数学建模问题分析范文

时间:2023-12-29 17:50:08

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数学建模问题分析

篇1

数学建模中的灵敏度分析是研究和分析一个系统或模型的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度的方法。在最优化方法中经常利用灵敏度分析来研究原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性,通过灵敏度分析还可以决定哪些参数对系统或模型有较大的影响,因此,灵敏度分析几乎在所有的运筹学方法中以及在对各种方案进行评价时都是很重要的,其用途主要用于模型检验和推广,简单来说就是改变模型原有的假设条件之后,所得到的结果会发生多大的变化。

建立数学模型的五个步骤:

1、提出问题

(来源:文章屋网 )

篇2

[关键词]数学建模;商务数据分析与应用专业;实施路径

前言

数学模型是连接实际问题与数学问题的桥梁,是对某一实际问题,根据其内在规律,作一些必要的简化与假设,运用适当数学工具转化为数学结构,从而用数学语言描述问题、解释性质、预测未来,提供解决处理的最优决策和控制方案。数学建模是架设桥梁的整个过程,是从实际问题中获得数学模型,对其求解,得到结论并验证结论是否正确的全过程。数学建模是用数学语言和方法,借助数学公式、计算机程序等工具对现实事物的客观规律进行抽象并概化后,在一定假设下建立起近似的数学模型,并对建立的数学模型进行求解,然后再根据求解的结果去解决实际问题。在这个过程中要从问题出发,充分发掘问题内涵,按照问题中蕴含的内生动力,寻求合适的模型,经过实践检验后多次修改模型使之渐趋完善,同时还要进行因素灵敏度分析,找出对问题影响较大、更大或最大的因素。随着社会的发展,大数据时代的来临,数学建模越来越引起人们的重视,很多高校将数学建模纳入课程体系之中,以提高学生运用专业知识、数学理论与方法及计算机编程技术综合分析解决问题的能力,特别是数学建模竞赛能有效提升学生的计算机技术与运算能力、团队协作能力、写作表达和创新实际能力。近年来,随着互联网技术的迅速发展,形形的数据环绕着我们,数据分析方面的人才需求陡增,造就了商务数据分析与应用专业的问世。商务数据分析与应用专业虽是2016年才增补的新专业,但它是一个跨数学、电子商务、计算机应用等学科的边缘专业。培养主要面向互联网和相关服务、批发、零售、金融等行业,掌握一定的数理统计、电子商务及互联网金融相关知识,具有商务数据采集、数据处理与分析、数据可视化、数据化运营管理等专业技能,能够从事商务数据分析、网店运营、网络营销等工作的高素质技能型人才。商务数据分析与应用专业的学生毕业后主要从事电商数据化运营过程中的数据采集与整理、调整与优化、网店运营与推广等工作。从2019年开始1+X证书制度试点工作拉开了序幕,职业教育迈入考证新时代,商务数据分析与应用专业作为第二批试点专业正在如火如荼地进行着,这将拓宽学生就业创业渠道,提高学生就业创业本领。但作为一名优秀的数据分析师要对数据敏感,熟知业务背景,认知数据需求,具有超强的数据分析与展示能力。若将数学建模融入商务数据分析与应用专业的人才培养体系中去,不仅使学生运用数学思维解决问题的能力得到提升,更使学生思路变得富有条理性,让学生养成敏锐观察事物的习惯,对学生的未来发展产生深远的影响。

1将数学建模融入商务数据分析与应用专业的可行性分析

将数学建模融入商务数据分析与应用专业不是牵强附会的关联,具有一定的可行性。

1.1在课程体系上具有可行性

数学建模是源于实际生活的需求,借助于数学的思维及知识去解决问题,需要学生具备一定的数学基础和计算机编程相关知识。商务数据分析与应用专业的课程体系中含有统计基础、数理统计与应用、C++、数据分析与处理等课程为学生学习数学建模奠定了基础。

1.2在教学团队上具有可行性

数学建模相关课程需要一支专业基础扎实、年轻、富有创造力的教学团队。教学团队中的教师不仅要有较为宽广的数学知识,也要具备较强的计算机编程和操作能力,这样才能培养学生从实际问题中刻画问题的本质并抽象出数学模型的能力。我校商务数据分析与应用专业的数学建模相关教师共9人,由来自于统计专业、计算机专业、电子商务专业等专业背景的教师组成,完全可以胜任数学建模相关课程的教学与指导。

1.3在教学环境上具有可行性

本专业校内教学条件比较完善,校内实训室基本上能够满足所有专业课程及专业实操课程的教学需要,学生可以在仿真的环境中进行练习。鉴于现有校外实训基地的实习内容与学生所学专业并不对口或融合度较低的现状,学校还要积极拓展校外实训衔接度高的校外实训基地,让学生真正参与到企业活动中去,着实提升学生的商务实践技能。校内教学条件完全可以胜任数学建模相关课程的教学。

2将数学建模融入商务数据分析与应用专业的实施路径

任何的教学改革都不是一蹴而就的,是时间沉淀出来的产物,从无到有、从有到优需要一个漫长的过程。要将数学建模融入商务数据分析与应用专业,需要从课程体系、教学团队、管理制度等方面着手。

2.1构建数学建模的课程体系

将数学建模融入商务数据分析与应用专业,首先要制定融合数学建模的人才培养方案,明确数学建模在培养方案中的知识、素质、能力等培养目标和要求,设置数学建模在教学计划中的相关理论、实践等教学环节的课时与学分分配。对大一学生增设数学建模课程,将数学建模与统计学、经济应用数学并行教学,其中涉及数学建模思想、基本数学模型、Matlab软件入门等内容,使学生了解几类基础的数学模型、常规的数学建模步骤及方法。在教学中加入商务数据分析案例,根据问题需求先建立数学模型,然后通过Matlab编程求解出结果,并运用软件进行计算、仿真和模拟,这样将数学建模、数学实验和商务数据分析三者有机衔接起来,不仅可以激发学生的学习兴趣,提高学生运用数学建模进行商务数据分析及预测的能力,也为之后的数学建模竞赛铺路。

2.2组建数学建模的教学团队

数学建模的教师不仅要熟悉初等几何、微分方程、优化、图与网络、概率等机理分析性建模,还要熟悉统计、预测、检测等测试分析性建模;不仅要掌握差分方程、插值与拟合、回归分析、线性规划等数学建模方法,还要熟练掌握Matlab、LINGO等各类建模语言的使用。作为数学建模的教师,面对商务数据方面的实际问题,要全面深入细致地了解问题的背景,准确无误地明确问题的条件,在查阅、收集、阅读掌握相关的数据、信息和资料的基础上,清晰准确地形成问题的主要特征,初步确定模型类型。然后根据特征和目的,找到问题的本质,忽略一些次要因素,给出必要的、合理的简化与假设。在分析与假设的基础上,利用数学工具和方法,描述对象内在规律,建立变量间关系,确定数学结构,建立商务数据的问题模型。数学建模的一系列过程需要教学团队的合理分工与协作,在日常教学过程中既要重视数学理论,又要重视实践案例教学。使学生了解基本的数学模型和编程思想,把教学重心放在案例的分析、模型的选择、程序的实现、灵敏度的分析等过程之中。通过对大量问题的数学模型的建立及计算机编程的求解,让学生触类旁通地处理一些实际问题,使学生体会到数学的魅力所在及学以致用的道理,从而提高学生商务数据分析与应用能力,为学生今后的创新创业奠定基础。教学团队不仅要完成数学建模相关课程的教学,还要加强数学建模教学的研究和应用,加强与外界的交流,推动教学改革,以提高数学建模的水平和质量。

