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高数数学建模论文范文1
MATLAB应用软件是一种准确、较为可靠的科学计算标准软件，操作方便，方法简单易行，学生学习起来也较容易入手，是一种培养学生动手能力的数学学习方式，MATLAB软件适宜于数学实验的学习内容，MATLAB数学实验课程的学习，对于帮助学生提高动手实践能力、临场应变能力都有很好的帮助，并且对于学生使用先进的方法独立解决问题，进行独立思考能力的培养都有好处。同时培养学生的实践创新能力和动手能力，对于回答学生对于数学的应用领域的认识，并能够培养学生的应用意识，用以前所学的数学理论和计算机知识去发现问题和解决实际问题的能力。
二、应用数学建模思想解决实际问题
下面就数学建模中的一个常见实例问题，应用数学建模的思想，给出解决实际问题的思路和方法，以及数学建模的过程和步骤。把椅子放在一个不平整的地面上，一般情况只有三只脚着地，另一只脚或高或低，放不平稳，然而只需要稍微调整座椅的位置几次，并进行轻轻挪动，就可以使座椅的四只脚同时和地面接触，座椅放稳了。此问题在日常生活中很常见，同时在数学建模的时候，可以进行下面的假设：对于数学建模而言，一般都需要进行模型假设，因为实际生活中的例子，只有在特定假设的前提下，才能够划归为数学问题，进行求解。对椅子、地面和椅子的四只椅脚可以结合实际的进行必要的假设：
1.椅子本身而言，四条腿是一样长，椅脚与地面的接触处可看做一个点，四只脚与地面的接触所形成的四个点之间的连线构成一个正方形。
2.地面的高度的变换是连续不断的，沿任何方向延伸都不会出现间断(没有像阶梯那样的巨变情况)，即地面可视为高等数学上的连续曲面。
3.其中假设椅子是放在一个硬的地面上的，不会放在海绵，或者是很厚的地毯上的。（接触点是只要接触就不能下压）
4.对于四个椅脚的间距和椅腿的长度而言，地面是相对平坦的，地面的坡度的高度相对于椅脚的间距和椅腿的长度是很小的，使椅子在任何位置至少有三只脚能够同时着地。现在对以上的假设情况进行分析，其中，假设1显然是合乎情理的，因为实际中，椅子的四条腿基本上都是一样长的，即使不一样长，其差距也是很小的，在这里是可以忽略不计的。假设2相当于给出了该建模的一个基本条件，给出了椅子能够放稳的条件，存在放稳的这种可能性。因为假设地面高度不连续，而是在有台阶的地方，是无法使椅子的四只脚同时着地的。对于假设3，是一个基于实际情况的假设，是一种特殊情况，在这里我们排除这种情况的假设。假设4也是要排除这样的情况发生：椅脚间距和椅腿的长度与地面上的高度的连续变化的尺寸在一致的范围内，不会有地面的高度比椅腿的长度大很多的情况，出现深沟或凸峰(即使是连续变化的)，比如地面有凸峰，致使椅子的三只脚无法同时着地。在此假设的基础之上，该模型的问题也已经出来了，就是能够让椅子的四只脚同时和地面接触，把满足这种情况的条件和结论表述出来，并且构建一个能够利用数学知识解决的模型。首先需要用一个量来表示椅子的位置，并且这个位置是不确定的，而且随着挪动椅子的位置，这个量也应该随着变化，所以使用一个变量来进行表示。注意在前面的假设中，已经做了这样的假设，椅脚连线构成一个正方形，那么根据正方形，能够想到其以中心为对称点，正方形的四个顶点绕中心点的旋转恰好可以代表椅子位置的改变，于是我们可以使用旋转的角度这一个变量来表示椅子当前所在的位置。四个椅脚分别对应ABCD四点，四个点的连线就构成了正方形ABCD，正方形的对角线AC与x轴重合，AC的中点和O点重合，椅子绕中心点O旋转角度φ后，正方形ABCD转至任意一个位置，假设为转到A’B’C’D’的位置，所以对角线AC与x轴的夹角φ代表了椅子的位置。其次把椅脚着地用数学符号进行表示。如果用某个变量表示椅脚与地面的垂直距离，那么当这个距离为零时就是表示椅脚和地面接触了，椅脚着地了。椅子在不同位置时，椅脚与地面的距离不同，并且这个距离和旋转的角度有一定的关系，它是旋转角度的一个变量，因此在数学上这个距离就是椅子位置变量φ的一个函数，这样就可以把一个实际问题数学化。