,I1 ,即所有人都被感染,这显然不符合实际,因为忽略了被感染SARS后,个体具有一定的免疫能力,人群还分出一类移出者R(t),设μ 为日治愈率,此时微分方程为:dIdt=λSI-μI
dSdt=λSI
I(0)=I0,S(0)=S0 ,
解得I=(S0+I0)-S+μλ ln SS0 ;引导学生代入北京4月26日到5月15日SARS上报的数据基本复合实际。获得的结论我们可以运用指导目前蔓延的禽流感疾病,预测流行病的传播趋势,及时有效的采取防御措施。
3、采取有效措施,重视教学方法改革
3.1 变革课内教学环节
以学生为主体,把学生知识获取,个性发展,能力提高放在首位。课堂强化“启发式”教学,采用“开放式教学方法,减少课堂讲授,增加课堂交流时间,将授课变成一次学生参加的科学研究来解决实际问题,引领学生进行创新实践的尝试,鼓励学生大胆发表见解,选用的案例都是医学实际问题,并通过设计让学生认识到数学建模的适用性、有效性,在某些案例的讲授环节注重讲解深度,注意为学生留有充分想象空间,并引导学生思考一系列相关问题,这种建模方法还可以使用到哪类问题中?建模成功的关键是什么?运用到哪些数学知识?该数学知识还能解决什么样的医学实际问题?
3.2 深化课外实践改革[2]
数学建模课应通过案例卜椒í踩砑彩道彩笛檎飧鲇行У慕萄模式,建模是一个综合性的科学,涉及广泛的数学知识、医学知识等,采取导学和自学的相结合教学方式,培养学生归纳总结能力和自学能力,在课内引导的基础上,通过留作业、出开放性思考题的方法引导学生积极收集资料,自学知识的盲点,同时激发学生学习兴趣;组建建模小组,小组成员分工合作,运用数学知识解决医学实际问题,同时培养学生团结协作精神。
4、循序渐进,实施课程考核方式改革
4.1 开卷和闭卷相结合[3]
开卷是布置一个大作业,三、四道医学类实际问题,同学自由组合3人一组,从资料收集、模型准备、模型假设、计算方法、模型改进、推广到论文撰写,教师可以对学生进行全面跟踪,指导是有度的,教师不干预学生的个性思维,鼓励尊重个人意见,只是关键时刻指出问题所在,在开放开始中使学生成为主体,以小组为单位协作完成一个科研课题,并以书面形式上交,作为开卷考试的成绩评定依据。
4.2 鼓励性加分作为补充
在课内教学中,对于表现突出,勤于思考并勇于提出自己想法的同学给予加分的鼓励,即使提出的想法有些偏执也要加以引导、勉励学生提高;在课外实践中,对于组织得力的小组长,积极收集材料,锲而不舍努力专研的学生也应适当的加分。
篇5
【关键词】数学建模;应用数学;结合
前言:
应用数学不单单指数学的的公式含义,其在实际的生活问题解决中也有着较强的实践性,而数学建模是通过计算的结果来解决实际的问题,然后根据实际的结果对其进行检验,最后来建立一个数学模型。应用数学与数学建模的相互结合,能够更加有效的解决社会中的现实问题,对经济的发展起到了推动的作用。
一、应用数学的价值和现状
数学这门学科的来源就是通过人们对生活中各种规律进行总结和分析,所整理出的一种学术形式,在这种情况下我们可以看出,数学来自生活,所以人们可以利用数学来解决现实中的各种问题,应用数学的最大价值就体现在这个地方,另外,应用数学的价值还体现在这样几个方面:首先是应用数学能够利用各种现实数学问题,来使人们掌握并且灵活使用这些数学知识,使之形成数学思维模式,拥有自主学习和思考方式;其次,通过对应用数学的学习可以帮助人们提高自身的学习能力,而且这种学习能力不仅仅体现在对数学的学习上,还体现在其它学科的学习当中;最后,通过对应用数学中各种实际问题的学习和分析当中,能够使人们更快的进行学习的状态,加强对知识的掌握。
应用数学的价值体现在这样几个方面,但是目前,这样的价值只是在学习方面得以体现,而应用数学的主要内涵是人们对于实际问题的解决能力和实践能力,需要人们在实际问题中分析得出数学数据,然后加以解决,目前,应用数学的发展现状如下:应用数学的特点体现在“应用”上,这就说明在对应用数学进行学习的过程中,要注意实践,另外,通过对应用数学的学习所形成的思维模式,可以帮助人们从多个方面对问题进行分析,目前,应用数学不仅仅在教育行业中进行发展,其应用的范围也在渐渐扩大,其中包括金融、人文和经济等各个方面,展现出极大的作用,在这种应用价值的体现中,使得人们迫切的需要展现应用数学的更多功能和价值,在人们的不断研究当中,应用数学和数学建模的相互结合能够满足人们在生活中的需求,这就使应用数学与数学建模的相互结合成为应用数学的发展趋势。
二、数学建模和应用数学的结合
为了体现出应用数学的功能和应用价值,需要将数学建模和应用数学相互结合,具体的结合策略体现在以下几个方面:
1.发挥数学建模的功能。数学建模是将数学中复杂的理论和公式等抽象的内容,应用到实际生活中的关键桥梁,在数学建模的应用当中,是通过将实际的问题进行分析,建立相应的模型,将其中的数据进行导出,然后利用应用数学中的相应解决方法,通过所建立的数学模型,来对实际问题进行解决。在建立数学模型的过程中,需要注意的是,要对这些实际问题进行全面的分析,保证其中数据的准确性和可靠性,并且对数据的影响因素和其中的变量进行确定,这样才能对问题中各个数据中之间的规律进行分析,保证利用应用数学所解决的问题的结果与实际结果相差不大。
