数学建模方向范例6篇

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数学建模方向

数学建模方向范文1

【关键词】单相SVG 数学建模 仿真

1 SVG动态建模

图1所示为SVG动态控制的结构框图。其中,IQ*为无功电流的幅值指令,ie*为总电流指令,ie为电流反馈, Gi(s)为电流环调节器,G1(s)为PWM变换器的传递函数,Gdc(s)为直流侧电压近似控制传递函数。直流母线电压环的设计是为了保持直流母线电压稳定,直流母线电压指令Udc*与直流母线电压反馈Udc的偏差经调节器Gv(s)后产生SVG有功电流的幅值指令IP*,SVG有功电流与无功电流的相位均通过对前级负载电压UL锁相得到。

2 仿真结果与分析

根据上文设计的调节器在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真参数:电流的指令是20A,直流母线电压的指令400V,仿真时间0.5S。 电流环的仿真结果如图2所示,从图中可以得到电流反馈跟踪指令效果良好,二者波形完全一致,且调节器的响应速度快。图3所示为电压环的仿真结果,可以看到直流母线电压反馈能够很好的跟踪指令,稳定性好,母线电压幅值上下波动不超过1V,可以证明在误差允许的范围内设计的调节器可以使直流母线电压维持恒定。

3 结论

本文主要建立了单相SVG的动态数学模型,设计了电流环与电压环两个闭环,对建立的动态调节器在Matlab/Simulink仿真平台进行了仿真验证,结果表明设计的调节器可行,且系统动态响应速度快,跟踪良好。

参考文献

[1]熊桥波,罗安等.链式静止无功发生器直流侧电压稳定性分析[J].电力系统自动化,2014,38(03):25-29.

[2]王兆安,杨俊等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]胡寿松等.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2007.

作者简介

刘翠翠(1991-),女,山西省临汾市人。工学硕士学位。主要研究方向为静止无功功率补偿。

数学建模方向范文2

关键词:项目化教学方法 高职数学建模教学 实施过程

  数学建模教学不同于传统的高职数学教学,它打破了原有数学课程自成体系,自我封闭的局面,为数学与外面世界的联系打开了一条道,提供了一种有效的方式。开展数学建模课程,学生亲自参加了将数学应用于实际的尝试,取得了在课堂和书本上无法提供的宝贵经验和亲身感受;培养了他们的思维方式;促进了他们更好地应用数学、品味数学、理解数学和热爱数学,在知识、能力和素质三方面迅速成长。同时,数学建模教学除了用到数学知识外,还用到计算机以及各个实际应用领域中的知识,并且要将这些知识结合起来,综合思维,来完成方案的设计和论证。这就要求在整个教学过程中,学生能够处于主体地位,教师只作主导。引入项目化教学方法,就是要将数学建模教学与现实实际相结合,这对培养学生综合运用数学知识,分析和理解实际问题的能力有重要的意义。

一、项目化教学方法

项目化教学方法,它是通过“项目”的形式进行教学。为了使学生在解决问题中习惯于一个完整的方式,所设置的“项目”包含多门课程的知识。项目化教学方法就是在老师的指导下,将一个相对独立的项目交由学生自己处理。信息的收集,方案的设计,项目实施及最终评价,都由学生自己负责,学生通过该项目的进行,了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。在项目化教学中,学习过程成为一个人人参与的创造实践活动,注重的不是最终的结果,而是完成项目的过程。学生在实践过程中,体验了创新的艰辛与乐趣,培养了分析问题和解决问题的思想和方法。

二、项目化教学方法在高职数学建模教学中的应用

1、项目准备

首先要选择项目,选择一个或几个贯穿整个数学建模教学课程的大型综合项目,作为训练学生能力的主要载体,这是以项目为课程能力训练载体的原则。所选项目要具备实用性、典型性、覆盖性、综合性、挑战性和可行性。

