前言:中文期刊网精心挑选了数学建模的分析方法范文供你参考和学习,希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感,欢迎阅读。

数学建模的分析方法范文1
【中图分类号】 G424 【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-5962(2012)06(b)-0035-01
数学建模是一种数学的思考方法,是运用数学的语言和方法,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手段。当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时,人们就要在深入调查研究、了解对象信息、作出简化假设、分析内在规律等工作的基础上,用数学的符号和语言,把它表述为数学式子,也就是数学模型,然后用通过计算得到的模型结果来解释实际问题,并接受实际的检验。这个建立数学模型的全过程就称为数学建模。
1 数学模型的基本概述
数学模型就是对于一个特定的对象为了一个特定目标,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,得到的一个数学结构。数学结构可以是 数学公式,算法、表格、图示等。数学模型法就是把实际问题加以抽象概括,建立相应的数学模型,利用这些模型来研究实际问题的一般数学方法。教师在应用题教学中要渗透这种方法和思想,要注重并强调如何从实际问题中发现并抽象出数学问题,如何用数学模型(包括数学概念、公式、方程、不等式函数等)来表达实际问题。
2 数学建模的重要意义
电子计算机推动了数学建模的发展;电子计算机推动了数学建模的发展;数学建模在工程技术领域应用广泛。应用数学去解决各类实际问题时,建立数学模型是重要关键。建立教学模型的过程,是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程。要通过调查、收集数据资料,观察和研究实际对象的固有特征和内在规律,抓住问题的主要矛盾,建立起反映实际问题的数量关系,然后利用数学的理论和方法去分折和解决问题。数学建模越来越受到数学界和工程界的普遍重视,已成为现代科技工作者重要的必备能力。
3 数学建模的主要方法和步骤:
3.1 数学建模的步骤可以分为几个方面
(1)模型准备。首先要了解问题的实际背景,明确建模目的,搜集必需的各种信息,尽量弄清对象的特征。(2)模型假设。根据对象的特征和建模目的,对问题进行必要的、合理的简化,用精确的语言作出假设,是建模至关重要的一步。(3)模型构成。根据所作的假设分析对象的因果关系,利用对象的内在规律和适当的数学工具,构造各个量间的等式关系或其它数学结构。(4)模型求解。可以采用解方程、画图形、证明定理、逻辑运算、数值运算等各种传统的和近代的数学方法,特别是计算机技术。(5)模型分析。对模型解答进行数学上的分析,特别是误差分析,数据稳定性分析。
3.2 数学建模采用的主要方法包括
a.机理分析法。根据对客观事物特性的认识从基本物理定律以及系统的结构数据来推导出模型。(1)比例分析法:建立变量之间函数关系的最基本最常用的方法。(2)代数方法:求解离散问题(离散的数据、符号、图形)的主要方法。(3)逻辑方法:是数学理论研究的重要方法,对社会学和经济学等领域的实际问题解决对策中得到广泛应用。(4)常微分方程:解决两个变量之间的变化规律,关键是建立“瞬时变化率”的表达式。(5)偏微分方程:解决因变量与两个以上自变量之间的变化规律。
b.数据分析法:通过对量测数据的统计分析,找出与数据拟合最好的模型
可以包括四个方法:(1)回归分析法(2)时序分析法(3)回归分析法(4)时序分析法
c.其他方法:例如计算机仿真(模拟)、因子试验法和人工现实法
4 数学建模应用
数学建模应用就是将数学建模的方法从目前纯竞赛和纯科研的领域引向商业化领域,解决社会生产中的实际问题,接受市场的考验。可以涉足企业管理、市场分类、经济计量学、金融证券、数据挖掘与分析预测、物流管理、供应链、信息系统、交通运输、软件制作、数学建模培训等领域,提供数学建模及数学模型解决方案及咨询服务,是对咨询服务业和数学建模融合的一种全新的尝试。例如北京交通大学在校学生组建了国内第一支数学建模应用团队,积极地展开数学建模应用推广和应用。