2.在数学的教学课程中应用数学建模。目前,在数学的教学课程中,教师通过教材中的数学公式的使用方法进行讲解,使学生能够理解其含义,并且掌握这些数学知识,为了能够使学生能够灵活的应用数学知识来解决实际问题,教师可以在教学的过程中引入数学建模思想,以实际的问题为例,建立相应的数学建模,使学生利用相应的数学知识,通过建立的数学模型来解决问题。在实际的操作过程中,教师应该对问题的背景进行介绍,以学生为主体,来引导学生导出数学建模中的数据,分析问题中各个因素之间的规律,从而使学生能够更加深入的了解应用数学的知识内容,同时也加强了学生的实践能力,给学生解决实际问题提供了经验,促进应用数学和数学建模充分结合。
3.通过相应的比赛来推动数学建模和应用数学的结合。为了加强学生们的动手实践能力,发挥应用数学的价值,推动数学建模和应用数学的发展趋势,可以借助相应的数学建模比赛,来达到这些目的。在这些比赛的过程中,可以使学生根据实际问题,独立的建立相应的数学建模,应用自己所学习的数学内容,来对此数学建模中的各个数据进行分析,然后得出相应的结论。在此数学建模比赛结束之后,教师应该对每个人所计算得出的结果与实际的结果进行比较和评价,并且对其中的要点进行分析,使学生能够更加深入的了解数学建模与应用数学之间的关系,从而更好的促进数学建模与应用数学的相互结合。
结束语:
应用数学由于本身的价值和特点,使其本身具有较强的应用性和实践性,而数学建模与应用数学的相互结合,可以使人们更好的理解应用数学其中的内涵,并且利用应用数学解决各种实际问题,我们可以通过发挥数学建模的作用、在应用数学教学中引进数学建模和借助数学建模比赛,来促进数学建模和应用数学的结合,保证应用数学的快速发展。
参考文献:
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关键词:数学建模;高职院校;发展趋势
中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)43-0224-02
数学家华罗庚曾说过:宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日用之繁,无处不用数学。科研工作者通过实际调研,探索规律,用数学语言建立起反映实际问题的数量关系,然后利用数学方法和科学技术分析和解决问题,这就是数学建模的过程。数学建模应用不仅在工程技术、自然科学等领域发挥着越来越重要的作用,而且以空前的广度和深度向经济、金融、生物、医学、环境、地质、人口、交通等新的领域渗透,使得数学建模思想已成为当代高新技术的重要组成部分。
数学建模的广泛应用已经激起大学生的学习兴趣和研究积极性,各个高职院校纷纷将数学建模思想融入数学课的教学中,对学生数学素养和专业素养的提高取得积极的效果。
一、高职院校数学建模工作的意义
(一)现代职业教育人才培养需求
2014年6月,《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》(国发〔2014〕19号)明确指出:提高人才培养质量,推进人才培养模式创新。现代职业教育的关于“实践能力强、具有良好职业道德的高技能人才”培养目标,要求学生既具备扎实理论基础知识和实践操作能力,又具备数学应用能力、创新能力、解决问题能力等职业核心能力。数学建模教育以其独特的学习内容和实践方法培养学生必需的应用能力和数学素养,契合高技能人才的培养要求。因此,推进数学建模教育,对改革人才培养模式影响深远、意义重大。
(二)职业核心能力提高的表现
数学建模是一个学数学、做数学、用数学的过程,注重获取新知能力和解决问题的过程,体现学和用的统一。作为一种创造性活动,数学建模教育活动可以培养学生敏锐的洞察力、严谨的抽象力、严密的逻辑思维、较强的创新意识,使学生在实践活动中能够发挥很好的作用。同时,数学建模又是一种量化手段,锻炼学生知识应用能力和实践能力。数学建模思想的学习过程,是学生积极探索、求真务实、不畏艰辛、努力进取的过程,他们在解决实际问题的同时,既可以学习科学研究的方法步骤,又能增强数学应用和创新能力,进而提高自身的全面素质。
(三)高职数学改革的必经之路
高职数学课程内容曾存在“重经典、轻现代,重连续、轻离散,重分析推导、轻数值计算,重运算技巧、轻数学思想方法”的“四重四轻”现象,这与高职培养的高技能人才目标不适应,所以,将数学建模思想融入数学课程是高职数学改革的必经之路,因为新的教学模式和教学内容能有效地将数学知识体系拓展到技能体系中,有效地增强学生综合应用数学知识的能力。
二、高职院校数学建模工作的特征
近年来,许多高职院校正在将数学建模工作与贯彻落实素质教育有机地结合起来,通过数学建模来提高学生的综合素质以及研究与实践能力。
(一)竞赛带动课程建设,活动锻炼学生技能