2.3成立数学建模的学生社团

除了数学建模融入商务数据分析与应用专业教学之外,还可以在学校成立数学建模社团,吸纳学校中对数学建模感兴趣的学生,特别是商务数据与分析专业的学生进入社团。由数学建模老师定期对社团学生进行指导,将数学建模相关的数学公式、数学方法,数学建模的流程,竞赛论文的撰写要领,编程技巧等以讲座的形式传授给学生。同时,社团学生之间成立互助小组,互助小组中选择商务数据分析与应用专业的学生为组长,由组长带领其他组员共同探讨数学建模的学习方法与技巧,分享数学建模的编程技术与相关资料,交流数学建模的解决问题的思路。这样由一个专业带动多个专业,一个社团辐射到整个学校,在提高学生的数学建模能力的同时,也为数学建模竞赛选拔人才做好准备。数学建模社团的建立在丰富学生业余生活的同时,也给那些对数学有兴趣的学生提供了一个相互交流的平台,不仅可以开阔学生数学发现和研究的思维,还可以加强数学理论与实际问题之间的联系,提高学生运用数学思维方式解决实际问题的能力。

2.4参加数学建模的相关竞赛

为了更好地发挥数学建模在培养大学生创新创业能力过程中的引领作用,学校组织学生参加数学建模的相关竞赛,并将其发挥到极致。大学生数学建模竞赛是提高学生数学建模能力最好的平台,美国在1985年开始创办数学建模竞赛,我国大学生于1989年开始参赛并逐步成为参赛主体,到2019年共有15个国家25370队注册参赛,其中中国大陆地区代表队约占98%。我国第一届大学生数学建模竞赛(CUMCM)于1992年创办,2019年1490校区42992队报名参赛,现已呈现出一派繁荣景象,其他数学建模竞赛,如:深圳杯、电工杯等也如火如荼地开展起来。想在竞赛中取得优异的成绩是一个系统的工程。数学建模参赛团队通常由3名学生组成。在学生选拔时,就要综合考虑学生的知识、能力、性格等因素,这3名学生不仅要有较好的计算机技术与运算能力,更要有吃苦耐劳的精神和较好的团队合作意识。在教学指导时,不仅为学生讲解一些基础的数学建模方法和技巧,更要注重综合分析解决问题、逻辑思维、语言文字理解与表达、科研创新等能力的培养。在模拟训练时,指导教师严格把关,让学生合理安排三天时间在网上查阅资料,分析问题之后建模与解答,检验与分析,再完成竞赛的论文的写作。通过多次有针对性的模拟训练,学生摄取新知识、新技能的能力得到提升,定量与定性分析的思维能力得到锻炼,责任意识得到加强,自主学习的习惯逐渐养成,不畏艰难的品质得到磨练,团队创新能力得到提高。指导教师通过对数学建模的研究和学生的指导,教学相长,自身的建模能力也将得到大幅提升。面对一些实际的商务数据问题,能够通过建立一些相关的数学模型,探索出解决实际问题的方案,并从这些方案中选择出最合理、最科学、最恰当的方案。

2.5搭建数学建模的管理体系

将数学建模课程融入商务数据分析与应用专业难度不大,但是要让学生组队参加数学建模竞赛并出彩,就需要学校领导重视及相关职能部门支持,在校内建立健全数学建模管理制度,如将数学建模竞赛作为二级学院考核指标、数学建模指导教师的工作量计算办法、学生在奖学金与评先评优等方面优先考虑等。只有建立健全校内管理体系,才能激励更多的教师主动承担数学建模相关课程的教学,参与数学建模社团的指导,同时激发学生学习数学建模的兴趣与参加数学建模竞赛的积极性。

篇3

在研究和解决有关纺织方面的问题时,往往涉及因果关系或演化规律的确定,所研究对象或系统的评价、分类、预测和控制等方面的内容,这些通常都需要应用数学建模的方法进行求解。例如,借助经典数学方法可以分析和预测纱线的强力变化、解释成纱张力的变化规律和获取纱线的形态特征等问题[2];应用统计数学方法研究和解释纱线强力与纤维强力之间、亚麻纤维线密度与直径之间的关系,从而建立仿真织物悬垂性与经纬密度以及抗弯长度的预测模型等问题;应用模糊数学方法建立亚麻涤纶混纺织物的服用性能与混纺比之间的定量关系和进行织物热湿舒适性的评价等问题;应用灰色系统分析方法研究细纱条干与前纱半制品条干之间的关系和研究织物洗涤的缩水规律等问题。另外,还能应用人工神经网络方法解决织物风格或织物性能的评定和预测问题;应用偏微分方程方法研究织物的热湿传递问题;应用多项式拟合方法研究织物染色配色问题,等等。总之,数学建模的思想和方法在纺织学科的研究与实践中起着非常重要的作用,其应用可以说无处不在。

二、数学建模能力在纺织专业人才培养中的研究与实践

(一)高等数学课程教学中数学建模能力培养的实践

对于高等数学课程教学,在许多概念和结论的引入或推导的过程中,都蕴含了数学建模的思想和方法。[3]针对纺织学科本科专业高等数学课程,通过恰当引入数学建模的思想和方法、实例阐释数学建模方法在解决实际问题中的作用和解决问题的具体过程,向学生展示数学建模的特点和魅力。例如在介绍连续函数的介值定理时,可以借助椅子能否在不平的地面上放稳的问题阐述其在数学建模中的应用;在引入导数概念时,通过平面曲线的切线斜率和变速直线运动的瞬时速度两个典型问题,阐明其相对变化率的极限本质,当然也可以借助经济学中的成本变化率和人口问题中的出生率等实例引入导数的概念;在介绍微分方程的应用时,可以借助人口问题中的Malthus模型和Logistic阻滞增长模型向学生展示数学建模的方法和步骤;其他诸如曲线弧长、曲面面积、空间立体的体积和质量等许多物理量计算公式的建立和推导过程都蕴含了数学建模的思想。总之,在高等数学教学中,有很多地方可以自然地融入数学建模的思想和方法,能够充分地向学生展示数学建模的特点和魅力,初步培养学生数学建模的能力。