5 努力倡导数学建模活动的要求
5.1 积极开展数学建模活动,鼓励大家积极参与
为了提高学生的数学建模能力,学校可以开展数学建模活动,可以是竞赛制的和非竞赛制的,应当对成绩比较优秀的学生给予一定的奖励,从而提高学生的积极性。建模活动要有规章制度,要比较正规化,否则可能会达不到预期效果,而且建模过程竞赛要保证公平、公开,保证学生不受干扰影响。
5.2 巩固数学基础,激发学生学习兴趣
首先数学建模需要扎实学生的数学基础,同时学生要具备较好的理论联系实际的能力以及抽象能力,还有就是要激发学生的学习兴趣,兴趣是学习的最好老师,假设教学课堂中过于枯燥无味,学生容易产生厌倦情绪,不利于学习。数学建模过程本质是比较有趣的过程,是对实际生活进行简化的一个过程,生动和有实际价值的。鼓励学生相互交流,促使学生用建模的思维方法去思考和解决生活中的实际问题,表现优秀的同学可以适度给予奖励评价。
总之,数学建模能力的培养应贯穿于学生的整个学习过程,积极地激发学生的潜能。数学应用与数学建模目的是要通过教师培养学生的意识,教会学生方法,让学生自己去探索?研究?创新,从而提高学生解决问题的能力。 随着学生参加数模竞赛的积极性广泛提高,赛题也越来越向实用性发展。可以说正是数学建模竞赛带动了数模一步一步走向生产和实践中的应用。所以,数学建模广泛应用必成为了社会的发展趋势。
参考文献
[1] 郑平正.浅谈数学建模在实际问题中的应用[J].考试(教研版).2007(01).
数学建模的分析方法范文2
关键词:数学建模;高中数学;解题策略
引言
我国中学的数学教育历来只重视学生对书面知识的掌握,而忽视了学生运用数学知识解决实际问题能力的培养。数学的教育并未培养出学生独立解决问题以及创造性思考的能力,为了适应时代的发展,建立能够培养学生自主能力的教学模式。在此背景下,数学建模在中学阶段数学教学中的应用将成为未来的一种趋势。
一、数学建模的定义和方法
1.1数学建模在中学中的定义
通过使用数学语言把现实问题进行精简加工得到的数学结构,就是现实问题的数学模型,相关的概念、公式、方程、数量关系等都是它的表现形式。而数学建模就是把现实问题抽象加工成数学模型,并对模型进行求解,验证模型是否合理的过程。中学阶段的数学建模,就是运用中学生所学的数学知识,把现实中遇到的问题简化抽象成数学模型,对模型进行求解并解释实际问题的过程。
1.2数学建模的方法
中学阶段有关数学建模的研究更加侧重于将建模作为一种解题的方法,而不是研究建模的完整过程,要求学生运用建模的思想及相关理论来求解数学问题目。具体操作要简单的多,可以把运用数学建模思想来解题的方法,简单的分为以下几个步骤:(1)通过分析已知条件,归纳出实际问题中隐含的数学关系,确定模型的类型,建立起数学模型;(2)使用学到的数学知识,对模型进行求解;(3)把求到的解代入到问题中来进行检验。
二、模型列举、分析及解题策略
2.1高中阶段数学模型的列举与分析
当前高中教育阶段,在数学知识体系中所涉及的数学模型按照类型及与问题的相关性来分,可以分为:(1)与数量有关的模型,包括:函数、方程、不等式、数列、概率等模型;(2)与形状有关的模型,包括:平面几何、立体几何模型;(3)与位置有关的模型,包括:解析几何、极坐标等模型;(4)与最值有关的模型:线性规划模型。对以上部分模型的分析如下:
(1)函数模型:
函数模型是对实际问题通过运用数学知识进行归纳加工建立相关量之间的函数关系,发现其中的变化规律,进而建立起函数模型。在中学的数学中函数模型有多种,而实际问题中包含的函数知识也十分普遍,如:一次函数,在现实中解决成比例关系的问题;二次函数,可以应用在利润、成本、产量等问题的解决;幂函数,可以应用在求最值方面;指数函数,则可以解决增长率、利率等方面:对数函数,可以应用在产品的产量、人口增长等方面;分段函数,可以应用与税费的分段缴纳、出租车票价等方面。
(2)方程与不等式模型
现实的问题中含有许多等量或不等量的关系,方程和不等式模型就是用未知数对这些等量与不等量关系的表示。高中阶段的方程主要被用来求解函数或不等量关系式,涉及的不等式模型主要有:高次不等式,可以解Q增长率、商品销售以及黄金分割等现实问题;分式不等式,多用于工程或行程问题;均值不等式,多用于求最值以及证明其它不等式等问题。
