前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的數(shù)學(xué)建模成果主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關(guān)鍵詞 打電話 數(shù)學(xué)建模 數(shù)學(xué)模型
中圖分類號:G623.5 文獻標識碼:A
An Example About the General Process of Elementary School MathematicsModel
WEN Hui[1], HE Zhongwei[2]
([1]Mathematics School, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650092;
[2]Jingdong Mathematical Research Section, Jiangxi Nantian College, Nanchang, Jiangxi 330029)
AbstractMathematical model is a mathematical structure which is expressed by the language of mathematics. Through the establishment of mathematical model, students can transfer a real problem to an abstract one. Establishing, explaining and applying a mathematical model is a requirement of math teaching. This paper aims to talk about the process of establishment of a mathematical model by the lesson of calling: questioning, hypothesizing, exploring, modeling and applying.
Key wordsring up; mathematical modeling; the mathematical model
《數(shù)學(xué)課程標準(實驗稿)》“前言”闡述:“……讓學(xué)生親身經(jīng)歷將實際問題抽象成數(shù)學(xué)模型并進行解釋與應(yīng)用的過程,進而使學(xué)生獲得對數(shù)學(xué)理解的同時,在思維能力、情感態(tài)度與價值觀等多方面得到進步和發(fā)展?!泵鞔_要求教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型,不但要重視其結(jié)果,更要關(guān)注學(xué)生自主建立數(shù)學(xué)模型的過程,讓學(xué)生在進行探究性學(xué)習(xí)的過程中科學(xué)地、合理地、有效地建立數(shù)學(xué)模型。
“數(shù)學(xué)建?!本褪沁\用數(shù)學(xué)去解決實際問題;就是要用數(shù)學(xué)的語言、方法去近似地刻劃實際問題,而這種刻劃的數(shù)學(xué)表述就是一個數(shù)學(xué)模型,其過程也就是數(shù)學(xué)的建模過程。根據(jù)小學(xué)生的特點,思維主要以形象思維為主,知識的結(jié)構(gòu)簡單,來考慮小學(xué)數(shù)學(xué)建模的一般過程:
(1)引出問題。讓學(xué)生從現(xiàn)實生活情境中產(chǎn)生數(shù)學(xué)問題,這是數(shù)學(xué)建?;顒拥那疤?。這樣能有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主動性、積極性。
(2)提出假設(shè)。要用一個抽象的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)描述一個復(fù)雜的實際問題,必須對問題進行簡化。影響問題的因素很多,只有抓住主要因素,暫不考慮次要因素,才能抓住事物的本質(zhì)。根據(jù)情境問題的特征和解決問題的需要,對問題進行必要的簡化,并用比較精確的數(shù)學(xué)語言提出恰當?shù)募僭O(shè)。
(3)組織課堂討論。把學(xué)生分成幾個小組,小組成員圍繞同一個問題進行信息交流,使學(xué)生之間能相互啟發(fā)拓寬思路,激活思維,從而分享彼此的信息、觀念或觀點。根據(jù)小學(xué)的知識結(jié)構(gòu)的特點,組織課堂討論學(xué)習(xí)是必須的,同時也能提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這個過程是不同于高中大學(xué)的數(shù)學(xué)建模過程。
(4)建立模型。把具體問題化為一般數(shù)學(xué)模式。在提出假設(shè)的基礎(chǔ)上利用適當?shù)臄?shù)學(xué)工具、數(shù)學(xué)知識,來刻畫事物之間的數(shù)量關(guān)系,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。
(5)應(yīng)用拓展。將建立的數(shù)學(xué)模型運用到實際生活中,來解決較為復(fù)雜的生活問題。
下面以義務(wù)教育課程標準實驗教科書人教版《數(shù)學(xué)》五年級下冊綜合實踐“打電話”為例,建立小學(xué)數(shù)學(xué)建模的一般過程。
1 引出問題
在黑板板書:全部科學(xué)不過是日常思考的精煉而已――愛因斯坦。
師:這句話什么意思?看到這句話,看到我,你們有什么問題想問我?生1:你是一個愛思考的人嗎?生2:你是一個愛研究的人嗎?生3:你思考的問題正確嗎?師:我今天遇到了一件煩心事,有15人合唱隊,他們來自不同的學(xué)校,結(jié)果呢,剛才接到一個電話,讓我通知這15個同學(xué)。師:我要通知15個同學(xué),我該思考一些什么樣的問題。生1:你要用最好最快的方法通知他們。師:這個問題交給我,你們能幫我想想看,有哪些方法可以通知這15個人?生1:打電話。師:這節(jié)課就叫打電話。
2 提出假設(shè)
師:打電話有很多煩心的事,打電話的時間有長短。以數(shù)學(xué)的方式來思考,首先把干擾因素給屏蔽掉。我們要對它進行一個工作,什么工作呢?我們要做一些假設(shè)。假設(shè)每一個同學(xué)的電話都打通,有的人打電話時間長,有的人打電話的時間短。我們假設(shè)每個人打電話的時間為?
生:1分鐘。師:為什么選擇1分鐘。生:1分鐘便于計算。師:所以我們要提出假設(shè)每人打一個電話需要一分鐘。假設(shè)的提出,為我們思考問題做好了最佳的鋪墊。
3 組織課堂討論
師:下面同學(xué)小組討論,并在草稿紙上來表示你怎樣通知他們?并算出用多少時間才能把全部的同學(xué)通知完。你可以聽取其他同學(xué)的建議,并在這個建議上深入的研究。
(討論的時間大約3分鐘,讓其中一個學(xué)生將自己的設(shè)計方案在黑板上板演出來。)如圖1
圖1
師:誰能說出這個同學(xué)的思路?
生:老師先通知三個組長,三個組長分別通知四個組員。
(讓學(xué)生們表演其中的過程:請出一個學(xué)生做老師,這位小老師找出他的三個組長,組長找出四個組員。假設(shè)把一個同學(xué)牽到另一邊,算通話成功。這個過程約用了3分鐘。)
師:同學(xué)們能不能把他的方案再思考下,我們說全部科學(xué)不過是日常思考的精煉而已。你們能不能再思考,看看還有沒有更優(yōu)的方案?大家可以提出不同的意見。
生1:組長打給第一個組員,第一個組員可以通知下一個同學(xué)。
生2:當老師打給第二個組長時,第一個組長可以打給第三個組長。
生3:當通知第二個組長的時候,第一個組長就可以打給第一個組員。
生4:組員可以互相打。
師:我們可以再思考,這就是思考的再思考。
(班上的學(xué)生分組,進行試驗,表演其中的過程,當學(xué)生表演得出所用時間為四分鐘的時候,就讓這組學(xué)生回座位。這個過程大約用了7分鐘。)
4 建立模型
圖2
通過學(xué)生們的分析,被通知到的人都不閑著這樣打電話時間最短。
師:我們把身份忽略掉,把每個人看成什么?編號,老師是1號,學(xué)生從2號到16號。
建立模型(如圖2)
師:通過同學(xué)們的思考,這個工作用了短短的四分鐘。
讓學(xué)生觀察上面的示意圖,教師逐步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)這種方案蘊含的規(guī)律。為使學(xué)生更便于觀察,可以歸納如表1:
表1
5 應(yīng)用拓展
某種細胞每過30分鐘便有1個細胞分裂成2個細胞,經(jīng)過2個小時,這種細胞有1個細胞分裂成多少個細胞?