(二)数学建模课程教学中数学建模能力培养的实践

在数学建模课程的教学中,需要通过典型的实例让学生学会应用数学建模的思想和方法分析问题和解决问题,通过动手和动脑训练,逐步培养学生数学建模的思维方法和提高学生数学建模的能力。[4]针对纺织学科本科专业进行的数学建模课程教学,要结合纺织专业自身的特点和纺织方面的问题,选取在纺织问题中应用相对较多的建模方法进行讲授,同时还要和纺织方面的实例进行有机结合。这种有选择地讲授数学建模的内容和方法,开展有针对性的教学模式,让纺织专业学生在学习数学建模方法的同时,还能和专业知识联系起来,加深数学知识对专业学习的理解和应用。例如,在介绍统计数学建模方法时,可以通过研究纤维性能与气流纱性能之间的关系学习多元逐步回归的分析方法;在介绍模糊数学建模方法时,可以通过织物风格分类研究的实例学习模糊聚类分析和模糊综合评价的建模方法;在介绍灰色系统分析方法时,可以通过研究织物洗涤缩水规律问题学习灰色预测建模方法和求解问题的具体过程,等等。总之,在数学建模课程的教学中,要注意建模方法与纺织问题的结合,要注意课堂教学与课外实践的结合,不断加深纺织专业学生对数学建模的认识和理解,不断提高纺织专业学生数学建模的能力和水平。

(三)数学建模竞赛过程中数学建模能力培养的实践

每年一次的全国大学生数学建模竞赛活动不仅可以检验学生对数学建模的学习效果和应用能力,而且可以加深学生对数学建模的认识和理解,进一步培养和提高学生数学建模的能力。所有参加数学建模竞赛的学生,包括纺织专业的学生,在赛前培训阶段要求参赛学生认真学习各种数学建模的知识和方法,研究优秀论文解决问题的思想和技巧,分析优秀论文解决问题的过程和文章的结构,并通过模拟问题对参赛学生进行有针对性的指导。通过这些系统全面的训练,能够不断地巩固和加强学生数学建模方面的知识和方法,能够不断地提高学生分析问题和解决问题的能力,进而全面提升学生数学建模的能力。赛后要及时引导学生应用所学的数学建模方法分析和研究专业方面的问题,在不断实践中巩固和加强应用数学建模分析问题和解决问题的能力。例如,对于参加数学建模竞赛的纺织专业的学生,可以引导他们应用回归分析方法、模糊数学方法、灰色系统分析方法和人工神经网络方法等分析和研究纺织方面的一些典型问题。需要注意的是,与前面数学建模课程教学中的实践活动相比,这里让学生所从事的实践活动要求更高,需要学生深入本专业领域的科学研究中,这样不仅能够加强和提高学生的数学建模能力,而且还能激发学生从事科学研究的兴趣。(四)纺织专业课程教学中数学建模能力培养的实践纺织专业课程教学中对纺织专业学生数学建模能力的培养侧重于专业领域中的分析问题和解决问题的能力。通过密切联系专业实际,结合专业方面的问题对学生进行有针对性的数学建模能力的培养,将会贯穿于整个大学阶段。纺织专业课程涉及纤维材料、纺织工程、染整技术和服装工程等诸多研究方向,其中有许多问题可以借助数学建模的思想和方法进行分析和研究。因此,在纺织专业课程教学中,需要结合课程教学内容,有选择地提出问题让学生思考,引导学生学会分析问题,督促学生动手查阅相关资料和文献寻找解决问题的方法,进而启发学生建立合适的模型进行求解,并指导学生书写具有研究性的论文或实验报告,以书面的形式提交研究或实践的结果。这里关键是要合理地引导学生,指导学生如何分析问题、如何查阅和搜集资料、如何开展研究等。这样不仅把课堂教学延伸到课外,将课堂教学和课外实践有机地结合起来,而且也是数学建模课程教学的延续和补充,使数学建模的思想和方法继续在专业知识的学习中得到应用,会更加有助于学生对专业知识的学习和掌握。通过上述的教学模式,把数学建模的思想和方法有机地融入纺织专业课程的教学和实践中,全面提高了纺织专业课程教学的质量,系统地培养了纺织专业学生应用数学建模知识和方法分析问题和解决问题的能力,为其进一步开展研究工作奠定了基础。

三、结束语

篇4

一、应用数学中的数学建模思想基本概述

数学建模思想不仅是一种数学思想方法,还是一种数学的语言方法,具体而言,它是通过抽象、简化建立能近似刻画并解决实际问题的一种强有力的数学工具,而这种刻画的数学表述就是一个数学模型。数学建模是解决各种实际问题的一种数学的思考方法,它从量和形的侧面去考察实际问题,尽可能通过抽象、简化确定出主要的变量、参数,应用与各学科有关的定律、原理,建立起它们之间的某种关系,即建立数学模型;然后用数学的方法进行分析、求解;然后尽可能用实验的、观察的、历史的数据来检验该数学模型,若检验符合实际,则可投入使用,若不符合实际,则重新考虑抽象、简化建立新的数学模型。由此可见,数学建模是一个过程,而且是一个常常需要多次迭代才能完成的过程,也是反映解决实际问题的真实的过程。

数学建模思想运用于应用数学之中,不仅有利于改变传统的以老师讲授为主的教学模式,调动学生自主学习的积极性,还有利于全面提升学生的应用数学的综合运用能力,同时还能培养学生的独立思维能力和创新合作意识。而且,数学建模是从多角度、多层次以及多个侧面去思考问题,有利于提高学生的发散思维能力,在数学建模的科学实践过程中,还能锻炼学生的实践能力,是推行素质教育的有效途径。

二、在应用数学中贯彻数学建模思想的措施分析

1.将数学应用与理论相结合,深入贯彻数学建模思想

将数学应用与理论相结合,深入贯彻数学建模思想,是提高应用数学教学效率的重要途径。在应用数学教学过程中,如果涉及到相关的数学概念问题,应该通过学生的所熟悉的日常生活实例以及所学的专业相关实例来引出,尽量避免以教条式的定义模式灌输数学概念,努力结合相关情境,以各种背景材料位辅助,通过自然的叙述来减少应用数学的抽象概念,使其更加简明化、具体化。而且,用学生经常接触或者熟识的相关案例,不仅能帮助学生正确的理解数学概念,还能拓展学生的数学思维,贯彻数学建模思想,提高应用数学整体的教学效果。

2.积极开展应用数学相关的实践活动,交流数学建模方法

在应用数学教学过程中,可以通过适当的开展应用数学专题讲座、专题讨论会、经验交流会,或者是成立数学建模小组等,促进一些建模专题的讨论和交流,比如说:“图解法建模”、“代数法建模”等,在交流中研究分析数学建模相关问题,理解一些数学建模的重要思想,掌握数学建模的基本方法。而且,在日常生活中,也可以引导学生深入生活实践去观察,选择时机的问题进行相关的数学建模训练,让学生在数学建模实践活动中不断的去摸索、去创新、去发展,以此来不断的拓展学生的视野,增长学生的数学建模知识,积累数学建模经验。而且,在具体的实践活动中,通过交流合作,还能及时的反馈相关的问题,调动学生学习的积极主动性,深化数学建模思想,丰富数学建模方法,进而促进数学建模方法在应用数学中的综合运用,大大提高数学教学的效率。