2、项目背景

在整个数学建模的教学过程中,我们选择了2009年全国大学生数学建模竞赛题的D题作为贯穿项目来实施。D题的原型是2009年8月在福州召开的第十一届全国大学生数学建模与应用会议。这是一次规模庞大的系列性学术会议,根据以往几届会议的情况看,有以下的共同的、明显的特点:与会代表多达数百人,而适于接待的宾馆容量有限,只能让与会代表分散到若干家宾馆住宿;有一些发来回执的不来开会,也有一些与会代表事先不提交回执,给预定宾馆客房数量造成了困难;虽然客房房费由与会代表自付,但如预定客房数量大于实际数量,筹备组需要支付一天的空房费,而若预定客房数量不足,则将引起代表的强烈不满;若内容不同的分组会分散在几个宾馆,则我们需要派车在宾馆间接送代表;而代表要参加哪个分组会无法预知,因此需要我们对此作出合理的假设。基于以上的分析,我们知道现在要解决问题是:

⑴预测本届会议与会代表的数量,并确定需要预订各类客房的数量;

⑵确定在哪些宾馆预订客房及预订客房的数量;

⑶确定在哪些宾馆预订哪些类型的会议室以及租车的规格和数量。

不难看出,这几个问题是一环扣一环,只有知道与会代表的数量,才可以确定各类客房的数量;知道各类客房的数量之后,我们才可以安排在哪些宾馆预订客房以及数量;有了前两个问题的基础,我们才可以确定要预订哪些类型的会议室,会议室的确定与租车是相关的。因此,我们可以把整个会议筹备看作是一个大的项目,然后将其分为3个子项目去完成。

3、项目实施

引导学生根据自身特点进行小组划分,一般小组由3人构成,在划分的时候,尽量做到,小组成员应分别擅长问题分析,软件操作和论文撰写。教师讲解与项目有关的知识,说明项目任务。学生学习与会议筹备的相关知识,明确项目对象与要求,通过专业网站、学校图书馆等可以获取信息的地方查阅相关资料,对所给项目进行认真分析,提出自己的见解,并对可能存在的情况,进行适当的假设,然后小组讨论,尝试各种解决方案,最后通过比较确定最优方案。我们通过三组比较典型的方案展示给大家,具体的实施过程如下:

子项目1:预测本届会议与会代表的数量,并确定需要预订各类客房的数量;

相关知识:曲线拟合思想、平均值法;

教师角色:协调组员分歧,渗透纪律,提供必要的知识和软件指导;

甲组:线性拟合思想;乙组:平均值(比例法);丙组:以上两种方法再取权重。

子项目2:确定在哪些宾馆预订客房及预订客房的数量;相关知识:0-1规划;

教师角色:对软件的操作进行适当的指导并提供咨询和服务,继续做好小组成员的协调工作;

甲组:一个一个排列,他们会给一个相对合理的选取方案,比如说他们会从到其他宾馆都比较近的七号宾馆入手,然后再一个一个加入其他宾馆,直至满足条件;

乙组:0-1规划思想,用lingo求解;丙组:以上两种方法都使用了,然后进行比较。

子项目3:确定在哪些宾馆预订哪些类型的会议室以及租车的规格和数量;

教师角色:针对学生对客车的使用假设进行合理的纠正,并引导学生如何合理地进行假设;

甲组:a.每个会议室的容量至少为与会总人数的1/6;b.与会总人数1/6的代表不需接送;

c.宾馆距离在一定范围内的代表不需接送;d.一辆车每次会议最多接送2趟;

乙组:a.会议室位于预订客房的宾馆内;b.只需要一辆车,并给出具体的行程安排;

丙组:a.每个会议室的容量至少为与会总人数的1/6;b.会议室位于预订客房的宾馆内;

c. 宾馆距离在一定范围内的代表不需要接送,其他的用一辆车循环使用。

4、需要注意的问题

在整个项目进行过程中教师需要注意四个方面的问题:一是项目选题要适宜,具有适应性;二是实施项目要引导,了解学生个体差异合理分组,尊重实践教学规律,要勤巡视,及时发现和解决突发问题;三是熟练掌握项目化教学方法,不断积累经验,加强直观教学等;四是要充分发挥学生独立思考和创新的能力,注重实践能力的培养。

三、总结

实践表明,项目化教学方法是一种比较有效的教学方法。它主要完成了三个转变,由以教师为中心转变为以学生为中心,由以课本为中心转变为以“项目”为中心,由以课堂为中心转变为以经验为中心。这一转变,大大提高了他们学习的积极性和主动性,进一步培养了学生自我学习的能力,为学生以后的发展奠定了扎实的基础。在整个教学过程中,真正发挥了教师的主导性和学生的主体性作用,大幅度提高了教学效果。这一方法在广大高职院校中值得推广。

参考文献

[1]刘海琴, 王江涛.项目化教学在高职网络数据库教学中的实践与探索[J]. 职业技术, 2009(10).