課題來源:江西藍天學(xué)院院級重點課題“運籌學(xué)課程教學(xué)改革研究”課題編號:YJ1009
參考文獻
[1]葉其孝.中學(xué)數(shù)學(xué)建模[M].長沙:湖南教育出版社,1998.
[2]姜啟源.數(shù)學(xué)模型[M].北京:高等教育出版社,2004.
[3]趙靜等.數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實驗[M].北京:高等教育出版社,2008.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;科技論文;撰寫;成長
1.數(shù)學(xué)建模簡介
1985年,數(shù)學(xué)建模競賽首先在美國舉辦,并在高等院校廣泛開設(shè)相關(guān)課程。我國在1992年成功舉辦了首屆大學(xué)生數(shù)學(xué)競賽,并從1994年起,國家教委正式將其列為全國大學(xué)生的四項競賽之一。數(shù)學(xué)建模是分為國內(nèi)和國外競賽兩種,每年舉行一次。三人為一隊,成員各司其職:一個有扎實的數(shù)學(xué)功底,再者精于算法的實踐,最后一個是擁有較好的文采。數(shù)學(xué)建模是運用數(shù)學(xué)的語言和工具,對實際問題的相關(guān)信息(現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等)加以翻譯、歸納的產(chǎn)物。數(shù)學(xué)模型經(jīng)過演繹、求解和推斷,運用數(shù)學(xué)知識去分析、預(yù)測、控制,再通過翻譯和解釋,返回到實際問題中[1]。數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)了學(xué)生運用所學(xué)知識處理實際問題的能力,競賽期間,對指導(dǎo)教師的綜合能力提出了更高的要求。
2.數(shù)學(xué)建模科技論文撰寫對學(xué)生個人能力成長的幫助
2.1.提供給學(xué)生主動學(xué)習(xí)的空間
在當今知識經(jīng)濟時代,知識的傳播和更新速度飛快,推行素質(zhì)教育是根本目標,授人與魚不如授人與漁。學(xué)生掌握自學(xué)能力,能有效的彌補在課堂上學(xué)得的有限知識的不足。數(shù)學(xué)建模所涉及到的知識面廣,除問題相關(guān)領(lǐng)域知識外,還要求學(xué)生掌握如數(shù)理統(tǒng)計、最優(yōu)化、圖論、微分方程、計算方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、層次分析法、模糊數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)軟件包的使用等。多元的學(xué)科領(lǐng)域、靈活多變的技能方法是學(xué)生從未接觸過的,并且也不可能在短時間內(nèi)由老師一一的講解清楚,勢必會促使學(xué)生通過自學(xué)、探討的方式來將其研懂。給出問題,讓學(xué)生針對問題去廣泛搜集資料,并將其中與問題有關(guān)的信息加以消化,化為己用,解決問題。這樣的能力將對學(xué)生在今后的工作和科研受益匪淺[2]。
在培訓(xùn)期間,大部分學(xué)生會以為老師將把數(shù)學(xué)建模比賽所涉及到的知識全部傳授給學(xué)生,學(xué)生只要在那里坐著聽老師講就能參加比賽拿到名次了。但是當?shù)弥傎愔饕蓪W(xué)生自學(xué)完成,老師只是起引導(dǎo)作用時,有部分學(xué)生選擇了放棄。堅持下來的學(xué)生,他們感謝學(xué)校給與他們這樣能夠培養(yǎng)個人能力的機會,對他們今后受用匪淺!
2.2.體驗撰寫綜合運用知識和方法解決實際問題這一系列論文的過程
學(xué)生在撰寫數(shù)學(xué)建模科技論文的時候,不光要求學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)功底、有良好的計算機應(yīng)用能力、還要求學(xué)生具備相關(guān)領(lǐng)域知識,從實際問題中提煉出關(guān)鍵信息,并運用所學(xué)知識對這些關(guān)鍵信息加以抽象、建立模型。這也是教師一直倡導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識不光要記住,而且要會運用。千萬不要讀死書,死讀書,讀書死。
2.3.培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力
在撰寫過程中潛移默化的培養(yǎng)了學(xué)生獲取新知識、新技術(shù)、新方法的能力,并在解決實際問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。有別于其他競賽活動,數(shù)學(xué)建模競賽培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識將實際問題數(shù)字化的能力,學(xué)生要有良好的洞察力,具有從現(xiàn)象抓本質(zhì)的能力。給出的實際問題,沒有唯一的解決方案,要求學(xué)生大膽假設(shè),運用所學(xué)知識將問題由最簡單、最直接的科學(xué)方法求解出來[3]。
2.4.團隊精神的培養(yǎng)。
數(shù)學(xué)建模競賽是由三人組隊參加比賽的集體項目。三個人必須要配合默契,團結(jié)協(xié)作,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,深刻理解了由三人組隊的規(guī)則,充分發(fā)揮團隊精神;不能夸大個人能力,不能自大驕傲,要本著整體高于個人的原則,積極合作。競賽所提倡的團隊精神,將會培養(yǎng)學(xué)生尊重他人,具有合作意識,,取長補短,團結(jié)協(xié)作,患難與共的集體主義優(yōu)良品格[4]。
有些隊伍在組隊前期,由于每個人的性格迥異,再加上年齡小,經(jīng)常會因瑣碎小事起爭端。比如看待問題、解決問題的思路不統(tǒng)一;生活習(xí)慣造成其他人的反感;說話處事不能圓滿表達,致使產(chǎn)生矛盾等。經(jīng)過一年的團隊磨合,學(xué)生看問題不會從自我出發(fā),面對問題時,會先聆聽他人的想法,然后再闡述自己的觀點;生活習(xí)慣也趨于常理化,不會特立獨行;為人處世不會有那么多棱角,會選擇以讓人能夠接受的方式表達出來。
2.5.誠信。
比賽期間,每支參賽隊伍都會以誠信為原則,絕不會去竊取他人作品,實事求是。作為學(xué)生的指導(dǎo)教師更是以身作則,要求學(xué)生自己獨立完成,要脫離教師的指導(dǎo),并且會在全程進行監(jiān)督。
3.數(shù)學(xué)建??萍颊撐牡淖珜憣ξ倚W(xué)生的現(xiàn)實影響。
我校06級學(xué)生宣海,小時候因手術(shù)后遺癥不能正常行走,曾多次輟學(xué)。最終憑自己的努力圓了自己的大學(xué)夢。大二初始學(xué)校選派學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽,大部分同學(xué)由于不能忍受比賽所帶來的諸多困難,都相繼退出了比賽,而宣海同學(xué)經(jīng)歷了能力和意志力的魔鬼訓(xùn)練,并被選任為所有隊伍的隊長。全國賽時限為三天三夜,宣海在此期間只睡了四個小時。經(jīng)過隊伍上下齊心努力,宣海所在隊拿到了河北省一等獎,全國二等獎的優(yōu)異成績。次年,宣海對自己提出了更高的要求,要在更高的舞臺上施展自己的能力,參加了國際數(shù)學(xué)建模大賽,屬于世界最高水平的數(shù)學(xué)建模比賽。一整年沒回過家的宣海,克服了身體及家庭的種種困難,再加上四天四夜的連續(xù)作戰(zhàn),獲得了國際二等獎。數(shù)學(xué)建模比賽對宣海的影像是潛移默化的,在畢業(yè)之際,多家用人單位都希望將宣海搶到手。目前宣海有了自己的家庭,生活變得越來越好。
參考文獻
[1]楊紅偉.數(shù)學(xué)建模與創(chuàng)新能力的培養(yǎng).兵團教育學(xué)院學(xué)報,2003,3:76~77.
[2]趙慧琴.數(shù)學(xué)建模與大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng).甘肅政法學(xué)院學(xué)報.2002,4;100~102
關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué) 數(shù)模競賽 創(chuàng)新能力培養(yǎng) 改革舉措
