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数学建模机理分析范文1
[关键词] 体验学习;泛在学习;泛在环境中存在和实在;经验学习构成要素
[中图分类号] G40-057[文献标识码] A [文章编号] 1672―0008(2010)02―0012―07
一、绪论
体验学习一直以来是在教育界备受关注的研究领域。从体验学习的理解和运行角度来看,作为课外活动的体验学习和参观与正规课程关联性大的体验教育场所,是一直以来主要的体验学习的类型。这是因为以前我们对体验学习的理解是,把体验学习视为摆脱学校这一空间制约的学习实践。但是,体验学习并不是只在学校这一空间外所能够经历的。就像Van mann(1993)所指出的那样,体验是体验者在体验经验的过程中通过反思和省察觉悟人格的一项活动。这就表明体验在学校教育中也可以通过多样的方法来实现。即在教育环境中作为获得有意义的教育的过程,有必要重新反思体验的价值。
最近随着信息通讯技术的发展而带来了教育环境的巨大的变化。联系校外和校内的教育体验的场所也在不断地扩大,体验的形式也在发生根本性的变化。如,把泛在技术应用于教育领域、改善教育特性和教育方法的研究,体验学习模型和基于增强现实技术的学习模型作为未来教育模型的计算机技术,受到人们的关心。由于互联网技术和情境认识技术来整合的泛在技术的发展,以前只能在固定的空间和位置才能上网的现实,转变为使用到处存在的小型的或看不见的计算机来上网的局面。因此教育经验或体验环境从距离、时间、空间的角度增强了灵活性。这种环境叫做“现实世界以智能来增强的环境”,这种环境的特点是降低计算机的机器依存度,能够提供以人为中心的自然亲和的环境。总之,这种泛在环境可以给体验学习提供最优化的,以学习者为中心的定制型体验学习环境。
但是,在这些研究中也很有限地探索了“到底什么是体验学习”,“应怎么理解体验学习”。现实生活中的体验比起泛在环境中的体验,在体验环境、体验对象、体验内容、体验主体等方面的内在属性上存在着差异,因此有关对泛在体验的意义和学习的联系性的研究,可以给泛在体验学习提供基础研究资料。而且体验和经验怎么跟学习联系起来的认识论层次的研究,可以成为设定体验学习的目的和价值,决定运行方向重要根据。这就要求我们去探索体验学习的意义和可能性。
作为未来重要的教育环境的泛在学习环境中应怎样理解体验学习,其教育可能性是什么,为实现泛在环境中的体验学习需要必备的条件是什么等等,这些是本研究的主要目的。为了达到这些研究目的,首先,从存在论的角度分析了泛在环境的属性;然后,考察了体验和体验学习的含义以及泛在体验学习的含义;再次,跟经验学习的构成要素相联系,分析了泛在体验学习的可能性。最后,探讨了能够实现泛在体验学习的条件。
二、泛在学习环境的存在论理解
1.学习环境的泛在化
泛在环境及对它的哲学含义的理解是区分泛在环境与虚拟环境的主要依据。“Ubiquitous”作为拉丁语是具有“到处遍布”、“随时随地都存在”的含义。就像我们人类生活中到处都存在的空气等自然资源一样,它是超越时空的存在。从这种角度来看,泛在的哲学属性可以概括为遍布性、内在性、移动性、连接性、情景性等。实现其泛在之哲学的恰当技术是泛在技术。泛在技术是指多样的计算机渗透到人、事物、环境,并通过网络相互连接起来,构筑随时随地都可以使用计算机的环境。因此,泛在哲学体现的环境是不受时间、空间、机器的拘束,谁都可以根据需要利用网络、受到服务的环境。能够体验这种经验的环境,就是泛在化的第三空间。
第三空间并不是指现实世界的物理空间、虚拟空间或电子空间,而是指这两个空间相融合的精神和肉体相结合的新的环境。因此,泛在化的空间比起虚拟空间和物理空间,相互作用的机制和知识形态的理解不一样。虚拟空间相互作用的主要机制是人和计算机之间的界面交互方式,而在泛在环境中,不仅是人和计算机更重要的是人和事物之间的界面交互方式。从对知识理解的角度来看,泛在环境中除了以前的形式知识和隐性知识之外,还需要对新形态知识的理解。隐性知识指的是用语言和文章难以表达的主观的、个人的知识,即意味着感性或者熟练的技能及秘诀等。形式知识指的是可以用语言和文章来表达的客观的、理性的知识,它以文书和菜单的形式表露在外可以共享,从可以通过媒体来体现的角度,又可以把它称之为“数字化知识”。相反,形态知识指的是设计、牌子等难以通过语言来表达的属于感性领域的知识或形象化的知识,又可以把它称之为事物,在电子空间中孕育的知识。隐性知识和形式知识的主体是人,而形态知识的主体是事物。即在泛在空间中被嵌入到事物的看不见的芯片和感应器、网络等的功能事物,也可以视为具有信息的有生命的存在,因此可以认为事物和人作为知识的主体是共存的。
根据主体和空间的知识的形态的分析(参见表1),人在物质空间中建构的知识是隐性知识,事物在物质空间中孕育的知识是事物知识,而人在电子空间中建构的知识是形式知识,事物在物质空间中所孕育的知识是事物知识。如难以用文字或符号来一目了然地表达的知识(隐性知识),用动画像来传达会更加生动,这种知识叫做形态知识。因此,形态知识又可以理解为内在于事物的知识,即事物知识在电子空间中表露的知识。随着泛在化的加剧,事物知识和形态知识的比重将会急剧增加。在这种情景下,泛在技术的教育应用归根结底要回答的是,到底在教育领域人和事物之间在知识的共享方面,将会采取什么样的方式和共享到什么程度。
泛在环境和虚拟空间的属性的差异在于,虚拟空间的特性是不受时空限制的,可以进行多样的相互作用的脱时间性,具有多媒体属性的信息交换和编辑的容易性,比起现实世界不受约束、可以更自由地表达自己的匿名性和非对面性的属性。这就使学习者可以构建与现实空间不一样的另外的经验世界。在这样的属性空间中,人以多样的方式表现自己,并以跟现实中的自身不一样的虚拟化身的形象来形成虚拟的人际关系,并跟具有共同的兴趣和爱好的人们容易构成虚拟共同体来生活下去。虚拟空间从超越时空的角度跟泛在空间具有共同点,但是其活动和交流在电子空间进行跟泛在空间有差异。泛在空间把人和事物都视作是知识主体这一点上也跟虚拟空间具有分明的差异。因此,在空间中的人的活动和学习活动的范围和类型,对于知识的类型的理解和经验,对于人格的整体性和主体性的理解等方面,虚拟空间和泛在空间存在着差异。
总之,泛在化的信息技术的应用目的是把焦点放在现实世界的物理空间,并以认识信息化和知识化不能解决世界的所有问题为界限。而且假如说被视为电子空间的主要目的的信息化是可以消除实际的、物理距离的话,泛在化是复活这种物理距离的智能范式的回归。这种现实世界的智能化的教育环境,是影响着未来教育的方向以及具体的教育和学习活动的变化。
2.泛在学习的特性
泛在学习用英文表述是“Ubiquitous Learning”,其含义是以泛在环境为基础,不受时间、空间、环境要素的拘束,在日常生活中随时随地都可以学习的教育形态。泛在学习(U-Learning)和电子学习(E-Learning)在如下方面相区别:第一,电子学习是有线网络为基础,泛在学习是无线网络和增强现实及网络现实化技术应用到教育领域的环境。第二,电子学习是计算机和计算机之间的联网为基础,而泛在学习是无线携带式设备之间的联网为基础,通过嵌入到终端设备和事物的各种感应器、芯片、Tag来认识学习者的情景信息和事物的信息。
泛在学习从当前教育情景来看,在教育场所、教育方法、传达系统、学习共同体等方面具有如下的特点:
第一,从教育场所变化的角度来看,泛在学习可以摆脱高度依存特定机器的状况,即不受固定教师的限制,随时随地都可以进行教育。电子学习是通过因特网在虚拟空间进行学习,泛在学习是由虚拟空间和现实空间的联系,在公园、游乐园、博物馆等学习者存在的空间,都可以视作是学习的环境。
第二,从教育――学习方法的角度来看,泛在学习是在日常生活中可以根据需要,选择自然的学习方法的机会加大,并可以享受只属于我的定制型学习机会的可能性增大。
第三,从知识传达的角度来看,泛在学习是可以使用多样的终端设备和多样的网络来进行现场感强的学习,并可以进行实时协同学习,通过利用感应技术可以进行共同研究活动。
最后,泛在学习是以多样的技术为基础,加速多样的专业学习共同体的形成,并可以联系基于泛在技术的网络专业化教育内容,丰富学习经验。
前面所考察的这些泛在学习的特性,是在高度发达的泛在技术的状态下才能实现的。泛在学习根据被其应用的技术水准,可以分为三个阶段的发展水平,即泛在技术和其应用水准的相异,以及泛在基本哲学的遍布性、内在性、联系性、移动性、情景认识等特点的实现程度的不同,决定泛在学习的水准和学习环境的特性。
泛在学习的第一阶段是以泛在哲学的移动性为中心,它与以移动机器为中心所应用的移动学习相似。以移动性为中心的泛在学习的特性是使用多样的泛在机器和无线网络,实时地共享所收集的资料,学习者和教师、学习者和学习者之间可以进行实时地相互作用。教师可以制作学习者进行泛在学习所需要的数字化学习资源,学习者自由地利用所需要的资料,这些过程可以记录在学习管理工具程序中。
泛在学习的第二阶段是指情景认识技术和应用发达的无线网络,同时强调泛在哲学的移动性与内在性的学习特性。在第二阶段的泛在学习中,虚拟现实、更加发达的模拟技术使更生动的学习体验成为可能。因此虚拟空间和现实世界的密切融合成为必需。在这一阶段学习中,除了教师以外还登场智能型学习工具,并在像博物馆这样的特定场所泛在技术、内藏在事物的芯片、情景认识技术等设备通过无线网络相互联系起来,可以实时地提供符合学生学习需要的学习资料。
泛在学习的第三阶段是指具有真正的泛在哲学的特性,及具有普遍属性的泛在学习环境中发生的学习。在这一阶段,学习者自行建构自己所需的学习目标,并自行去寻找相应学习资源。这一阶段基于位置的学习和即时学习成为了可能,而且由于Tracking技术的应用,适合学习者要求和能力的个别化的学习资源的提供和定制型个性化学习成为了现实。同时可以实现认知、情谊、身体领域的整合学习,可以实现通过五感来进行学习的学习环境。
总之,三阶段的泛在学习在学习形态方面可以更加活泼地使用模拟游戏型的教育程序,并通过多方面相互作用的教学,使真正意义的遍布性教育及行政系统成为了现实。
至此,我们分析了泛在学习环境的一般特性和根据泛在技术适用水准的阶段性教育变化的属性和状况。根据每一阶段泛在学习的特点,泛在基本哲学要素在进化和变化,由此可以预测教育形态的变化。但是从教育本质的角度应着重考虑的问题是,通过泛在媒体相互沟通的体验的教育意义到底是什么?技术属性的发展给予我们的教育的变化对教育及学习环境的影响,一直被人们探讨。但是我们有必要从更本质的教育的角度,从媒体的解释学的角度,去考察通过这些发达技术的应用,我们要给学习者传达的教育讯息是什么。
3.通过泛在媒体的教育意义的传达
最近,人们不仅仅是把媒体当作是单纯地传达功能的工具,而是把媒体当作是能够收容文化内容的积极的、能动的载体,即力图从解释学的角度关注媒体的功能。媒体的作用是能够构成有意义的文化建构,从解释学的角度所理解的媒体,既是媒介的工具,又是基于媒体的创造的现实构成的形成工具,而且媒体又是对以人的生活理解为基础的反思性文化的基础。
由于电子媒体、因特网媒体、移动通讯媒体等信息通讯技术的生活化,这种媒体对人的思考和行为方式及相互沟通所造成的影响的机制逐渐受关注。Myerson(2001)把通过移动通讯技术媒体来相互沟通的意义传达过程规定为“移动通讯化(mobilization)”。他还认为文化过程是指容纳移动通讯媒体并使之觉得这些必要,通过移动通讯的对话使之增值的过程。移动通讯媒体的沟通是指通过机器和声音、文字来相互沟通,在没有判断或思索自由的前提下行动,沟通的内容只是单纯的讯息而没有任何意义。从这一角度来看,通过信息通讯媒体的沟通所学到的是信息而不是知识,学习是确切的信息提供的过程,有效的学习是跟信息量密切相关的。
“传达”是决定媒体文化特征的又一重要的现象。就像前面所叙述的那样,媒体既有从解释学角度的文化意义构成的功能,又具有意义传达的重要功能。但是传达是通过交感才能真正得以实现。通过因特网和电子媒体的意义传达过程,传达者或者作者的特权会弱化,收信者或者读者进行着个别的解释。传达媒体的双向性和非线性、虚拟性、无限复制性等属性可以模糊地区分传达者和收容者的角色。为了体现相互认知的真正意义传达和人心灵深处的真实感情的社会纽带关系,需要通过媒体交往之外的面对面的对话和直接传达,非语言的身体动作、眼神、表情、声音等包括在内的相互沟通系统。
4.泛在学习空间中的存在性和实在性
随着数字化媒体的出现而登场的虚拟现实和虚拟空间,我们需要回答“存在是什么?”“实在是什么?”“我是谁?”等问题,并明确与实在的新的关系做出努力。因特网和数字化媒体所制造的电子空间和虚拟空间以及虚拟现实等概念,需要我们对存在和实在做出转换性的思考。对于虚拟空间和电子空间中的实在性和存在论的理解,可以提供面向物理空间和虚拟空间融合的泛在环境中的存在和实在的关系提供重要的理论基础。
从信息解释学的角度对虚拟空间进行理解,主要是媒体跟通过技术生产的虚拟现实所结成的关系。从主体、意义、现实之间关系的角度,把人的主体性放在中心时候,虚拟这一属性才有意义。这是与Kim Sunhee(2004)所强调的作为道德主体的人具有同一的脉络。信息解释学既承认技术媒体的固有性,同时又强调主体的积极性和能动性。根据信息解释学,虚拟现实并不只是单纯假象,而是独立实在现实之外的的另外一个现实。因此,虚拟世界也可以认识为存在论的又一类型。在容纳这样的多元的现实的同时,主体者的地位在互动的网络世界中或与他人共享或相互作用的时候,其存在才有意义。
前面所考察的虚拟空间或者虚拟世界中的存在论和实在论的探讨表明,通过实际现实世界中的存在和意义的理解结构来说明虚拟的存在性和实在性具有局限性,这就需要存在论的思维转换。存在论的转换把虚拟的实在理解为存在的一种类型,把它作为虚拟存在的道德主体并强调人格个体的重要性。泛在空间人和事物之间的界面方式成为相互沟通的主要媒介,为了丰富这种界面方式,在增强现实中挖掘嵌入在事物中的信息,并混合这些构成新的界面方式形成的新环境。新的空间事物并不是单纯的事物,而是含有信息的活的事物,即纯粹的虚拟存在论和把假象理解为实在的存在样式是有局限性的。
由于物理空间的智能化,存在事物与事物之间沟通,终究被理解为交感和感性丰富的主体人格的个体存在世界。从界面存在论的观点来看,泛在空间是智能化的现实,而在智能化的现实中,作为道德主体的身心整合的人格的存在成为了必然。
三、泛在学习环境中体验学习的性格和可能性
1.体验的意义和体验学习的教育意义