3.用数学建模思想丰富应用数学教学内容

应用数学的教学通常是以选择一个具有实际意义的问题为出发点,进而把相关的实际问题化为数学问题,也就是通过综合实际材料,用数学语言来描述实际问题,在建立数学模型。再者就是相关数学材料的逻辑体系构建,通过定义数学概念,在经过一定的运算程序,推出数学材料的基本性质,然后建立相关的数学公式和定理。最后,就是将数学理论运用到实际问题中去,利用数学建模思想理论知识来解决实际问题。而这一整体过程,实际上就是数学建模的全过程,用数学建模思想丰富应用数学教学内容,需要我们转变传统的教学观念,在全新的数学建模思想的引导下,来构建应用数学教学的系统化内容体系,丰富教学内容,提高教学质量。

4.通过案例分析,整合数学建模资料

数学老师在教授应用数学相关章节的知识点后,需要关注数学理论的实际运用,这时候老师就可以通过收集一些能运用到课堂教学中来的数学建模资料,在对建模资料进行系统的整合,尽量采用大众化的专业知识,结合相关的案例分析,简化应用数学问题。比如说,数学教师可以选择数量关系明显的实际问题,结合生活实际案例,简化数学建模的方法和步骤,培养学生的初步数学建模能力。

篇5

【关键词】数学建模 数学实验 实践教学体系

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)11-0007-02

全国大学生数学建模竞赛自1994年在全国范围内开展以来,其竞赛规模逐年扩大,影响力也日益增强,现已成为教育部支持的科技竞赛之一。数学建模竞赛的开展让大家看到了数学在其他领域的重要作用,同时也促使数学学科中产生了一个具有强大生命力的新分支——数学建模。为了更好地备战数学建模竞赛,高等院校纷纷开设数学建模、数学实验等数学建模类课程,同时,随着课程的开设也出现了一些问题:数学建模类课程如何教学才有显著的教学效果,如何与数学基础类课程相结合以促进工科数学类课程的教学改革等。

数学建模类课程是指数学建模及数学实验等相关实验课程,它具有理论与实际相结合、知识覆盖面广、实践性与探索性等特点,对于改变本科生对传统数学“无用论”的看法,激发他们对数学的学习兴趣,培养他们的实践动手能力和创新能力等有着积极的促进作用。因此,对定位于应用型本科院校的独立学院来说数学建模更应该得到推广和发展,独立学院数学建模类课程的探索与研究也显得尤为重要。

一 当前独立学院数学建模类课程教学的回顾与现状

自2008年我院正式派5队学生参加数学建模竞赛起,我院就开始将数学建模、数学实验作为选修课程在全院范围内开设,分别设置为24学时。数学建模课程以姜启源版《数学模型》(高等教育出版社,2003年,第三版)作为参考教材,以讲授初等模型为主,其目的是让学生了解基本的建模方法、建模技巧,掌握一些具有共性的实际问题的数学模型,培养初步的理论联系实际的数学建模方法。数学实验课程以姜启源版《数学实验》(高等教育出版社,2006年,第二版)为参考教材,重点介绍利用Matlab软件进行数学求解及作图,同时让学生了解数学实验的方式、方法及作用,能够初步使用相关数学软件Matlab、Lingo等。这两门课程最初分在两个学期(第三、四学期)开设的,后来在同一个学期(第四学期)同步开设。刚开始由于了解数学建模的学生不同,所以选修两门课程的学生仅限于想参赛的学生。随着数学建模竞赛获奖及影响力的扩大,越来越多的学生争先恐后地选修这两门课程。但由于数学建模授课仍采用“老师台上讲——学生台下听”的板书形式,与传统数学类课程教学没什么不同,所以在授课过程中无法调动学生的积极性,部分学生出现缺课现象,甚至出现厌学的情绪。针对这种状况,我院数学教研室首先对数学建模课程的教学进行了改进尝试,改变单纯的板书形式,根据实际的教学内容与有限的课时制作多媒体课件,将其与板书相结合应用到数学建模课堂中,其中增加了建模题目涉及的背景问题详细介绍、相关领域专业知识的补充等,同时,针对实际问题展开以小组为单位的课堂自由讨论,拉近师生之间的距离,激发学生积极思考问题,收到了良好的教学效果。其次,将高等数学的内容融入到数学实验课程,利用数学软件求解高等数学中繁杂的计算,让学生体会到运用软件的便利,能够解决学习中遇到的问题。虽然对数学建模与数学实验课程教学改革取得了一些成效,但是数学建模理论化的教学和两门课程分离教学的状况使得很多学生仍有困扰,真正遇到数学建模题目后不知如何建模,建模后又不知如何利用软件求解。

随着我院对数学建模类课程教学改革的深入,从今年开始我院已将数学建模与数学实验两门课程合并进行教学,设置为32学时,理论授课与上机实践学时各占50%。在这门课上,教师将数学建模理论与数学软件的使用联合教学,引导学生在对实际问题分析建立数学模型后直接利用数学软件对所建模型进行求解,使得学生形成对实际问题进行数学建模的完整体系,这在一定程度上弥补了理论与上机实验脱离的“两开式”教学的缺陷。

二 独立学院数学建模类课程教学的探索与研究

目前,我院已连续5年参加全国大学生数学建模竞赛,获全国二等奖3项,广西区级奖19项,每年获奖率居广西区参赛独立学院前列。我院能在数学建模竞赛中取得良好的成绩,一方面是得到了学院领导的重视和各部门的大力支持,另一方面是我院在数学建模类课程教学方面进行不懈的努力,积极探索适合独立学院的教学模式,提出了数学建模类课程实践教学体系。

1.建立以数学建模理论课程为基础的实践教学体系

针对独立学院学生数学基础薄弱的状况以及数学建模课程自身的特点,独立学院开设数学建模课程不应以追求高深的数学知识以及数学模型对现实世界的精确描述为目的,而是应根据学生的学习特点与兴趣,以注重培养学生自学新知识的能力、分析和解决实际问题的能力,增强应用意识、实践意识以及创新意识,使学生的综合素质在数学建模教学活动中得到全面地提高为目标。为此,独立学院应建立以数学建模理论为基础的实践教学体系,具体做法如下:

第一,理论授课阶段。每年的春季开学,数学建模课程以选修课的形式在全院范围内开设,以讲授常用的数学模型、建模方法及数学软件的使用为主,其中包括初等模型、优化模型、微分方程模型、回归分析、数值分析、曲线拟合、 Matlab等。理论授课基本采用“教师讲、学生听”、课件与板书结合的教学模式,软件使用还增加学生“边学边练”的环节,占课程总学时的2/3。通过数学建模理论授课,让学生对数学建模有初步的认识,为后续数学建模活动的开展奠定了理论基础。

第二,讨论练习阶段。在已有数学建模知识的基础上,将剩下1/3学时的数学建模教学过程变成学生的活动过程。选取生活中的实例作为题目进行练习,如学生会的选举问题、公交车的调度、食堂打饭的排队问题、课程的合理安排问题等。题目一般事先给出,方便学生在课下进行实地调查,搜集资料、数据,在课堂上以小组(三人为一组)为单位对题目进行分析、讨论,交流本小组所掌握的资料以及对题目求解的一些想法,同时老师参与其中,掌握课堂进度,对争执不休的问题进行评断,对学生没有注意的问题进行提点等。课后学生以小组为单位整理课堂讨论的结果,并给出一周的时间让每组完成对实际问题的求解,最终以实验报告的形式提交,同时每位学生提交每次练习的收获、体会。