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.05.015
Exploration and Practice of Mathematical Modeling Activities
in the Innovation Educational Background
WANG Wenfa[1], WU Zhongyuan[2], XU Chun[1]
([1] College of Mathematics and Computer Science, Yan'an University, Yan'an, Shaanxi 716000;
[2] Office of Academic Affairs, Yan'an University, Yan'an, Shaanxi 716000)
Abstract Under the innovative education based on university personnel training requirements and problems of traditional mathematics education, the importance of mathematical modeling of students' innovative ability to Yan'an University, for example, according to "sub-level, sub-module" model of teaching and organization contest guidance, teaching and assessment in accordance with academic competitions, math majors and computer majors, two contests with a thesis project and Daiso, boutique website and digital-analog Association and second class "four convergence" approach to student innovation and innovative ability, and made remarkable achievements in personnel training, curriculum development, team building, professional building.
Key words mathematical modeling teaching; mathematical modeling contest; innovative ability training; reform measures
高等學(xué)校的大學(xué)生是國家科技發(fā)展的主力軍,大學(xué)生的創(chuàng)新能力決定著國家未來的科技創(chuàng)新能力。數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與競賽的廣泛開展對高等學(xué)校大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有十分重要的作用。如何在數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與實踐中,既能增強大學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,又能提高大學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識和計算機技術(shù)分析和解決問題的能力,從而達到提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的目的,這個問題是近年來眾多高校關(guān)注的問題。延安大學(xué)作為一所地方高校,在近幾年數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與實踐過程中,進行了一系列卓有成效的探索和改革,學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到大幅度提升。
1 更新教育理念,充分認識數(shù)學(xué)建模對學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性
數(shù)學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,它涉及的領(lǐng)域相當廣泛,如經(jīng)濟、計算機及軟件、管理、國防等,雖然數(shù)學(xué)在高校教育教學(xué)中的地位不斷提高,人們對其認識也不斷加深。但是,人們對數(shù)學(xué)類課程、數(shù)學(xué)學(xué)科在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要性仍認識不夠深入,在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、評價措施等諸多方面,仍然沿用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)類課程的教學(xué)模式和思維方式,導(dǎo)致高校人才培養(yǎng)與創(chuàng)新教育背景下的人才培養(yǎng)需求完全脫節(jié)。正如著名的數(shù)學(xué)家王梓坤院士所說“今天的數(shù)學(xué)科學(xué)兼有科學(xué)和技術(shù)兩種品質(zhì),數(shù)學(xué)科學(xué)是授人以能力的技術(shù)。”面向21世紀,高等教育在高度信息化的時代培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高科技技術(shù)人才,數(shù)學(xué)作為一門技術(shù),現(xiàn)已成為一門普遍實施的技術(shù),也是未來高素質(zhì)人才必須具備的一門技術(shù)。因此,在數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與實踐過程中,必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)類課程的教育教學(xué)理念,不能將其簡單地當作工具和方法,而要將其當作是一門技術(shù),而且是一門普遍適用的高新技術(shù),在保證打牢基礎(chǔ)的同時,力求培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識與應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力,真正實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的目的。
2 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)的改革與實踐
2.1 分層次、分模塊實施數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和競賽指導(dǎo)
一是在數(shù)學(xué)建模專業(yè)課、專業(yè)選修課、公共選修課教學(xué)中按照知識點及教師研究方向,將課程內(nèi)容分為兩個層次九個模塊。第一層次包括數(shù)學(xué)軟件、初等模型、優(yōu)化模型、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、微分方程模型等五個模塊;第二層次包括離散模型、概率模型、統(tǒng)計回歸模型、數(shù)值計算與算法設(shè)計等四個模塊。第一層次針對公共選修課教學(xué),第一層次+第二層次針對專業(yè)課和專業(yè)選修課教學(xué)。