(1)体验的意义。体验是亲身经历的,形成特定的人格直接经验的心理过程,是理性、语言、习惯不被掺杂的过程。这是对于体验的一般的定义。据此定义,体验是身体的经验,对于经验认识的主观性起重要的作用。很多学者通过研究表明,认识的主观性和心理过程是体验的要素。Chang Woonsun(2006)认为,体验并不是通过意识的反思而获得的内容,是其中所生活的行为本身。这表明体验并不是单纯的客观思维或观察的结果,是体验主体通过意识和反思与主观体验有关联的事物和环境形成相互融合的状态。Van Manen(1990)认为体验作为经验的特殊类型,是我们经历和认识的经验本身,而且体验是在生活的流逝中呼吸意义的,通过反省及省察的解释,我们为体验式生活现象赋予意义。因此,体验是被强调寻找体验式意义的主观性认识,而且认识主体的体验结果是时间性(体验式时间)、空间性(体验空间)、身体性(体验身体)、社会性(于他者的关系)等条件的集中表露。体验的意义是把自身的世界理解为真实的、有意义的经验。因此,体验的教育意义并不是“所给予的”经验的提供,而是学习者寻找体验的意义,并把这些通过体验时间、体验空间、体验身体、与他者的关系等条件以有意义的方式来表现。
比起体验,经验并不是一般的、笼统的概念。Van Manen(1993)认为经验是体验或者关于体验的理解和意识的积累,因此体验是经验的一个特殊的类型。即经验是体验的积累,是通过体验的知识积累。如上所述,体验和经验都作为意义构成的媒介,是以人格主体的主观性和反思作为前提的人的生活的解释方式。从这一观点来看,体验的教育意义和经验的教育意义应从同一的脉络上加以考察。经验和体验的教育意义是通过有意义的经验和体验获得智的人格,而智的人格是指教育活动中的知识探究,就是在学习者主体内部中发生的智的体验。
(2)体验学习的教育意义。对于体验学习的理解存在两种问题。第一,把体验学习视为非系统的即兴的教育活动。即把体验学习当做是脱离教师/学生这一空间制约的学习的实践。如下课后课外的与课程学习相关的参观博物馆、展示会、博览会等;第二,从人性教育和社会性教育的角度认识体验学习的倾向较多。这时体验学习是学习者源自兴趣参与的自发的、积极的活动。这时体验的领域是自然和生态体验、社会体验、文化、体育活动以及历史的体验、职业、生活体验等。这种认识会导致由于对体验和经验的有限的认识所引发的教育经验局限性,产生和课程教育知识、体验及经验学习的脱离。
从上述观点来看,体验学习终究是与学校课堂所分离的、教育活动中多样化的一种教育。体验学习的成败取决于通过课程来学会的概念和原理与学习者的现行经验产生多少有机的联系。而且通过这种生动的体验形式,能否有效地解决自己所面临的实际世界的问题。即假如把体验学习比喻成知识的成长过程的话,体验学习是活化学习者主体的认知结构,并形成认知的再结构化的学习方法。
2.泛在环境中体验学习的意义
对于体验的这些现象学的探究也适用于泛在环境中的体验。但是在体验空间、体验时间、体验内容、与他者的关系要素中存在着差异。
第一,从体验空间的角度来看,在泛在环境中不仅可以体验现实世界的物理经验,同时还可以体验虚拟世界的假象经验,而且通过智能化的事物的相互作用的体验可以经体验产生多面重叠。如前叙述,在泛在环境中事物和人都是知识的主体,并且这些主体各自在现实世界和虚拟世界中构成知识,这种知识的类型有隐性知识、形态知识、形式知识、事物知识等多样。在多维的泛在环境中可以体验这些多面知识的构成,人机界面的方式也变化为混合现实或三维多重样式,随之体验主体的空间存在属性也将发生变化。
第二,从体验时间的角度来看,在泛在环境中可以经历超越时间界限的体验。在这里,体验这一概念本身已经包含了时间流向的含义。即体验从它经历的瞬间已经与主体的反思与思维相融合,积累在主体者的知识结构中。在泛在环境中,这些体验本身就超越时间性,智能化事物和发达的互联网以及半永久性的储存的经验资源、信息资源,将会增大接近性、即时性和体现性,从而超越体验的实践限制。
第三,体验的内容和对象方面存在着差异。在现实生活中,体验的内容和对象是被局限于体验的特定时间和特定场所,并依存于通过反思和意义构成的体验者。在泛在环境中,会产生现超越内容和对象的体验和经验,由于泛在计算技术体验的对象和内容到处存在,泛在环境的智能化的功能,存在于泛在环境中的对象和对象所经历的体验更加丰富,对象和内容之间的联系性将会极大化。
第四,从与他者的关系性角度来看,泛在环境中体验的主体与多维的他者形成复杂关系。现实世界由于时空的制约,由于媒体属性的有限而引起的体验存在着局限性,而在泛在环境中可以克服上述的现实世界和虚拟世界的界限,可以与体验他者形成多维复杂的关系。
在追求物理空间和虚拟空间之融合的泛在环境中,需要对经验和体验的对象、内容、关系、情景的理解进行转换。但是体验的最终目的是通过体验者的主体的再解释过程,体现为知识成长的结果。因此,泛在学习环境的体验中,体验者的主体参与和探究体验的自我主导性成为体验的主要前提。
3.泛在学习环境中体验学习的可能性
泛在环境中体验学习的教育可能性是通过泛在技术(移动技术、无线网络、感性及认识技术)在教育中的应用研究(Barshinger & Ray, 1998; Clark, et al.,2002; Chrisropher & Mazur, 2000; Yeung, 2004; Sumption, 2003)来预测。体验学习的可能性大体上根据增强现实体验、模拟体验、虚拟访学、虚拟现实、感性体验、实感型体验、数字化体验来达成,尤其是为儿童学习的玩和娱乐教育体验等呈多样的形态。学生和教师利用移动设备(PDA、TPC、Wibro)和识别技术(RFID、USN等),在虚拟博物馆、植物园、动物园、自然乐园等,在课外时间可以进行个别学习、协同学习和其他学习活动。
在国外,MIT Media Lab研究新技术对于学校、博物馆、地域社会等教育系统的影响与这些环境中人和事物的认知过程。这些研究说明泛在技术将会对未来社会和未来社会的教育造成重大的影响。
但是,为了让体验学习内化为有教育意义的经验,必须反映要考虑的经验学习的要素。因此在本文中提出构成经验学习的要素,探讨了未来体验学习的可能性。Beard和Wilson构成经验学习的要素中,包含作为外在环境的学习环境和学习活动和作为内在环境的学习情绪、刺激智能、学习的变化等要素。还有通过感觉的相互沟通,是连接外在环境和内在环境的界面方式。以下从经验学习要素的关系中,探讨未来泛在学习环境中所期待的体验学习的特性。
第一,学习环境是经验学习的第一构成要素。未来的学习环境是将其外延扩展到脱离传统的学校和教室的更加广阔的地域,即一种社会环境和多样的生态学的环境。从心理的智性的角度,它是从物理环境扩展到虚拟环境或者内在于物理环境的虚拟环境。因此将会关注学习场所和学习空间的再设计以及如何将地域社会学习空间变为学校学习空间,学校学习空间变为地域社会学习场所的行动也将成为教育界主要关心的领域。从这一角度来看,基于泛在技术的体验学习,将不需要场所的移动,学习者通过虚拟现实技术可以直接体验的虚拟博物馆、展示馆等体验学习场所。
第二,在经验学习中的学习活动是学习者身体的、认知经历的一系列变化。设计和传达学习活动的时候,为了让学习者积极的参与,为了体现为有意义的学习结果,应整合学习和实在的角色,并通过多样的活动来提供学习选择的机会。有必要适当变化学习环境和空间,赋予学习丰富多彩的幻想、娱乐、电视剧、角色扮演、讲故事、漫画或动漫、相片、数字化资料等。其中游戏或者娱乐教育产品,能使学习者通过娱乐来达到“寓学于乐”的快乐体验学习的目的。