1994年,由教育部高教司和中国工业与应用数学学会共同主办全国大学生数学建模竞赛。2004年前后,北京市高职院校纷纷开始参加这项竞赛。每年一届的竞赛活动在大学生中受到关注与喜爱,数学建模很快以选修课的形式应运而生。目前,北京市的几所国家示范校和骨干校每年每校都有大约100名学生报名参加数学建模选修课,每年大约有10支队伍参加全国大学生数学建模竞赛。开展数学建模课程教学和参加全国大学生数学建模竞赛,基于数学建模思想进行教学改革,能为探索数学建模教育和培养新型应用型人才相结合开辟一种新思路、新模式。
(二)课题加强跨学科合作,科研提升师生能力
2008年以来,北京市高职院校纷纷开始组织学院数学建模竞赛,赛题的设计把不同学科领域的专家和专业教师联系到一起,加强跨专业的合作,促进教学团队的建设。良效的研讨机制可以提高教师的整体素质,逐步形成一支结构合理、人员稳定、教学水平高、教学效果好的指导教师梯队,培养一支紧密围绕专业培养目标需求、锐意改革创新的教师队伍。
来自专业课或者生活实际的课题,可以引起学生浓厚的兴趣和参与的积极性,使得他们通过查找资料、调查研究、抽象本质、合理建模、软件求解、验证实际等一系列科研步骤,培养科学研究、谨慎全面的学习态度,锻炼合作创新、解决问题等职业核心能力。
(三)思想推动数学课改,实践优化教法设计
数学建模思想是“实际问题+实用方法+实验模拟+实时检验”的过程,其精髓在于用科学的方法解决实际问题,用合理的分析解释事实现象。这不仅会改变教师向学生单向传授的教学方式,还使教师的引导性、指导性与学生的积极性、主动性得到充分的结合,达到师生互动的良好效果。信息化的实验室授课,使得学生通过设计数学实验,运用数学技术操作计算机模拟,进而实现实际问题的解决,极大程度地调动学生主动学习数学的积极性,提升学生学习数学的成就感与信心。
三、高职院校数学建模工作的发展趋势
(一)与现代职业教育特色相符,不断优化数学类课程结构
开设微积分、数学建模、数学实验等数学类课程,多元化、多角度地培养学生的数学应用意识。根据学生基础和能力采用分层教学,按专业培养方案要求进行模块化教学,既符合学生的能力水平,又与不同专业有机结合。课程多元化,活动多样化,数学建模思想应成为贯穿数学类课程的应用主线,使高职数学类课程一体化。数学建模的目的不仅是为了解决一些具体问题,也不仅为了给学生扩充大量的数学知识,而应普及学生应用数学的意识,提高数学应用能力。对于传统数学教学模式,学生已经厌倦,大部分学生提出的改变教学模式与考试方法的多年来的实践显示,全国大学生数学建模竞赛是数学知识和应用能力共同提高的最佳结合点,是启迪创新意识和创新思维、锻炼创新能力、培养高层次人才的一条有效途径,是激发学生学习积极性,培养他们主动探索、努力构筑奋发进取良好学风及团结协作精神的有力措施。
(二)以学生为中心,充分发挥学生的学习能动性
微积分、数学建模、数学实验等数学类课程的教学内容可进行模块化,根据不同专业的实际需求进行选学,教学方法也可依据不同模块采用不同的方式,以满足学生的个体需求,激发学习积极性,帮助他们在自主探索和合作交流的亲身体验中真正理解和掌握数学的知识与技能、数学应用的思想与方法。教学设计可增加训练活动和实践操作内容,让学生边做边学,学以致用。贯彻“以能力为本位”、“以学生为中心”、“教学做一体”等高职教育理念,采用项目教学、案例教学、角色扮演等多种教学方法,使学生的综合素质在不断参与和体验中提高。
(三)以信息化教学为载体,提高互动教学质量
信息化教学的蓬勃发展为数学建模实践操作带来革新的变化,重视运用信息化教学,不断更新前沿的学习资源,把网络和计算机作为学生分析问题和解决问题的强有力工具,使学生融入实际数学活动中去,体现“学以致用”的教学理念。跨学科的教学内容和现代教学案例要求教师须不断学习新知识,更新教学理念,相互研讨交流,不断提升业务能力。利用信息化网络课程教学平台,教师共享不断更新的案例、图片、视频等教学资源,与学生实时互动。丰富的教学视频为学生提供补充学习的机会,充足的题库也给学生准备自我检验的资源,信息化使学生的学习不拘泥于时间和空间,极大地满足学习需求。
(四)以能力为本位,全面考评学生的“输出”能力
建立多元化的评价方法和以实践能力为核心的评价体制,全面了解学生的学习态度、实践能力和自我提高程度,既可以激励学生学习,更能满足学生探索和成功的需求,让他们在实践中给予重视。结合课堂中的应用,在对数学建模学习评价时要关注学生学习结果,重视学生学习过程,考查数学知识的掌握,也要体现数学建模思想的运用。
四、结束语
高职院校数学建模工作的开展正如火如荼地进行,将数学建模思想融入数学课程改革,在以学生为中心的教育理念的指导下,充分考虑学生的个体情况,运用互动教学软件、网络平台资源等信息化教学手段,采取案例教学、项目教学等多种方式,意在普及学生的数学应用意识,重在提高学生团队合作、自主探究等可持续发展的职业核心能力。在此基础上,开展学院数学建模竞赛,选拔选手进行集中训练,参加全国大学生数学建模竞赛,充分锻炼学生吃苦耐劳、自主创新、团结协作、勇于挑战的职业素养,为培养现代职业人才提供挑战与实践。
参考文献:
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[3]安建业.以数学建模竞赛为切入点,强化学生创新能力培养[J].数学建模及其应用,2014,3(4):27-30.