具體措施是:由數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)團隊集體制定課程教學(xué)大綱和實施計劃,每位教師按照課程教學(xué)大綱和實施計劃主講自己所從事的方向模塊,在保證課程教學(xué)內(nèi)容完整性和系統(tǒng)性的同時,根據(jù)學(xué)生知識層次,充分發(fā)揮每位教師專業(yè)優(yōu)勢,有效地提升了課程教學(xué)質(zhì)量;二是在大學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)中,按知識點將數(shù)學(xué)建模思想融入其中,在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣的同時,強化學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力培養(yǎng);三是在校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競賽中,按照“建模知識+專題講座+模擬+競賽”的模式組織校內(nèi)建模競賽,主要以數(shù)學(xué)建模的基本思路、基本方法、基本技能為內(nèi)容,使學(xué)生對數(shù)學(xué)建模有更加深入的感知和認識,在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣和積極性的同時,培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和創(chuàng)新意識;四是在全國數(shù)學(xué)建模競賽中,按照“集訓(xùn)+軟件應(yīng)用+舊題新做+模擬選拔+強化訓(xùn)練”的模式組織全國建模競賽,主要以培養(yǎng)學(xué)生的洞察力、聯(lián)想力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作精神和吃苦精神為內(nèi)容,使學(xué)生的創(chuàng)新意識、團隊協(xié)作精神得到良好培養(yǎng)。 2.2 建立數(shù)學(xué)建模精品課程網(wǎng)站,為數(shù)學(xué)建模愛好者搭建學(xué)習(xí)交流平臺
網(wǎng)站將數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與數(shù)模競賽有機地融合,為學(xué)生全方位了解、學(xué)習(xí)和掌握數(shù)學(xué)建模的相關(guān)知識、相關(guān)技能開辟第二條通道。網(wǎng)站包括:課程介紹【課程描述、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)大綱、建設(shè)規(guī)劃】、教學(xué)團隊【整體情況、課程負責(zé)人、主講教師】、教學(xué)資源【教學(xué)安排、多媒體課件、授課錄像、電子教案、課程作業(yè)、課程習(xí)題、模擬試卷、參考資源】、實驗教學(xué)【實驗任務(wù)、實驗大綱、實驗指導(dǎo)、課程設(shè)計、實驗作品、實驗報告】、教學(xué)研究【教學(xué)方法、教學(xué)改革、教學(xué)課題、教學(xué)論文、學(xué)生評教】、教學(xué)成果【教學(xué)成果獎、獲教學(xué)獎項、人才培養(yǎng)成果、教材建設(shè)】、在線學(xué)習(xí)【在線交流、在線自測】、成績考核【平時成績、作業(yè)成績、實驗成績】、下載專區(qū)【教學(xué)軟件、常用工具】、數(shù)模協(xié)會【協(xié)會簡介、協(xié)會章程、通知公告、新聞動態(tài)、競賽獲獎、優(yōu)秀論文、往屆賽題、模擬賽題、校內(nèi)競賽、新手入門】等,這些內(nèi)容幾乎囊括了數(shù)學(xué)建模教育教學(xué)活動的所有內(nèi)容,學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)資料學(xué)習(xí)就可以全面了解數(shù)學(xué)建模的相關(guān)知識與技能。
2.3 專業(yè)相互融合,取長補短,充分發(fā)揮學(xué)生各自專業(yè)優(yōu)勢
數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院現(xiàn)有數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計算科學(xué)、計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程四個專業(yè),其中兩個為數(shù)學(xué)類專業(yè)、兩個為計算機類專業(yè)。在課程教學(xué)中針對兩專業(yè)的長處和不足,按照專業(yè)結(jié)隊子、學(xué)生結(jié)隊子的模式組織教學(xué)和小組討論,強化計算機類專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力培養(yǎng),強化數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的計算機軟件應(yīng)用能力培養(yǎng);在競賽組隊中,每隊均配備至少1名計算機類專業(yè)學(xué)生和1名數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生。充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,取長補短,使學(xué)生的綜合能力得到提升。
2.4 延伸數(shù)學(xué)建模競賽效能,不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力
每年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽和校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競賽試題都是從實際生活中提取出的實際問題。因此,指導(dǎo)教師在指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目時,從往屆賽題或模擬試題中選擇一些題目,將其進行適當?shù)难由熳鳛閷W(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目選題。通過這一方式,進一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識,為學(xué)生今后從事科學(xué)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。
3 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)改革取得的成效
3.1 我校全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽成績居全省同類院校前列
我校參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽共獲得國家一等獎4項、國家二等獎6項、陜西省一等獎33項、二等獎71項,4次被評為優(yōu)秀組織獎,1名指導(dǎo)教師獲陜西省數(shù)學(xué)建模競賽陜西賽區(qū)優(yōu)秀指導(dǎo)教師,600多名學(xué)生參與大創(chuàng)項目,公開發(fā)表科研論文30余篇,學(xué)生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量得到明顯提高。該賽事因此也成為了延安大學(xué)學(xué)科競賽品牌和亮點。
3.2 我校數(shù)學(xué)建模教育獲得多項教學(xué)成果獎、質(zhì)量工程項目及教改項目
教學(xué)成果獎:“理工類大學(xué)生數(shù)學(xué)素質(zhì)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實踐”榮獲2009年陜西省教學(xué)成果二等獎;“地方性院校開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實踐與探索” 榮獲2003年延安大學(xué)教學(xué)成果一等獎;“計算機專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的改革與實踐” 榮獲2012年延安大學(xué)教學(xué)成果一等獎;“厚基礎(chǔ)、重實踐、強化工程素質(zhì)和創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”榮獲2011年延安大學(xué)教學(xué)成果二等獎;“數(shù)學(xué)建模課程改革及數(shù)學(xué)建模競賽的研究與實踐”榮獲2007年延安大學(xué)教學(xué)成果二等獎。
質(zhì)量工程項目:“數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)”為2010年省級特色專業(yè);“數(shù)學(xué)建模教學(xué)團隊”為2011年省級教學(xué)團隊;“數(shù)學(xué)建模精品課程”為2012年校級精品課程;2014年“數(shù)學(xué)建模”課程獲批為省級精品資源共享課程;2014年“數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)”專業(yè)獲批為省級專業(yè)綜合試點項目。