第三,感觉是经验学习中学习者和外部环境相互作用的沟通方式。即通过五感来体验,又通过经验来积蓄。因此,为了增进个人和集团组织的学习和执行能力,又为了保持长期的学习效果,有必要考虑给学习经验赋予多样的感觉来促进相互沟通的方式。在泛在学习环境中,通过应用增强虚拟现实技术、提示技术、监视/识别技术可以进行增进感觉的体验学习。
第四,经验学习中情绪被认为非常重要的因素。情绪智能在与他人的关系和问题解决情景中可以控制最佳感情,并理解自己或他人的情绪。一系列研究表明,经验教育中情绪和感性具有非常重要的意义。在未来的泛在学习环境中,由于感性技术的发达,通过经验学习可以最大化实现感。
第五,智能是经验学习的构成要素中又一重要的因素。智能应从问题解决和认知能力以及多元智能的观点来加以理解。尤其是从多元智能角度的理解既可以成为提供多样的经验方式的依据,又可以避免把学习者的智能单一化。由此在泛在学习环境中基于感性的技术、增强虚拟现实技术、提示技术、识别技术、跟踪学习者行为等技术的发展,将构成促进学习者多元智能学习环境的基础。
四、实现泛在体验学习的条件
如前所述,未来的泛在学习环境中将会产生与目前不一样的多样体验学习。为了使未来的泛在体验学习成为现实,网络技术的构筑、教育课程整合、应用模型的多样化、现行学校的运行和支持体制相关学校规范的泛结构化、有关体验学习的教育评价系统、学校和地域社会学习环境联系体制改革、教育成员的角色定位等多个方面的复杂要素需要研究。从体验空间的学习空间的生态学视角,着眼教育和非形式教育的融合,体验学习的方法论的适用,应围绕以下几个方面进行探讨。
1.对体验学习的认识变化与体验和学习的联系
泛在学习在形式教育和非形式教育情景中,都在扩大学习的机会。由于泛在技术在教育中的应用以及体验学习的现实化和简易化,出现了各种形态的体验学习(数字化体验、增强现实体验、感性体验、虚拟体验)。因此,在泛在时代应克服以前对体验学习的错误观点,应把体验学习视为通过学习者内部世界和外部环境的积极的参与来建构有意义的知识过程。
需要在泛在环境中实现体验学习和学习的连贯性。为了提高体验和学习的联系性,应先关注学习者体验,然后引出在体验中的知识内涵,并通过系统的抽象化过程形成学校学习的新内容,要不断地去研究课程的新内容和经验世界的有机连贯的方式。
2.认识体验主体和知识主体的差异
在泛在学习环境中,为了成功地进行体验学习,应明确认识体验的主体者和知识的主体之间的差异,并提高对体验主体的地位。明确通过体验的知识的建构才有可能在泛在学习环境中,人和事物都作为信息和知识的主体共存。对体验的主体和知识主体差异的认识,应成为优化体验学习和定位体验的意图的先决条件。
所有学习中经验和自我主导性重要,但是需要学习者的主动参与和积极反省过程来导出学习者有意义的体验。因此,对体验学习的探讨还应该涉及到对自我主导学习的探讨。为了成功地进行泛在体验学习,先培养作为体验主体的学习者的自我主导学习能力是至关重要的。
3.学校教育环境的生态学的认识
未来的学习空间是灵活的,知识、人、事物等的移动扩大了空间。未来的学校更强调学习共同体,未来学校的整体性应在于地域社会的关系和在国际互联网中查询。即通过校外的专门组织和跟学校的伙伴关系,形成地域社会学习共同体是未来学校的主要角色。学习空间将脱离有限的物理学校环境的范围,扩展为电子学习技术环境、虚拟讨论、远程教育、地域社会机关、各种社会集团场所、户外公园、博物馆、水族馆等多样的现实空间,共同构成生态化的学习环境。“学习环境是通过与地域社会的联系,促进学习的物理的、心理的、智的环境”这一定义充分反映生态化的学校空间的概念。
这种学习空间的变化将会引起学校教育的功能和角色的变化。到这个时候,学校教育中重点放在创造力、批判力、语言及符号使用能力等基础素养的培养。从未来学校教育的角度来看,把在校外进行的非形式教育看作是在校外进行的教育活动的话,学校的功能和角色是不能融合的。在泛在学习环境中,为了构成以学习者为中心的最优学习环境,应把校外环境建构为明确的教育环境,而且把校内的教育情景与校外联系起来,发挥灵活的教育应对能力。
由于泛在技术的发达,虚拟和现实相融合的情景高的教育环境将提供多样的体验学习。但是这种体验学习的实现首先需要教育主体认识的转换,并以此为基础构成体验学习的活动、环境及教学策略。从这一角度,我们应反思未来学校学习环境的变化以及与之相应的形式――教育和非形式教育的角色和关系。
4.为体验学习适用的现象学和方法论
体验作为探究人格的过程,既是认识的一种方法又是通过反省判断的基准,而且是通过身心文化的、情景的、具体的经历或经验。因此,只有当体验学习把体验的经验与学习的本质和知识的成长相联系的时候才能发挥其价值。为了在教育中真正地实现体验学习,评价体验学习的目标和意图是恰当的。有必要从现象学的角度进行理解和分析。据Van Manen体验学习要求,需要进行对人的主体和经验的现象学的研究。现象学的研究方法将从如下六种活动的互动来进行,体验也要应用这种方法来进行了解。
第一,体验的现象学是探究体验的本性。探究本性是理解特定的个人的、社会的、历史的生活环境中的人的实在的某一侧面。把体验的结果从现象学的角度来加以叙述,表现为对经验的体验者的解释。把这一过程适用于体验学习将会明确体验学习的意图,并通过体验情景中的学习者的经验来解释时间的、个人的、社会的洞察。
第二,现象学方法的第二结构是探究所经历的经验。即在所给定的环境中,在体验的过程中思考,并根据思考探究,经验的实践应成为对体验的现象学探究的一环。
第三,现象学方法的结构是对本质的主体进行反思。即对经验的多样情境赋予意义,进行深刻的反思,由此克服体验变得模糊的倾向。要把这一过程适用于体验学习,可以明确体验学习的意图,从而把这些意义跟学习联系起来,又跟智能成长连接起来。
第四,写作和改写是现象学研究方法的重要结构。通过体验学习所形成的学习者的“悟”和通过思维和反省,对于现象的理解必须重新通过写作来得以确认和整理。叙事方式和故事方式可以作为写作方式。
第五,现象学方法的又一重要的结构是要维持强烈志向。为此在现场体验、教室内的有关课程知识的认知体验、虚拟空间的体验中,应指导学习者维持志向关系。
第六,现象学研究的最后一个结构是在考虑到部分和全体的前提下维持情境的均衡。即应明确体验学习的意图性和目的,并随时确认其方向和志向是否正确。
总之,现象学的研究方法不仅可以适用于体验研究,而且还可以适用于探究我们的教育经验和教育活动并建构有意义结构的所有领域。在泛在技术支持的体验学习中,现象学的研究方法将会适用于体验在教育领域研究的支持工具。
五、结论
在本研究中,为探索作为未来主要教育环境的泛在学习环境中的体验学习的可能性和其实践的实现条件,考察了对泛在环境的存在论的理解,体验的意义与泛在体验学习的可能性和实现条件。在对于泛在学习环境的存在论的理解方面,考察到泛在化的学习空间是电子空间的信息跟物理空间的信息互相联动;相反,物理空间的事物转换为电子空间信息,信息和物体之间可以进行相互沟通的空间,在这一空间除了隐性知识和形式知识之外还存在形态知识和事物知识。并且还认为泛在学习跟在线学习相比,学习场所、学习方法、知识传达系统方面存在着差异,因此要通过泛在媒体寻找教育传达的意义。在泛在环境中有必要确认作为道德主体的人格的重要性和存在论的属性。
