数学建模的实际应用范文

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数学建模的实际应用

篇1

关键词:应用型人才;数学建模;教学平台

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)06-0035-03

一、对应用型人才内涵与数学建模实践活动的深入认识

应用型人才是一种能将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的一种专门的人才类型,是熟练掌握社会生产或社会活动一线的基础知识和基本技能,主要从事一线生产的技术或专业人才。在知识结构上,应用型人才更强调复合性、应用性和与时俱进,具有复合性和跨学科的特点。在能力结构上,应用型人才强调发现问题和解决问题的能力,要求具备解决复杂问题的实践能力;在素质结构上,应用型人才直接服务于各行各业,更强调社会适应性和与社会的共处能力。应用型人才的特点:强调实践,突出应用;终身学习,知识复合;科学态度,敢于创新;责任意识,团队协作。

数学建模就是通过对现实问题的抽象、简化,确定变量和参数,并应用某些“规律”建立起变量、参数间的确定的数学问题;然后求解该数学问题,最后在现实问题中解释、验证所得到的解的创造过程。数学建模过程可用下图来表明:

因此,数学建模活动是一个多次循环反复验证的过程,是应用数学的语言和方法解决实际问题的过程。数学建模是一种联系数学与实际问题的桥梁,它突出了实践活动的重要特点,强调人才的培养应从侧重知识教育转向侧重应用能力培养。

二、应用型人才培养模式下数学建模活动在人才培养过程中的作用

应用型人才培养模式下,数学建模活动不仅包括学习数学知识,展示各应用领域中的数学问题和建模方法,提高学生学习数学的积极性,更重要的是培养学生应用数学知识解决实际问题的能力,创造有利于提高学生将来从事实际工作能力的环境。数学建模活动的教学内容和教学方法是以应用型人才培养为核心,内容取材于实际、方法结合于实际、结果应用于实际,对学生能力的培养体现在多个方面。

(一)培养学生分析问题与解决问题的能力

数学建模竞赛的题目一般由工程技术、经济管理、社会生活等领域中的实际问题简化而成,在数学建模活动中,要求首先强调如何分析实际问题,如何利用所掌握的知识和对问题的理解提出合理且简化的假设,如何将实际问题抽象为数学问题,即将实际问题“翻译”成数学模型。其次是如何建立适当的数学模型,如何利用恰当的方法求解数学模型,以及如何利用模型结果解决实际问题。对数学模型求解后,还要用数学模型的结果解释实际现象。这是一个双向“翻译”的过程,通过这个过程,让学生体验数学在解决实际问题中的作用,培养学生应用数学知识的意识和能力,从而提高学习数学的兴趣和应用数学解决实际问题的能力。数学建模本身就是一个创新的过程并且为培养学生创新精神和创造能力提供了环境。

(二)培养学生的创造精神和创新能力

创造精神和创新能力是指利用自己已有的知识和经验,在个性品质支持下,新颖而独特地提出问题、解决问题,并由此产生有价值的新思想、新方法、新成果。数学建模问题的解决没有标准答案、不局限于唯一方法,不同的假设就会产生不同的模型,同一类模型也会有很多不同的数学求解方法。数学建模的每一步都给学生留有较大的空间,在数学建模活动中,要鼓励学生勤于思考、大胆实践,不拘泥于用一种方法解决问题,尝试运用多种数学方法描述实际问题,鼓励学生充分发挥想象力、勇于创造新方法,不断地修改和完善模型,不断地积累经验,逐步提高学生创新能力,数学建模本身就是一个创新的过程并且为培养学生创新精神和创造能力提供了环境。数学建模是培养学生创造性思维和创新精神的良好平台。

(三)培养学生的学习探索能力

心理学家布鲁纳指出:探索是数学教学的生命线。培养学生的探索能力,应贯串数学教学的全过程。这一点在普通的数学课堂上往往做不到。但在数学建模的教学过程中,通常会有意识地创设探索情境,引导学生以自我为主,进行调查研究、查阅文献、制定方案、设计实验、构思模型、分析总结等方面独立探索能力的训练,促进学生创新精神、科研能力和实践技能的培养。

(四)培养学生的洞察力和抽象概括能力

数学建模的模型假设需要根据对实际问题的观察和分析,透过现象看本质,将错综复杂的实际问题简化,再进行高度的概括,抽象出合理、简化、可行的假设条件。数学建模促进了对学生的洞察力和抽象概括能力的培养。

(五)培养学生利用计算机解决实际问题的能力

在数学建模中,很多模型的求解都面临着复杂的数学推导及大量的数值计算,同时所建模型是否与实际问题相吻合也常常需要通过计算或模拟来检验,能熟练使用计算机计算数学问题是对学生的必要要求。数学建模将数学、计算机有机地结合起来,逐步培养学生利用数学软件和计算机解决实际问题的能力。

(六)培养学生论文写作和语言表达的能力

数学建模的考核内容一般包括基本建模方法的掌握、简单建模问题的求解和实际问题的解决,考核方式往往采取闭卷与开卷相结合、理论答卷与上机实验相结合、笔试与答辩相结合的方法。因此,数学建模答卷需要学生具有一定的描述问题的能力、组织结构的能力以及文字表达的能力。而数学建模竞赛成绩的好坏、奖项的高低,其评定的唯一依据就是数学建模论文,假设是否合理,建模方法是否有特色,重点是否突出,模型结果是否正确,论文撰写是否清晰等是对论文成绩评定的主要标准。通过数学建模确实能培养学生的论文写作能力和语言表达能力。

(七)培养学生的交流与合作能力和团队精神

数学建模中的实际问题涉及多个学科领域,所需知识较多,因此集体讨论、学生报告、教师点评是经常采用的教学方式。数学建模竞赛活动是一个集体项目,比赛要求参赛队在3天之内对所给的问题提出一个较为完整的解决方案,具有一定规模的建模问题一般都不可能由个人独立完成,这就需要三个人积极配合,协同作战,要发挥每个人的长处,互相弥补短处,是培养学生全局意识、角色意识、合作意识的过程,也是一个塑造学生良好个性的过程。在此过程中,既要发挥好学生各自特点,又要有及时妥协的能力,目的是发挥整体的最好实力。作为对学生的一种综合训练,除了三个人都要有数学建模的基础知识外,成员之间的讨论、修改、综合,既有分工,又有合作。只有充分的团队合作,才能取得成功,凡是参加过竞赛的每一个人都能深刻体会到这种团队精神的重要性,认识到这一点对学生以后的成长是非常有帮助的。

数学建模在以上九个方面培养了学生的能力,促进了学生应用能力的养成。有目的、有计划、有针对性地开展数学建模教学将会使其对应用型人才的培养更具实效性。

三、应用型人才培养模式下数学建模三级教学平台的构建与实施

(一)将数学建模思想方法融入工科数学基础课,实现数学建模教学常态化

我们在开设《数学建模》选修课及必修课的基础上,积极探索将数学建模的思想方法融入到工科数学基础课教学之中,并进行了有益的教学实践。在相关课程的教学中,适当引入一些简单的实际问题,应用有关方法,通过建立具体的数学模型,利用模型结果解决实际问题。以向学生展示某些典型的数学方法在解决实际问题中的应用及应用过程,既巩固了相关知识又提高了处理问题的能力,比单纯的求解应用问题更有效。

1.在《高等数学》课程中,讲授函数的连续性时,引入方桌平稳问题,把实际问题转化为连续函数的零值点的存在问题;曲面积分时引入“通讯卫星的覆盖面积问题”,建立在距地面一定高度运行的卫星覆盖地球表面面积的曲面积分公式,并通过计算面积值确定为了覆盖地球表面所需卫星的最少数目;讲授微分方程时引入“交通管理中的黄灯时间问题”,通过简单分析黄灯的作用、驾驶员的反应等,建立汽车在交通路口行驶的二阶微分方程,通过求解方程计算给出应该亮黄灯的时间;在讲授无穷级数时,引入银行存款问题。

2.在《线性代数》课程中,讲授矩阵有关知识时引入“植物基因分布问题”,在简单地了解基因遗传的逐代传播过程基础上,引入基因分布状态向量,建立状态转移模型,通过矩阵运算求出状态解,进而分析基因分布变化趋势,确定植物变化特征。

3.在《概率论与数理统计》课程中,讲授随机变量时引入“报童的策略问题”,设定随机变量(购进报纸份数)、建立报童收益函数的数学期望、求数学期望的最大值,给出报童购进报纸的最佳份数。引导学生从实际问题中认识随机变量,并将其概念化,进而解决一定的问题。另外,还是学生认识了连续型和离散型随机变量在描述和处理上的不同。

总之,通过一些简单的数学建模案例介绍,让学生了解相关知识的实际应用,解决学生不知道所学数学知识到底有什么用,以及该怎么去用的问题;另一方面,使学生初步了解运用数学知识解决实际问题的简单过程和方法,并鼓励学生积极地去学数学、用数学。通过将数学建模思想融于低年级数学主干课教学中,培养学生的建模兴趣。激发学生科学研究的好奇心、参与探索的兴趣,培养学生学数学、用数学的意识。