[4]庞坤.大学数学建模方法的有效教学策略[J].求实,2010,(11):251-252.
篇7
关键词:数学建模;师范生;科研能力
数学是研究数量关系和空间形式的科学,在其产生和发展中,都与各种各样的应用问题紧密联系着。数学的特点不仅在于它的抽象性、逻辑性、严密性、完整性,而且在于它应用的广泛性。自进入21世纪以来,我们的知识经济、现代科技飞速发展,无论你是什么专业,数学都是必学的一门课程,在高职高专院校也一样,数学已成为一种能够普遍实施的技术,培养学生应用数学的能力也成为数学教学的一个重要方面。
在教学中,有许多数学老师经常会碰到学生问这样的问题:“学这些公式定理有什么用,这么抽象的理论知识哪里能用得上?”学生之所以问这样的问题,是因为在现实工作与生活中,数学的理论知识没有用武之地,同时对师范生来说,与自己以后要教授的学科或许没有直接的关系,因此师范生也有许多这样的困惑。如何改进中等师范类院校数学课程的教学,已经成为一个备受关注的问题,我觉得在高等数学课程的教学中融入数学建模思想,是值得借鉴和尝试的。
数学建模是学习数学的一种新的方式,它为学生提供了自主学习的空间,有助于学生体验数学在解决实际问题中的价值和作用,体验数学与日常生活及其他学科的联系,体验运用知识解决实际数学问题的过程,增强应用意识,提高学生学习数学的兴趣,培养学生的创新意识和实践能力。
中等师范院校的学生大多数对高等数学的学习没有学习兴趣,究其原因,主要是学生整体素质不高,数学基础薄弱,再有,师范生将来主要从事中小学教学,与实际应用关系不大,学生认为学习高等数学没有实际用处,还有就是对抽象的数学理论和枯燥的课堂教学模式的厌烦,时间长了学生对数学就有一种抵触情绪。
培养师范生的建模意识,教师首先需要提高自身的建模意识,这就意味着教师在教学上的变化,更要努力钻研如何结合教材把数学知识应用于现实生活,注意各章节要引入哪些模型问题,经常渗透建模意识,潜移默化地使学生从示范建模问题中积累数学建模经验,激发学生对数学建模的兴趣。培养学生用数学知识去观察、分析、提出和解决问题的能力,同时还应该通过在建模过程解决实际问题来加深数学知识的理解。数学建模可以提高学生的学习兴趣,培养学生不怕吃苦、敢于战胜困难的坚强意志,培养自律、团结的优秀品质,培养正确的数学观。如何通过数学建模思想培养师范生的数学能力,可以从以下几个方面进行探讨。
一、教学技能的提高
师范院校中的数学教学与其他专业课程教学的协调不够,与其他学科不能充分地相互补充。师范生不知道学习高等数学对以后的工作有什么作用,因此无法引起学生对学习数学的兴趣,从而放弃了教学技能的培养。当前随着教育教学改革的不断深入,中小学新课标的逐步实践,数学建模的思想和方法不断在中小学课程中渗透,新课标中,对数学建模提出了明确要求和具体安排。为了使师范生能更好、更快地适应未来的教学工作,使他们在今后的工作中,能较好地培养中小学生的数学建模意识和数学建模能力,师范生在校学习期间,要提高师范生的教学技能,进行数学建模训练。
二、数学应用能力的提高
现在的的数学教学内容比较单一,着重于基础理论知识,对实践应用要求不多。而我们学习数学的目的就在于应用,无论将来从事哪种学科教育,都会遇到数学应用问题。无论是日常教学、科教科研和生活中常常会遇到应用数学问题解决实际问题的情形。数学建模是应用数学知识解决实际问题的重要环节和必经之路,为了提高数学应用能力,师范生有必要参与数学建模的训练和实践。另外,通过数学建模,可以提高学生对数学知识的重要性的认识,促使他们更认真地学好数学,通过数学建模,可以提高学生对其他数学相关知识的认识,有助于他们对数学的学习,提高数学意识。
三、科研能力与写作水平的提高
师范生所学的一般课程很少涉及数学科研和数学知识写作的内容,数学建模的结果是要通过论文而展现的。无论他从事哪种学科的教学,都需要进行科研计划、总结的撰写,科研也是许多人的基本工作之一,科研能力和论文写作水平是衡量一个人综合能力的重要标志,因而参加数学建模培训能够提高师范生的科研能力和论文写作水平,为他们将来从事相关工作做必要的准备。
四、培养团队合作精神
数学建模涉及的知识面非常广,除数学和计算机知识外,还会用到物理、化学、工程、社会、经济等方面的知识,一个人不可能对各方面都精通,数学建模要求的是团结合作精神,需要团队作战,分工合作,取长补短,共同完成。对教师而言,也是不同学科的几位教师共同完成一个班的教学任务,可以说,参加数学建模学习是提高学生团结协作、友好相处的有效途径,对以独生子女为主的校园来说,尤为重要。
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【关键词】高等数学 建模思想 实例教学 渗透研究
高等教育的发展、素质教育改革模式的转变,对学生的应用能力提出更高要求。数学作为高等院校重要基础课程之一,在数学研究的抽象性与技术性上,如何将数学知识与实践应用相结合,凸显数学的应用能力。解决实际问题,从问题的起始状态、中间状态、目标状态上来全面审视数学认知,并从数学的抽象思维、逻辑思维和建模思想上来解决具体的综合问题。以建模为依托,从数学概念、定理、数学思维方法上来探究数学与客观世界的关系,并从建模实践中来表征数量关系与图形关系,旨在从建模实践中验证数学的应用价值。