教改項目:“大學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革與實踐”為2009年省級重點教改項目;“地方高校青年教師教學(xué)能力提升途徑的研究與實踐”為2013年省級重點;“青年教師教學(xué)能力提升的研究與實踐”為2011年校級重點;“計算機相關(guān)專業(yè)校企合作人才培養(yǎng)模式改革的研究與實踐”為2013年校級重點。
3.3 依托數(shù)學(xué)建模教育平臺,推動指導(dǎo)教師教學(xué)科研能力和綜合素質(zhì)提升
數(shù)學(xué)建模教育不僅提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力,同時也為指導(dǎo)教師的教學(xué)、科研及綜合素質(zhì)的提升起到了推動作用。數(shù)學(xué)建模課程是一門面向全校理、工、經(jīng)、管、教各學(xué)科專業(yè)大學(xué)生開設(shè)的理論與實踐相結(jié)合的基礎(chǔ)課程,主要以學(xué)生的洞察能力、創(chuàng)新能力、數(shù)學(xué)語言翻譯能力、抽象能力、文字表達能力、綜合分析能力、思辨能力、使用當代科技最新成果的能力、計算機編程能力、數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用能力、團隊協(xié)作精神和組織協(xié)調(diào)能力等綜合素質(zhì)培養(yǎng)為目標,以數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)、數(shù)學(xué)建模競賽、第二課堂、畢業(yè)論文(設(shè)計)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目等為手段,通過“分層次、分模塊、四融合”的教學(xué)模式的有效實施,在提高我校學(xué)生解決在理、工、經(jīng)、管、教等學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域遇到的數(shù)學(xué)建模問題的能力的同時,為我校高素質(zhì)、應(yīng)用型人才培養(yǎng)做出貢獻。
基金項目:2013 “地方高校青年教師教學(xué)能力提升途徑的研究與實踐”(項目編號:13BZ37);2014年陜西本科高等學(xué)校“精品資源共享課程建設(shè)”項目“數(shù)學(xué)建模”課程建設(shè)階段性成果
參考文獻
近幾年來,越來越多的新建本科院校將自己的發(fā)展目標定位于開展應(yīng)用型本科教育、 培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才,我們稱這類普通高校為應(yīng)用型本科院校。在我國高教法中對本科教育的學(xué)業(yè)標準有明確的規(guī)定:“應(yīng)當使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)必需的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識,掌握本專業(yè)必需的基本技能、方法及相關(guān)知識,具有從事本專業(yè)實際工作和研究工作的初步能力。”從這一規(guī)定看,我國工科專業(yè)培養(yǎng)的其實都是應(yīng)用型人才,但從培養(yǎng)目標的內(nèi)涵上說,可分為三類:
一為工程研究型人才。主要由研究型和教學(xué)研究型高校培養(yǎng),其培養(yǎng)目標是:培養(yǎng)能夠?qū)l(fā)現(xiàn)的一般自然規(guī)律轉(zhuǎn)換為應(yīng)用成果的橋梁性人才。
二為技術(shù)應(yīng)用型人才。主要由教學(xué)型地方本科院校培養(yǎng),其培養(yǎng)目標是:能在生產(chǎn)第一線解決實際問題、保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能,屬于使研究開發(fā)的成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的人才。定位為技術(shù)工程師。
三為技能應(yīng)用型人才。主要由高職類院校培養(yǎng)。其特點為:突出應(yīng)用性、實踐性,有較強的操作技能和解決實際問題的能力。
上海電機學(xué)院是2004年9月經(jīng)上海市人民政府批準, 在原上海電機技術(shù)高等專科學(xué)校的基礎(chǔ)上建立的以實施本科教育為主的全日制普通高等院校。其定位在培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型本科人才的教學(xué)型院校。技術(shù)應(yīng)用型本科人才學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的目的在于應(yīng)用數(shù)學(xué)。這就要求他們在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的同時,不斷提高應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識、興趣和能力。數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)知識和應(yīng)用能力共同提高的最佳結(jié)合點;是啟迪創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)新能力、培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型本科人才的一條重要途徑。
1 數(shù)學(xué)建模的發(fā)展歷程
近幾十年來,數(shù)學(xué)迅速向自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域滲透,在工程技術(shù)、經(jīng)濟建設(shè)及金融管理等各方面發(fā)揮著越來越重要的作用,并在很多情況下起著舉足輕重,甚至決定性的影響。數(shù)學(xué)與計算機技術(shù)相結(jié)合,已經(jīng)形成了一種普遍的,可以實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)學(xué)技術(shù),并已成為當代高新技術(shù)的一個重要組成部分。用數(shù)學(xué)方法解決各類問題或?qū)嵤?shù)學(xué)技術(shù),首先要求將所考慮的問題數(shù)學(xué)化,即通過對復(fù)雜的實際問題進行分析,發(fā)現(xiàn)其中可以用數(shù)學(xué)語言來描述的關(guān)系或規(guī)律,將之構(gòu)建成一個數(shù)學(xué)問題,再利用計算機進行解決,這就是數(shù)學(xué)建模。數(shù)學(xué)建模日益顯示其關(guān)鍵的作用,并已成為現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個重要領(lǐng)域。
為培養(yǎng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力,國外較早地經(jīng)常舉辦大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽。1989年我國大學(xué)生開始參加美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽(MCM),從1992年開始,教育部高教司和中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會每年主辦一次全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,至今已經(jīng)舉辦了16屆,參賽隊伍每年都不斷增長,在競賽過程中,大學(xué)生的聰明才智和創(chuàng)造得到了充分的發(fā)揮,提交了不少出色的答卷,涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的參賽隊伍,同時,有力地促進了高等院校的數(shù)學(xué)教學(xué)改革,充分顯示了數(shù)學(xué)建模競賽活動的強大生命力。舉辦大學(xué)數(shù)模競賽,已造成一種氛圍,推動了培養(yǎng)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的工作。