(二)广泛开展学生数学建模课外科技活动,实现数学建模实践经常化

在数学建模课程教学和数学建模竞赛培训的基础上,以数学建模实验室为平台开展经常性的学生数学建模课外科技活动,包括教师讲座和问题研究。在每年三月初至五月初,开设《数学建模》课程,进行数学建模方法普及性教育;在五月下旬至六月末,开设数学建模讲座,内容主要包括一些专门建模方法讲解、有关案例介绍和常用数学软件介绍;在七月下旬至八月上旬,进行建模竞赛培训,准备参加全国竞赛。

全国竞赛之后,组织学生开展数学建模问题研究。问题来源于现有建模问题和自拟建模问题,其中自拟题目来自学生的日常生活、专业学习以及现实问题和教师研究课题等,针对自拟问题,建模组教师进行集体讨论,形成具体的建模问题;然后,教师指导学生完成问题研究,并尝试给出实际问题的解决方案。把这一活动与大学生科技立项研究项目结合起来。数学建模课外科技活动期间,实验室对学生开放、建模问题对学生开放、指导教师对学生开放。

从建模课程、建模讲座、竞赛培训、参加竞赛,到建模研究、学生科技立项等,数学建模活动从每年三月初开始至下一年的二月止,形成了以一年为一个周期的经常性的课外科技活动,实现了数学建模实践的经常化。很多学生从大一下学期开始连续一年半或两年参与建模活动,在思维方法、知识积累和建模能力等方面获得了极大的提高,为其后期的专业学习与实践打下了良好的基础。

(三)将数学建模思想方法引入专业教学与实践,实现数学建模应用专业化

无论是数学建模课程教学、数学建模讲座、建模竞赛培训,还是数学建模研究,所有过程大多定位于数学建模思想的传授、数学建模方法的应用,所针对的问题多数来自于社会生活、经济管理、工程管理等领域,专业背景不强。如何培养学生应用数学建模解决专业应用领域中的实际问题,这是数学建模应用的深层次研究问题,也是理工科专业学生创新型能力培养的重要内容,需要结合专业教学与实践得以实现。

首先,需要理工科专业教师的积极参与。数学建模教师主要承担数学建模和数学实验的课程教学、数学建模竞赛的培训与指导,教师队伍的构成基本上都是单一的数学专业教师,很少有其他专业的教师参与进来。教师队伍在知识的结构、实践动手能力上都有相当大的局限性,教师很难做到既了解实际问题、懂得专业知识,又熟悉有关算法与程序。因此,数学建模教师队伍需要在专业结构上多元化发展,吸引理工科专业的教师对数学建模的兴趣,引导其他专业教师的积极参与。

其次,要实现数学建模融入学生培养的各个环节和各个阶段,就必须在专业课教学、课程设计及毕业设计指导等阶段注重数学建模思想与方法的运用,注重对学生建模能力的培养。因此,通过一定的途径,比如,交叉学科教师间的交流活动、针对一些具体问题的教师共同探讨、建模教师帮助专业教师解决一些科研问题等,在专业教师中传播数学建模的思想与方法,使其了解数学建模的作用,并掌握一些数学建模知识。通过专业教师指导进入专业课学习、课程设计及毕业设计阶段的学生,去解决一些具有一定专业背景的实际问题,将数学建模的思想方法融入到工科专业领域,以实现数学建模应用的专业化。在问题解决的过程中,学生在专业领域的数学建模应用能力得以提高,专业教师对数学建模有了更深入的认识和了解,数学建模教师对专业理论知识也有了较多的理解,促进了数学建模向专业领域的应用拓展,并能逐步实现数学建模教学对创新型人才培养从通识性教育向专业性教育转换的目标调整。与专业老师相配合,实现在多学科教师共同研究指导下培养学生在专业领域中的数学建模能力的目的,也可逐步改善数学建模教师队伍的知识结构,为数学建模在专业领域中的深入应用探索思路。

四、结论与展望

数学建模在大学生创新能力培养中的重要作用已得到广泛共识,如何使这种作用得到充分发挥还需要深入探讨,本文从数学建模教学常态化、实践经常化和应用专业化的角度出发,我们探讨了数学建模教学的三级模式,更多的细节工作还有待于进一步探讨。

参考文献:

[1]姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2013.

[2]钱国英,本科应用型人才的特点及其培养体系的构建[J].中国大学教学,2005,(9):54-56.

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【关键词】 数学建模 数学教学 应用与思考

【中图分类号】 G633.6 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-4772(2014)04-004-01

随着国家基础课程改革的不断深入,课堂教学方法与教学模式发生很大的变化,不仅要求学生掌握必要的科学知识,而且还要具备一定创新精神和实践能力,并能提出问题、分析问题、解决问题。这无疑告诫我们,数学教育的目标不仅仅是使学生学会解数学习题,更重要的是使他们能够认清数学在现实世界中的作用,从而能够适应未来生活。把数学建模思想潜移默化于数学教学之中,是实现这一目标的有效途径之一。数学新课程改革的一个重要目标就是要加强综合性、应用性内容,重视联系学生生活实际和社会实践。本文先论述数学建模的内涵,然后从概念教学、问题解决教学两方面谈谈建模思想的运用。

1. 数学建模的内涵

何谓模型? 简而言之,模型就是一种结构,它是通过对原型的形象化或模拟与抽象而得到的一个不失真的相似反映,例如地球仪、建筑模型。数学模型是一种符号模型,是为了一种特殊目的而对部分现实世界所作的一个抽象化、简化的数学结构。建立数学模型的过程就称为数学建模。它经历了对实际问题的抽象、简化、确定变量和参数, 并应用某些“规律”建立起变量与参数间的确定的数学问题(一个数学模型) ,求解这个数学问题,解析并验证所得到的解,从而确定能否用于解决实际问题的多次循环、不断深化的过程。可见,数学建模在现实的、非正规的数学与正规的数学系统之间扮演着桥梁的角色,是数学在各个领域广泛应用的一种手段与桥梁。

2. 在概念教学中融入数学建模思想

数学概念是数学教学的重要内容之一,下面以指数函数的概念教学为例,浅谈建模思想在教学中的应用。

设计如下教学过程:

(1)实际问题 a. 要测定古物的年代,可以采用放射性碳法:在动植物的体内都有微量的放射性14c.动植物死亡过后,停止了新陈代谢,14c不再产生,且原有的14c会自动衰变,经过5730年(14c的半衰期),它的残余量只有原始量的一半。若14c的原始量为a,则经过n年后的残余量是多少?b. 在古印度有一个人非常聪明,国王要奖赏他,问他需要什么,他说:“你只需要在象棋的第一格放1粒小麦,在第二格里放4粒小麦,以后按比例每一格是前一格的两倍,一直放到第64格,这就是我的要求。”国王心想这有什么难的,下令照办,结果全国的粮食都不够用的。你能用数学知识帮助这个国王吗?聪明人共需要多少粒小麦?

(2)指数函数是新接触的函数,要着眼于学生的自主学习的能力,注意让学生多动手操作,体会该函数问题研究的方法和过程,从现有的知识基础出发,探索问题,得到问题a的表达式为: ;类似的得到b的表达式为: ;c的表达式为: 。

(3)揭示如上定性模型的思维牵连与内在的联系,从表达式的关系上的共同特性,可以抽象成数学模型: 为某一常数,从而引出指数函数的定义。

3. 在日常问题解决教学中融入数学建模思想

在数学课堂教学中,教师应该逐步培养学生数学建模的思想,掌握建模的方法,形成学生良好的思维习惯和数学应用能力。下面谈谈在数学解题教学中几种常见的建模思想。

3.1 方程思想

新课标要求能够根据具体问题中的数量关系列出方程,体会方程是刻画现实世界中的一个有效的数学模型。这即是方程的思想在中学数学中的应用,它要求我们能够从问题的数量关系入手,运用数学语言将问题中的条件转化为方程(组),然后通过解方程(组)使问题获解。

3.2函数思想

新课标提出,能用适当的函数表示法刻画某些实际问题中变量之间的关系变化,结合对函数关系的分析,尝试对变量的变化规律进行初步预测,能用一次函数,二次函数等来解决简单的实际问题。在学习了正、反比例函数、一次函数和二次函数后,学生的头脑中已经有了这些函数的模型。因此,一些实际问题就可以通过建立函数模型来解决。

例:某中学要印刷本校高中录取通知书,有两个印刷厂前来联系制作业务。甲厂优惠条件是每份定价1.5元,八折收费,另收900元制版费;乙厂的收费条件是每份定价1.5元的价格不变,而制版费900元则六折优惠,且甲、乙都规定,一次印刷数量至少是500份,如何根据印数数量选择比较合算的方案?若印刷数量为2000份,应选择哪个?费用是多少?

解:设印刷份数是x份,收费为y元,依题意得

且 为整数 且 为整数 若 即解得 ;

若 解得 ; 若 解得。当时,选择乙厂;当时选择甲厂,当时,两厂费用相同。显然,当时,选择甲厂,费用为3300元。

方案设计题是基础知识与基本技能结合比较紧密的一类应用题。此题不仅充分运用了函数的思想,又用到分类讨论思想。其形式上表述生产、销售、规划等模型十分贴近生活,是近年来中考热点的问题。

总之,只要在日常教学中,把数学教学与数学建模有机地结合起来, 在教学的各个环节中注意加强建模意识的培养, 就能使学生自觉地应用现有知识、方法去观察、分析、解决实际问题,促使学生由知识型向能力型转变, 为推进素质教育作贡献。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 刘贵濂.把数学建模思想潜移默化于数学教学的认识与实践

[J].