一、数学建模与为什么引入建模思想
从概念来看,模型是基于结构的、对抽象事物的形象化表示。数学模型是基于符号的对客观世界的抽象性、简化性数学结构,建模的过程也是对实际问题抽象、简化、确定变量、参数,并从数量间的关系上求解数学问题。在高等数学教学实践中,将建模思想渗透到数学概念中,并从数学的建模应用中来强化理论知识与实践的联系,帮助学生从数学知识中增长数学素养,提升数学综合素质。因此,建模思想与高等数学的渗透是十分必要的。其作用主要表现:一是建模思想有助于增强学生对数学的探索兴趣。从建模的形成来看,数学建模来源于实际问题,是从现实问题的抽象、简化中形成数学模型,并结合数学解题方法来求解问题,达到对数学建模与现实实践的融合。因此,建模思想的实践性,可以有效激发学生的探索欲和好奇心,并从数学解题实践中强化对数学思想和方法的运用。同时,建模思想中的问题情境,将数学知识的分析上满足学生的求知兴趣。二是建模思想注重数学理论知识与实践应用的结合。从数学建模中,对于生活中的问题,可以用数学分析的方法来解决。数学分析的过程,就是对数学理论与实际衔接的过程,从具体的数学模型中来解决遇到的问题,让学生能够从发挥数学知识中增长解题能力,补充数学理论与应用的鸿沟。三是建模思想有助于培养学生的数学思维。对于数学知识,通常需要从条件的分析、具体的运算及逻辑推理中获得数学求解;同时,在对数学符号、数学方法的运用中,从真实事物中来概括和抽象数学模型,将实现对现代教育体系的丰富,也给数学教学提供了生动素材。四是建模思想有助于增强学生的数学素质。高等教育中的数学教学,不仅要注重数学解题能力的养成,还有从数学知识、数学兴趣、数学意识上,引导学生利用数学思维方法来观察事物,解决实际问题。
二、数学建模思想与高等数学的融合研究
(一)建模思想在高等数学概念、定理中的渗透
建模思想作为理论与实践的联系方式,在对数学概念讲解中,利用建模思想来拓宽学生对数学的认知,从客观事物的数量关系中来构建数学知识间的数学模型。如对于定积分的定义讲解中,如何从建模思想与概念关联中引导学生理解问题的实质。可以导入如下问题情境,将某车的运动轨迹为例,求解变速直线运动的路程。对于该问题的设置,让学生从“无限细分化整为零”来理解速度变化,再从局部入手,来探讨直线代曲线后的近似算法,最后从无限积累聚零为整取极限,来全面认识和理解微积分的基本思想,从而获得路程的数学表达式为:S。也就是说,对本实例,从路程S的构成上可以利用微积分思想,来构建对应的数学模型,I= ,从而得出定积分的基本定义。
(二)建模思想在数学课堂教学中的具体应用
高等数学不同章节不同知识点在教学中,利用具体的教学实例,从数学模型中来导入课堂,凸显数学问题与现实实际的关联度,并从中来渗透建模思想,增强学生从建模思想中拓宽知识的应用范围,提升课堂教学的趣味性,还能够从问题的分析和解决中促进学生想象力、思维力和创造力的养成。如以某游客登山旅游为例,第一天上午9点从山脚出发,下午5点达到山顶;第二天从上午9点下山,对于是否存在某一个景点,,满足游客在两天的同一时刻到达。对于本题在研究中,首先从问题的假设中来进行模型构建。设甲乙二人同时相向出发,走同一条路,一个上上,一个下山,必有两人相遇的某一点。其次,从甲乙二人的行走路程分别计作S,则S=s1(t)和S=s2(t)。然后,我们假设s1(0)=0,s2(0)=S,s1(T)=S,S2(T)=0,S为单程距离。对该题进行模型构建,假设函数f(t)=s2(t)-s1(t),从函数的连续性上来看,f(0)=S>0,f(T)=-S
(三)建模思想在课后作业中的渗透
数学来源于生活,数学所关系的问题具有普遍性和真实性,对于实际问题的导入,要贴近学生的需求,引导学生从数学建模中增强科研意识和探索精神。课外作业也是高等数学渗透建模思想的重要内容,从课堂知识的延伸、课程教学内容的理解、消化和巩固上,围绕数学分析方法和理论知识,从实际问题的构建中引导学生解决实际问题。如通过对学生进行分组,构建小组协作,从建模知识的合作、体验和实践中完成作业,让学生从作业参与中强化团结、协作精神。如构建某一课题,设置一块不平的地面,能否找到一个合适的位置保持桌子的四脚平稳着地。对于本题在假设上,首先确定四个脚着地将构成一个严格的长方形;其次对于地面高度不存在间断,即不存在类似台阶的地面。由此可知,在构建数学模型中,首先以桌子的中心为原点建立坐标系,当长方形桌子进行旋转时,对角线连线与X轴所成夹角为θ。由此可以设置四个脚到地面间的距离分别为hA(θ),hB(θ),hC(θ)和hD(θ),同时,对于任意一个θ,都得满足hA(θ),hB(θ),hC(θ)和hD(θ)至少有三个为零。由此可见,对于hA(θ),hB(θ),hC(θ)和hD(θ)作为θ的连续性函数,对于桌子的问题可以进行数学模型转换。假设:hA(θ),hB(θ),hC(θ)和hD(θ),满足hi(θ)≥0,且i=A,B,C,D。对于任意一个θ,都有函数hA(θ),hB(θ),hC(θ)和hD(θ)中的三个总为零。由此可以证明θ存在,且满足hA(θ)=hB(θ)=hC(θ)=hD(θ)=0。对本题进行探讨和总结可知,对于连续函数的根的存在性即是本题研究的问题。对于模型假设与建模思想的渗透,主要从桌子的四个脚构成严格的四方形,且满足地面高度不存在间断。所以,本题的思维空间更大,而解题方法也存在多样化。三、结语