泛在体验是需要经验和体验的对象、内容、关系、情境的存在的理解与转换,体验的终究目的是通过体验者的主体的再解释过程表露为知识成长的结果。把体验学习的可能性跟对经验学习造成重大影响的学习环境、学习活动、感觉、多元智能、情绪关联起来分析的结果,通过即时的、情境的体验学习,幻想和娱乐、游戏可以体现构成有意义的学习经验的模拟体验、虚拟体验,增强现实体验,以游戏为中心的体验、实感型体验、泛在体验,可以促进五感的体验学习和感性体验学习,活化多元智能的体验学习等。最后为了把这些体验学习适用于教育现场,从知识的本质和教育的本质的观点出发,要转换对体验学习的认识,并要认识泛在环境中体验主体和知识主体的差异。还要对作为体验空间的学习空间进行生态学角度的认识,并反思形式教育和非形式教育的关系,提出了为了体验学习的探究应适用现象与方法论。
总之,在让学习者体验经验的环境中,从学习者作为主体的人格获得教育意义的角度,去寻找体验学习的意义是至关重要的。
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[作者简介]
赵海兰,博士,华东师范大学教育科学学院教育信息技术系,主要研究方向:Edutainment,Ubiquitous Learning(hlzhao@deit.ecnu.省略)。
The Theoretical Analysis ofExperiential Learning Model Construction in Ubiquitous Technology Environment
Zhao Hailan
(College of Education Science, East China Normal University, Shanghai 200062)
【Abstract】 With Development of Ubiquitous Technology(for instance, GPS, Sensing, RFID, IPv6, embedded computing, pervasive computing, silent computing, exotic computing and more high Ubiquitous technology),experience learning has been getting more attention as a powerful way of achieving meaningful learning experience through augmented reality. In this context, the purpose of this article is to explore the possibilities of experiencelearning in ubiquitous Environments, and to identify some considerations for the effective practices of experience learning of the Ubiquitous in the Educational fields. Topics discussed in details include the characteristics of ubiquitous learning and ubiquitous Environments, the ontology of ubiquitous space, the educational meaning of experience learning in ubiquitous age, the possibilities and potential value of ubiquitous experience learning, four considerations of the effective practices: Linkage between experience and learning; ownership of learning, experiencing, knowledge, learning space as ecological perspective; phenomenology research method as a way of understanding experience learning.
数学建模机理分析范文2
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.
数学建模机理分析范文3
[关键词]明胶 浓度 软测量技术 建模方法
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0132-01
胶液浓度的确定是明胶生产过程中的一个重要工作，直接影响着明胶提胶工序的顺利开展，为此，必须针对胶液浓度控制进行有效研究，确定工艺参数。目前，我国的明胶生产企业受到生产线自动化程度、受检测设备等方面的限制一直未有比较可靠的检测方法。鉴于这种情况，本文提出了一种基于软测量技术的胶液浓度测量模型，实现对明胶胶液浓度在线测量。本文对软测量技术概念入手，简述了明胶浓度软测量建模及参数优化。
一、软测量技术
软测量技术又被称为软仪表技术，其中心思想是利用易测过程变量来估计难测变量。易测变量常被称为辅助变量或二次变量（Secondary Variable）。例如在工业生产过程中易获得的流量、压力、温度等参数，难以测量的过程变量被称为主导变量（Primary Variable）[1]，通常在条件限制下不能在线监测或者检测成本较高。利用软测量技术，就是依据主导变量和辅助变量之间的数学模型（软测量模型），通过各种数学计算和估计方法，用计算机软件来实现待测量过程变量的测量。
二、软测量的建模方法
建立软测量模型是软测量技术的核心部分，建模方法可分为机理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学、过程层析成像、相关分析和现代非线性信息处理技术等。
1.基于机理的软测量建模方法
基于机理的建模，就是从过程对象的内在物理或化学的研究出发，通过物料平衡和动量平衡等原理，找出主导变量和辅助变量之间的关系，建立机理模型来实现对主导变量的软测量。通过机理分析建立的软测量模型，只要把主导和辅助变量作相应的调整就可以活得新的模型。对于较简单的工业过程，可以采用解析法建模。而对于复杂过程，特别是输入变量变化范围较大的情况下，则采用仿真方法。
2.基于线性回归分析软测量建模理论
回归分析是统计数学的一个重要分支，在实验数据处理中又称为“曲线拟和”。回归分析可分为多种形式按因变量和自变量之间是否存在线性关系可分为线性回归和非线性回归按自变量的个数又可分为一元回归和多元回归。回归分析作为一种经典的建模方法，它是通过机理分析建立模型结构，然后通过收集大量过程参数运用统计方法估计模型参数。典型的回归建模方法首推经典的最小二乘法。为了避免矩阵求逆运算可以采用递推最小二乘法，为了防止数据饱和还可以采用带遗忘因子的最小二乘法。另外，主元分析和主元回归都是统计学中较为成熟的方法。基于回归分析的软测量的简单实用，但在建模和校正过程中需要大量的样本，而且对样本数据的误差较为敏感。虽然如此，基于线性回归的技术仍然是目前应用最多的软测量技术，市场上一些成熟的软测量商品软件都是以此为基础的。