数学建模方向范文3

[关键词]常微分方程 数学建模 国民经济增长模型

[中图分类号] O175.1 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)08-0067-02

一、引言

常微分方程是综合性大学数学系各专业的重要基础课,也是应用性很强的一门数学课。它已有着300多年的悠久历史,而且继续保持着进一步发展的活力,其主要原因是它的根源深扎在各种实际问题之中,常微分方程的应用范围不断扩大并深入到机械、电讯、化工、生物、经济和其他社会学科的各个领域。作为一门基础课教程,该课程主要介绍常微分方程的一些常用解法和基本理论。这些内容将为数学、力学、物理和计算机系的大学生在后继学习中服务。它们对于数学联系实际和各种数学方法的灵活应用是不可缺少的基本训练,这正是常微分方程课程的一个特色。常微分方程基本理论是该学科的精华所在,其基本理论的教学目的是让学生去体会常微分方程的思想方法,领略数学思想的魅力。然而,很多理工科学生在学习的过程中不了解学这门课程有什么用途而存在偏重方程的解法计算,轻理论分析,死记硬背公式的倾向,以至于学生在运用常微分方程知识建立微分方程数学模型不能获得解析解而无法分析解决实际问题,从而缺乏学习的动力和兴趣,最后逐渐认为这是一门非常枯燥而没用的学科。造成这种倾向的原因是多方面的,基本理论内容比较抽象,教师的课堂教学等都有一定的关系,鉴于此现状,本文从融入数学建模思想这个角度来对常微分方程课程的课堂教学进行分析和探讨。

二、常微分方程与数学建模的关系特点

(一)数学建模

进入20世纪以来,随着数学向一切学科领域的渗透以及计算机应用技术的飞速发展,数学建模越来越受到人们的重视。通过对实际问题的分析抽象和简化,明确实际问题中最重要的变量和参数,通过系统的变化规律或实验观测数据建立起这些变量和参数之间的量化关系,用精确或近似的数学方法求解,然后把数学结果与实际问题进行比较,用实际数据验证模型的合理性,对模型进行修改和完善,最后将模型用于解决实际问题的过程,这就是数学建模。简而言之,数学建模就是通过建立数学模型来解决各种实际问题的过程,体现了“用数学”的思想。

(二)常微分方程与数学建模相辅相成

在常微分方程的教学过程中,教师应该先了解学生的专业特点,由于教授这门课程所面向的是成人本科生,学生入学时的知识结构有多不同,因而产生了教学该如何设计的一个特殊性。那么,在授课中从学生的学习需求出发,让学生初步了解微分方程的类型,及其相应的解法特点,有选择性地引入简化的条件特殊化的常微分方程数学模型,在学生熟练掌握特定类型的微分方程的解法后逐步完善数学模型,进而引导学生思考一般化更为复杂的微分方程的模型。下面我们用例子加以说明。

例:国民经济的增长模型

国民收入的主要来源是生产。国民收入主要用于以下三个方面:消费资金、投入再生产的积累资金、公共设施的开支。下面将讨论国民收入与这三者的关系,并建立相应的国民经济的增长模型。

解:假设Y(t)是时刻的国民收入水平,也可用它表示生产水平;C(t)表示时刻消费水平;G表示用于公共设施的开支水平,这里把它看做是常数;I(t)是时刻用于投入再生产的投资水平。

根据实际情况可以看出国民的消费水平与国家生产水平成正比,比例系数为k,即C=Yk,k∈(0,I),称k是消费系数,S=1-k称为积累系数。对于t时刻国民这三方面总的需求水平表示为D(t),则有:D=kY+I+G (1)

通过以上对实际问题的模型建立、分析,很好地运用常微分方程的相应解法计算、讨论,可以看出国民收入与消费资金、投入再生产的积累资金、公共设施的开支,这三者的关系特点,该模型为国家有关部门提供了国民经济增长的一个预测模型,可以很好地制定相关的政策法规,从而有利于国家的发展,创造一个更为和谐的社会。