(3)概率模型
概率模型是对随机现象发生规律描述的一种数学模型,用于对事件可能性的预测。在现实生活中概率模型的应用随处可见,如对天气、中奖概率、次品出现概率的预测等,概率模型又分为随机事件概率和对立试验模型。
2.2运用数学建模解题的策略
通过对高中阶段常见数学模型的分析,我们可以得到一些建立模型的方法和求解模型的技巧。
(1)建立模型的方法:通过分析变量的变化规律来确定模型的关系分析法;利用获得的数据或信息,画出变量的有关图形,确定模型的图像分析法;通过对特殊结果的观察发现规律的数学归纳法,还有示意图分析法和数量关系式等
(2)模型求解的技巧:通过待定系数法求函数模型的参数;使用特殊值法对抽象模型求解;通过对数据关系列表格来寻找相关关系式;另外,对问题要先做归类,判断变量的离散属性,在建模;还要考虑模型的取值范围,建模要有实际意义。
三、在课堂中融入建模方法的建议
3.1有关学校方面的建议
(1)在学校老师自己编制的校本课程中多设置与数学建模的思想和方法相关的课程,在根据数学教学改革的需求在选修课中加入相关的课程,激发学生对数学建模的兴趣。
(2)加强对学校数学教师进行建模方面的培训,提升教师对数学建模的认识和实际运用的能力,只有老师熟练掌握使用数学建模来解题的方法,才能为学生进行有效的指导解决学生在建模运用中的困惑。
(3)学校还要重视数学建模在日常中的学习,多安排一些与数学建模有关的活动和讲座,订阅相关的期刊和杂志,丰富学生课外获得知识的途径,普及相关的理论知识。
3.2有关数学课堂上的建议
(1)目前,有部分老师没有意识到数学建模在教学中的作用,认为不需要对学生进行专门的数学建模应用能力的培养,因此,老师应该首先转变自己的观念,重视运用数学建模方法解题的教学方式。
(2)在数学教学过程中,以学生为主体运用数学建模的思想来引导学生独立思考的能力,实现教学的目标;运用数学建模的方法来讲解习题的解题过程,在习题中加入一些背景知识,让学生理会题目背后的实际意义;在课下的作业中可以设计一些能够体现数学建模思想的开放性的题目,让学用独立思考或分组讨论的方式来建模求解,使学生与数学建模的方法有更多的接触。
数学建模的分析方法范文3
[关键词]高中数学 建模教学
1开展数学建模教学的意义
1.1解决实际问题的需要。目前国际数学界普遍赞同通过开展数学建模活动和在数学教学中推广使用现代化技术来推动数学教育改革。美国、德国、日本等发达国家普遍都十分重视数学建模教学,把数学建模活动从大学生向中学生转移是近年国际数学教育发展的一种趋势。我国的数学教育在很长一段时间内对于数学与实际、数学与其它学科的联系未能给予充分的重视,因此,高中数学在数学应用和联系实际方面需要大力加强。我国普通高中新的数学教学大纲中也明确提出要切实培养学生解决实际问题的能力,要求增强应用数学的意识,能初步运用数学模型解决实际问题。这些要求不仅符合数学本身发展的需要,也是社会发展的需要。因此我们的数学教学不仅要使学生知道许多重要的数学概念、方法和结论,而且要提高学生的思维能力,培养学生自觉地运用数学知识去处理和解决日常生活中所遇到的问题,从而形成良好的思维品质。而数学建模通过”从实际情境中抽象出数学问题,求解数学模型,回到现实中进行检验,必要时修改模型使之更切合实际,这一过程,促使学生围绕实际问题查阅资料、收集信息、整理加工、获取新知识,从而拓宽了学生的知识面和能力。数学建模将各种知识综合应用于解决实际问题中,是培养和提高学生应用所学知识分析问题、解决问题的能力的必备手段之一,是改善学生学习方式的突破口。因此有计划地开展数学建模活动,将有效地培养学生的能力,提高学生的综合素质。
1.2开展数学建模的必要性。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。具体的调查表明,大部分学生对数学建模比较感兴趣,并不同程度地促进了他们对于数学及其他课程的学习。有许多学生认为:数学源于生活,生活依靠数学,平时做的题都是理论性较强,实际性较弱的题,都是在理想化状态下进行讨论,而数学建模问题贴近生活,充满趣味性。数学建模能培养学生应用数学进行分析、推理、证明和计算的能力;用数学语言表达实际问题及用普通人能理解的语言表达数学结果的能力;应用计算机及相应数学软件的能力;独立查找文献,自学的能力,组织、协调、管理的能力;创造力、想象力、联想力和洞察力。