第三,渗透融合阶段。除了选修数学建模课程和参加数学建模竞赛的学生外,大部分学生都不了解数学建模及其思想方法。因此,为了普及数学建模,数学建模的思想方法应渗透融合到基础数学类课程的教学过程中去,与基础知识模块进行整合教学。例如在高等数学讲“介值定理”时,可用“椅子能在不平的地面上放稳吗?”的数学建模问题作为例子介绍介值定理的应用;在讲微分方程部分时,可插入生物增长Malthus模型和Logistic模型、传染病SI模型、SIS模型以及SIR模型等微分方程模型,并联系2003年的竞赛题目“SARS的传播”建立传染病模型为例进行介绍。在概率论与数理统计的回归分析部分,可引入数学实验中“运用回归分析预测女子身高”的例子吸引学生的注意力。这样通过教学内容的整合,使大部分学生在学习基础数学知识的同时也了解了数学建模的思想,提高了数学建模的意识。

2.将数学实验融入数学类基础课程,形成数学实验分层次实践教学体系

在实践教学过程中,我们发现很多学生选修了数学实验课程,学习了Matlab、Lingo、Lindo等软件的使用,但是真正需要用这些软件求解问题时仍然不会,大多仅停留在听说过Matlab、Lingo等数学软件的层面上。对此,我们认为数学实验课程应融入到数学基础课程中,同时实施分层次教学,让不同需求的学生掌握不同程度的数学实验内容,逐步形成独立学院数学实验分层次实践教学体系。

第一层次,针对大一学生,将数学实验作为必修课,安排在诸如高等数学、经济数学等数学基础课程教学中,即在每一章内容后增加两个学时的实践教学环节,让学生做一些简单的高等数学问题的数学实验,如求极限、求导函数、求原函数、做因式分解、解微分方程等,主要学会使用数学软件Matlab和Mathematics。以所学知识为基础进行实验能帮助学生理解一些抽象概念和理论,并运用计算机软件进行数学求解。这个教学环节可改变数学课程学习的传统模式,使教学方式变得生动灵活,同时学生从繁杂的计算中解脱出来,在学习过程中也会有更大的主动性。第二层次,针对大二、大三学生,将数学实验作为选修课开设,一个实际问题构成一个实验内容。对实际问题建立的数学模型,通过数学软件进行数值求解和定量分析,进一步完善和构建数学模型。这一层次主要是培养学生熟练使用计算机和数学软件的能力以及运用数学知识解决实际问题的意识和能力。第三层次,针对参加数学建模竞赛和大四的学生,进行专题性的数学实验。掌握更多的专业计算软件,如Lingo、Lindo、Origin、SAS、SPSS等。这样,数学实验通过分层次教学,使不同阶段的学生不同程度地锻炼了上机实际操作能力,更使得数学实验在大学校园中得到广泛地普及。

参考文献

[1]孟津、王科.高职高专数学教学改革的必由之路——将数学建模的思想和方法融入高等数学课程教学中[J].成都电子机械高等专科学校学报,2007(1):41~45

[2]宋儒瑛、郑艳萍.关于数学实验与数学建模课程建设的实践与思考[J].太原师范学院学报(社会科学版),2010(6):160~161

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一、培养学生的数学建模意识

数学模型和数学建模不仅仅展示了解决问题时所使用的数学知识和技巧,更重要的它将告诉我们如何提取实际问题中的数学内涵并使用数学的技巧来解决它。因此学习数学建模不仅要学习和理解模型分析过程中所使用的数学知识和逻辑推理,更重要的在于了解怎样用数学对实际问题组建模型以解决问题。所谓数学模型,是通过抽象和简化,使用数学语言对实际问题的一个近似刻画,以便于人们更深刻地认识所研究的对象,也就是说对现实对象信息进行提炼、分析、归纳、翻译的结果,它使用数学语言精确地表达了对象的内在特征。因此,教师在传授知识的同时一定要有意识地把一些抽象的问题和现实生活中的问题联系起来,即寻找模型。因此要不断地引导学生用数学的观点去观察、分析和表示各种事物之间的联系,要善于从纷繁复杂的具体问题中抽象出所熟知的数学模型,进而达到用数学模型来解决实际问题,使数学建模意识成为学生思考问题的方法和习惯。

二、优化中数建模过程,全面实施素质教育

1.数学建模教学要突出学生主体地位。学生主体地位是指学生应是教学活动的中心,教师、教材、一切的教学手段都应为学生的学习服务;学生应积极参与到教学活动中去,充当教学活动的主角。学生的主体地位主要有以下四个方面的表现:学习的积极性、学习的主动性、学习的独立性和学习的创造性。

数学建模的教学环节是将实际问题抽象简化成数学模型,求得数学模型的解,检验解释数学模型的解,并将其还原成实际问题的解,从而最终解决实际问题。数学建模课程的特点决定了每一个环节的教学都要把突出学生主体地位置于首位,教师要激励学生大胆尝试,鼓励学生不怕挫折失败,鼓励学生动口表述、动手操作、动脑思考,鼓励学生多想、多读、多议、多讲、多练、多听。

在数学建模教学中教师要充分运用渗透与激励的教育手段。渗透,就是教师结合教学内容与教学实际,从素质教育的角度出发,把人格教育、非智力因素、学习方法、思维方法和各种能力的培养等素质教育的内容有机地溶于教学过程当中;激励,就是教师运用适当的语言、举动、方式(设计)、内容(问题)激发学生的兴趣、积极性和主动性,鼓舞学生的思维、行动和意志。由于数学建模过程会遇到许多意料不到的困难,对中学生而言,数学建模中化归思想方法的掌握难度较大。教师在数学建模教学中要注意增强渗透和激励的意识,要注意二者的启发性、思想性、全面性、贴切性和现实性。

2.数学建模教学要分别要求、分层次推进。数学建模方法是解决应用问题的重要方法,但因为长期传统应试教育的影响,造成学生动手操作能力差、应用意识薄弱。在数学建模教学中,根据素质教育面向全体学生、促进学生全面发展的目标,教师要重视学生的个性差异,对学生分别要求、个别指导、分层次教学,对每个学生确定不同的数学建模教学要求和素质发展目标。对优生要多指导,提高数学建模目标,鼓励他们大胆使用计算机等现代教育技术手段,多给予独立建模的机会,能独立完成高质量的建模论文;对中等程度的学生要多引导,多给予启发和有效的帮助,使中等程度的学生提高建模的水平,争取独立完成数学建模小论文;对差生要多辅导,重点渗透数学建模的思想,只需完成难度较低的建模习题,不要求独立完成数学建模小论文。当学生遇到困难时,教师应多用鼓励的方式激励学生,通过师生融洽的情感交流,帮助学生增强信心、提高自信,进而克服困难,取得建模的成功。