[2] 杨作义.寓数学建模于课堂教学之中[J].

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【 关键词 】对外汉语 多媒体技术 教学建模应用 探微与思考

在日新月异的科技信息时代,多媒体技术和网络资源的作用日益明显,不仅体现在社会观念的逐步开放,而且促进各个领域取得了快速有效的发展。在对外汉语教研方面,多媒体以其图文并茂、音像和谐、储量丰富和快捷便利等优势功能,开发了广阔的发展思路和应用前景,形成了先进独特的教学模式,为促进教学改革和实践创新提供了良好的支撑。如何进一步运用现代教育技术,积极有效地提高实际教学水平,这应是对外汉语教学在未来一段时间内所面临的战略战术任务。本文就多媒体在对外汉语教学中的运用情况试简要阐述之。

一、多媒体技术的应用意义及其范围

随着中国在全球引领力的不断增强,世界汉语教学的发展作用越来越大,从某种意义上说,它肩负着强国梦和民族振兴的伟大使命。无论“让中国更快地走向世界”,还是“让世界更多地了解中国”,对外汉语运用是其中不可或缺的主要承担者之一。所以,如何在最短时间内让外来留学生和爱好者学好汉语,尽快提高实际交往能力,始终是人们予以重视和关注的发展性课题。目前,已经使用多媒体课件辅助教学的对外汉语课型,主要有口语课、听力课、汉字课、报刊课、写作课和综合课等;教学研究上,亦从生词语法教学、阅读文段操练、对外汉语练习以及课件形式设计等四方面,取得了多媒体在对外汉语综合课教学中的实践运用成果。本文认为,多媒体的主要特征有信息处理的综合性及集成性、信息控制的交互性及双向性、信息显示的同步性及即时性,这些可为构建多媒体教学模式提供技术性支持,促使现有对外汉语教学体系得以精进完善,以更好地适应发展需要。

二、对构建多媒体对外汉语教学模式的应用思考

1、多媒体对外汉语教学模式的有效提出。教学模式是教学论中的一个重要概念,它在连接理论和实际教学中发挥着架桥铺路的联系性作用。对外汉语教学模式是教学模式理论在特定领域里的一种表现形式。所谓多媒体对外汉语教学模式,顾名思义,就是坚持在现代教育技术、建构主义学习理论、多媒体认知理论和对外汉语教学理论的指导下,以学生为中心,采用相应的多媒体技术手段,优化和整合相关教学资源与学习环境要素,并运用以学为主的教学策略,有效地形成一种比较系统化且具有可操作性的教学活动程序,从而达到培养汉语言交际能力的目标。它又是对外汉语教学模式的一种具体体现,其中内含有四个“突出”,即突出了以生为本的主体论,突出了以学为主的策略方向,突出了多媒体技术的作用,突出了要素组合的必要性。

2、多媒体对外汉语教学模式的主要功能。一是主导教化功能。多媒体技术把各种教学媒体和手段融为一体,具有多功能性的属性特征,从图文、音响、视频和动画等多个角度给予学习者全方位的支持和帮助,从而把原本由教师掌握的辅助教具转化为由学生主动认知的学习工具,一方面极大地丰富了课堂教学的功能,教师可用多媒体软件进行汉字、词汇等教学;另一方面有效地激发并调动了对外汉语学习的积极性、主动性和创造性,充分发挥教学引导功能,促进了学习者综合学习能力和学习效率的提高。二是角色满足功能。无论教师还是学习者,都可通过多媒体技术扩充教学知识量,从中学习课本内外的更多内容,有助于开智益能、发展创新。尤其能够让对外汉语学习者从学习情境和资源中获得极大的满足需求。三是持续开发功能。无论学习对象和教学内容如何复杂多样,以多媒体为核心的超文本技术,其新陈代谢能力较强,新兴技术的利用和传播较快,并具有与时俱进的持续开发功能,可以为对外汉语地教学双方不断提供多元化、丰富性和优质量的有效辅助资源。这是目前无可比拟的独特优势。

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应用型人才生物技术实验教学近几年来,随着生物医药产业的迅速发展,生物技术领域的新方法、新技术不断应用到生产企业中,这就要求医学院校生物技术专业的学生必须不断自我提高,具有较强的实验能力和科研素质,适应行业的高速发展。因此,强调应用型人才对于医学院校的生物技术专业显得尤为重要。实验教学是生物技术专业教学的重要组成部分,对于培养学生实验能力、创新能力、独立工作能力有不可替代的重要作用。近年来,对应用型生物技术人才的需求不断增多。因此,建立应用型医学生物技术实验教学更加重要。

吉林医药学院依托基础医学、临床医学、检验医学的特点与相关学科优势,适应生物医药产业经济迅速发展的需求,建立了具有医学背景的应用型生物技术人才的培养模式。探索与实践了应用型生物技术专业人才的实验教学方法,重点培养学生对实验的应用能力,取得了一些成果,更好地满足了社会对应用型医学生物技术人才的需求。

一、医学生物技术专业的特点

医学生物技术主要是由生物学、医学等学科交叉而成的一种应用型很强的新兴学科,是集医学、生物学、药学、实验方法等为一体的综合技术,这就要求学生不但具有生物学和医学基础知识,而且还要具有生物学和医学的实验技能。形成符合国家对应用型医学生物技术人才的需求,培养具有现代生物技术和医学背景的,满足我国医学生物产业发展需要的应用型生物技术高级专门人才。

二、生物技术专业实验教学现状

吉林医药学院原先是一所军队院校,2004年移交给地方办学,是一所医学类本科院校。生物技术专业是我校新办专业,在实验教学方面比较薄弱。在生物技术实验室建设方面,主要存在基础仪器设备数量不够,而且有的仪器设备比较陈旧,缺少一些与生产实践相结合的一些仪器设备;在教师队伍建设方面,缺少具有医学背景的应用型实验教师;在实验教学内容上,实验内容脱离时代前沿,和生产实际结合不够,教学模式比较单一,一般采用教师讲解学生操作的教学模式;另外在实验考核方面,还缺乏科学合理性。

三、实验教学改革与实践

基于以上问题和不足,我校生物技术专业以医药生物技术产业的发展趋势和人才的需求为导向,制定了应用型生物技术人才的培养模式,转变教育理念,对医学生物技术专业实验教学进行了改革与实践。

1.通过更新整合资源,建立生物技术实验教学中心

在我院实验室原有的仪器的基础上,进行了资源整合,又购进了PCR仪,凝胶成像系统,二氧化碳培养箱,荧光倒置显微镜,发酵罐,蛋白质纯化系统,高效液相色谱,多功能酶标仪等先进的实验设备。在临床生物化学检验实验室、细胞培养室的基础上,建立了具有医学背景的生物技术实验教学中心。中心包括分子生物学实验室、发酵实验室、蛋白质纯化分析室、药物筛选实验室,并且还做到对学生完全开放,学生可以申请毕业论文和大学生科研创新项目等。通过教学中心的建设,既促进了学科的发展,又顺应了医药生物技术产业对人才培养的需要。

2.引进优秀实验教师

医学生物技术实验课具有医学和生物技术多学科交叉融合的特点,实践性很强,实验室技术人员不仅要具备扎实的医学和生物学的基础知识,还要有高水平的医学和生物学相关的实验技术。我们实验室对人才的引进,要求具有医学相关学科背景的硕士研究生,优先录用具有医学和生物技术交叉学科背景的人才。并且由科研骨干教师考核,考核期合格才能被录用。并且新入职的实验教师还要进行生产实训,到医药生物技术公司进行系统培训。

3.改革教学方法和实验内容

改变传统的实验课的教学方法,将多媒体先进的教学手段运用到实验课中。它可以将一些陌生、抽象的知识直观化、形象化,激发学生主动学习的积极性。例如,对于一些抽象的实验,如PCR实验,可以用动画讲解整个实验过程,将抽象的原理变得形象化,并可活跃课堂气氛,加深学生对整个实验过程的理解和记忆。在实验内容上,减少一些陈旧性的实验内容,多开设一些设计性、应用型实验,与医药生物技术公司生产紧密结合,如基因工程疫苗的制备,蛋白质药物的纯化,基因工程菌的高密度发酵等综合性实验。

4.改革实验考核制度

改变评分标准主要依据实验报告的传统实验教学考核方式,我们制定了一套完整的实验考核制度。在学期实验结束后,除了考核学生对基本原理、基本操作的掌握程度外,还要考察学生综合实验能力和团结协作精神,对其进行量化打分。让学生自主选择课题,指导教师对学生的实践动手能力、分析问题解决问题的能力、创新能力进行综合评价。其中,实验数据20%,实验操作50%,解决问题的能力20%,创新能力10%。突出了应用型人才培养的实验教学地位,转变了学生重理论、轻实践的观念。

四、结束语

经过几年的探索,我们在应用型生物技术专业人才培养模式下,在生物技术实验教学中不断地进行改革探索,初步建立了以培养学生的实验动手能力、分析问题和解决问题的应用型人才培养方案。但是还存在一些问题,比如实验室的开放管理,大学生实验创新平台建设方面还不够完善,医学生物技术实验教学改革是一项长期而艰巨的工作,要想培养社会需要的应用型医学生物技术人才,需要我们不断地去探索与尝试。

参考文献:

[1]姜勇,王会岩,张磊.等.普通医学高校生物技术教学改革[J].中国医药科学,2013,3(2):147-148.