对于高等数学与建模思想是融合,还可以从考试环节入手。对于传统考试内容的设置,开放型题型相对较少,而对于高等数学建模思想的渗透,往往可以通过开放型题型的导入中,来考察学生对数学知识的理解和数学思想的掌握能力。需要强调的是,对于高等数学建模思想及方法的运用,也需要结合学生的学习实际,能够从数学知识的学习和数学应用能力的分析上,凸显基础知识的作用,适当渗透数学应用能力和创新能力,把握好知识间的“实用性”和“严谨性”要求。对于数学建模思想要突出主旨,实例清晰,能够从理论和实践中恰当的拓展学生的思维,促进数学建模思想与高等数学教学的有机协同。总之,数学模型是建模的基础,也是构建数学语言表述现实世界数量关系和图形关系的桥梁,通过对数学建模思想的渗透,将数学知识与运算法则,与具体的数学问题建立关联,从数学知识的结构化、模型化中来深化数学思想,构建完备的数学能力培养体系。
参考文献:
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【关键词】数学建模教学;高中基础教育;教育改革
1前言
数学教学改革的重心是培养以及发展学生广泛的数学能力,而进入21世纪后,培养学生的数学创新精神和实践能力,已日益成为数学教育改革的灵魂[1],随着数学在实际中的应用越来越多,数学建模作为培养学生创新能力、应用能力的重要途径,也越来越受到教师重视。数学建模能使学生把复杂的实际问题简化为合理的数学结构,不仅培养了他们的自学能力,也增强他们的数学素质和创新精神。根据高中数学新课标中明确提出的“开展数学建模活动,培养学生应用数学解决实际问题的意识,让学生体验数学与其他学科之间的联系,促进学生逐步形成和发展数学应用意识,提高实践能力”的要求,教师如何在教学活动中,根据学生的思维特点,实施并推广数学建模,来满足新课改的要求、促进高中基础教育改革,成为当下许多高中数学教师关注和探讨的重要课题。
2高中数学建模教学现状及实施的必要性
《数学课程标准》指出“数学建模是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程,已经成为不同层次数学教育重要和基本的内容”,当前高中数学建模课程的实施取得了一定成效,许多教师利用它来发展学生的创新意识和实践能力。但由于诸多因素的影响,仍存在一些问题。主要表现在学生数学建模能力和意识相对薄弱,究其主要原因,一方面,这与教材很大程度上仍未摆脱传统教育思想的束缚,将课本联系实际数学问题的解决的内容偏少,适合与数学建模结合的内容并不多;另一方面,由于受高考应试教育的影响和教育评估机制的作用,教师往往将教学重点集中在数学概念和定理、高考题型和方法以及“题海战术”,在数学建模教学方面存在很多“偷工减料”,有的教师甚至压缩数学建模相关课程内容,以留有更多时间进行模拟训练,以形式化“题海”替代对学生应用意识的培养和创造思维活动的训练。例如,“函数模型及其应用”是高中数学教学中的重要模块,有的教师往往轻描淡写或一带而过,认为这部分内容“不考”则“不讲”,一定程度上造成了数学建模教学难以实施的局面。
针对上述数学建模教学实施的现状和导致的原因,可知,对高中生实施适当的数学建模教育、推广数学建模教学已成为促进高中基础教育改革亟待解决的问题。当今的中学教学教育中,问题解决已成为一个热点,如果数学脱离实际,将使学生体验不到其丰厚知识的意义和价值,数学建模作为数学学科的应用特征,是数学课程内容的重要组成部分,它也是是问题解决的一部分,通过数学建模教学,学生可以了解应用数学解决问题的全过程,知道数学与其他学科及生活的联系,真正感受到数学的实用价值。因此,教师实施数学建模教学,才能使学生在数学教育上得到相应的实现,才能让学生利用数学建模这种新型的数学学习方式,更好地主动学习、自主探索,可以说,数学建模内容所蕴涵的强大教育功能是数学建模进人高中数学课程的根本诱因,它的实施有很强的必要性。
3适应高中基础教育改革来推广数学建模应遵循的教学原则
一是学生自主参与的原则。培养学生数学建模能力的学习是在学生发展潜能无限的理念下提出的,即它相信学生具有巨大的发展潜能、相信学生有能力自己解决问题、高度尊重学生的人格和创造力。因此,教师在教学过程中,应该以学生的自主性学习为基础,把教学过程变成学生主动活动的过程。具体说来,教师在数学建模教学中,必须要引导学生有参与学习数学建模的兴趣,例如,有的教师在课堂上预留一定的时间,让学生领会教材和独立思考问题,从而使他们掌握学习的自。
二是重点发展学生应用能力的原则。由于建立模型的目的是利用模型解决数学某一类问题,因此,与其他常规教学不同的是,建模教学将更注重应用性,即注重学生在学习过程中的实践能力,只有通过他们的亲身实践,才能使他们用数学建模的角度去发现问题、分析问题和解决问题,这就要求教师在教学中注意所涉及的建模问题最好源于社会生活实践,即问题最好有生产、生活的实际背景和应用价值,有助于学生在学习数学建模的过程中,提高应用能力。