2 數(shù)學(xué)建模在創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)中的意義
數(shù)學(xué)建模是對人的數(shù)學(xué)知識,實際知識的擁有量和靈活運用程度,邏輯推理能力,直覺、想象和洞察能力,計算機使用能力等的全面檢驗,最能反映出創(chuàng)新精神。“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。每年的工科大學(xué)畢業(yè)生是科技戰(zhàn)線的生力軍,他們要出科技成果,并且“千方百計促進科技成果在生產(chǎn)實踐中得到廣泛應(yīng)用”,“加速科技成果轉(zhuǎn)化”,數(shù)學(xué)建模能力對他們是必不可少的。
數(shù)學(xué)建模是對傳統(tǒng)教育的一個挑戰(zhàn),它強調(diào)怎樣利用先進的計算機工具來解決數(shù)學(xué)問題。學(xué)生參加數(shù)學(xué)模型的研究,參加全國大學(xué)生建模競賽,是將以前的“做練習(xí)”改為現(xiàn)在的“做問題”,將生活變成數(shù)學(xué),將問題實際解決。數(shù)學(xué)建模是對學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng),是學(xué)生時代的第一次科研訓(xùn)練,是一個向?qū)嶋H負責(zé)的任務(wù)書,是對學(xué)生適應(yīng)社會、服務(wù)于社會的鍛煉與挑戰(zhàn)?;谝陨系闹匾?許多高校對學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力越來越重視,我校也不例外。
3 提高我校學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的具體措施
為了提高我校學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力,我們可在高等數(shù)學(xué)的教學(xué)中溶入數(shù)學(xué)建模,并開設(shè)創(chuàng)新系列課程:數(shù)學(xué)建模系列課程。系列課程中除設(shè)置了數(shù)學(xué)建模理論課外,還設(shè)置數(shù)學(xué)建模實驗課、數(shù)學(xué)建模集訓(xùn)和數(shù)學(xué)建模競賽等任選課。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模,數(shù)學(xué)教學(xué),高職院校
怎樣使高職院校數(shù)學(xué)這門基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)更好地為人才培養(yǎng)目標服務(wù),一直是高職院校數(shù)學(xué)教學(xué)改革思考的著力點。近年來,數(shù)學(xué)建模教學(xué)和競賽活動在全國高校蓬勃興起,深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院積極探索將數(shù)學(xué)建模引入高職數(shù)學(xué)教學(xué),促進了數(shù)學(xué)教學(xué)的全面改革和創(chuàng)新。
一、將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入高職數(shù)學(xué)教學(xué)的必要性與可行性
相對于本科院校而言,以培養(yǎng)技能型、應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標的高職高專院校,將數(shù)學(xué)建模作為數(shù)學(xué)教學(xué)的重要組成部分,更有其必要性和可行性。
(一)高職院校的培養(yǎng)目標要求將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入數(shù)學(xué)教學(xué)
高職教育是改革開放以來,伴隨著市場經(jīng)濟發(fā)展而出現(xiàn)的高等教育的一種新類型,與傳統(tǒng)高等教育有著很大的不同。高職教育是培養(yǎng)既有一定的理論知識,又有良好的綜合素質(zhì),尤其是能夠動手操作、具有解決實際問題能力的技能型人才。因此,高職教育的課程設(shè)置要能適應(yīng)和滿足高職院校的人才培養(yǎng)定位要求。深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院根據(jù)高職教育的實踐性、生產(chǎn)性、開放性的特點,通過將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入數(shù)學(xué)教學(xué),特別是引入與所學(xué)專業(yè)相關(guān)的實際案例,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)用數(shù)學(xué)知識和計算機技術(shù)分析、解答實際問題。這不僅解決了學(xué)生不知道所學(xué)數(shù)學(xué)知識到底有什么用以及該怎么用的難題,更重要的是探索了一條具有高職教育特色的數(shù)學(xué)教學(xué)改革之路。
依照高職教育人才培養(yǎng)目標,培養(yǎng)出的學(xué)生應(yīng)具有較強的動手能力和解決實際問題的能力,為此,我們對數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容做了相當大的改革,即打破傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)的理論體系,刪掉復(fù)雜的數(shù)學(xué)證明及運算,強化學(xué)生對概念的理解,并運用數(shù)學(xué)手段解決實際應(yīng)用問題。數(shù)學(xué)建模恰好是訓(xùn)練學(xué)生通過數(shù)學(xué)手段解決實際問題的最佳途徑。
(二)高職院校學(xué)生具備將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入數(shù)學(xué)教學(xué)改革的基本條件
高職教育是大眾化教育的主力軍,培養(yǎng)的是生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線的高素質(zhì)技能型人才。高職學(xué)生的基礎(chǔ)知識與本科院校的學(xué)生相比有一定的差距,如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法,強調(diào)知識傳授的系統(tǒng)性、理論性,對他們來說有一定的難度,且沒有必要。從高職學(xué)生的認知特點和知識的接受能力而言,高職學(xué)生更愿意學(xué)習(xí)實用性強的知識,對解決實際問題的熱情也更為高漲,關(guān)鍵是我們怎樣設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段去開發(fā)和引導(dǎo)。
多年的教學(xué)實踐探索表明,將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入教學(xué)及組織學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽(以下簡稱數(shù)模競賽),可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新精神,提高學(xué)生運用數(shù)學(xué)方法和計算機工具分析、解決實際問題的能力及創(chuàng)新能力。
二、將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入高職院校數(shù)學(xué)教學(xué)的方法與途徑
在明確高職教育人才培養(yǎng)目標對數(shù)學(xué)教學(xué)改革的新要求,全面了解了高職學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)特點的基礎(chǔ)上,我們選擇將數(shù)學(xué)建模內(nèi)容引入教學(xué),開始了高職數(shù)學(xué)教學(xué)新模式的改革探索。
(一)改革數(shù)學(xué)必修課