三、教学感悟

常微分方程中许多概念、性质、定理的形成过程本身就融入着数学建模的思想,我们在教学的过程中可以结合实际自然而然地引出课程内容。然而,数学建模思想的培养不是一蹴而就,是长期培养和锻炼才能形成的。因此,首先,教师应树立先进的教育理念,师生共同明确学习常微分方程这门课程的目的;其次,应从学生的专业特点、学习情况、接受情况出发,在课程教学中应注意启发学生的思维,培养学生的创新能力;最后,教师在充分理解教材的基础上,掌握课程特点,适当删减理论性强,冗长繁琐的证明过程,因材施教。此外,还应不断创新教学方法,融入数学建模思想,适当增加一些建模实例,并讲解其中的解题过程,让枯燥难学的数学定理、公式变得简单,生动有趣,这样不仅不会增加学生的学习负担,反而激发他们的学习兴趣,使学生感到课本知识不是生搬硬套规定的,而是与实际生活密切相关的,让学生真正体会到学以致用“生活中处处有数学”。本文只是个人的见解在此亦希望能得到各位同行的指导意见,完善本课程的教学。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王高雄,周之铭,朱思铭等.常微分方程[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2] 陈国华.数学建模与素质教育[J].数学的实践与认识,2003,33(2):110~113.

[3] 姜启源,谢金星,叶俊.数学建模[M].北京:高等教育出版社,2003.

数学建模方向范文4

关键词:概率统计;数学建模;途径

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)06-0047-02

一、引言

数学建模的基本思想方法是利用数学知识解决实际问题。《概率论与数理统计》是一门应用数学课程,有大量抽象的概念和理论知识,在其教学过程中融人数学建模思想方法,将部分概念、性质、理论寓于一些实际问题当中,选择有现实意义、应用性较强、又便于操作实现的实例,让学生运用学过的概率统计知识去解决,从而激发学生学习的主动性和积极性,提高他们的运用能力。

二、《概率论与数理统计》教学中融入数学建模思想方法的途径

1.通过概念的实际背景融入数学建模思想方法。《概率论与数理统计》课程中的很多概念都是从实际问题中抽象出来的,在教学中应注重让学生看到如何从实际问题抽象出概念、模型,增强学生数学建模的意识与能力。例如,在讲概率的统计定义时,我们可以让学生作“抛硬币”试验,观察出现正面的频率,让学生看到:抛硬币次数较小时,频率在0,1之间波动,其幅度较大,但随着抛硬币次数增大,频率总是在0.5附近摆动,其幅度较小,即频率总是稳定在0.5附近摆动,再给出概率的定义。这样可以让学生理解概率与频率的关系,加深对概率的概念的理解。再比如,讲解“数学期望”这个概念时,我们可以从生活中的“算术平均数”、“加权平均数”引入,加深学生对“数学期望”就是“均值”的理解。

2.通过实例融入数学建模思想方法。《概率论与数理统计》是一门应用性很强的学科,教师应充分利用教材中的实例或自己设计实例进行讲解。使学生学会如何收集、分析数据,建立模型解决实际问题。

例1 如何估计池中的鱼的个数?

问题的分析:池中的鱼的个数是不可能一一数出来的,但可以通过抽样来估计。即先从池中钓出r条鱼,作上记号后放回池中;再从池中钓出s条鱼,看其中有几条标有记号(设有m条)。然后再根据收集到的资料进行估计。

问题的解决:设池中有N条鱼,第二次钓出且有记号的鱼数是个随机变数记为ξ,则

P(ξ=k)=■,k为整数,max(0,s-N+r)≤k≤min(r,s)

记L(k,N)=■,应取使L(k,N)达到最大值■作为N的估计值。但用对N求导的方法相当困难,我们考虑比值R(k,N)=■

可以看出当且仅当N<■时,R(k,N)>1,即L(k,N)>L(k,N-1);当且仅当N>■时,R(k,N)<1,即L(k,N)<(k,N-1),故L(k,N)在■附近取得最大值,于是■=■

这个例子不仅使学生学会了如何收集、分析数据,建立模型解决实际问题的方法,也加深了学生对最大似然估计的理解,增加了学生学习概率统计的积极性和主动性。

例2 (摸球模型)摸球模型是指从n个可分辨的球中按照不同的要求,依次取出m个,计算相关事件的概率。一般来说,根据摸球的方式不同,可分四种情况讨论:

把可分辨的球换成产品中的正、次品,或换成甲物、乙物等就可以得到形形的摸球问题,如果我们又能灵活地将这些实际模型与表中的模型对号入座,就可以解决很多有关的实际问题,例如产品的抽样检查问题、配对问题等。

例3 (质点入盒模型)质点入盒模型是指有n个可分辨的盒子,m个质点,按照不同的方式,把m个质点放入n个盒中,计算相关事件的概率。一般来说,根据放入的方式不同,可分四种情况讨论:

质点入盒模型概括了很多古典概率问题。如果把盒子看作365天,(或12个月),则可研究个人的生日问题;把盒子看作每周的7天,可研究工作的分布问题(安排问题);把人看作质点,房子看作盒子可研究住房分配问题;把粒子看作质点,空间的小区域看作盒子又可研究统计物理上的模型;把骰子看作质点,骰子上的六点看作盒子,可研究抛骰子问题;将旅客视为质点,各个下车站看作盒子,可研究旅客下车问题,等等。

3.通过开展社会调查融入数学建模思想方法。把概率统计思想方法应用到实践中去,这是我们教学的最终目的。有意识地组织学生开展一些社会调查活动,如指导学生收集当地科技、经济、金融及管理等数据资料,运用概率统计知识,建立相应数学模型,进行分析与预测,这个过程就是数学建模的整个过程,这不但增强了学生数学建模的意识与能力,而且培养了学生运用概率统计知识解决实际问题的能力。

总之,在《概率论与数理统计》课程教学中融入数学建模思想方法,不但搭建起概率统计知识与应用的桥梁,而且使得概率统计知识得以加强、应用领域得以拓广,是提高学生学好概率统计课程的有效途径。

参考文献:

[1]姜启源.数学模型[M].北京:高等教育出版社,1993.

数学建模方向范文5

【关键词】学前教育专业;艺术教育方向;一体化见习实习模式

一、一体化见习实习模式的含义

见习实习是学前教育专业培养方案的重要组成部分,也是学前教育专业培养高素质应用型人才的关键教学环节。“一体化”见习实习模式,是指在学前教育专业培养中将实践教学的内容、见习实习时间安排、组织实施、考核评价等实践环节作为一个整体来系统定位、统筹安排,贯穿于学生本科四年的学习生活中。

二、一体化见习实习模式产生的背景

目前我国大部分高等院校学前教育专业的实习安排在大四上学期,与师范类其他专业的教育实习一起进行,这样就造成了“实习时间短而集中、实习形式单一、实习指导不力、实习与考研冲突、实习效果欠佳”的局面,严重地影响了人才培养的质量。

查阅我校各专业大一新生课程表发现,大部分是公共课,而且多为理论必修课,因此各专业的大一新生基本上处于适应新生活的时期,是从高中向大学过渡的一个学期。各专业学生的专业意识相对都比较淡薄。本次研究中,笔者分别从我院09级、10级和11级学前教育专业三个年级中分别抽取了10名同学进行了访谈,80-90%的学生反应大一第一个学期的感觉是“课余时间太多,不知道课后干点啥;也不知道学前教育专业是干什么的。”有60%的学生谈到“开始对专业课有感觉了,但听课时总是心神不宁的,想听又不想听。不知道现在的幼儿园到底是什么样子的,搞不清楚学习的知识以后的工作有没有用。”70%的学生建议“至少大三让他们到幼儿园去看看,千万不能等到大四的时候直接就去实习了,压根就不知道实习是干什么的。”

为了帮助学生尽快形成专业意识,明确专业方向,提升专业素养。参考其他高校学前教育专业见习实习的情况,结合我院的实际情况,将我院学前教育专业学生的见习实习活动调整为四年一贯制的“一体化”见习实习模式。

三、一体化见习实习模式的特点

(一)一体化见习实习模式时间安排的连续性和灵活性

从时间安排上来讲,一体化见习实习模式体现出一贯性和灵活性。连续性是指将见习实习的时间从大一的第一学期开始一直贯穿于大四的下学期,横跨了学生本科四年的整个学习生涯。这样就使得学生自入学之日起,就自然而然的和自己的专业密切的结合起来了。灵活性体现在,根据既有教学的需要,一体化见习实习模式的时间安排灵活多样,可长可短。既有短期性,又有长期性的。