3.数学建模教学要全方位渗透数学思想方法。数学思想方法是数学知识的精髓,是知识、技能转化为能力的桥梁,是数学结构中强有力的支柱。由于数学建模教学面对的是千变万化的灵活的实际问题,建模过程应该是渗透数学思想方法的过程,首先是数学建模化归思想方法,还可根据不同的实际问题渗透函数的思想、方程的思想、数形结合的思想、逻辑划分的思想、等价转化思想、类比归纳和类比联想思想及探索思想,还可向学生介绍消元法、换元法、待定系数法、配方法、反证法、解析法、归纳法等数学方法。

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数学建模是对一个实际问题,为了一个特定目的,根据特有的内在规律,做出必要的简化假设,运用适当的数学工具,借助数学语言刻画和描述一个实际问题,得到一个数学结构,然后经过数学处理得到定量或定性结果,供人们分析、决策、预报和控制。如今,国民经济的各个领域都涉及到数学建模技术,它已成为对被研究对象的特性进行仿真和系统研究必不可少的基础。用数学建模解决实际问题一般分为五个环节:(1)模型假设,即必要合理的简化假设,符号说明;(2)模型建立,即局部问题分析,进行公式推导得到基本模型;(3)模型求解,即用数学方法借助于计算机得出精确或近似结果;(4)模型检验,即模型的结果分析与检验,误差分析;(5)模型应用,即对以上过程进行反复多次实验,直到很好的解决问题。

二、高职高专院校开展数学建模的必要性

1.数学建模有力补充了传统数学教育

目前,我国高职高专院校所开设的高等数学课程大多还是注重理论,教学偏重理论推导,过于强调解题技巧,忽略实际应用,使得很多学生觉得学了数学没什么用途。然而,从科学技术的发展趋势来看,未来技术人员不但要掌握基本数学理论、常用数学方法,更重要的是解决实际问题的基本能力,因此在教学中,应该加强数学知识与相关课程的有机结合和相互渗透,而数学建模是解决这个问题的有效途径。他能够广泛联系不同学科知识,是实现数学知识和应用能力相结合的最佳结合点。数学建模课程系统性强,实际案例分析比例大,联系实际的领域宽,有效改善了传统教学中知识与能力脱节的弊端。因此,应该将数学建模的基本内容引入到数学教学中,让学生在数学学习的过程中更多得接触一些实际应用问题,了解数学应用的背景,体会数学的思想和方法。

2.数学建模有利于培养学生多种技能

数学建模用到的知识比较宽泛,而且从问题的提出到问题的解决,都没有固定答案和模式,因此给了学生更大的自主性和想象空间。学生需要通过图书馆和网络搜集资料,进行自学,经历独立思考、深入探索、小组成员相互讨论、相互协作的实践过程,培养了学生的自学能力,独立思考能力,相互协作能力和创新意识。随着计算机技术的迅猛发展,数学建模中大量繁琐的计算问题都可以通过计算机软件来实现,很多问题只要编制一些简单的程序即可得到满足要求的数值解,另外,很多抽象难懂的数学概念、复杂的几何图形,都可以通过计算机直观显示。因此,这就要求学生在数学建模过程中还需要熟练掌握必要的数学软件,如Matlab,Lingo,SPSS,Mathematica,提高了学生应用计算机软件解决实际问题的能力。

3.数学建模有利于促进高职高专院校教师队伍水平的提高

高职高专教育的培养目标是为服务、生产、管理等第一线培养适用的高技能复合型人才,这就要求高职高专院校的教师不仅需要具备扎实的理论知识和丰富的教学经验,更要具有较强的从事本专业工作的能力。数学建模活动的创造性和知识的广泛性,对指导教师提出了更高的要求,这就促使教师不断优化知识结构,改革课程体系、教学内容、教学手段、教学方法,不断提高教育教学质量。

4.数学建模有利于推进高职高专院校数学教学改革

高职高专院校是培养高技能复合型人才的基地。而如今,高职高专数学教育面临着诸多问题,如教材不规范、不统一,教学内容多,教学课时少,生源素质总体偏低,学生积极性不高等,根据高职高专数学教学目标,进行数学教学改革势在必行。数学建模以数学知识为基础,以问题为导向,以学生为中心,以计算机为辅助工具的思想方法,更有利于培养学生创造性思维,提高学生综合素质,对高职高专院校数学教学改革起到巨大的促进作用。

三、高职高专院校开展数学建模的两点思考

1.完善奖励激励政策有利于数学建模活动的持续开展

数学建模活动是一项系统工程,需要耗费教师大量的时间和精力。只有在教学管理中对数学建模竞赛取得的成绩给予充分肯定,并且给予政策支持和物质奖励,才能充分调动师生参与的积极性,促使数学建模活动的持续开展。

2.开设数学建模选修课

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关键词:高职院校 高等数学 建模思想 应用策略

高等教育的改革必须从课程改革中入手,而对于高职院校的高等数学课程来说,在践行素质教育、能力教育的号召下,引入高等数学建模思想是促进学生更好的认识和应用数学的有效途径。为此,展开高等数学建模思想的研究,对于满足学生的数学学习愿景具有重要的意义。本文将结合高等数学在课堂教学中的具体实践,从数学知识的衔接上展开探讨,分析建模理论知识,并对改进高等数学的教学方法提出一些建议和想法。

一、高等数学对于学生素质教育的作用和意义

高等教育作为普通教育的进一步延伸和提高,对于培养学生的知识素养和能力结构具有重要的支撑作用,特别是高等数学的学习,将数学的思想和方法作为工具来指导学生的实践,培养数学的思维模式和分析能力,对于提升学生的综合素质具有不可替代的作用。长期以来,对于高等数学的课堂教学都是从基本的教材内容中进行适当的压缩和提炼,对学生知识的积累和应用没有明确的要求和考核,缺乏对学生高等数学能力的有力培养。

二、建模思想在高等数学教学中的重要性

数学建模理论主要是结合实际应用来分析实际问题,并将问题转化为数学模型的过程,通过对数学模型的解决来实现对实际问题的解决,在实践应用中,数学建模理论具有重要的现实意义。通常情况下,对于一些特定的问题,通过进行重要的假设,运用变量或代数来借助于一定的数学理论和公式,来对实际问题营造出一个数学结构,不仅能够对产生问题的原因进行一定的预判或未来趋势的发展进行定位,还能从中推导出有利于解决实际问题的决策和控制条件,比如我们用到的牛顿万有引力定律就是数学建模思想的经典。为此,随着现代工业技术的兴起,对计算机技术的广泛应用,都是建立在数学的应用基础之上的,数学建模时代的到来为我们提出了新的要求。

1.数学建模思想的应用有助于促进高等数学的课程改革

高职院校的培养目标在于提高学生的职业素养和应用能力,特别是与生产实践相联系的专业学科,加强对数学建模思想的应用,对于提高学生的综合应用能力,推动高等数学课程改革具有重要意义。知识在于应用,高等数学同样离不开应用环节,为此,在课堂教学中,教师要善于从高等数学知识体系中,提炼出有效的数学模型,以促进学生从建模过程中开阔数学视野,同时,从对数学工具的应用中,来提高学生动手能力和实践能力。