虽然椅子有四只脚，与之对应的就应该有四个距离，但是由于正方形的中心对称性，在这里，只要假设两个距离函数就可以了，分别是对称的两个脚与地面的距离之和，记A，C两脚与地面距离之和为u(φ)，B，D两脚与地面距离之和为v(φ)，根据实际情况可以得到两个函数的条件，(u(φ)，v(φ)≥0)。由假设2可知，u和v都是连续变化的函数。由假设4，在任意时刻，任何位置椅子都有三只脚着地，只需调节另外一只椅脚。所以对于任意的φ，u(φ)和v(φ)中至少有一个为零。当φ=0时，假设v(φ)=0，u(φ)>0。这样，改变椅子的位置使四只脚同时着地的这个实际模型的问题，就归结为证明如下的一个数学命题：已知u(φ)和v(φ)是φ的连续函数，对任意φ，u(φ)·v(φ)=0，且v(0)=0，u(0)>0，证明存在φ0，使u(φ0)=v(φ0)=0。在上面讲实际问题的条件和需要解答的问题都构成数学问题，以下就是利用数学知识对建模模型的实例进行解答。对于该例子中的题目，有很多种解答方法，下面这种方法运用数学上的连续性的理论。将椅子向左或向右旋转90°(π/2)，并且将对角线AC与BD互换。由v(0)=0和u(0)>0可知，v(π/2)>0和u(π/2)=0。令h(φ)=u(φ)-v(φ)，则h(φ)和h(π/2)＜0。由u和v的连续性，可以知道h也是连续函数。根据高等数学中关于连续函数的基本性质，必存在φ0(0<φ0<π/2)使h(φ0)=0，即u(φ0)=v(φ0)。最后，因为u(φ0)·v(φ0)=0，所以u(φ0)＝v(φ0)=0。通过运用数学建模知识，解决了实际的问题，同时学生也学会了连续函数中的相关知识，而在实际的应用中，还可以运用MATLAB等软件，对数学模型进行解答和计算，提高学生的解题能力和软件的使用能力。
三、结论
高数数学建模论文范文2
（一）缩短课时，让学生能迅速掌握知识
高职院校高等数学课时普遍较本科院校少。项目教学法不仅解决了课时少的难题，更提高了学生的学习兴趣与效率，让学生在完成项目的过程中积极、主动、轻松地掌握知识。当然，课时的减少，并不代表教师的工作量减少。任务的选取、布置、指导和评价都对教师提出了更高的要求。
（二）拓展学生的知识面，掌握数学建模方法
因为项目任务往往是跨学科、跨专业的。学生在项目的完成过程中自然拓宽了知识面，当然更主要的是掌握了数学建模的方法，这种方法正是教师“授之以渔”中的“渔”。
（三）在实践中培养综合职业能力
由于从项目的计划、实施、完成及评价均由学生自主完成，对学生的综合能力培养提出了更高的要求。学生在项目的完成中要真正地走入社会，学会收集资料，学会调研，学会与人沟通，学会团结与分工合作，在实践中锻炼自己。
二、高职数学建模项目教学的实施对象
由于数学建模教学面对的是全院学生。学生的水平参差不齐。本着因材施教的教学基本原则，大部分学院数学建模的教学均采取分层教学模式，一般分为基础普及层、能力提高层和优秀拔尖层。针对基础普及层的学生，一般教师会通过启发式教学法和案例教学法，在高等数学课堂教学中融入简单数学建模案例，让学生初步体会数学建模的思想。如在函数最值应用中可引入易拉罐形状的最优化设计问题、绿地喷浇设施的节水设想和竞争性产品生产中的利润最大化等模型；在常微分方程中引入人口问题、刑事侦查中死亡时间的鉴定和名画伪造案的侦破问题等模型；在线性代数中引入矩阵密码、投入产出等模型；在概率统计中引入考试成绩的标准分、保险问题、风险分析等模型，使学生从各类建模问题中逐步领悟到数学建模的广泛应用，从而激发学生对数学建模的兴趣。针对能力提高层和优秀拔尖层的学生一般采用实验教学法与项目教学法，可通过开设选修课《数学建模与数学实验》和数学建模培训班的形式进行。另外，针对这类学生，一般院校还会积极组织他们参加各类数学建模竞赛，申报省大学生科研项目等。事实证明，经历过数学建模锤炼后的学生，自主学习、科研能力、实践能力、自信心等都明显增强，而且大部分同学都会进入本科院校继续学习深造。
三、高职数学建模项目教学的实施过程
（一）项目选取