(二)一体化见习实习模式内容的全面性和连贯性

从内容上来讲,一体化见习实习模式表现出明显的全面性和连贯性。全面性体现在两个方面:一方面,一体化见习实习模式既包括课程见习实习,又包括保教见习实习,还包括部分顶岗实习。另一方面既包括专业理论课的见习实习,又包括专业实践课见习实习。连贯性是指一体化见习实习模式的内容相互衔接,前一阶段实习的内容是下一阶段实习的前提和基础,后一阶段见习实习的内容又是前一阶段见习实习内容的巩固和提升。一体化见习实习模式内容的连贯性首先体现在先有保教见习,后有保教实习和顶岗实习。其次,从课程见习实习来看,先安排了理论课课程的见习实习,后安排了专业技能课的见习实习。

(三)一体化见习实习模式形式的灵活性和多样性

一体化见习实习模式多样性是指既有集中见习实习,又有分散见习实习。灵活性是指既可以是单独的集中见习实习,也可以是单独的分散见习实习,还可以是二者相结合的方式。即所谓的集中见习实习是指学生在学校或院系指定的实习基地统一进行。比如毕业大实习就要求学生必须在学校所规定的实习地点实习。分散见习实习则是指学生可以自己联系见习实习的地点,只要完成见习实习的学习任务即可。比如《学前卫生学》的课程见习和保育员见习。学生既可以服从老师的安排到指定的实习基地,也可以到自己所在地市的幼儿园。

(四)一体化见习实习模式组织的周密性和系统性

一体化见习实习模式涵盖了学生四年大大学生生活,已经纳入了我院学前教育专业的培养计划。每学期都要预定的1周、2周、1个月、2个月的见习实习时间。其次,它的周密性和系统性还表现在每次见习实习都有稳定的指导团队。团队中的每个人都有相应的职责。比如在课程见习阶段指导团的教师主要包括我院学前教育专业的教研室主任、见习课程的任课教师以及幼儿园的园长、幼儿园的指导教师等。教研室主任和幼儿园园长主要负责协调幼儿园和学院之间的合作事宜。任课教师主要忙于带领学生到幼儿园做好接洽工作,并负责制定课程见习的主要内容和考核评定等,并全程跟踪课程见习活动。幼儿园的指导教师负责指导和帮助见习生的学习和生活。从培养计划的具体规定和指导团队的配备上讲,体现了一体化见习实习模式组织的周密性和系统性。

(五)一体化见习实习模式考核与评价的均衡性和科学性

学前教育专业是理论性和实践性非常强的一个专业。见习实习的目的一方面有助于学生更好的消化理解所学的理论知识;另一方面帮助学生积累幼儿园教育教学的实战经验,提高学生教育教学的实践能力。考核与评价的科学性体现在,将学生的见习实习表现和学生的卷面成绩相结合,综合对学生做出评价。这样就避免了对学生的评价仅仅依靠一张理论试卷。均衡性是指对学生的评价不仅关注学生所学的书本知识,更关注学生的实践操作能力。这与我院学前教育专业的培养目标“培养应用性人才”,以及课程教学的目标突出“厚基础,重实践。”也是一致的。

参考文献

[1] 郭晓燕.规模化幼儿园作为实习基地的优势探析[J].内蒙古师范大学学报,2009(10).

[2] 王云霞.高师学前教育专业实践教学问题探析[J].中国成人教育,2008(01).

[3] 李双.高校学前教育专业学生实践技能培养探索与实践[J].中国成人教育,2010(19).

数学建模方向范文6

【关键词】数学建模;能力培养;模型

运用数学方法解决实际问题,必须设法在数学与实际问题之间架起一座桥梁.这座桥梁就是数学模型.而架设桥梁的过程就称为数学建模.严格来讲,中学阶段学生利用数学知识解决实际问题,还不是真正的数学建模,却拥有数学建模的雏形.由于数学建模可广泛地解决实际问题,因此,数学建模教学对提高学生的科学素养具有重要的意义.