3.人工神经网络法
人工神经网络，适用于解决高度非线性以及严重不确定性系统的控制问题，是当前工业领域中的热点。使用该方法的建立模型不需要具备过程对象的先验知识，可以根据输入输出数据直接建模，将辅助变量和主导变量分别作为人工神经网络的输入和输出，通过网络的学习来估测主导变量。人工神经元网络的基本原理是模仿人类脑神经活动的一种人工智能技术，给一些样本，通过自学习可以掌握样本规律，在输入新的数据和状态信息时，可用进行自动推理和控制。
4.基于模糊数学的方法
模糊数学是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法，具有模仿人脑逻辑的特点，可以处理复杂系统，因此在软测量技术中也得到了大量应用。基于模糊数学的方法建立的软测量模型是一种知识性模型。该种软测量方法很适合应用于复杂工业过程中被测对象呈现亦此亦彼的不确定性，难以用常规数学定量描述的场合。实际应用中，可以采用模糊技术和其他人工智能技术相结合的建模方法，取长补短以提高软测量模型的预测效果。例如由模糊数学和人工神经网络结合构成的模糊神经网络，模糊数学和模式识别一起构成模糊模式识别等。模糊控制器依照人工操作思维程序来工作。首先，把测量的输出进行模糊化，变为模糊语言变量，由模糊控制规则进行模糊决策，再把模糊决策量清晰化转变为精确量去控制被控过程。
5.多模型的软测量建模方法
连接多个模型以改进模型预测能力的方法是由于年提出的。多摸型建模就是把多个子模型对未知样品的预测结合起来，这种建模方法与传统的单建模方法不同。传统单建模方法的一般过程为在反复分析测量数据过程中，建立一系列的预测模型，最后，从中选出一个预测性能最好的模型来预测未知样品。多模型数据建模则是通过某种方法建立多个子模型，并把多个成员模型对未知样品的预测用某种方法结合起来，形成一个共识的结果，以提高模型的预测精度和可靠性。多模型的模型结构如图1所示：
该方法在时间序列分析中得到较广泛的研究，近年来在神经网络的研究中也备受关注。当用系统输入输出数据建立非线性对象的神经网络模型时，采用单个神经网络建立的模型往往只是系统的一种近似模型，而且不同网络在不同输入空间中的预测性能会有所不同。而且多个神经网络通过一定方式将这些单个网络进行连接，构成对象的整个输入空间模型，模型的预测精确度得到了增强。
三、 软测量模型的参数优化
在本次研究中，仅针对LSSVM的软测量模型的主要参数是正则化参数c和和核参数α进行优化，并力求选择最佳的参数组行优化处理，让模型的泛化能力和精确度更好。合是一个最佳模型的选择问题，在很大程度上决定了模型的学习和泛化能力。采用留一交验证法选择最优模型参数费时费力，在本次研究中采用采用粒子群算法和K均值聚类算法相结合对模型参数进行优化。经过优化后，模型的精度和泛化能力均有显著提升。
参考文献：
数学建模机理分析范文4
关键词：数学建模；教学改革；实践； 科学素质; 创新能力
数学思想已成为现代科技发展的原动力，微观的机理性研究离不开数学，宏观的决策也离不开数学，人们已逐渐习惯了用数学的思维去思考问题、用数学的语言去表述客观的现象、用数学的方法去分析和了解事物发展的客观规律。而架起各门科学与数学的桥梁，正是数学建模！大学生是未来的工程技术人员、科技工作者、工矿企业和政府机关管理人员，理应具备扎实的数学基础和良好的数学素质，数学建模教育也就成为培养大学生综合科学素质和创新能力的必经和有效途径。
一、数学建模对学生能力的培养
数模竞赛是培养学生综合科学素质和创新能力的一个极好载体，而且能充分考验学生的洞察能力、创造能力、数学语言翻译能力、文字表达能力、综合应用分析能力、联想能力、使用当代科技最新成果的能力等。学生们同舟共济的团队精神和协调组织能力，以及诚信意识和自律精神的塑造，都能得到很好地培养。通过数学建模的教学和训练，应对大学生从以下七个方面进行培养和引导[1，2]。
1．将实际问题抽象和简化成数学问题。引导学生在遇到实际问题时反复理解问题的本质，我们已有哪些条件？需要哪些相关的知识？与数学的哪些概念可能有关联？通过阅读题目，仔细推敲每一句话、每一个概念，客观正确地理解问题，根据研究对象的具体情况，抓住问题的核心和关键，进行必要的合理假设，然后根据自己已掌握或通过查阅而及时了解的相关知识，建立起相应的数学模型。同时，培养学生对其运用数学手段处理的研究结果做出通俗合理的解释，使读者较为容易地理解自己的思想。
2. 数学方法和思想的综合应用能力。随着数学向经济、人口、生态、地质等领域的渗透，一些交叉学科如计量经济学、人口控制论、数学生态学、数学地质学等应运而生，当用数学方法研究这些领域中的定量关系时，数学建模就成为首要的、关键的步骤和这些学科发展的基础。在国民经济和社会活动的诸多方面，数学建模都有着非常具体的应用，如通过药物浓度在人体内的变化以分析药物的疗效；数值模拟设计新飞机的机翼；预报与决策方法对产品质量指标的预报、气象预报、经济增长预报、经济收益最大的价格决策、费用最小的维修决策；控制与优化方法用于生产过程的最优控制、零件设计的参数优化；规划与管理模型用于生产计划、运输网络规划、排队策略、物资管理等[3]。这些都依赖于平时的积累，一方面要求学生有博览群书的习惯，更重要的是任课教师的知识扩展。例如，讲授微积分学课程的教师,不能仅仅介绍数学符号的运算，在讲到微分、级数等内容时应让学生知道它可用来做近似计算等。
3. 观察力，洞察力，想象力和创造性。学生面对的建模问题是一个没有现成答案和模式的问题，只能依靠充分发挥自己的创造性去解决。这就需要学生具有丰富的想象能力，从大量的文献资料中摄取有用的思想和方法，从貌似不同的问题中窥视出其本质的东西，加工处理，创造出新的形象；同时要具有把握问题内在本质的能力，即洞察力。例如，当你遇见诸如速度、变化率、衰减、增长、边际、弹性等字眼的时候，你是否想到了导数和微分？进而可建立一个微分方程模型来分析运动的机理？当你遇见诸如使什么最大（极大或尽可能大）、最小（极小或尽可能小）、最佳、最省等字眼的时候，你是否会想到要建立一个目标函数呢？进而去建立一个优化决策的数学模型？
4. 熟练使用计算技术手段。即运用计算机编程解决模型的数值解。学生在学习计算机课程时，教材所提供的问题只是为了熟悉掌握一些编程的命令和语句，计算机编程能力相对较差。数学建模教学的开展，给学生提供了综合运用各种命令和语言编写程序的机会，学生针对教师所精选出的不同模型编写出许多较大的程序，并通过运用程序求出模型问题的数值解，使学生编程能力和解模能力大大提高，为以后从事科研工作奠定必要的基础。
5．学生的自学能力和善于使用文献资料的能力。学生仅靠课堂上学习的知识远远不能满足建模工作的需要，一方面，通过集中的培训和讲授，可补充一些知识；另一方面，通过让学生实际做一些建模题目，给学生布置一些没有学过的数学内容和没有接触过的建模问题，有意识地培养其自学能力和善于使用文献资料的能力。并让学生尝试完成在网站上搜索他们感兴趣或认为比较重要的建模题目，以此提高其自我评价意识、自觉性、积极性和主动性。
6. 交流和表达能力，团结合作精神。竞赛是集体项目，现代的科技开发也越来越需要多人多方面的合作。应在平时就开始注重培养学生密切合作、集思广益、取长补短的团队精神，使其善于倾听别人的意见，并能从不同观点的讨论中综合出最优的方案。这种相互协作的集体主义精神，是学生在未来的工作和生活中非常需要的。