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【关键词】 初中物理教学 信息技术

【中图分类号】 G622 【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-5962(2012)07(b)-0038-01

教育部颁发的《国家基础教育课程改革纲要》(试行)中明确地提出:“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用,促进信息技术与学科课程的整合,逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革,充分发挥信息技术的优势,为学生的学习方式和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”在初中物理教学中应用信息技术是新课改的要求,也是时代的要求,对于培养有创新能力、实践能力和有信息素养的新世纪综合性人才有重要的作用。

1 运用信息技术建立新型的探究式教学模式

教和学是一个互动的过程,教师的教是外化的过程,目的是对学生的学习起到促进和帮助作用,教师充当的只是引导者,学生才是主导和中心,学习是一个内化的过程,强调学生学习的自主性。物理的教学过程也应当贯彻这一教学理念,然而实际的教学情况并非如此,由于应试的压力,教师多注重对知识的灌输,即使是实验课,也是参照教科书依样画葫芦,对学生的创新能力和实践能力培养不足,而信息技术的介入可以有效地弥补传统物理课堂教学的缺陷,建立探究式的新型课堂教学模式。

从教师的角度来看,在探究式教学的模式下,教师的任务不是知识的灌输,而是创设出良好的学习情境,作为课堂的引导者,激发学生主动学习。通过信息技术,教师可以通过图片、影视、案例、实验等各种手段,引导学生发现问题,激发学生探究的兴趣,在学生分析讨论问题的过程中,教师可以对学生进行相应的指导,提供一些信息资料。从学生的角度来看,由于受条件的限制,学生的探究欲望不能得到满足,而信息技术为学生的探究式学习提供了很好的条件。依托信息技术,学生可以自主地进行猜想、实验验证、数据分析、讨论交流,通过自己的亲身体验获得知识。

1.1 创设情境,导入课题

教师可以利用多媒体技术创设一个特定的学习情境,如一个小实验、一个影视片段等,激发学生的兴趣,引导学生提出问题,积极思考问题。例如在讲解浮力的时候可以播放关于死海的影像,在讲解凸透镜的聚焦作用时,可以演示凸透镜聚焦太阳热量将纸片燃烧的实验。情境的设置大大激发了学生求知欲望,引发学生的探究兴趣。

1.2 大胆猜想,实验验证

探究式学习的核心就是在于学生的自我探究,希望学生能够扮演科学者的角色,提出猜想,然后用实验来验证自己的猜想,所以这一环节是培养学生创新实践能力的重要一环。学生可以根据自己以为的知识,对现象进行合理的推测解释,然后在教师的帮助引导下设计出实验方案步骤,来验证自己的猜测,并在实验的基础上不断完善自己的认识。

1.3 交流讨论,得出结论

信息技术有强大的信息数据处理技术,学生可以用信息技术来分析处理实验的数据,得出结论;还可以通过网络合作学习,在网络平台上交流各自的猜想、实验设计和结论,以便于互相启发,得出更加合理的结论。

1.4 教师小结,自我测试

在这一阶段,学生将自己的实验过程,实验结论向教师汇报,教师对学生的探究过程和结果做出评价,对学生的探究活动表示鼓励,提出建设性的意见,并对学生结论进行补充完善,对课堂重难点、研究方法等进行总结。课堂内容结束后,学生可以自行登录网上习题库进行自我测试,对所学知识进行强化。

2 信息技术在物理课堂上运用应注意的问题

信息技术在初中物理教学中的运用,大大地提高了物理教学的质量,但是在实际的运用中存在一些问题,如用数字化的实验完全取代传统实验;过度使用多媒体教学手段等等,因此在运用信息技术时必须注意以下两点:

2.1 传统实验和信息技术模拟实验的关系

数字化实验有传统实验无法比拟的优越性,但是并不能完全代替传统实验。传统实验有助于培养学生正确选择使用仪器的能力,计算和作图能力等动手操作能力,而数字化实验是在虚拟的环境中完成的实验,对于培养学生的思维探究能力有余,而对于培养学生的动手操作能力则不足。因此只有将传统实验和数字化实验结合起来才能是物理实验教学相得益彰。

2.2 对于多媒体教学手段的使用要适度

在教学中过度使用多媒体手段会使教师对多媒体产生依赖心理,板书、知识点的讲解都借助多媒体,弱化了教师引导者、组织者、参与者的作用。同时由由于多媒体强大的信息容量,在扩展课堂容量的同时也给学生的学习带来了负担,学生在一节课中根本消化不了那么多的内容,这样反而降低了课堂效率,因此,在使用多媒体的同时,我们也不能抛弃传统的教学手段。

信息技术在初中物理中的运用为物理实验教学提供了便利的条件,对于培养学生自主探究问题,分析和解决问题的创新能力和实践能力的培养发挥着重要的作用。在运用的过程中,注重信息技术教学手段和传统教学手段的结合,使二者优势互补,在充分培养学生的思维能力的同时也提高了学生的动手操作能力,只有这样才能提高学生的综合能力。

参考文献

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[2] 何蓁,王沛清.试论信息技术与物理实验教学的整合[J].中国教育技术装备,2003(06).

篇6

[关键词]中药废弃物;资源化;膜分离与集成技术;适宜性

中药废弃物的资源化是中药行业形成现代、环保、集约新产业的必然选择[1]。中药废弃物主要来源于中药材生产过程产生的非药用部位、加工过程形成的下脚料,以及中药材深加工产业过程中形成的大量废渣、废水、废气等。中药材大多来源于植物,我国中药行业每年要消耗植物类药材70万吨左右,每年产生的植物类药渣高达数百万吨,而中药废弃物的综合利用技术尚处于初级阶段,研究领域具有明显局限性,资源化研究主要集中于将废弃物用于栽培食用菌、发酵生产,用作饲料、生物质能源、造纸原料等,对废弃物中仍含有的大量有效组分的再利用研究较少。

中药废弃物由粗纤维、粗蛋白、粗脂肪以及多种微量元素等组成,不同途径的废弃物,其理化特征各异,有效组分主要包括以某些一次代谢产物作为起始原料,通过一系列特殊生物化学反应生成的小分子次生代谢产物,如萜类、甾体、生物碱、多酚类等;亦包括多糖、蛋白质等大分子物质。在制药分离过程工程化设计中,“清洁工艺”是中药制药行业升级的必然选择。中药废弃物资源化的过程也是利用现有的分离技术对不同类型的有效组分进行提取富集的过程,为此,需要在对中药废弃物主要化学组成及理化特征开展系统研究的基础上,发展“无废或少废工艺”,根据可资源化的要求,采用过程集成技术,优化中药废弃物再利用工艺系统,实现中药废弃物资源化的循环利用经济模式,促进中药资源产业化过程中由传统工艺向生态工艺转化。

1膜科学技术用于中药废弃物资源化的意义

膜科学技术是材料科学与过程工程科学等诸多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域。其中利用压力梯度场的膜分离技术主要指微滤(MF)和超滤(UF),系筛效应的一种,即利用待分离混合物各组成成分在质量、体积大小和几何形态的差异,借助孔径不同的膜而达到分离的目的;利用温度场、化学势梯度场及电位梯度场(电压)的膜分离技术,则包括膜蒸馏(MD)、反渗透(RO)、气体膜分离(GS)以及电渗析(EDR)等,依赖的是膜扩散机制,即利用待分离混合物各组分对膜亲和性的差异,使膜亲和性较大的组分能溶解于膜中,并从膜的一侧扩散到另一侧,从而实现与其他组分的分离[2]。

膜科学技术自20世纪60年代开始工业化应用之后发展十分迅速,其品种和应用领域不断发展,目前已广泛应用于水处理、石油化工、制药、食品等领域。日本自20世纪80年代起应用膜分离技术生产汉方制剂[3],近年来,我国中药制药行业也开始采用膜分离技术对传统提取、分离技术进行改良,并已取得了重要进展[4-5]。中药废弃物为组成与性质十分复杂的物质体系,“分离”过程的科学、有效是其再利用领域的技术关键。膜科学技术所具有的节约、清洁、安全等优势,符合建设资源节约型和环境友好型社会,以及循环经济的发展思路,当然也是中药废弃物资源化的重要选择之一。当前高分子科学、分析技术的快速发展以及环境友好战略的实施使膜科学技术步入了新的发展阶段,从而为中药废弃物的提取、分离、浓缩、纯化一体化工程集成技术的研究提供了机遇与保证。

2膜分离技术用于中药废弃物资源化的原理与方法

制药工业的现代化进程,特别是中药制药的产业升级,使传统的工业技术面临着挑战。以中药药效物质回收或精制为目标的中药废弃物资源化体系,其原料液浓度低、组分复杂,且回收率要求较高,现有的建立在既有化工分离技术基础上的中药分离技术,往往难以满足这类分离任务的要求。

2.1膜材料用于中药废弃物资源化的优势

与传统的分离技术比较,膜分离技术具有以下特点:①无相变,操作温度低,适用于热敏性物质;②以膜孔径大小特征将物质进行分离,分离产物可以是单一成分,也可以是某一相对分子质量区段的多种成分;③分离、分级、浓缩与富集可同时实现,分离系数较大,适用范围广;④装置和操作简单,工艺周期短,易放大;⑤可实现连续和自动化操作,易与其他过程耦合。