2.数学建模思想的应用有助于培养高素质复合型人才

数学建模思想不仅仅是利用数学理论来解决实际问题,更重要的是通过数学建模的过程,有助于培养学生的思维能力和创新能力,从抽象的问题中提炼出数学模型,复杂的思维逻辑中整理出有效的解决问题的途径和方法。正是因为数学建模思想对人才的培养具有重要的促进作用,国际数学建模竞赛的广泛推广为更多的学生能够从自身学科出发,结合工程技术、管理科学等来加以分析,并通过小组合作、探讨,通过相应的假设、构建、求解等环节来推导出结果,并对结果进行检验和分析,以促进数学模型的改进。数学建模竞赛的开展,为学生提高高等数学的学习兴趣也起到了促进作用。

3.数学建模思想的应用有助于开阔学生的知识面

数学建模理论因其涉及的知识面广,在对具体实际问题进行构建时需要从多种学科进行链接知识,而单纯依靠数学知识是难以实现对问题的全面分析和有效解决的。为此,结合高等数学的知识特点,展开对建模思想和方法的学习和应用,从生物、化学、物理、经济、管理等学科进行吸收有益的知识来补充到数学模型的构建体系中,通过线性比较、生态模型、概率统计、图论、计算机仿真、层次模型比较等方法,让学生从中感受到了知识的多样性和丰富性,也激发了学生从建模的过程中,加深了对知识的认识和理解,为促进学生养成自主学习的习惯奠定了基础。

4.数学建模思想的应用有助于培养学生的创新能力

数学建模思想是一种思维能力的训练过程,不仅需要学生从基本的知识点中来寻找相关知识的联系,也需要从实际问题中通过思维创新来提高解决数学问题的能力。在高等数学课堂教学中,对数学建模思想的分析和融入,能够触发学生对数学知识的原始性冲动,并在思维的过程中,将实际问题抽象出数学的模型,进而实现对学生的观察能力、分析能力、以及综合能力的训练。在建模思想的运用中,需要学生从实践中来体验思想的深刻性和灵活性,对于不同的抽象模型所解决的不同问题,也需要学生从自身出发,来培养学生的独立思考能力,进而在探索的过程中形成创新能力。

四、总结

高等数学作为高等教育中的一门基础课程,对于培养学生的分析能力和思维能力具有很好的促进作用,尤其是引入数学建模思想,将数学的应用性和实践性作为数学建模的基本能力,为此,可以帮助学生从错综复杂的实际问题中,逐步养成深入思考的习惯,明确数学思想的本质,以充分发挥学生的想象力和实践能力,为学生在未来的实际工作中养成良好的思维习惯奠定基础。

参考文献:

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关键词:数学建模;数学模型;建模思想;数学建模方法

一.数学建模在教学中的应用

数学建模能力的培养,让学生体验、理解和应用探究问题的方法。教师在教学中,应根据他们的年龄特征和认知规律设计出适应他们探究的问题,这样才能激发学生对学习的思考和探索,从而达到培养学生数学探究性学习的效果。

例:拆数问题。总长100米的篱笆靠墙围一个矩形羊圈。

(1)当x=20米时,面积S是多少?(2)当x分别为30米,40米,50米,60米呢?

(3)当x为多少时,所围矩形面积最大?

本例中,学生原有知识为:矩形面积=长×宽;总长100米,一边为x,则另一边为100-x。例中的问题(1)(2)简单计算就可得出,但却是问题(3)的辅垫,学生在训练中容易比较发现,当把100分成50米和50米时,所围成的矩形面积最大。

例:函数图像的交点坐标。在一次函数教学时,可设计以下渐进式问题:

(1)直线y=x+3与X轴,Y轴分别交于点A、B,求点A、B的坐标。

(2)直线y=x+3与直线y=-2相交于点P,求点P的坐标。

(3)直线y=x+3与直线Y=3x-5相交于点M,

求点M的坐标。

结合(1)的方法容易解出问题(2),但问题(3)具有一定的挑战性。教学时问题(1)可总结为解方程组的形式,求出与X轴的交点坐标;同理对问题(2)可总结为解方程组的形式,求出点P的坐标。这样学生容易想到问题(3)的解答方法了。

数学建模能力的培养不在于某堂课或某几堂课,而应贯穿于学生的整个学习过程,并激发学生潜能,使他们能在学习数学的过程中自觉地去寻找解决问题的一般方法,真正提高数学能力与学习数学的能力。

二.数学建模教学的基本过程

培养学生运用数学建模解决实际问题的能力,关键是把实际问题抽象为数学问题,必须首先通过观察分析、提炼出实际问题的数学模型,然后再把数学模型纳入某知识系统去处理,这不但要求学生有一定的抽象能力,而且要有相当的观察、分析、综合、类比能力。学生的这种能力的获得不是一朝一夕的事情,需要把数学建模意识贯穿在教学的始终,也就是要不断地引导学生用数学思维去观察、分析和表示各种事物关系、空间关系和数学信息,从纷繁复杂的具体问题中抽象出我们熟悉的数学模型,进而达到用数学模型来解决实际问题的目的,使数学建模意识成为学生思考问题的方法和习惯。

三.数学建模教学的重要性

二十一世纪课程改革的一个重要目标就是要加强综合性、应用性内容,重视联系生活实际和社会实践,逐步实现应试教育向素质教育转轨。纵观近几年高考不难推断,数学应用题的数量和分值在高考中将逐步增加,题型也将逐步齐全。而以解决实际问题为目的的数学建模正是数学素质的最好体现。

目前中学数学教学现状令人担忧,相当一部分教师认为数学主要是培养学生运算能力和逻辑推理能力,应用问题得不到应有的重视;至于如何从数学的角度出发,分析和处理学生周围的生活及生产实际问题更是无暇顾及;为应付高考,只在高三阶段对学生进行强化训练,因学生平时很少涉及实际建模问题的解决,其结果是可想而知的,所以在中学加强学生建模教学已刻不容缓。

四.数学建模教学的意义

在学校开展数学建模教学,可激发学生的学习积极性,学会团结协作的工作能力;培养学生的应用意识和解决日常生活中有关数学问题的能力;能使学生加强数学与其它各学科的融合,体会数学的实用价值;通过数学建模思想的渗透和训练,能使学生适应对人才的选拔要求,为深造打下坚实的基础,同时也是素质教育的重要体现。

参考文献:

[1] 数学思想与数学教育[J],数学教育学报.1995

[2] 丁石孙、张祖贵.数学与教育[M],湖南教育出版社.1998

[3] 孙亚玲.现代课程与教学研究新视野文库--课堂教学有效性标准研究、教育科学出版社.2008

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关键词:数学建模策略;教学原则;

作者简介:李明振(1965-)男,河南延津县人,副教授,主要从事数学建模的认知与教学研究.