2中学数学建模教学的基本理念
2.1使学生体会数学与自然及人类社会的密切联系,体会数学的应用价值,培养数学的应用意识,增进对数学的理解和应用数学的信心。
2.2学会运用数学的思维方式去观察、分析现实社会,去解决日常生活中的问题,进而形成勇于探索、勇于创新的科学精神。
2.3以数学建模为手段,激发学生学习数学的积极性,学会团结协作,建立良好人际关系、相互合作的工作能力。
2.4以数学建模方法为载体,使学生获得适应未来社会生活和进一步发展所必需的重要数学事实(包括数学知识、数学活动经验)以及基本的思想方法和必要的应用技能。
3高中数学建模教学的一些设想
3.1在教学中传授初步的数学建模知识。进行数学建模教学的主要目的是要培养他们的数学应用意识,掌握数学建模的方法,因此,根据数学建模的过程,在教学时将数学建模中最基本的过程教给学生。
3.2在教学中培养学生的数学建模意识。运用数学建模解决实际问题,必须首先通过观察分析,提练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始终,也就是要不断的引导学生用数学思维的观点去观察、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,使数学建模意识成为学生思考问题的方法和习惯。通过教师的潜移默化,经常渗透数学建模意识,学生可以从各类大量的建模问题中逐步领悟到数学建模的广泛应用,从而激发学生去研究数学建模的兴趣,提高他们运用数学知识进行建模的能力。
数学建模的分析方法范文4
关键词:高校;数学;建模方法;教学;策略;研究
1高校数学建模方法的教学现状分析
1.1课堂教学尚未脱离传统思想
从我国高校数学课堂教学的现状来看,传统的教学理念始终束缚着老师们的思想,他们在数学建模课程的讲解中,仍旧以讲授为主,以理论化的学习为基础,给予高校学生最多的教学理念仍旧是灌输式教学,这种教学模式是当代大学生综合能力的培养与提高的枷锁,更让数学建模方法不能在实践中得到具体的应用。
1.2教学策略缺乏个性化选择
进行数学建模的方法多种多样,每一种方法都具有不同的应用范围,能解决不同的问题,只有对不同的建模方法采用不同的策略进行课堂教学,才能让学生更容易吸引和掌握。
2数学建模方法的教学策略
2.1建模方法的多重联合性
多重联合不仅可以让大学生把多种数学建模方法进行联系与融合,还能通过它们相互之间的关联性而进行有机的组合,在实际的问题解决中发挥出建模方法的最大效用。
2.2建模方法的阶级递进
虽然数学建模方法是一个实现数学知识与实践应用相结合的工具,是需要大学生们熟练掌握和娴熟运用的,但在实际的教学过程中,因为每个学生的资质不同,接受知识的快慢也不一样,再加上他们智力水平的差异性,对于数学建模方法接收的程度也会受到影响。而老师要想让每个学生都能达到数学建模合理运用的目的,就必须要掌握每一位学习的特点,从他们的数学实际出发,因材施教,阶级递进,这样才能让各个阶层的学生都能够得到锻炼和提高。而且数学建模的过程本身就是一个比较抽象的过程,对于初学者来说,会觉得非常的困难,只有掌握了建模的意义和过程,才能在实践应用中慢慢的去领会,继而达到实际运用的效果。
2.3建模方法的交叉设计
数学建模方法教学的目的就是要解决生活当中的实际性问题,所以在进行建模方法的学习时,一定要把现实情境与理论知识交叉进行学习,因为离开了实际问题的数学模型毫无用武之地,只有把模型知识应用到具体的问题情境当中,才能让它发挥作用,才能让大学生们对数学建模的学习更感兴趣,促进他们综合能力的提升。
2.4建模方法的实践应用
数学建模的分析方法范文5
关键词:数学建模 数学应用意识 数学建模教学
一、数学建模是从现实问题中建立数学模型的过程。
在对实际问题本质属性进行抽象提炼后,用简洁的数学符号、表达式或图形,形成便于研究的数学问题,并通过数学结论解释某些客观现象,预测发展规律,或者提供最优策略.它的灵魂是数学的运用并侧重于来自于非数学领域,但需要数学工具来解决的问题.这类问题要把它抽象,转化为一个相应的数学问题,一般可按这样的程序:进行对原始问题的分析、假设、抽象的数学加工.数学工具、方法、模型的选择和分析.模型的求解、验证、再分析、修改假设、再求解的迭代过程.