其中,膜家族的重要成员无机陶瓷膜,因其构成基质为ZrO2或Al2O3等无机材料及其特殊的结构特征,而具有如下的优点:①耐高温,适用于处理高温、高黏度流体;②机械强度高,具良好的耐磨、耐冲刷性能,可以高压反冲使膜再生;③化学稳定性好,耐酸碱、抗微生物降解;④使用寿命长,一般可达3~5年,甚至8~10年。这些优点,与有机高分子膜相比较,使它在许多方面有着潜在的应用优势,尤其适合于中药物料的精制。因而无机陶瓷膜分离技术在我国中药行业废弃物资源化领域具有普遍的适用性。

2.2膜技术集成用于中药废弃物资源化的优势

从中药废弃物化学组成具有多元化的特点来看,采用过程集成,即将2个或2个以上的反应过程或反应-分离过程相互有机地结合在一起进行联合操作,有助于提高目标产物的收率或提高分离过程产品的纯度,可以解决许多传统的分离技术难以完成的任务。过程集成通常采用2个独立的设备,通过物流(可以是气、液或固态)在2个设备间流动来完成,耦合过程可充分发挥各自的优势,互补对方的不足。因此,集成分离技术可成为中药废弃物精制的一种基本方法。过程集成还具有简化流程、降低消耗等优点,符合现代制药工业的发展趋势,因而对于实现中药废弃物的资源化和产业化有着广阔的应用前景。

膜科学技术可为过程集成提供宽阔的平台。为使整个生产过程达到优化,可把各种不同的膜过程集成在一个生产循环中,组成一个膜分离系统。该系统可以包括不同的膜过程,也可包括非膜过程,称其为“集成膜过程”。进入21世纪以来,膜集成工艺日益成为膜技术领域的新生长点,如由膜过程和液液萃取过程耦合所构成的“膜萃取”技术,可避免萃取剂的夹带损失和二次污染,拓展萃取剂的选择范围,提高传质效率和过程的可操作性,该集成技术已用于麻黄水提液中萃取分离麻黄碱[6]。

3膜科学技术用于中药废弃物资源化的应用实践

3.1膜分离技术在分离、富集中药废弃物中有效组分的应用

利用中药的目标成分和非目标成分相对分子质量的差异,可用截留相对分子质量适宜的超滤膜将两者分开;利用膜蒸馏技术对水分子的气化作用,可由制药废水中精制药效成分。吴庸烈等[7]采用膜蒸馏技术对洗参水进行浓缩处理,成功的回收了其中90%以上的皂苷,而其中主要微量元素和氨基酸的含量也提高了近10倍。李博等[8]采用PVDF超滤膜自制药废水中富集青皮挥发油,精油的截留率可达到67.5%;通过GC-FID对膜过程前后样品化学成分的比较发现,超滤法富集的挥发油与原挥发油近乎一致。

3.2膜集成技术在分离、富集中药废弃物中有效组分的应用

采用膜法脱色取代传统的活性碳脱色,再利用膜法浓缩取代传统的苯提取或减压蒸馏,从麻黄中提取麻黄素,经一次处理就可得到麻黄碱98.1%,色素除去率达96.7%以上。与传统工艺相比,收率高,质量好,生产安全可靠,成本显著降低,且也避免了对环境的污染。对一个年产30吨的麻黄碱厂来说,膜法可至少增加5吨麻黄碱产量,同时避免了污水排放[9]。徐萍等[10]采用超滤和反渗透串联的膜集成技术富集中药挥发油。实验体系选取当归、川芎、肉桂、麻黄、丹皮经水蒸气蒸馏法得到的含油水体,以5万相对分子质量PS超滤膜与复合反渗透膜集成后进行分离、浓缩。结果表明,该集成技术在压力1.2 MPa、温度30 ℃条件下,当归、川芎、肉桂、麻黄、丹皮等含油水体超滤液中指标性成分阿魏酸、川芎嗪、桂皮醛、盐酸麻黄碱、丹皮酚的保留率分别为95.80%,96.01%,95.41%,96.89%,97.01%,实现了中药挥发油的有效富集。

3.3膜与其他分离技术集成在分离、富集中药废弃物中有效组分的应用

膜分离过程与其他分离技术的集成,如膜与吸附树脂技术的集成、膜与萃取技术的集成、膜与蒸馏技术的集成等,均是以提高目的产物的分离选择性系数并简化工艺流程为目标。

3.3.1 膜与大孔吸附树脂分离技术的集成 从中药废弃物的分离原理与单元操作角度来看,膜分离过程的筛效应和扩散效应均需在中药多元成分的水溶液状态下进行,即利用待分离混合物各组成成分在质量、体积大小和几何形态的差异,或者待分离混合物各组分对膜亲和性的差异,借助压力梯度场等外力作用实现分离,此分离过程选择性较低。而大孔吸附树脂是吸附性和分子筛原理相结合的分离吸附材料,大孔吸附树脂技术的实践应用表明,它对中药或复方定组分具有较强的选择吸附性。膜分离与树脂吸附技术的集成,可充分体现“平衡、速度差与反应”、“场-流”等分离理论的技术优势,促使中药废弃物中的多元组分在选择性筛分效应的作用下,实现水溶液状态下的定向、有效分离。周昊等[11]采用陶瓷膜与大孔吸附树脂集成技术分离油茶饼粕提取液中茶皂素,结果表明,茶皂素不仅纯度高、颜色淡,且该技术生产成本低,污染小,可以成为工业上生产茶皂素产品的一种新技术。

3.3.2 膜与离子交换色谱分离技术的集成 离子交换色谱是以离子交换剂为基本载体的一类分离技术。离子交换的过程即是溶液中的可交换离子与交换剂上的抗衡离子发生交换的过程,该过程遵循“平衡、速度差与反应”分离原理。离子交换法是分离和提纯中药及天然产物中化合物的有效手段之一,如采用阳离子交换树脂富集季铵型生物碱。由于离子交换法省时省力,而且还可以节约大量的有机溶媒,适合于工业化生产。张育荣[12]利用膜与离子交换色谱分离技术集成从章鱼下脚料中提取天然牛磺酸,其工艺流程见图1。研究结果表明,采用膜与离子交换色谱分离集成技术处理中药废弃物,可以使中药多元组分实现水溶液状态下的定向分离。

3.3.3 膜与分子蒸馏分离技术的集成 分子蒸馏是一种在高真空度(0.133~1 Pa)条件下进行的非平衡蒸馏。分子蒸馏适用于不同物质相对分子质量差异较大的液体混合物系的分离,特别是同系物的分离。近年来,分子蒸馏技术及其集成技术在中药挥发性成分的分离中已突显出其技术优势,如已用于白术、香附等挥发油中有效成分的提取分离[13]。依据分子蒸馏基本原理,对于中药废弃物中高沸点、热敏性组分的挥发性成分,采用分子蒸馏工艺,可以依据挥发性多组分中分子运动平均自由程的差异,使各组分在远低于其沸点的温度下从混合物中一次性、迅速得到分离[14]。

由于分子蒸馏是在极高的真空度下进行,该技术所用设备投资较大,适合于把粗产品中高附加值的成分进行分离和提纯[15]。对于中药废弃物中高沸点、热敏性组分的挥发性成分,采用传统的提取方法如水蒸气蒸馏、浸提法等,不仅易引起分子的重排、聚合等反应,而且在后续的处理中还要加入溶剂萃取、离心分离、浓缩等工艺进一步纯化。基于膜集成技术的中药挥发油高效收集成套技术,可用于中药含油水体中挥发油及其他小分子挥发性成分的富集[16];在分子蒸馏工艺流程后,采用膜分离技术进行定向分离,可成为中药废弃物中挥发性成分定向分离的优势技术。

3.3.4 膜与超临界流体萃取分离技术的集成 以超临界液体为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取。在超临界流体萃取中,高的萃取能力和选择性通常不能同时兼得。如果将超临界溶剂的溶解度提高,能够增加萃取量,但也会增加其他组分的溶解度,萃取选择性反而会降低,导致分离的困难[17]。而超临界流体与膜过程耦合,既可以降低膜分离阻力又可以选择性的透过某些成分,在降低能耗和提高选择性上多方面获益。超临界流体萃取与膜分离的技术集成,也可为复合型新工艺的开发和应用提供广阔空间,达到降低过程能耗、减小操作费用、实现精细分离、利于环境保护等目的[18-19]。

郑美瑜等[20]采用超临界CO2萃取鱼油得到三酸甘油脂,再采用纳滤技术得到三酸甘油脂中最有价值的长链不饱和脂肪酸。目前的研究报道[21],采用此种集成技术还可将萝卜籽、胡萝卜油中的β-胡萝卜素进行精制;将超临界CO2应用于黏性液体的超滤工艺,还可显著降低错流过滤的阻力,提高渗透通量;与纳滤技术集成使用,还可提高超临界溶剂循环使用的效率,确保超临界萃取过程的经济性。

4膜科学技术应用于中药废弃物资源化过程的展望

近年来,膜分离与反应过程集成技术,如膜生物反应器技术在制药工业废水回收方面的应用已得到广泛应用[22],膜领域面临的国家重大需求日益彰显,欧洲和日本明确提出在21世纪的工业中,膜分离技术扮演着战略角色[23]。而膜分离也被视为我国中药制药工业亟需推广的高新技术之一[24-25]。