自20世纪70年代起,英、美等国的许多大学相继开设了数学建模课程。迄今为止,我国绝大多数高校也已相继将数学建模作为理科专业的必修课程之一。经过多年的实践探索,数学建模教学取得了一定成效,但效果并不尽人意[1-3]。究其重要原因之一在于,缺乏科学有效的数学建模教学理论指导。亟需深入开展数学建模课程的教学研究,建立科学有效的数学建模教学理论,以有效指导数学建模教学实践。

所谓数学建模策略是指在数学建模过程中选择解决方法、采取解决步骤的指导方针,是选择、组合、改变或操作与当前数学建模问题解决有关的事实、概念和原理的规则。它们在数学建模过程中发挥着重要作用,以有效的数学建模策略为指导,将有助于减少数学建模过程中试误的任意性和盲目性,节约数学建模所需时间,提高数学建模的效率和成功概率。数学建模策略一旦被学生真正理解、熟练掌握、自觉运用和广泛迁移,即转化为思维能力。研究表明,优秀学生与一般学生在数学建模的表征策略、假设策略、模型构建策略、调整策略等方面均存在差异。优秀学生在数学建模策略的掌握与运用方面具有较高水平,而一般学生的数学建模策略运用水平较低[4]。数学建模策略差异是优生与一般生数学建模水平差异的主要原因。掌握一些有效的数学建模策略,既是数学建模教学的重要目标,也是提升学生数学建模能力的重要步骤,实施数学建模策略的教学能有效培养学生的数学建模能力,应将数学建模策略的教学放在重要位置。开展数学建模策略的教学研究,不仅能拓展和丰富数学建模教学理论,而且对数学建模教学实践具有重要指导意义。然而,迄今未见关于数学建模策略教学问题的研究。鉴于此,基于数学建模的认知与教学研究[5-7]和多年从事高校数学建模教学的实践,笔者认为,数学建模策略的教学应遵循如下四个原则。

一、基于数学建模案例

策略性的知识是具有抽象性、概括性的知识,这种知识的学习必须和具体的经验结合起来,才能真正领悟与掌握。否则,只会是死记策略性知识的字词,而难以真正理解与熟练运用。因此,数学建模策略的教学应基于对数学建模案例的解析与探索,使学生在多种新的现实问题情境中“练习”利用所要习得的数学建模策略,实现数学建模策略的经验化。为此,在数学建模教学中,一方面,针对每种数学建模策略的案例练习均应涵盖丰富的现实问题,应在多个现实问题的应用中向学生揭示数学建模策略的不同方面。由于不同的问题蕴涵不同的情境,运用同一数学建模策略的不同问题,会反映出数学建模策略的不同侧面与特性。因此,对某种数学建模策略应拟定多个可运用的不同情境的现实问题案例,从而为该数学建模策略提供丰富的情境支持;另一方面,应注重审视与解析每个现实问题的解决过程所涉及的多种数学建模策略,通过对同一现实问题的多种数学建模策略运用的审视与解析,厘清各种数学建模策略之间的关系。一个数学建模问题案例实质上意味着多种数学建模策略在此特定的情境中发生特定的联系,解析一个数学建模问题的过程就是将多种数学建模策略迁移至此情境的过程,关注每个现实问题所包含的多种数学建模策略的应用,有助于理解和掌握多种数学建模策略在解决同一情境问题时的有效协同。实施同一数学建模策略的多个现实问题建模案例应用和同一现实问题建模案例的多种数学建模策略分析相交叉的教学,能够有效加强记忆的语言表征与情节表征之间的联系,不仅可使学生形成对数学建模策略的多维度理解,将数学建模策略与具体应用情境紧密联系起来,形成背景性经验,而且有利于针对现实问题情境构建用于引导解决现实问题的数学建模策略的应用模式。将抽象的数学建模策略与鲜活的现实问题情境相联系,加强了理性与感性认知的有机联系,有助于促进数学建模策略学习的条件化。即知晓数学建模策略在何种条件下使用,一旦遇到适合的条件就能自觉使用,从而有助于增强数学建模策略的灵活运用和广泛迁移。

二、寓于数学建模方法

所谓数学建模方法是指为解决现实问题而构造刻划现实问题这一客观原型的数学模型的方法。数学建模方法在数学建模中具有重要作用。数学建模策略与数学建模方法之间存在密切的关系。一方面,数学建模方法从层次上低于数学建模策略,是数学建模策略对数学建模过程发生作用的媒介和作用点,离开数学建模方法,数学建模策略将难以发挥作用;另一方面,数学建模策略是对数学建模问题解决途径的概括性认识和通用性思考方法,是数学建模方法对数学建模过程发生作用的指导性方针,引导主体在何时何种情况下如何运用数学建模方法。如果缺乏数学建模策略的有效指导,数学建模方法的运用就会陷于盲目,势必导致无从下手或误入歧途。数学建模教学中,如果仅关注于数学建模方法而忽视数学建模策略,那么,所习得的数学建模方法就很难迁移运用于新的数学建模问题情境;如果仅关注数学建模策略而忽视数学建模方法,那么所获得的数学建模策略难免限于表面化和形式化,从而难以发挥其对数学建模方法和数学建模过程的指导作用。因此,在数学建模策略教学中,应寓数学建模策略于数学建模方法教学之中,应有意识加强数学建模策略与数学建模方法之间的联系。为此,应基于具体的数学建模案例,尽力挖掘所用数学建模策略与所用数学建模方法之间的内在联系与对应规律。一种数学建模策略可能会对应多种数学建模方法,同样,一种数学建模方法也可能对应多种数学建模策略。应在数学建模策略与其所对应的数学建模方法之间对可能的匹配关系进行审视与解析,以揭示所运用的数学建模策略之间、数学建模方法之间以及二者之间的内在协同规律。

三、揭示一般思维策略

一般思维策略是指适用于任何问题解决活动的思维策略。它包括:(1)解题时,先准确理解题意,而非匆忙解答;(2)从整体上把握题意,理清复杂关系,挖掘蕴涵的深层关系,把握问题的深层结构;(3)在理解问题整体意义的基础上判断解题的思路方向;(4)充分利用已知条件信息;(5)注意运用双向推理;(6)克服思维定势,进行扩散性思维;(7)解题后总结解题思路,举一反三等等。此外,模式识别、媒介过渡、进退互用、正反相辅、分合并用、动静转换等也属于一般思维策略范畴。通过深度访谈发现,相当一部分学生希望老师在数学建模教学时教给他们一些一般思维策略,但数学建模教学实践中,往往忽视一般思维策略的教学。一般思维策略在层次上高于数学建模策略,在数学建模过程中,它通过数学建模策略影响数学建模思维活动过程。而数学建模策略是沟通一般思维策略与数学建模过程的纽带与桥梁,受一般思维策略的指导,是一般思维策略指导数学建模过程的作用点。离开一般思维策略的指导,数学建模策略的作用将受到很大限制。因此,在数学建模策略教学过程中,应向学生明确揭示数学建模活动过程所蕴含和所运用的一般思维策略,并鼓励学生在数学建模实践活动中有意识地使用,使学生充分领悟一般思维策略对数学建模策略运用的重要指导作用,增强数学建模策略运用的灵活性,实现数学建模策略的迁移,提升数学建模能力。