首先，教师根据课程特点和学生认知水平，设计相应的项目任务并下达给学生。项目可分为初等模型、微分方程模型、预测类模型、图论模型、规划类模型、评价类模型、概率类模型和多元统计分析这八类，每一类设计不同专业领域的项目。学生可根据自身专业和兴趣选择不同的任务，也可根据实际自选任务。项目任务的设计要具有示范性、覆盖性、实用性、综合性和可行性。
（二）项目分析
为使项目活动顺利开展，教师可将与任务相关的数学概念或内容呈现出来，供学生参考。指导学生将任务细化，明确任务目标。对于一些较复杂的项目，可以指导学生将其阶段化，分为若干子项目加以完成。
（三）制定计划
学生根据任务目标，制定实施计划，具体到时间与人员分工，在制定计划时可兼顾学生自身特点，如计算机专业的学生可以以程序的编写和运行为主。
（四）自主学习
知识的理解和运用、软件的学习和使用、算法的编写与运行等，这些具体细节都需要学生自主地去学习和探究。
（五）完成任务
根据实施计划，分阶段、分步骤、分工合作完成数据的收集与整理、模型的建立与求解以及论文的写作。
（六）评价、修改与推广
在这一环节，主要以学生代表展示成果的方式进行，对已建立的模型进行讲解与分析，对已完成的任务开展自评和互评，最后由教师总评。学生再根据教师和学生的意见对模型进行修改与推广。
四、高职数学建模项目教学的评价体系
（一）过程性评价
主要指项目进行过程中学生的全方面表现，主要包括八个方面：1.认真，自主学习能力强；2.有创新性，敢于挑战；3.团结友好，善与人沟通；4.考虑问题全面；5.数学基础厚实；6.编程能力强；7.写作能力强；8.有领导才能。评价结果综合学生自评、学生互评和教师评价三方面。这样的评价方式，不仅要求学生们对自己能力的了解以及相互之间相互了解，更需要教师对每个学生的了解，要求教师与学生的零距离接触，充分发挥教师的指导性作用。
（二）终结性评价
主要指对最终成果的评价，以数模论文假设的合理性、建模的创造性、结果的正确性和文字表述的清晰程度为主。
五、高职数学建模项目教学案例
下面以图论模型的项目教学为例说明具体实施过程。图论是用点和边来描述事物和事物之间的关系，是对实际问题的一种抽象，能够把纷杂的信息变得有序、直观、清晰。自然界和人类社会中的大量事物以及事物之间的关系,常可用图形来描述。例如，物质结构、电气网络、城市规划、交通运输、信息传输、工作调配、事物关系等等都可以用点和线连起来所组成的图形来模拟并转化为图论的问题，再结合图论算法，计算机编程，从而解决实际问题。本教学单元从图论的实际应用中选取“物流线路与管网设计”这两个典型应用作为项目任务导入。
项目1：（物流线路问题）物流运输作为重要的物流网络优化问题，其方案的设计直接影响企业的运输成本和运输时间等。请以实际城区主干线为例，构建图论模型，利用图论算法，给出城区主干线上的结点间最短路径，并通过构建欧拉回路，给出最优巡回运输路径。相关知识：无向连通图，一笔画问题，欧拉回路，历遍性最短路，最大流，Dijkstra、Floyd、Edmonds、Fleury等算法。教师活动：布置任务，提供必要的知识和软件指导，协助组员分工，引导学生顺利完成任务。学生活动：明确任务目标，根据自身特点组队，制定实施计划并分工合作，完成任务。（1）基本知识与软件的学习阶段；（2）数据的收集与整理阶段；（3）城区主干线图论模型的构建；（4）利用Dijkstra和Floyd算法计算出结点间最短路径；（5）利用Edmonds和Fleury求最小权理想匹配和欧拉巡回。项目推广：车载导航仪、中心选址问题、最佳灾情巡视路线等。
六、结束语
高数数学建模论文范文3
【关键词】高中生；数学；教学；自主学习
建构主义理论认为学生获得知识犹如他的机体吸收营养，只有他自己才能完成，别人是不能替代的。教师在教学实践中只能起引导和辅助的作用，并促进学生自主学习，学生才能真正获得属于自己的知识和技能。长期以来，受传统思想和教学观念的影响，教师一般不太重视对学生自主学习能力的培养，往往认为教师的讲授更有效率，以致于学生自主学习的机会少之又少，并逐步丧失了自主学习的热情和能力。教学实践证明，学生自主学习能力的培养要通过教师的引导和启发。下面笔者就如何在初中数学教学实践中培养学生的自主学习能力谈谈自己的一些体会。