7. 科技论文写作能力。学生在参加数学建模学习之前，科技论文写作的能力普遍较弱，有的甚至是一片空白，对如何写摘要、提取关键词、使用数学公式编辑器等，都需要教师指导。不少学生初次写出的建模论文根本无法阅读。教师应手把手地教，一字一句地改，让学生知道为什么要这样写？这样写的目的和意义是什么？这样才能使学生的写作水平得到提高和稳定地发挥。
二、数学建模课程教学改革的实践探索
有了正确的认识和理念，才会有明确的行动方案和实效。我校的数学建模工作起步于1994年，通过数学建模工作者的不断探索，开辟了现在的良好局面。
1．好的政策和稳定的教师队伍是数学建模教改成功的保障。在我校的数学学科中有一批稳定而热情的数学建模教师队伍。他们团结、协作，从过去的三人发展到现在的十多人，并有主教练负责。学校出台了对学生和指导教师具有相当吸引力的鼓励和奖励政策，建立了校级数学建模实验室，指导学生成立了全校的数学建模协会，为数学建模工作在本校的深入开展提供了有力的保障。
2．教学内容的选取是提高学生参与度的核心环节。教学内容是培养目标和教学目的的直接反映，在提高教学质量和培养学生创新实践能力中具有决定性作用，教学内容的先进性和科学性，是直接关系到学生参与度的核心环节。
起步时期的建模教学内容，是以数学相关知识介绍为主。大致介绍数学建模的思想和一些简单的建模案例，让学生初步了解数学建模的意义、基本方法和步骤，了解数学建模的特点、分类和作用。内容较为平淡，其收效不大，当学生遇到真正的数学建模问题时，就难以下手解决，学与用存在脱节的现象，特别是学生参加全国大学生数学建模竞赛成绩不理想。
在数学建模教练小组的努力下，成功申报了一个省级教改项目“加强数学建模课程建设，提高大学生综合素质”，深入开展教学改革研究。首先，组织编写了数学建模竞赛培训资料，并作为该课程使用教材，这也有利于让该课程与大学生数学建模竞赛接轨；其次，教材依据数学建模中常用的一些方法，如数据分析方法、线性规划和非线性规划、概率统计、微分方程、方差分析、聚类和分类、图论、综合评价、预测方法、满意度评价以及科技论文的写作等，并有机地结合相关的一些典型建模案例的分析和求解。这样，使教材变得生动，大大提升了学生的学习兴趣。
3．好的教学方法和手段是提高教学质量的保证。培养学生的综合实践能力，是开展数学建模教育的根本目的。科学有效的教学方法，可以提高学生的效率和创新实践能力。因此，在教学活动中，注重理论教学的同时更应加强实践环节。
数学建模的整个过程是学生能力的综合体现。在教学过程中，按照数学建模竞赛的模式进行专题教学和训练，我们的具体作法是：（1）按照全国大学生参赛办法，将三个学生组成一个队，以队为单位和教师一起参与经常性的讨论，讨论地点放在数学建模实验室。（2）免费开放数学建模实验室，方便学生查阅资料和建模训练。（3）通过多媒体教学课件，介绍数学建模方法，让学生随时都可以反复学习和查阅。（4）精选训练题目，按竞赛要求，让学生在一定时间内完成并提交论文。（5）对完成较好的论文，让学生自己讲解所完成题目的思想、方法，提出解题中的优点和不足，达到互相学习的目的。（6）指导教师和学生一起讨论所写论文中存在的问题并进行修改。通过这种训练式的教学方式，学生无论是在分析问题处理问题方面，还是在论文写作方面，都有了很大提高。
4．数学建模课程的考评应不同于传统的考核模式。由于数学建模注重的是综合能力的培养，因此，在该课程考评方面，应不同于传统的考核模式，我们的具体作法是：（1）由老师提供若干论文题目。
这些题目尽可能没有现存的论文。（2）学生事先组好队，依据所学专业的性质，每队完成2～3篇论文。（3）为尽可能避免相互抄袭，每个题目最多不超过5个队做，如果出现雷同，则返工重做。（4）根据教师制定的评分标准，按质量高低给分，并对每篇论文写出评语，指出论文中的优缺点。（5）期末不再进行考试，该门课程的期末成绩由几次论文质量决定，每次论文在期末成绩中所占权重基本相同。
通过对数学建模教学改革的努力探索，我校在全国大学生数学建模竞赛中成绩发生了根本性变化。2006年以来共获得了国家一、二等奖13队，省级奖45项，平均获奖率达86%。
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数学建模机理分析范文5
关键词：数学建模思想；高校学生；应用数学能力
教学以传授理论知识为主，虽然也讲培养能力，但主要是解题能力，很少体现自学能力，分析解决实际问题的能力。传统的数学教育普遍存在着脱离实际，重理论，轻应用的倾向。这样的教学内容使学生感到的是数学的枯燥，远离生活实际，同时也使学生的创造性得不到充分发挥，不利于能力的培养。尽管目前大部分高校都开设了“数学建模”选修课，但仅此一举，对培养学生能力所起的作用是微弱的。一方面，由于“数学建模”所包含的内容非常广泛，对不同问题分析的方法又各不相同，真正掌握难度很大。另一方面，数学建模教育实质上是一种能力和素质的教育，需要较长的过程，单靠开设一门选修课还远远不够。另外，“数学建模”作为一门选修课，学习的人数毕竟是有限的，因此解决这一问题的有效办法是在数学教学中渗透数学建模思想，介绍数学建模的基本方法。
1 数学建模的思想内涵与外延
数学建模是指人们对各类实际问题进行组建数学模型并使用计算机数值求解的过程。数学建模一般要经历下列步骤。①调查研究。在建模前，建模者要对实际问题的历史背景和内在机理有深刻的了解，对问题进行全面深入细致的调查研究。②抽象简化。建模前必须抓住问题的主要因素，确立和理顺因素之间的关系，提出必要的、合理的假设，将现实问题转化为数学问题。③建立模型。这一步是调动数学基础知识的关键，要将问题归结为某种数学结构。④用数值计算方法求解模型。这要求建模者熟练地使用Matlab、Mathtype、Spss等软件。⑤模型分析。对所求出的解，进行实际意义和数学理论方面的分析。⑥模型检验。虽然并非所有模型都要进行检验，但在许多问题中，所建立的模型是否真实反映客观实际是需要用已知数据去验证的。⑦模型修改。对不合理部分，如变量类型、变量取舍、已知条件等进行调整，使模型中的各个因素更加合理。⑧模型应用。数学模型及其求解的目的应该是对实际工作进行指导及对未来进行预测和估计。由此可见，数学建模是一个系统的过程，在进行数学建模活动的过程中需要利用各种技巧、技能以及综合分析等认知活动。
2 高校数学教学的现状及其弊端
我国高等院校数学课课程在授课内容上，主要着眼于数学内部的理论结构和它们之间的逻辑关系，存在重经典、轻现代，重分析、轻数值计算，重运算技巧、轻数学方法，重理论、轻应用的倾向。过分强调数学的逻辑性和严密性。在教学方法上，数学教学越来越形式化，注重理论推导，着重训练学生的逻辑思维能力，而忽视理论背景和实际应用的传授，致使学生不知如何从实际问题中提炼出数学问题以及如何使用数学来解决实际问题。数学应用的讲解，也仅仅停留在古典几何和物理上，忽视数学在实际工程问题中的应用，导致学生主动应用数学的意识淡薄，不利于培养学生运用数学知识解决实际问题的能力，不能满足后续专业的需要。教学过程中以教师课堂讲授为主。多采用注入式。缺乏师生间必要的沟通与互动，不利于学生能力的培养，更不利于创造性思维和创造能力的培养。