高職院校學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識不是很扎實,但是他們對自己所學(xué)專業(yè)則有較大的興趣和較充分的了解。針對這種情況,我們首先對數(shù)學(xué)必修課的教學(xué)內(nèi)容進行改革。如,基于學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的熟悉和熱愛,我們把數(shù)學(xué)理論的教學(xué)和專業(yè)知識緊密結(jié)合,引入大量結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識與工作的案例,通過解決具體的案例,引導(dǎo)出要學(xué)習(xí)的相關(guān)概念與知識,逐漸讓學(xué)生體會運用數(shù)學(xué)知識解決實際問題的樂趣和方法。同時我們加入了數(shù)學(xué)實驗課,讓學(xué)生學(xué)習(xí)運用計算機和數(shù)學(xué)軟件計算、解答實際問題。如在《經(jīng)濟與管理數(shù)學(xué)》課程中講到需求函數(shù)時,我們結(jié)合經(jīng)濟與管理專業(yè)的具體工作場景,引入商品市場需求的調(diào)查與需求函數(shù)的擬合這一案例,要求學(xué)生對某款手機的市場需求進行調(diào)查,并求出其需求函數(shù)。通過這個案例的學(xué)習(xí),學(xué)生不但掌握了需求函數(shù)的概念,而且學(xué)習(xí)了如何進行市場調(diào)查,并根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)軟件擬合各種類型的需求函數(shù)。
(二)設(shè)置數(shù)學(xué)建模選修課
在改革必修課的基礎(chǔ)上,我們開設(shè)了數(shù)學(xué)建模選修課Ⅰ、數(shù)學(xué)建模選修課Ⅱ及MATLAB編程選修課。
1.數(shù)學(xué)建模選修課Ⅰ,旨在推廣數(shù)學(xué)建模的影響,每年參與學(xué)生人數(shù)近500名,開班10個以上。選修課基本上是以專題的形式進行的,課程內(nèi)容包括優(yōu)化問題、分類問題、預(yù)測問題、評價問題、決策問題等,所涉及的模型包括函數(shù)模型、線性規(guī)劃模型、統(tǒng)計模型、微分方程模型等。建立的模型及解決模型的計算都是通過具體的案例進行的。
2.數(shù)學(xué)建模選修課Ⅱ。選修該課程的學(xué)生主要是從數(shù)學(xué)建模選修課Ⅰ的學(xué)生中,結(jié)合學(xué)生的興趣和意愿選的,主要學(xué)習(xí)是備戰(zhàn)美國數(shù)學(xué)建模競賽。當然其中也有單純喜歡這門課程但不一定參加競賽的學(xué)生。本課程除了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的相關(guān)方法之外,還增加了查找英文資料、閱讀英文科技論文、用英文寫作數(shù)學(xué)建模論文等內(nèi)容。
3.MATLAB編程選修課,內(nèi)容以使用和編程為主??茖W(xué)地設(shè)計數(shù)學(xué)建模選修課內(nèi)容,配合科學(xué)的訓(xùn)練,有效地提高了學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力,開拓了學(xué)生的視野,豐富了學(xué)生的知識,充分調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性。
三、豐富課外數(shù)學(xué)建模活動
課外活動是課內(nèi)教學(xué)的延伸,我們充分拓展學(xué)生課外學(xué)習(xí)空間,使課內(nèi)課外的學(xué)習(xí)相得益彰、相互促進。2006年在教師的引導(dǎo)和校學(xué)生會的支持下,學(xué)生們成立了數(shù)學(xué)建模協(xié)會。該協(xié)會是目前深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院最大的學(xué)生社團。
1.連續(xù)5年舉辦校級大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽。從每年4月份開始,數(shù)理教研室與數(shù)學(xué)建模協(xié)會就通過橫幅、海報、廣播等方式大力宣傳數(shù)學(xué)建模競賽活動,為選拔優(yōu)秀學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽搭建平臺。參賽學(xué)生自由組隊,但是我們特別鼓勵學(xué)生跨專業(yè)組隊,每年有近百個隊的300多名同學(xué)參加比賽。參賽學(xué)生來自電信、機電、汽車、經(jīng)管、建工等十幾個學(xué)院。競賽擴大了數(shù)學(xué)建模在學(xué)生中的受益面及在全校學(xué)生中的影響,學(xué)生普遍反映收獲很大。
2.建模協(xié)會配合數(shù)理教研室多次組織校級MATLAB編程大賽。順應(yīng)時代的進步,數(shù)學(xué)課程及數(shù)學(xué)建模競賽的改革與發(fā)展,要求學(xué)生對軟件的使用及編程能力越來越高。為充分發(fā)揮學(xué)生的特長,促進學(xué)生對MATLAB軟件學(xué)習(xí)的積極性,鼓勵并嘉獎頂級編程人才,建模協(xié)會配合數(shù)理教研室的教師多次舉辦校級MATLAB大賽,每次有近10個隊的30多名同學(xué)參加。通過此項賽事,學(xué)生在計算方面的成績迅速提升,在2011年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中我校的一個隊榮獲高職高專組唯一的MATLAB創(chuàng)新獎。
3.在數(shù)學(xué)建模課程和數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)的基礎(chǔ)上,學(xué)校以數(shù)理實驗室為平臺開展經(jīng)常性的數(shù)學(xué)建模活動。學(xué)生們在固定的數(shù)學(xué)建模實驗室進行問題的討論、軟件的交流學(xué)習(xí)及各項活動的策劃,等等。
4.強化模擬培訓(xùn)。我們通過數(shù)學(xué)必修課、選修課和數(shù)學(xué)建模協(xié)會開展課外活動等一系列舉措,全面推動了數(shù)學(xué)教學(xué)改革,同時培養(yǎng)了一批熱愛數(shù)學(xué)的優(yōu)秀學(xué)生。對于這些熱愛數(shù)學(xué)且成績優(yōu)秀的學(xué)生我們鼓勵他們參與數(shù)學(xué)建模競賽,并利用假期進行模擬培訓(xùn)。在模擬培訓(xùn)中,我們首先是精心組合參賽隊伍。為了備戰(zhàn)大賽,所有參賽隊員都經(jīng)過激烈的競爭和嚴格的選拔。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的實際情況,在三名隊員組成的每支隊伍中,包括一名計算機能力較強的信息專業(yè)學(xué)生,一名數(shù)學(xué)能力較強的丁科專業(yè)學(xué)生和一名文字功底較強的學(xué)生。而參加美國數(shù)模競賽的人員組成中要求有一名是外語專業(yè)的學(xué)生。其次,是模擬競賽情景。在假期培訓(xùn)中我們利用往年的賽題對即將參賽的學(xué)生進行一周的模擬培訓(xùn),讓學(xué)生自己獨立完成往年的兩個指定賽題。建模中數(shù)學(xué)模型的建立、計算機編程、寫作等,每項要有一人負責(zé),其他人輔助完成。我們的指導(dǎo)思想是:建模時,既要有合作,也要有相對的分工。學(xué)生拿到題目以后,首先要一起進行討論,相互交流時要學(xué)會認真傾聽,汲取隊友的優(yōu)點,然后才提出自己的看法。同時要加進自己對別人想法的理解,提高討論交流的效率。最后教師對問題進行講解、答疑,強調(diào)如何收集相關(guān)數(shù)據(jù)和信息,以及論文的結(jié)構(gòu)和摘要的寫法等。經(jīng)過多年的歷練,我校在數(shù)學(xué)建模競賽的培訓(xùn)參賽工作方面積累了一定的經(jīng)驗。
四、成果與體會
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;創(chuàng)新能力;數(shù)學(xué)實驗;建模競賽
中圖分類號:G643 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)32-0135-02