膜科学技术用于中药废弃物资源化过程具有广阔的前景,但目前需要优先解决的问题是:①以膜集成技术为重点的中药膜技术标准化与工程化;②膜与大孔吸附树脂等分离技术集成的系统优化;③膜技术在中药制药工业节能减排方面的应用推广。上述3个问题既是膜科学技术全面进入中药废弃物资源化领域的重要保障,也是膜科学技术在中药废弃物资源化领域的应用模式,其研究成果具有普遍适用性,广泛适用于中药废弃物加工利用各个单元操作,对实现中药废弃物资源化行业可持续发展,推动中药产业升级具有重要意义。

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Optimization theory and practical application of membrane science

technology based on resource of traditional Chinese medicine residue

ZHU Hua-xu1,2 , DUAN Jin-ao1*, GUO Li-wei1,2*, LI Bo2,

LU Jin2, TANG Yu-ping1, PAN Lin-mei2

(1.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Chinese Medicinal Resources Industrialization,

Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China;

2. Jiangsu Botanical Medicine Refinement Engineering Research Center, Nanjing University of

Chinese Medicine, Nanjing 210023, China)

[Abstract] Resource of traditional Chinese medicine residue is an inevitable choice to form new industries characterized of modern, environmental protection and intensive in the Chinese medicine industry. Based on the analysis of source and the main chemical composition of the herb residue, and for the advantages of membrane science and technology used in the pharmaceutical industry, especially membrane separation technology used in improvement technical reserves of traditional extraction and separation process in the pharmaceutical industry, it is proposed that membrane science and technology is one of the most important choices in technological design of traditional Chinese medicine resource industrialization. Traditional Chinese medicine residue is a very complex material system in composition and character, and scientific and effective "separation" process is the key areas of technology to re-use it. Integrated process can improve the productivity of the target product, enhance the purity of the product in the separation process, and solve many tasks which conventional separation is difficult to achieve. As integrated separation technology has the advantages of simplified process and reduced consumption, which are in line with the trend of the modern pharmaceutical industry, the membrane separation technology can provide a broad platform for integrated process, and membrane separation technology with its integrated technology have broad application prospects in achieving resource and industrialization process of traditional Chinese medicine residue. We discuss the principles, methods and applications practice of effective component resources in herb residue using membrane separation and integrated technology, describe the extraction, separation, concentration and purification application of membrane technology in traditional Chinese medicine residue, and systematically discourse suitability and feasibility of membrane technology in the process of traditional Chinese medicine resource industrialization in this paper.

篇7

关键词:概率统计;数学建模;应用实例

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1001-828X(2014)010-00-01

引言

随着社会的发展,科学技术的进步,在教学中,传统的教学方法已经不能适应当前的人才培养需求,概率统计在日常工作和生活中,应用的范围较广,也越来越重要,为了更好的实现概率统计教学,提高学生的学习兴趣和学习能力,需要创新教学方法。在概率统计教学中,应用数学建模思想,是教学方法的创新,在教学中引入新的教学元素,可以提高学生的学习兴趣,提高学生的动手能力,加深学生对概率统计知识的理解和掌握,所以本次从数学建模思想在概率统计教学中的应用实例进行分析研究。

一、数学建模思想在概率统计教学中的应用意义

概率统计是一门理论性、实践性等较强的学科,在统计学、经济学等方面的应用,越来越广泛和深入,随着科学技术的发展,在概率统计教学中,传统的教学方法和教学模式已经无法使用时代的发展和社会对人才培养的需求,为此需要对概率统计教学的方法进行创新改革。

数学建模思想在概率统计教学中的应用,可以帮助学生运用数学思想,将概率统计教学相关的内容与实际问题结合,有助于培养学生的概率统计应用能力。在概率统计教学中,应用数学建模思想,可以加深学生对知识的理解[1]。例如在指数分布教学中,以飞机的等待时间为例进行分析,在某个机场的飞机跑道上来了一架飞机之后,跑道就在等待下一辆飞机的到来,设在(0,t)时间内,该跑道上飞机道路的架数,为 ,求第二架飞机到来的等待时间h的分布函数?

在概率统计教学中,数学建模思想的应用,可以提高学生的学习兴趣,同时又将学生的知识面扩展,实现了理论与实践的结合,实现概率统计教学的目的。在教学中还有很多例子可以应用,可以让学生学会举一反三,对学生的创新能力、思维能力进行培养和锻炼。

在概率统计教学中,应用数学建模思想,可以引用先进的教学技术、开展教学实验课,增强学生的动手能力,例如运用计算机技术、统计软件等,让学生参与其中,动手运用,在增强学生概率统计的理论知识的同时,也增强了学生的应用实践能力。

我国传统的教学方法,已经无法适应社会的发展和人才培养的需求,所以将数学建模思想融入在概率统计教学中,是概率统计教学方法的创新,在教学中引入性的教学元素,可以提高学生的学习积极性,进而加深学生对教学知识的理解[2]。概率统计教学中,数学建模思想的引入,有重要的作用,适应当前人才培养计划,适应学生理论知识与实践结合等。

二、数学建模思想在概率统计教学中的应用实例

1.会面问题。在概率统计教学中,几何模型的应用,利用会面问题进行实例分析。两个人的约会,在什么时候会出现永远不会相见?在学生产生疑问之后,可以开展讨论研究,之后建立数学模型,确定约会对象、地点、时间、等待时间,架设A、B学生约定在公园长椅处5~6点见面,先到者等待20分钟,如果约会对象没有到,即可离开,通过建立数学模型,计算两个人见面的概率。

架设A同学为x,B同学为y,达到约会地点的时间以分钟计算,想,找出x、y的取值范围。两个人可以会面的概率为P(A)= ,在数学模型的帮助下,计算得出A、B同学可以见面的概率为P(A)=0.56,反之两位同学不会见面的概率则为P(B)=0.44。通过数学模型,加深学生对概率统计的认识,提高其学习兴趣,积极主动的进行研究学习,加强理论知识与实践的结合。

2.中奖概率。在日常生活中,彩票无疑是一个热门的话题,如何统计出自己所买彩票的中奖概率,就可以利用数学建模思想。在摇号的过程中,每一个号码摇出的概率是相等的,利用不同的数学统计、概率统计知识,对不同类型彩票的中奖概率进行统计计算[3]。

图1 两种乐透彩票的中奖等级、说明

第一种,有特别号码中奖概率计算:

从图1中的信息可以得出,在m个数字中选出n个,其一、二、三、四、五、六、七等奖的中奖概率分布可以计算为:

一等奖中奖概率为:P(一)=;二等奖的中奖概率为:P(二)+;三等奖的中奖概率为:P(三)=;四等奖的中奖概率为:P(四)=;五等奖的中奖概率为:P(五)=;六等奖的中奖概率为:P(六)=;七等奖的中奖概率为:P(七)=。

第二种,无特别号码中奖概率计算:

同样是从m和号码中选出n个号码,一、二、三、四、五等奖的中奖概率分别为:

一等奖中奖概率:P*(一)=;二等奖的中奖概率为P*(二)=;三等奖的中奖概率为:P*(三)=;四等奖的中奖概率为:P*(四)=;五等奖的中奖概率为:P*(五)=。

三、小结

在社会不断发展,科技不断进步的影响下,学校的教学方法、教学内容也需要不断难度创新,适应时代的发展,满足社会对人才培养的需求。在概率统计教学中,教学内容需要从课本扩展到课本之外,加强学生理论知识与动手实践的结合,将学生的知识面扩充。在概率统计教学中,应用数学建模思想,有多种作用和重要的意义,本文以两个数学建模思想在概率统计中的应用实例,分析数学建模思想的作用,以及在概率统计教学中的重要性,由此证明数学建模思想的应用,具有重要的意义,在概率统计教学中,要有效的利用数学建模思想,发挥其真正的作用,实现概率统计教学的目的。

参考文献:

[1]郭林涛.数学建模思想在概率统计教学中的应用[J].科技创新导报,2013(10):182.