3 数学建模思想融入数学教学中的有效途径
由于教材对原始研究背景的省略、教师对原始研究背景的重视不够和课堂有限的学习时间等各种因素，传统数学教育很少对前人的数学探索过程进行再现。然而，这正是数学建模思想的点睛之处。任何一门数学分支学科都是由于人类在探索自然规律过程中的需要而发展起来的，所以，重要概念的提出、公式和定理的推导以及整个分支理论的完善都是前人对现实问题进行数学建模的结果。
那么，如何将前人的建模思想在传授知识的过程中再现给学生呢?笔者认为，可以通过如下两个途径来实现。
一是尽量用原始背景和现实问题，通俗的比喻，直观的演示引入定义、定理和公式，然后再由通俗的描述性语言过渡到严谨的数学语言。这样不仅使学生真正了解到知识的来龙去脉，熟悉了这类问题的本质属性，而且掌握了处理这类问题的数学建模方法，即学会了如何从实际问题中筛选有用的信息和数据，建立数学模型，进而解决问题。同时还让学生认识到数学不是孤立的，它与其他领域紧密地联系着。数学模型所表现的符号美、抽象美、统一美、和谐美与严谨美更让学生浸润在数学美的享受之中。
二是精选数学应用例题，进行建模示范，启发学生用数学解决实际问题的意识。我们本着减少经典、增加现代、减少技巧、增加应用的原则，弃去了原书中部分经典例子，加入既能反映问题，又能开阔学生眼界的例子。这样教学，很容易牵动学生的数学思维，加深了他们对知识的理解，让他们体验到了应用数学解决实际问题的乐趣，激发了他们用数学的思维和方法积极地探索现实世界。
4 教学中渗透数学建模思想需要注意的事项
数学建模不仅是数学知识的应用和升华，而且是一种数学思想的表达和教学方法，实际上基本概念、公式、定理都是一个数学模型。所以，数学教学的实质就是数学模型教学。在教学过程中贯穿数学建模的思想和方法时，应注意如下几点。①模型的选题要大众化。应选择密切联系学生，易接受、且有趣味、实用的数学建模内容，不能让学生反感。尽量讲清数学模型的运用范围，即它可以解决怎样的现实问题。②设计颇有新意的例子，启发学生积极思考，循序渐进，发现规律。③在教学中举例宜少而精，忌大而泛，冲淡高等数学理论识的学习。没有扎实的理论知识，也谈不上什么应用。④应从现实原形出发，引导学生观察、分析、概括、抽象出数学模型。⑤要循序渐进，由简单到复杂，逐步渗透，逐步训练学生用所学的数学建模知识解决现实生活中的问题。
参考文献
［1］ 朱世华。李学全．工科数学教学中数学建模技术的嵌入式教学法［J］．数学理论与应用。2003．23(4)：12-14．
数学建模机理分析范文6
关键词：建模思想;渗透;创新意识
中图分类号：G423文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）23-031-1
一、数学建模在初中数学教学中的渗透机理
数学建模就是解决实际问题所需的数学工具，建立一个适当的数学结构并求解。这种最朴素、最自然的想法实际上就是数学建模的基本思想。这对于培养学生的抽象概括能力、逻辑推断能力及运算能力起着重要作用。
数学建模实际上是由学生以自己原有的知识经验为基础，通过对外部信息（问题）的观察判断能力并吸纳外部信息，这种外部信息不是简单地输入到学习者的头脑中，而是要与原有的知识经验相互交流吸取双方有益的相关部分重新组合、编码、构建对建模的理解和意义（数学模型），对数学模型的求解也是通过学习者根据自己已有的数学知识经验去求解（解模），建模过程则是要对刚刚建立的知识结构需要重新调整，从而使学习者对数学应用问题的解决提高到一个新的水平。由此可见数学建模的过程不是简单的外部知识和内部知识的叠加，而是一个反复交流相互作用而重新组合的过程，是学习者自己建构知识经验的过程（如下图所示）。
二、数学建模在初中数学教学中的渗透途径与实例
1.概念渗透
（1）概念引入。
数学概念的教学在整个教学阶段乃至整个数学学习当中起到了相当重要的作用。加之初中学生理解能力和阅读能力较弱，因此，教师在教学过程中应认真讲解概念。在讲解数学中的一些概念时，应尽可能选取一些学生熟悉的例子来还原概念所产生的背景，通过对实际背景问题的抽象、概括、分析和求解过程的引入，让学生体验传统数学中发现、分析、求解、证明的全过程，切实体会到实际问题与数学概念的内在联系，让学生初步接触数学建模的一般方法，使学生感到这些概念不是人为规定的，而是与实际生活密切联系的。
（2）概念讲解。
教师首先要深入剖析概念的实质，帮助学生弄清一个概念的内涵与外延。也就是从内和外两个方面来明确概念所反映的对象，并用简单的语言来描述抽象的数学概念和理论，使学生易于接受，从而把抽象、繁琐的理论直观化、简单化，重在从数学应用的角度处理数学、阐释数学、呈现数学，结合引导、启发、提问、讨论、探究、案例等教学方法，以学生为主体展开教学，使数学概念的教学来源于实际，应用于实际。
（3）概念应用。
通过实际意义的概念引入与讲解，不仅让学生了解了数学概念的抽象与含义，又使学生具备了数学概念在实际生活中的应用基础，通过概念引申应用，进一步加深对数学概念的理解和掌握，激发学生学习数学的积极性，逐步培养和提高学生分析解决问题的能力。教师在实际的教学过程中，应适当选择一些与各章节内容有关的实际问题或生活中的问题进行建模示范，帮助学生理论联系实际，更加深刻地思考问题，理解问题的本质，提高学生解决数学应用题能力。
2.模型渗透
数学建模方法存在的意义在于解决现实生活中实际问题，初中数学教学中，方程组、不等式、函数、概率、几何和三角等内容的模型化教学，使学生在学习掌握数学知识模型化时有利于巩固所学概念与数学方法，提升数学应用题解题能力。教学中，根据不同的教学内容，选编相应的数学模型进行案例教学。
在初三学习相似三角形的应用时，会遇到一些问题如测量金字塔、测量河流的宽度等操作题时，很多老师和学生都会感觉到头疼，不知道从哪里下手。此类问题关键取决于学生对相似三角形这一块知识的理解程度和对数学建模思想的了解程度。
3.建模思想过程渗透
数学建模通过使用数学符号、数学式及数学关系对现实原型作一种简化而本质的刻画，数学模型方法是把所解决的实际问题，转化为数学问题。通过对数学问题的求解，使实际问题得以解决的一种数学方法。过程分为以下五个步骤：
（1）分析问题。分析问题所涉及量的关系，弄清哪些是常量，哪些是变量，哪些是已知量，哪些是未知量。
（2）假设化简。根据问题的特征和目的，对问题进行化简、并用精确的数学语言来描述。
（3）建模。在假设的基础上，利用适当的数学工具、数学知识来刻画变量之间的数量关系，建立其相应的数学结构。
（4）求解。在所得到的数学模型上，进行逻辑推理或数学演算，求出所需的解答。
（5）解释。联系实际问题，对得到的解答进行深入讨论，作出评价和解释，返回到原来的实际问题中去，形成最后的判断。
教师在数学建模过程中将应用问题向纯数学问题转化，是通过对实际问题的抽象、简化，确定参数和变量，并利用其内在规律建立起变量和参数之间关系的过程，也是对已有知识、方法进行重组、变换、类比、推广及再创造的过程;这样就可以使具体问题数量关系化，有助于激发学生的学习兴趣，增强他们的数学素质和创新能力，增进对知识的理解和问题的解决，培养学生分析问题、解决实际问题的能力。
在初中数学建模过程中，数学建模思想与初中数学中字母代数的思想、转化与化归的思想等思想相互联系，相互渗透，相互补充，相互融合，将整个数学知识构成一个有机和谐统一的整体。