1 突破学生现有的思维障碍
学生由初中学习的状态转入到高中阶段的学习，这一转折对很多学生来说都会产生一定的不适应性。从数学学习的角度上来看，高中数学学习与初中数学学习存在较大的差异，不管是从数学知识的含量还是难度上来看，都增加了学生数学学习的负担。而在这中情况下，高中数学教学注重知识传授而忽略对学生数学思维培养的教学模式，很容易造成学生在数学思维上的障碍，无法使学生对高中数学产生准确的感性认识，使其对高中数学中分析、比较、归纳、综合及演绎等各种基本思维方式的运用形成一点障碍，进而影响学生对高中数学知识的理解和掌握。这种数学思维上的障碍使高中数学失去了针对性与时效性的教学意义，更影响了对学生自主创新思维的培养。所以要提升高中数学教学中对学生自主创新能力的培养，首先应当突破学生在数学思维上的障碍论文。要消除高中生进入高中数学学习时所形成的数学思维障碍，数学教师应当在起始教学当中对学生数学基础知识的掌握程度进行详细的了解，在进行高中数学新知识讲解的时候，依照学生在数学认知方面阶段性发展的特点，结合学生在数学知识认知水平上的差异性，强调并发展不同学生在数学学习上的主动意识，将学生作为学习的主体，发挥教师的主导作用，加强数学教学中思维方式的教学，指导并提升学生的数学意识；利用发散性思维的培养，提升学生数学思维的灵活性；通过解题教学的方式来消除学生在数学学习上的思维定式和思维障碍，逐步使学生形成科学的数学思维新方式。
2 让学生多元参与教学过程，促进自主学习的有效性
根据高中学生的年龄特征、心理特点，教师应在教学中重视给学生提供大量观察、实验、探究等动手、动脑活动的机会，给学生留下广阔的思维空间和余地，引导学生去思考，去寻找结论，培养学生的创新意识和实践能力，激发学生主动学习的愿望和潜能。
2.1 动手实践，促其自主学习
学生学习数学的重要途径和方法之一是动手操作。如在教高一数学《圆锥与圆柱的侧面积》的教学活动中，设计了这样一个动手操作的活动，我和学生一起把准备好的圆柱与圆锥等一些教具的表面展开来。得到相应的该立体图形的表面展开图。我再问他们若是让一只蚂蚁从锥体或柱体地面上一点沿着侧面爬行一圈回到原地最短路线是多长呢？正方体的表面展开图有哪些情况呢？这样，使学生们都能获得经过自己艰苦探索，掌握数学知识后的愉快情绪体验，从而得到心理上的补偿和满足，激励他们获得更多的成功。
2.2 合作交流，促其自主学习
新课标指出：有效的数学学习活动不能单纯地依赖模仿与记忆，动手实践，自主探索与合作交流是学生学习数学的重要方式。在自主学习过程中，教师要尽可能地体现这一理念，让学生能充分自由地发表见解、吸取同伴的意见，合理地补充自己的观点，达到较完美的认知状态，体验“创造”与成功的欢乐。向学生渗透互相合作的意识，让他们懂得在学习上只有互相帮助，才能共同进步。要通过合作交流，小组讨论、提问、补充、订正等活动来分工完成共同任务，互教互学，切磋琢磨，做到“一人教大家，大家教一人”，以达到扩大信息量，集思广益，共同提高的目的。
2.3 用趣味、竞赛等活动，促其自主学习
教学时，教师可以安排一些趣味性、竞赛性的活动，这是激发学生学习积极性的有效手段，学生在竞赛条件下比在平时正常条件下往往能更加努力学习。比赛形式多种多样，可以全班比赛；可以分男女同学比赛；可以分小组比赛；还可以将学生按能力分组比赛，使每个学生在各个层面上获胜的机会增加，激励的作用将会更大，参与的热情就会更高。它能培养学生的自主学习能力创新思维能力。教师在这过程中，要突出学生的主体地位，鼓励学生积极动脑，大胆开口。
3 教给学生充足的认识策略
自主学习有时是在没有教师或他人指导帮助的条件下进行的，让学生拥有充足的认知策略并且能够熟练得运用这些策略是自主学习的重要保障。研究证明，以下策略的掌握有助于提高数学自主学习的能力：
3.1 阅读的能力。我教给学生的读书方法是在课前预习时可先粗读，大致了解所要讲的内容；再精读自己不太理解的部分，这时需字字推敲；第三步是结合课前老师印发的自主学习目标有针对性地阅读。课后要结合当天所学主要内容进行阅读，还要思考本节课内容与后续内容有什么关联。