篇8

关键词:专业群;教学内容;实践能力;业务水平

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)26-0161-02

技能竞赛是对学生学习的一种检验,通过竞赛可以对学生的综合能力以及素质进行全方位的考察,竞赛可以促进教学,教学成果也能够通过竞赛成绩体现出来。辽宁轻工职业学院计算机系的物联网应用技术专业是东北地区开设较早并招生的高职院校,我校连续参加了两届全国职业技能大赛物联网应用技术赛项并取得了较好的成绩,该赛项参加人数为3人,是一个团体赛项,不仅在专业技术上要求较高,在团队合作上也要默契,因此要求参赛选手不仅在知识技能上要掌握熟练,同时也考察选手的综合素质。在组织和培训学生参加和训练的两次经历中,探索出一些依托物联网技能竞赛对促进物联网专业群建设,以及以赛促教、以赛促学的心得,下面进行详细说明。

1 促进专业群建设

物联网是一个典型的交叉学科,涉及的技术比较杂,具体有网络技术、传感技术、通信技术、RFID智能识别技术等核心技术。因此物联网应用技术专业群涵盖计算机网络技术、电子信息技术、通信技术、软件技术等多个专业。课堂讲解的内容大多是所在学科的专业知识,是单独的,没有和其他学科进行交叉,要对这么多的学科和专业的知识进行融合和贯通,最有效的方法就是让学生参与到技能竞赛活动中。

物联网技能大赛考核的知识点比较多,该竞赛涉及工程部署;局域网的搭建和配置;无线传感器网络参数的配置;物联网上层应用软件的开发,其中包括利用C#语言或Android完成RFID设备的读写、一维及二维条码的识度及生成;数据库的操作;网站及建立;拓扑图的绘制等诸多方面,总体来说,一次物联网赛项的知识点涵盖了不仅物联网,更包括电子、计算机网络、通信、软件技术等物联网相关专业的各种方面,通常在竞赛中,对于知识点的考察大多是跨专业的知识运用。 通过技能竞赛,不仅提升了物联网应用技术专业建设,更是带动了关联学科的专业群的建设和发展。

2 优化教学内容

由于是交叉学科,因此学生学习的内容比较多,而各个领域的学科不是所有的知识点对于物联网技术都是有用处的,如何进行区分就显得比较重要。技能竞赛对于各个知识点的考察都有明确的要求,教师可以参照竞赛题目对于所讲授的课程进行二次重组,对于物联网技术关联比较大的部分进行详细讲解,对于关联小的可以少讲或者不讲,这样对课程做到重点突出,有的放矢,最大程度的优化教学内容,赋予教学全新的生命力。

拿C#程序设计课程为例,技能竞赛中涉及对RFID设备的读写,那么在教学中就要着重讲解如何引入动态链接库、如何调用类库上,并且熟悉数据库操作,熟悉硬件的基本知识,熟悉软件和硬件信息交互。

3 提高学生的实践操作能力

对于高职学生而言,实践操作能力是非常重要的。在课堂教学中融入实践操作,可以提高学生解决问题的能力,学生也积极参与,如何设计实践题目就显得比较重要了。物联网技能大赛以实践操作为主,并且是多学科交叉运用,因此把竞赛题目提炼出来,作为每门课程的实训题目,既可以锻炼学生的综合运用知识的能力,同时也为竞赛选拔优秀人才做铺垫。具体可以采用分组的形式进行,每组之间进行比较,互相检查,互相监督,通过这种方式既提高了学习,又加强了学生的团队意识。课堂教学就在轻松愉快的氛围中度过,学生也不会觉得枯燥和乏味。

4 提升教师业务水平

技能大赛不仅能考察学生的水平,同时对于教师也是一种考验。由于教师通常对于某个知识领域熟悉,但是对于物联网技术这样的交叉学科而言,全面掌握才是关键,要想有效地指导学生参加比赛,必须要求教师提高自身业务水平,努力学习涉及的相关学科,同时在知识的掌握上要理解透彻,能够进行深入研究,否则是无法胜任的。因此,通过技能大赛不仅能考查学生运用知识的能力,同时对于教师而言也是一种竞赛,要想取得好成绩,提升教师水平非常重要。

以上是这两年的物联网技能大赛总结的一些心得体会,并且在教学内容上已经运用,实践证明,效果明显,尤其是以竞赛题目讲解理论知识部分和实践操作部分更被学生欢迎,课堂教学效率显著提高,因此值得推广应用。

参考文献:

[1] 肖海慧,等.“以赛促学、以赛促训、以赛促教”教学模式的应用[J].中国成人教育,2013(6).

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关键词:CDIO;软件技术专业;高职

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)02-0406-02

Application of CDIO Mode in Teaching Reform of Software Technology Major in Vocational College

TANG Bao-yan,FENG Na

(Weifang Engineering Vocational College,Weifang 262500,China)

Abstract: CDIO is a kind of advanced engineering education concept and personnel training mode,this article Explores the reform and practice of software technology Major course in vocational college based CDIO teaching ideas,proposes some concrete measures for teach? ing innovation, according to software technology course characteristics. This mode has made good effect in the training of the students’oc? cupational qualities of engineering and teamwork spirit and could acquire better teaching effect.

Key words: CDIO; software technology; vocational college

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Oper? ate)四个英文单词的缩写[1],它是“做中学”和“基于项目教育和学习”(Project based education and learning)理论的集中体现。它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[3]。CDIO模式通过工程项目的团队开发过程,培养工程设计能力、协同工作能力和组织能力。

软件技术专业的培养目标是为IT企业培养软件开发人员。现代IT企业需要具有较高专业技能、职业素质和团队协作能力的实用性、复合型人才,但是,目前高职院校的软件人才培养与企业需求之间存在很大的差距。高职教学中,往往只注重专业知识而忽略职业能力和综合素质的培养。高职学生普遍缺乏学习主动性和团队合作意识,存在重理论轻实践、重视知识学习而轻视开拓创新能力等问题。

CDIO模式作为当今国际高等工程教育的一种创新模式,注重培养既有过硬的专业技能,又有良好的职业能力和综合素质的工程人才。应用CDIO工程教育模式,进行高职工程院校的教学模式改革,将有助于培养现代企业所需要的高素质技能型人才,真正做到与企业“零距离对接”。

1基于CDIO模式的课程改革尝试

结合软件技术专业课程的教学目标和高职学生的具体情况,参照CDIO模式所提出的“系统的能力培养、全面的实施指导、实施过程和结果检验的12条标准”[2],设计基于CDIO的软件技术专业课程的教学模式,将CDIO模式的教学理念融入到教学活动中,对教学进行改革尝试。

1.1设计集成化教学过程

CDIO模式让学生在学习知识的同时又培养能力,这就需要把项目的前后关联性和专业学科的系统性结合起来。采用灵活的课程架构,对课程内容进行精心组织,划分模块和项目,建立课程之间的关联,使多门课程共同支持专业目标,按照工程项目全生命周期来组织教学。把相关课程进行关联,避免不必要的重复,使学生掌握各门课程知识之间的联系,用于解决综合的问题。

CDIO模式下所有学习的知识和掌握的技能都围绕“项目设计”这个核心,形成一个有机的整体。根据计算机软件专业课程的特点,把项目划分为二级:

一级项目以整个专业的相关核心课程(如包括数据库技术、编程语言、软件工程等)和相关能力要求为基础,通过若干个综合性的项目,加强本专业核心课程的学习与应用,掌握软件技术专业的完整知识结构。学生按照项目开发的完整规范流程来完成一个项目,亲身感受软件开发的全过程,了解软件开发的规范和标准,获得项目经验。学会在工作中与其它人合作,养成良好的沟通、协调能力,培养良好的分析问题和解决问题的能力。

二级项目以单门课程为基础,根据课程教学需要设立小规模实践项目,加深和强化学生对课程内容的理解与应用。

1.2科学的设计和选取项目

项目的设计和选取是教学的关键,选择项目要符合以下要求:

1)项目要有典型性、实用性和先进性的特点,项目的设计和选取要便于学生学习、掌握有关的知识和方法。项目所涉及的知识和技能、所涉及的内容应符合行业的最新技术和标准,应从实际问题出发,结合就业岗位的实际需求,精心选择应用广泛的、现在比较流行的热门问题的项目,最好是源于企业的真实工作项目。

2)设计的项目要具有可操作性。应根据学生的现有知识水平、技能基础等实际情况,教师指导学生选取难易程度适合的任务。避免由于任务的过于简单或复杂而影响学生的学习积极性。

3)项目设计要具有专业的复合性。在进行项目设计时,要充分关注各门核心课程,加强课程之间的横向联系,实现课程整合。

1.3创建CDIO工程环境

建立学生网络化的工作空间,便利合作学习和交互。工作空间包括学生学习的情景与环境,课堂情景与环境是工作空间的一部分,我们以极限编程等手法,来帮助学生改变其工作空间,进而影响学习习惯。把课堂发展为学习的互动空间。CDIO模式的第一准则就是要将对产品、流程、系统的构思、设计、实施和操作过程作为工程教育的环境,即在工程职业实践环境的基础上建立工程教育的环境。在学习的过程中营造工程的氛围,使思考、工作、教学都是在其所熟知的工程研究环境中。

1.4采用小组协作方式

CDIO模式要求通过集成化教学过程使学生获得专业知识,同时培养团队合作精神,而软件项目的开发必须通过团队合作完成。让学生以小组协作、主动学习的方式开发项目,每个小组承担一个项目。教师负责指导和监督,指定项目岗位、指导学生制定软件开发计划、对项目进度和质量进行监督和控制,以保证项目按期完成。

每个小组选出一名组织能力较强的同学做组长,组织和带动本小组的同学完成任务。小组成员经过协商讨论,根据小组成员的个人技术特点进行合理分工,使得每个学生各尽所长,技术和能力互补,每个成员必须至少担任一种角色。

1.5建立基于过程的评价方式

CDIO能力评价标准要求对学生在CDIO模式的教学中获得的成效进行评估验收[2],由于CDIO是一种产品导向的探究式教学模式,强调工程类学生要关注“课题”而并非“课程”,学业评价方法也该与时俱进[3],对学生在项目进行过程中进行评价。

在项目开发过程中,分阶段按项目任务、完成的进度进行评价,每一个评价阶段教师应对学生的完成情况及时作出评价,让学生在得到教师的肯定及指导后,兴趣更浓,学习的劲头更足,或者分析不足的方面、制定改进的方案等

在每个项目完成后,邀请本专业的教师和每个项目小组的代表组成评审小组,组织项目答辩,公平评价学生的项目成果,教师进行针对性的点评,帮助学生找出不足,整理思路和总结经验。另外,通过交流,让大家互相学习,对其他同学做的项目和方法也有所了解。

2结束语

通过课程改革实践我们发现,基于CDIO模式下的课程体系明显优于传统的教学模式,CDIO模式不但重视知识和技能的学习,更为重视从具体工程实践中抽象出来的能力和方法,突出知识、素质、能力的全面发展。CDIO模式提出了系统的能力培养标准、教学大纲及评估标准,更具系统性和可操作性,因此CDIO工程人才培养模式的实践必将带来不同于以往教学改革的实质性成效。

基于CDIO模式下的软件技术专业课程教学,激发了学生的学习兴趣,培养了软件开发能力,提高了职业技能、团队协作能力等综合素质。可见CDIO模式可以适用于高职学校的工科学生培养,相信CDIO模式在软件专业中的成功应用可以给其它专业提供一些思路。

参考文献:

[1]徐兵.试论高职教学中基于CDIO的“软技能”训练[J].教育与职业,2008(12):191-192.