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。具体的调查表明,大部分学生对数学建模比较感兴趣,并不同程度地促进了他们对于数学及其他课程的学习.有许多学生认为:"数学源于生活,生活依靠数学,平时做的题都是理论性较强,实际性较弱的题,都是在理想化状态下进行讨论,而数学建模问题贴近生活,充满趣味性;数学建模使我更深切地感受到数学与实际的联系,感受到数学问题的广泛,使我们对于学习数学的重要性理解得更为深刻"。数学建模能培养学生应用数学进行分析、推理、证明和计算的能力;用数学语言表达实际问题及用普通人能理解的语言表达数学结果的能力;应用计算机及相应数学软件的能力;独立查找文献,自学的能力,组织、协调、管理的能力;创造力、想象力、联想力和洞察力。由此,在高中数学教学中渗透数学建模知识是很有必要的。
二、那么当前我国高中学生的数学建模意识和建模能力如何呢?
学生数学建模意识和建模能力的现状不容乐观。学生在数学应用能力上存在的一些问题:(1)数学阅读能力差,误解题意。(2)数学建模方法需要提高。(3)数学应用意识不尽人意数学建模意识很有待加强。新课程标准给数学建模提出了更高的要求,也为中学数学建模的发展提供了很好的契机,相信随着新课程的实施,我们高中生的数学建模意识和建模能力会有大的提高!
三、那么高中的数学建模教学应如何进行呢?
数学建模的教学本身是一个不断探索、不断创新、不断完善和提高的过程。不同于传统的教学模式,数学建模课程指导思想是:以实验室为基础、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折和解决问题的全过程,提高他们分折问题和解决问题的能力;提高他们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。教学过程的重点是创造一个环境去诱导学生的学习欲望、培养他们的自学能力,增强他们的数学素质和创新能力,强调的是获取新知识的能力,是解决问题的过程,而不是知识与结果。
中学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,为将来的学习、工作打下坚实的基础。在教学时将数学建模中最基本的过程教给学生:利用现行的数学教材,向学生介绍一些常用的、典型的数学模型。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。教师可以通过教材中一些不大复杂的应用问题,带着学生一起来完成数学化的过程,给学生一些数学应用和数学建模的初步体验。
四、在教学的过程中,引入数学建模时还应该注意以下几点:应努力保持自己的"好奇心",开通自己的"问题源",储备相关知识.这一过程也可让学生从一开始就参与进来,使学生提高自学能力后自我探究。
将数学建模思想引入数学课堂要结合实际,这是关键.学生在课堂中解决的实际问题即建模材料必须经过一定的加工,否则有可能过于复杂,有些问题的数学结论可能偏离生活实际太多,也很正常。
数学课堂中的建模能力必须与相应的数学知识结合起来.同时还应该通过解决实际问题(建模过程)加深对相应的数学知识的理解。
数学建模的分析方法范文6
关键词:数学建模思想;大学数学教学;探讨
作者简介:贺爱娟(1979-),女,山东日照人,烟台大学文经学院基础教学部,讲师。(山东 烟台 264005)
基金项目:本文系烟台大学文经学院科研基金项目(项目编号:2011JYB001)的研究成果。
中图分类号:G642.421 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)31-0082-02
数学建模主要是通过运用数学知识解决实际问题的全过程,训练学生综合运用数学知识去刻画实际问题,提炼数学模型,处理实际数据,分析解决实际问题的能力。[1]对于数学基础功底薄弱,未来将要走向一线工作岗位的大学生来讲,数学建模思想在数学教学过程中的应用,有利于他们快速理解掌握基础知识,发散思维,了解数学解决实际生活问题的作用,有利于学生毕业后独自快速接受工作技能,激发创新思维,表现出良好的综合素质。