三是合作开放的原则。数学建模问题的来源很广泛,涉及表现问题假设、抽象简化、建模求解、检验修改的过程[2],因此,教师可倡导学生相互交流、相互协作研究解决建模问题,让每个学生尽其所能来挖掘自身潜力,从而更深刻地加深对数学建模问题的认识。另外,数学建模教学还是一个开放的过程,教师在教学中已不再是满堂灌的“权威者”,而是在与学生进行开放式的互动交流中,演变成建模知识的引导者和促进者,这种开放的学习模式,能有效激发学生就研究的问题提出独特的见解,有助于他们形成创造思维品质和提高创新能力。
四是分层推进原则。数学模型是实际问题的一种数学简化,它涉及模型准备、模型假设等各种相关环节,因此,教师宜在教学中结合学生的知识水平和认知水平,分层次来逐步推进,提倡从“小”做起、由浅入深、由简单到复杂,才能使数学建模教学成为循序渐进的过程,以培养不同层次的学生运用已有的数学相关知识,更好地与数学建模相结合。
4如何更好地推广数学建模教学,促进高中基础教育改革
针对高中数学建模教学的现状,各高中教师有必要在遵循学生自主参与、重点发展学生应用能力等原则的基础上,以促进高中基础教育改革为方向,来更好地推广数学建模教学,为此提出以下针对性建议。
4.1 科学设计建模内容
高中数学建模教学的有效实施,需要教师在备课阶段对教学内容进行科学合理的设计,这也将直接指导着课堂教学的展开。教师在设计建模教学内容时,最重要的就是要结合学生情况和教学目标。高中生阶段已有一定的社会生活实验,是最富有创造潜力的群体,教师要选用那些与生活密切相关的数学建模,才能引起他们强烈的求知欲和好奇心,但也要根据不同的高中阶段来进行更科学的设计。
例如,高一学生处于刚步入高中生活阶段,许多同学对数学建模感兴趣并愿意参加建模活动,教师可以收集一些与教材内容相关的优秀、经典的建模案例,并在课堂上展示和讲解,也可以利用数列、不等式、统计等应用题进行改编来进行简单建模的教学,如此让学生对数学建模概念和步骤形成初步了解,为后续他们建模能力培养奠定一定的基础;再如,高二下学期的学生已大致了解数学建模的概念和过程,教师可有针对性安排一些与教材相关的、比较复杂的综合建模应用题,让他们参与数学建模的全过程,加深对数学建模知识的理解和巩固。教师还可让学生以小组合作学习的形式,利用周末时间合作解决相关问题。总之,为了更好地推广建模教学,教师要根据不同阶段学生的特点,将建模思想渗透到数学教材中,让学生感受用数学建模解决思想实际问题的魅力。
4.2创设问题情境,营造研究型课堂
现代认知心理学关于思维的研究成果表明,思维通常是由问题情境产生的,而且是以解决问题情境为目的的。美国教育家布鲁巴克说“最精湛的教学艺术,遵循的最高准则就是让学生自己提出问题”,因此,教师在进行“数学建模教学”时,应大胆创设问题情境,营造研究型课堂,使学生的创新意识在问题情境中得到最大激发。
一是教师要善于引导学生提出问题,增强他们的问题意识。课堂的本质是学生探索、讨论、交流的平台,并且提高学生问题发现能力是数学教学重要目标,因此,教师要鼓励学生从不同角度提出建模的问题,努力打造一个具有研究精神的课堂环境。例如,高中教材的每一章都是由一个有关的实际材料引入的,教师可引导学生就这个材料提出相关疑问,在进行本章的教学内容后,让他们用数学模型解决提出的疑问,来激发学生对新教学模型学习的积极性[3]。二是教师要精心设计问题情境,更好地引入教学。教师要善于密切联系生产、生活实际,精心收集、编制以及改造那些能充分表现出建模求解过程的问题,如利用细胞分裂、教育储蓄、购房贷款、投币以及抽奖等生活化问题,并与数学函数模型结合,鼓励学生在课堂上通过讨论完成建模问题,提高学生实践能力和建模能力[4]。
4.3课外开展数学建模活动
根据沈文选教授指出“中学数学建模教育是现代数学教育研究中不可缺少的课题。在中学开展数学建模活动,可以分为3种形式:①组织以建模为主题的课外活动,让学生在动中体会数学的实际应用;②在常规数学教学课堂上,适时渗透建模教育思想;③进行数学建模课专题的教学。可见,为了弥补课堂建模教学时间上的不足、更好地推广建模教学,教师还应该在课外适当开展数学建模活动,把数学实践教学作为建模教学的不可分割的一部分。
例如,教师可以一周布置一个综合性很强的建模案例,或在期末就高中数学建模课程中适当安排实习作业,如新产品销售模型、均衡价格与市场稳定模型、代表名额分配问题等都是建模问题丰富的题材,教师可让学生以小组合作的形式进行建模实践,促使学生共同合作来探索建模知识、增强应用意识,为了提高教学质量,教师应让学生按时完成建模任务并提交实践报告,还可以让学生在课堂上展示建模成果,教师在实践教学完成后应作总结,帮助学生消化和巩固已学知识;还有的教师在学生能力和时间精力允许的前提下,通过组织学生参加全国、省级或校级数学建模竞赛,不仅提高了学生数学建模的能力,也让他们在参与比赛的过程中丰富了社会实践经验,提供适合他们能力发展舞台。
5结语
综上所述,数学模型是数学知识与数学应用的桥梁,它是培养学生创新能力、应用能力的重要途径。针对高中数学建模教学现状,为了更好地促进高中基础教育改革,各高中教师有必要在遵循学生自主参与、重点发展学生应用能力等原则的基础上,通过科学设计建模内容、创设问题情境来营造研究型课堂以及开展数学建模课外活动等途径来推广数学建模教学,以不断增强学生的数学素质和创新能力。
参考文献:
[1]王朝君,阮传同.新课改背景下高中数学建模教学的现状及对策[J].时代教育,2011(11):66.