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关键词:工学结合;移动互联应用技术专业;实训基地;建设;探索与实践

中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)31-0144-02

一、移动互联应用专业实训基地建设的背景

2014年12月,在全国职业教育工作会议上明确指出:职业教育是国民教育体系和人力资源开发的重要组成部分,要坚持产教融合、校企合作,坚持工学结合、知行合一。所以为响应号召,加强“校企合作、工学结合”已然成为职业教育人才培养的主要模式,其目的就是要培养面向生产、建设、服务、管理等第一线所需的高技能人才。

作为人才培养模式改革的基础,实训基地的建设对人才培养质量水平的提高有着直接有效的作用。而且越来越多的高职院校开始重视起对实训基地的建设,因此如何建设实训基地、如何有效地利用实训基地有针对性地培养专业高技能人才已成了各高职院校亟待解决的问题。

以常州信息职业技术学院的移动互联应用专业为例,该专业自建设以来,一直紧跟移动互联行业发展的趋势,在校企合作、工学结合实践教学等方面积极探索,逐步形成了拥有自己特色的模式。在专业实训基地建设方面,移动互联专业与行业企业合作,分别建设了Android、IOS两个实训基地,为学生的专业技能培养提供了平台。

二、移动互联应用专业实训基地的建设目标

实训基地的基本任务是服务于专业课程教学、实训实践教学,移动互联应用技术专业实训基地适用于本专业的各门课程,包括移动软件开发基础、移动应用软件设计、移动软件UI设计、移动游戏开发、移动网络通信编程、智能手机维护、移动开发综合项目实践等实训课程,以及软件技术专业的相关Android、IOS开发专业课程和实训等较多方面。

1.实训环境真实化。在工学结合模式中,人才培养方案的制定、课程标准的建设以及实训项目的建设等方面都需要行业企业与校方的共同参与建设,但是作为承载着为学生提供职业素质培训和专业技能训练的重要场地,实训基地需要让学生处于真实的工作环境中,完成实际工作任务。实训基地需要让学生无时无刻地都可以感受到企业文化氛围,只有这样才能更加有利于学生综合素质的提高,为学生将来的发展奠定良好基础。

2.服务对象多元化。实训基地在人才培养方面同样也有着不可比拟的优势。其不仅可以用于专业课程的讲授,同时还可以应用于与兴趣小组、竞赛等相结合,充分利用基地的移动互联设备、移动终端设备等进行移动应用服务器和客户端程序的开发,从而达到充分培养学生兴趣、锻炼学生动手能力、激发学生的创新意识等一系列目的。

另外实训基地还将服务于师资培训等项目,通过企业共同申报移动软件开发等国培项目,能更好地发挥实训基地在移动应用开发方面的优势,实现资源的充分有效利用。

3.师资高素质化。通过常州市信息产业园、常州信息职业技术学院软件学院的工程中心等,在实训基地的建设过程中,将培育出一支专兼结合的高素质师资队伍。教师作为实训基地的软硬件建设主体,在整个建设过程中需要从实训室设计、移动互联课程体系开发、需要与实训项目开发与企业的工程师进行深度合作,同时了解目前企业中对于一线人才的需求、开发流程、规章制度等,建设符合企业要求的人才培养方案,开发适应企业需要的课程体系和实训项目。在整个建设过程中普通教师将与企业工程师进行深入合作,使得整个师资队伍既能满足专业发展、课程开发的要求,也能适应企业的移动软件开发的要求。

三、移动互联应用专业实训基地的建设思想

移动互联应用专业的实训基地作为学校在移动互联应用开发领域方向搭建的一个重要实践平台,只有从教学实训、产品展示、项目实训、创新创业、科研等多方面综合考量进行建设,才能达到保证实训基地的高效运转的目的。

1.结合国家级教学资源库的建设。2011年,常州信息职业技术学院软件学院参与并主持了软件技术专业国家级教学资源库的建设工作。截至目前,该资源库已经基本完成建设环节。但是仍需要持续的完善工作,比如资源信息的及时更新,同时保证每年完善或更新率达到资源总量的百分之二十。作为新兴的移动互联应用开发技术,移动互联应用已经成为资源库的相关的十二门课程之一,同时也被列为拓展课程之一。因此移动互联应用专业的实训基地建设既满足了专业的需要,同时也符合国家级资源库的后期建设方向。

2.校企共建,取长补短。实训基地的建设是由学校与常州信息产业园内多个相关行业企业共同研讨建设而成的,这些行业企业内均有十分专业的移动互联应用开发团队,分别从事政府、教育、银行、通讯等行业的应用开发,培养了大量的开发工程师,也在实际应用项目中积累了丰富的开发经验。学校通过与信息产业园的合作共建项目,既可以得到行业对一线人才的需求信息,同时也可以在科研、培训、实训项目的建设等方面的实现过程中充分利用企业的资源,实现真正的校企共建,从而达到真正意义上校企取长补短的效果。

在学生实训实践环节中,合作企业将安排一批具有丰富开发经验的企业工程师作为兼职教师。教师将通过实训基地的实际建设活动,带领学生进行真实的移动应用项目的开发实战,让学生在真切全面地了解完整的移动设备的基础上,参与软件的开发过程,进而使学生学会根据软件开发文档编写符合工程规范的程序,以期实现提高学生软件开发能力,培养其团队协作精神,逐步积累移动互联应用技术开发经验的效果,同时为学生今后从事移动互联相关工作打下夯实的实践基础。

另外作为移动互联应用技术专业实训基地的一部分,常州信息产业园也承担了综合项目的部分实践环节,这样,学生能进一步与企业一线开发环境接触,了解企业开发规范、企业开发氛围、团队合作的重要性。另外特长生、兴趣小组学生,也可利用周末、暑期等闲暇时间在企业中进行锻炼实践,让有潜力的学生能够得到更快、更大的进步。

四、移动互联应用专业实训基地的建设成效与特色

1.校内配备齐全的硬件设施,校企共享。目前学院内已投入建设了江苏省嵌入式工程中心、Android移动应用开发实训室、苹果移动应用开发实训室,其中,苹果移动开发实训室是集iMAC、苹果服务器、苹果路由器、Apple TV、苹果终端于一体的专业实训环境。Android移动应用开发实训室可以支持40人同时进行Android移动应用开发的教学实施,配备了Android开发的软硬件环境,并配备了智能家居设备,能与Android终端配套实现智能家居实训环境,同时还构建了Windows Phone的特有智能终端。这些实训室不仅可以满足移动互联网专业学生开展各种Android、IOS相关课程的实训,也充分地考虑了兴趣小组、特长生工作室的需要,也可以承担对外培训的工作。例如苹果实训室的硬件条件完全能满足对外培训的需要,同时实训基地通过与江苏点逸网络等企业合作,在人员、项目等多方面进行资源共享。

2.校外拓展实训合作基地,培养学生的职业技能和综合素质。校外实训基地除了对教师工作有着较大的积极影响外,还是学生进行实践能力训练,培养学生职业技能和综合素质的重要场所。目前移动互联应用专业校外实训基地与常州科教城、常州信息产业园开展合作,这些校外实训基地都安排了一些具有相关丰富经验的企业指导教师,并为其提供规范的教学场地,同时让学生在校外的生产实训和顶岗实习阶段中能够充分了解企业的文化、企业中的项目管理与开发流程,进一步培养开发能力、团队合作能力和语言表达能力。

这些校外的实训基地的管理采取两级管理办法,由合作单位负责实训基地的建设维护、日常管理和实践教学活动的组织实施,而学院指定学生校外实践实训的管理办法,与合作单位签订协议,明确学生实训实习的任务、管理流程、校企双方指导老师、考核评价等具体合作细则。

3.建立行之有效的基地管理制度。目前,为有效促进学生职业素养的培养以及实训基地的维护,移动互联应用技术专业实训基地的管理均采用6s管理模式,在很大程度上提高了教师在实训准备环节和指导过程的工作效率以及学生的训练效率,同时也能对学生的职业习惯起到潜移默化的影响。这样既有利于学生职业意识的提高,也有利于其职业道德的培养,为学生日后就业创造一个良好的开端。

参考文献:

[1]韩太东,王振国,朱健.工学结合模式下的实训基地建设研究与实践[J].辽宁高职学报,2009,(8).