一、数学建模思想在大学数学类课程教学中融合的必要性
随着计算机的广泛应用,我国正在迎来一个手动化、机械化向信息化、自动化加速转变的社会。高科技的社会本质上是数学应用的社会,一切科学和工程技术人员的教育必须包括数学和计算科学的更多内容。数学建模思想已在科学研究、教学性研究、人才市场需要等方面得到了充分的应用,在天气和气候预报、机械设计和交通控制、电子设计自动化、生物科学、材料科学等领域,正急需通过数学与计算机的结合来构建各类模型解决一些重大问题,比如Navier-Stokes方程成为流体力学建模的基本方程、MAXWELL方程组成为描述电磁学的基本规律。[2]数学的思想和方法已经渗透到生产、生活和科研的各个角落,发挥着巨大作用。通过数学和计算机科学的结合成为工程设计中的关键工具,了解和掌握数学建模知识并能充分应用数学建模的思想和方法,可以让学生具有更好的快速适应和处理问题的能力,是当代大学生必须具备的基本素质。培养学生这种素质的最佳方法就是在高等数学等基础课程的理论学习过程中融入数学建模思想,这将起到理论和模型互相映射,提高学生的理解能力和想象能力。
二、数学建模思想与大学数学类课程教学的融合切入点
1.从应用数学出发
数学建模主要是通过运用数学知识解决生活中遇到实际问题的全过程。要让数学建模思想与大学数学教学课程进行有效的融合,最佳切入点就是课堂上把用数学解决生活中的实际问题与教学内容相融合,以应用数学为导向,训练学生综合运用数学知识去刻画实际问题、提炼数学模型、处理实际数据、分析解决实际问题的能力,培养学生运用数学原理解决生活问题的兴趣和爱好。授课过程中,要改变以往单纯地进行课堂灌输的行为,多引入应用数学的内容,通过师生互动、课堂讨论、小课题研究实践等多种形式灵活多样的教学方法,培养引导学生树立应用数学建模解决实际问题的思想。
2.从数学实验做起
要加强独立学院学生进行数学实验的行为,笔者认为数学建模与数学实验有着密切的联系,两者都是从解决实际问题出发,当前的大学生数学实验基本上是应用数学软件、数值计算、建立模型、过程演算和图形显示等一系列过程,因此进行数学实验的全过程就是数学建模思想的启发过程。但是我国的教育资源和教学方针限制了独立学院学生的学习环境和学习资源,能够进行数学实验的条件还是有限的。即使个别有实验能力的学校,也未能进行充分利用,数学实验课的内容随意性较大,有些院校将其降格为软件学习课程或初级算法课。根据调研,目前大部分独立学院未开设此类课程,这是数学建模思想与大学数学教学课程融合的一大损失,不利于学生创新思维能力的提高。各校应当积极创造条件,把数学实验课设为大学数学的必修课,争取设立数学建模选修课,并积极探索、逐步实现把数学建模的思想和方法融入大学数学的主干课程。
3.从计算机应用切入
数学是为理、工、经、管、农、医、文等众多学科服务的基础工具,它在不同的领域因为应用程度不同而导致被重视的程度不同。但在当今的信息化时代,计算机的广泛应用和计算技术的飞速发展,使科学计算和数值模拟已成为绝大多数学科的必要工具和常用手段。数学在不同学科领域有了共同的主题,即应用数学建模,通过计算机对各自领域的科学研究、生活问题等进行模拟分析,这成为数学建模思想在跨学科领域交流和传播的一个重要途径。每个领域的教学可以计算机应用为切入点,让数学建模思想与数学授课无缝结合,在提高学生掌握知识能力、挖掘培养创新思维的同时,增加了大学数学课程内容的丰富性、实用性,促进教学手段变革和创新。因此,大学应以适应现代信息技术发展的形势和学生将来的需求为契机,加快改进大学数学课程教学方式,把数学建模的思想和方法以及现代计算技术和计算工具尽快融入大学数学的主干课程当中。
三、探索适合独立学院学生的数学建模教学内容
大学数学课程是大学工科各专业培养计划中重要的公共基础理论课,其目的在于培养工程技术人才所必备的数学素质,为培养我国现代化建设需要的高素质人才服务。数学建模课程的必修化,要从能够扩充学生的知识结构,培养学生的创造性思维能力、抽象概括能力、逻辑推理能力、自学能力、分析问题和解决问题能力的角度出发,建立适合独立学院学生的数学建模教学内容。日前独立学院开展数学建模活动涉及内容较浅,缺少相应的数学建模和数学实验方而的教材。笔者近几年通过承担此类课题的研究,认为应该加强以下内容的建设:
1.加强必修课
大学数学系列课程主要包括“高等数学”、“线性代数”、“概率论与数理统计”、“运筹学”和“数学建模”等,其核心部分是“高等数学”,所以必须加强核心课程的重点讲解,同时进行辅助授课。对主修数学的学生,加强对计算机语言和软件的学习,对数学原理进行剖解分析,多分析运行数学解决的社会生活问题,多设定课程设计工作。学生通过对科学问题、生活问题的深入研究,结合自己的课程设计,建立数学建模,让数学建模思想渗透到整个学习过程中。对非数学领域的问题,引导学生通过计算机软件的学习,建模解决专业中遇到的实际问题。比如通用的CAD等基于数学理论,解决不同领域的数学建模问题,以便将来适应社会的需要。
2.开设选修课
拓展知识领域,让学生可以通过选修数学建模、运筹学、开设数学实验(介绍Matlab、Maple等计算软件课程),增加建立和解答数学模型的方法和技巧。[3]比如以前用的“文曲星”电子词典里的贷款计算,就是一个典型的运用数学模型方便百姓自己计算的应用。这个模型单靠数学和经济学单方面的知识是不够的,必须把数学与经济学联系在一起,才能有效解决生活中的问题。
3.积极组织学生开展或是参加数学建模大赛
比赛是各个选手充分发挥水平、展示自己智慧的途径,也是数学建模思想传播的最好手段。比赛可以让各个选手发现自己的不足,寻找自身数学建模出发点的缺陷,通过交流,还可以拓展学生思维。因此,有必要积极组织学生参入初等数学知识可以解决的数学模型、线性规划模型、指派问题模型、存储问题模型、图论应用题等方面的模拟竞赛,通过参赛积累大量数学建模知识,促进数学建模在教学中扮演更重要的角色。教师应该对历年的全国大学生数学建模竞赛真题进行认真的解读分析,通过对有意义的题目,如2012年的《葡萄酒的评价》、《太阳能小屋的设计》,2011年的《交巡警服务平台的设置与调度车灯线光源的计算》、2009年的《眼科病床的合理安排》等,与生活相关的例子进行讲解分析,提高学生对数学建模的兴趣和对模型应用的直观的认识,实现学校应用型人才的培养。
4.加快教育方式的转变
高等教育设立数学这门学科就是为了应用服务,内容应重点放在基本概念、定理、公式等在生活中的应用上。而传统的高等数学,除了推导就是证明,因此,要对传统内容进行优化组合,根据教学特点和学生情况推陈出新,要注重数学思想的渗透和数学方法的介绍,对高等数学精髓的求导、微分方法、积分方法等的授课要重点放在解决实际生活的应用上。要结合一些社会实践问题与函数建立的关系,分析确定变量、参数,加强有关函数关系式建立的日常训练。培养学生对一些问题的逻辑分析、抽象、简化并用数学语言表达的能力,逐步将学生带入遇到问题就能自然地去转化成数学模型进行处理的境界,并能将数学结论又能很好反向转化成实际应用。
四、注意的问题
21世纪我国进入了大众教育时期,高校招生人数剧增,学生水平差距较大,需要学校瞄准正确的培养方向。通过对美国教学改革的研究,笔者认为我国的数学建模思想与大学数学教学课程融合必须尽快在大学中广泛推进,但要注意一些问题:
第一,数学教学改革一定要基于学生的现实水平,数学建模思想融入要与时俱进。
第二,教学目标要正确定位,融合过程一定要与教学研究相结合,要在加强交流的基础上不断改进。
第三,大学生数学建模竞赛的举办和参入,要给予正确的理解和引导,形成良性循环。要根据个人兴趣爱好,注重个性,不应面面强求。
第四,传统数学思想与现在数学建模思想必须互补,必修与选修课程的作用与角色要分清。数学主干课程的教学水平是大学教学质量的关键指标之一,具备数学建模思想是理工类大学生能否成为创新人才的重要条件之一。两者的融合必将促进我国教学水平和质量的提高,为社会输送更多的实用型、创新型人才。
参考文献:
[1]段勇, 傅英定,黄廷祝,等.浅谈数学建模思想在大学数学教学中的应用[J].中国大学教学,2007,(10):32-34.