[2]李勇.关于新课程下高中数学建模的进一步思考[J].新课程学习,2011(12):19.
篇10
关键词:数学模型思想;小学数学;建模兴趣
一、创设生活化的问题情境,激发学生建模兴趣
数学模型原是为了解决生活中大量具有共性的问题而提出来的,大量的数学模型为人们的生活提供了便利,但数学模型较抽象,而年纪小的学生更善于实体事物的学习,因而学习会比较困难。因此在实际教学中,老师应该注重设立生活化的问题情境,循循善诱,激发学生学习建模的兴趣。
在植树问题中,需要学生们理解树的棵数与间距的段数之间的关系,以此建立数学模型。
若路是线形时:
路的起始位置和终点都种树,则:树=间距数+1;
路的起始位置和终点都不种树,则:树=间距数-1;
路的起始位置种树,终点不种树,则:树=间距数;
路的起始位置不种树,终点种树,则:树=间距数。
若路是环形时,则:教师引入生活情境:小明家新买了房子,想在房子周边种一些树,请问应该怎么种?让学生分组讨论后,总结出植树问题的答案群。画出示意图,路用线表示,树用圆圈表示。
学生汇报:
(1)我在起点种树,一直种到终点。并在黑板上示意画法。
(2)我从起点开始种树,但是终点处不种树。在黑板上示意画法。
(3)我在起点位置和终点位置都不种树。在黑板上画出示意图。
二、提供生活案例,调动学生自主建模
教师问:假设有5棵树,两端都种有几段?
学生答:4段。
教师问:那么树的数量与间隔段的数量之间有什么样的关系呢?
学生答:树的数目比间隔段的数目多1。
教师在黑板写下:路的起始位置和终点都种树,则:树=间距数+1。
教师问:请同学们照着这个关系式总结一下刚刚你们说的另一种情况,好吗?
学生们独立总结,最后绝大多数学生得出正确答案。即路的两端都不种树时,树=间距数-1;路的两端只有一端种树时,则:树=间距数。
教师继续问:现在小明想要在房子周围围一圈栅栏,于是他去拿来一些木头,如果他锯了5次,木头变成了几段?
教师引导学生,使学生将答案与之前的结论(两端都不种树)联系起来。
教师问:那么剪纸呢?剪纸带与剪纸环,在都剪5次的情况下我们会得出同样的答案吗?
学生踊跃回答。
教师引导学生再次将问题与最初的植树问题联系,使学生领悟其中的关系。
最后教学任务顺利完成,课堂在活跃的氛围中结束了,学生也在实际例子中初步理解了相关的数学建模方法和思维。课堂最后教师布置适当的课后作业,使学生温习巩固建模的过程。
三、运用模型解决问题,培养学生学习的自信心
运用模型解决验证相关的知识,一方面可以使学生更快、更高质量地解题,另一方面使学生提高了学习的兴趣,从而对学习数学兴趣越来越浓厚。
轴对称图形对小学三年级的学生来说并不算陌生,教师可以用实物来引导学生学习并加深对轴对称图形的认识和了解。在建立模型的初期,教师可以让学生们积极讨论,踊跃发言,自主得出答案。
学生代表回答:轴对称图形对折后可以完全重合。
教师:那么如果我们把对折后完全重合后留下的折叠线叫做中心线,那么轴对称图形的中心线有几条?
学生:有的有一条,有的有好几条。
教师:同学们能举出例子来验证自己的观点吗?
学生们积极发言,一一验证刚刚总结的答案。
老师利用多媒体展示更多的轴对称图形,再次强化学生们对轴对称图形的理解和认识。教师在布置练习时让学生们应用模型验证课堂上得出的结论,深化认识,强化模型观点。同时让学生们根据轴对称图形的概念自主设计轴对称图形,这种开放且具有灵活性的练习有助于学生学以致用。
四、结语
综上所述,把数学建模的思想融入小学数学的教学中是十分有必要的,并且根据已有案例的反馈来看,反响不错。而要从根本上保证学生在课堂上学有所得,就要从多角度多维度解决问题。把数学模型的思想融入小学数学的教学之中的渠道是多种多样的,必须从实际角度出发,结合自身实践经验,找到科学且行之有效的方法解决问题。
参考文献:
[1]邹道亮.浅谈小学数学模型教学“定模――建模――固模――破模”四步走操作模式的实践与思考[J].数学学习与研究,2015,(6):68―70.