一、数学建模的基本策略

数学建模首先是要将实际问题转化为一个相应的数学问题,其次对这个数学问题进行分析与计算,最后将所求得答案回归现实,看能否有效地回答原有的实际问题.因此,凡应用到数学知识解决实际问题时,教师可以引导学生遵循的基本程序为:(1)读:阅读理解文字表达的题意,分清条件和结论,理顺数量关系.(2)建:将文字语言转化为数学语言,利用数学知识建立相应的数学模型.熟悉基本数学模型,是正确进行建“模”的关键.(3)解:求解数学模型,得到数学结论,要充分了解数学模型中元素的实际意义,更要注意巧思妙用,优化过程.(4)答:让数学结论还原结合实际问题的结果,分析运用的数学知识去印证解题模型,判断求解是否符合题意.

二、数学建模的能力培养

新课标要求把数学知识的传承蕴含于现实情境,这恰恰成为中学生的学习“瓶颈”.教学实践中部分教师或是借助经典习题,让学生套用,为解决问题而解决问题;或利用“题海”战术,把学生变成解题的机器,培养的学生自然是高分低能.数学建模教学是改善这一现状的有效途径.

1.转译能力

把实际问题转化为数学问题,是建模的基础.现实生活中没有命题式的数学公式、定理和概念,这就需要我们把现实问题转译成数学语言,分析其模型后解决.例如解决“鸡兔同笼”问题时,可以将鸡兔数量转译成未知量x,y,根据条件“头、脚数量”列出方程,建立数学模型,转化为求解二元一次方程组的数学问题.这种转译,在代数式教学中表现最为典型.应用题的求解,都需要转译为数学语言,虽然看似很简单,却是用数学建模方法解决问题的关键.

2.发现能力

限于知识视野,初中生运用数学原理解决实际问题,往往没有固定的模式可供借鉴.因此,学生必须开动脑筋,联系生活经验展开联想,通过建模亲历发现创造过程,这对学生发现能力的培养非常有益.

本题其实就是著名的斐波那契数列,虽然题目运算很简单,运用于中考,体现了出题者对学生能力考查的密切关注.因此,教学实践中,可以选取高阶知识点,如阶乘、数列等问题,利用生活背景搭建台阶,培养学生的发现能力.

3.洞察能力

在实际问题中,有很多信息不能直接数学化,这需要培养学生抓住要点,从实际问题中提炼数学本质,建立数学模型.基于此,可以借助典型例题让学生讨论,并归纳相应的数学模型,如“选优” 等问题常建立“不等式模型”,极值问题设计成“函数模型”转化为求函数最值,等量关系问题建立“方程模型”,测量问题设计成“几何图形模型”等.模型的建立过程,可以有效训练学生的洞察能力.

数学教育的本质是提升学生的数学科学素养,培养其科学的思维方式,而不应使学生生吞活剥地消化一些数学概念、方法、结论.

例如,几名学生曾经在一起讨论一道题:我缉私艇和雷达发现距缉私艇d海里处有一艘走私船正以a海里/小时匀速向垂直方向逃窜,缉私艇立即以最大速度v海里/小时的速度追赶.问:几小时能追上?学生设x 小时追上,利用勾股定理(vx)2=(ax)2+d2 很快算出.

这本是一道很简单的题,可有的学生说,走私船没那么笨,任你迎头,应该把原题改为缉私艇的方向始终指向走私船,自然缉私艇走的不再是直线.于是七嘴八舌,无从下手.虽然题目由于条件更改而使难度加大,并且用所学的知识无法求解,但是为了培养学生的探索精神,还是可以简单的分析.

当v≤a时,缉私艇不可能追上走私船,依据题意,只需考虑v>a.显然,由于缉私艇走的方向始终指向走私船,其轨迹应是曲线,而且方向应时时与曲线相切,如图二,O点是缉私艇发现走私船的时候所在位置,走私船逃走的方向为y轴正方向,曲线为缉私艇追击的轨迹,经过时间t,缉私艇位于P(x,y),走私船到达Q(d,at),求解需要用到微积分.学生听到这一改需要用大学知识,有的惊讶,有的迷惑.显然,数学建模的思维方法可以转化为对问题的灵活运用,有效地培养学生的创新能力.

建模专家李大潜院士说:“作为结果,数学建模进一步凸现了它的重要性,已成为现代数学科学的一个重要组成部分,也为现代数学科学打开新的局面.”教学实践表明,数学建模除了用到数学知识以外,还涉及跨学科整合,是培养学生综合运用所学知识的有效途径.

【参考文献】

[1]戴朝寿,孙世良.数学建模简明教程[M].北京:高等教育出版社,2007.