創(chuàng)新能力是國家競爭力的核心,科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)直接影響國家未來的整體創(chuàng)新水平和國家的創(chuàng)新競爭力。高等學(xué)校和科研院所培養(yǎng)的研究生是科技創(chuàng)新人才的后備軍,應(yīng)當以培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力為根本目標,將科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)滲透到研究生教育的整個過程。教育部于2003年公布的“研究生教育創(chuàng)新計劃”指出,為全面建設(shè)小康社會,國家對高層次創(chuàng)新人才的需求不斷擴大,研究生教育必須加快改革步伐,不僅要培養(yǎng)大批人才,更要把工作重心轉(zhuǎn)移到提高培養(yǎng)質(zhì)量,特別是提高研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力方面上來,積極主動適應(yīng)國家對創(chuàng)新型人才的需要,實現(xiàn)從研究生教育大國向研究生教育強國的轉(zhuǎn)變。
一、數(shù)學(xué)建模教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的關(guān)系
創(chuàng)新能力就是利用已有的知識和技能,根據(jù)客觀情況的變化而認識問題、解決問題,獲得創(chuàng)新成果的能力,主要表現(xiàn)為敏銳的觀察力、聚精會神的注意力、良好的記憶力、較強的操作力、豐富的想象力、有創(chuàng)造的思維力和思維方式、靈感和頓悟以及信息檢索能力,能夠得出有獨出心裁的見解和方法。嚴謹?shù)倪壿嬎季S和定量思維是衡量一個人文化素質(zhì)是否全面發(fā)展的一個重要標志。德國著名數(shù)學(xué)家Grassmann曾說過:“數(shù)學(xué)除了鍛煉敏銳的理解力、發(fā)現(xiàn)真理以外,還有另一個功能,就是訓(xùn)練全面考慮科學(xué)系統(tǒng)的頭腦的開發(fā)”。James指出:“數(shù)學(xué)的思考方式具有根本的重要性,數(shù)學(xué)為組織和構(gòu)造知識提供了方法,以至于當用于技術(shù)時就能使科學(xué)家和工程師們生產(chǎn)出系統(tǒng)的、能復(fù)制的,并且是可以傳播的知識。分析、設(shè)計、建模、模擬(仿真)及其具體實施就可能變成高效加結(jié)構(gòu)良好的活動”。伽利略曾說過:“自然界最偉大的書是用數(shù)學(xué)語言書寫的”。數(shù)學(xué)是推動科技創(chuàng)新的主要力量,深厚的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)、用數(shù)學(xué)處理實際問題的能力是衡量研究者能否進行科技創(chuàng)新的關(guān)鍵因素。數(shù)學(xué)建模就是建立數(shù)學(xué)模型的過程,對于一個實際問題,用數(shù)學(xué)的語言、公式、符號、圖表等進行刻畫和描述,然后經(jīng)過數(shù)學(xué)的處理即計算、迭代等得到定量的結(jié)果,利用得到的結(jié)果再返回到實際問題,用于人們的分析、預(yù)報、決策和控制。面對各種各樣的實際問題,如何抓住主要矛盾,進行合理的假設(shè),逐步引入數(shù)學(xué)的思想,利用數(shù)學(xué)的理論和方法得到數(shù)學(xué)上的求解,最后翻譯到實際問題,這實際上是科技工作者綜合創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。
二、工科研究生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀分析
中國石油大學(xué)(華東)工科研究生在三年的研究生學(xué)習(xí)階段,只有一年的課程理論學(xué)習(xí),取得相應(yīng)的學(xué)位課學(xué)分后,從第二年就轉(zhuǎn)入導(dǎo)師布置的論文階段,至此課程學(xué)習(xí)全部結(jié)束。筆者講授研究生“數(shù)值分析”課程數(shù)十年,面授對象大都是石油主干專業(yè)的碩士研究生,這些學(xué)生經(jīng)過了大學(xué)階段的學(xué)習(xí)后,學(xué)習(xí)能力和知識有了很大的提高。數(shù)值分析、應(yīng)用統(tǒng)計方法、矩陣理論及計算是我校工科研究生大面積選修的學(xué)位課程,在有限的課時學(xué)完這些課程后,研究生學(xué)到了必要的數(shù)學(xué)理論及知識,但在以后的科研階段碰到實際問題后,如何去應(yīng)用數(shù)學(xué)、如何轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,還會碰到很多的困難。有些石油學(xué)科中的主干課程,像流體力學(xué)、滲流力學(xué)、固體力學(xué)、傳熱學(xué)等,在大學(xué)階段就開始學(xué)習(xí)這些相關(guān)的課程,到了研究生階段,還要繼續(xù)學(xué)習(xí)這些課程。數(shù)學(xué)模型的來龍去脈、實際問題的簡化、數(shù)學(xué)模型的建立推導(dǎo)以及求解方法、如何反映實際問題,這些更重要的知識并沒有真正掌握,以至于在后續(xù)的科研階段,碰到新的問題無從下手,究其原因,還是在學(xué)習(xí)的過程中,缺乏深厚的數(shù)學(xué)理論和專業(yè)知識基礎(chǔ),缺乏數(shù)學(xué)建模的能力,導(dǎo)致研究成果缺乏創(chuàng)新性。由于實際問題復(fù)雜和多樣性,建立真實反映實際問題的數(shù)學(xué)模型也越來越復(fù)雜,精確求解數(shù)學(xué)問題變得不可能,只能借助于計算機近似求解?,F(xiàn)在人們普遍把科學(xué)實驗、理論研究、科學(xué)計算并列為科學(xué)研究的三種基本方法。隨著計算機、數(shù)值計算方法和應(yīng)用軟件的發(fā)展,科學(xué)計算作為科學(xué)研究方法之一顯得尤為重要。近年來,計算流體力學(xué)、油藏數(shù)值模擬、計算傳熱學(xué)等學(xué)科發(fā)展很快,通過大量的科學(xué)計算,可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)理論研究和科學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)不到的一些規(guī)律和現(xiàn)象。近年來,我校越來越重視工科類研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),但很多研究生往往把數(shù)學(xué)看成服務(wù)性的課程,僅學(xué)習(xí)一些膚淺的數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)計算,對一些影響深遠、應(yīng)用價值大的數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)方法很少涉及,學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力不足。因而,許多具有碩士學(xué)位的科技人員面對涉及較深的數(shù)學(xué)知識的科技創(chuàng)新時,也就顯得力不從心了。
三、加強數(shù)學(xué)建模教育,提高創(chuàng)新能力的措施
1.在數(shù)學(xué)理論學(xué)位課的教學(xué)中滲入數(shù)學(xué)建模的思想。在研究生的數(shù)學(xué)理論課程教學(xué)中,除了講解數(shù)學(xué)理論、數(shù)學(xué)方法外,針對數(shù)學(xué)模型的背景,應(yīng)該講授給學(xué)生數(shù)學(xué)模型本質(zhì)的知識,不但要讓學(xué)生知其然,還要知其所以然。比如在講授三次樣條插值時,首先給出三次樣條插值的定義、理論模型及求解方法,要保證方程組的封閉性,還需要給出相應(yīng)的邊界條件,在三類邊界條件中,每一類邊界條件對應(yīng)的含義,在邊界上一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)及周期邊界分別為已知的情況下所對應(yīng)的實際問題的要求要解釋清楚。對于不同的實際問題,可以根據(jù)實際需要給出對應(yīng)的邊界條件。我們知道,越是抽象的理論、模型、方法,其應(yīng)用范圍越是廣泛。很多不同領(lǐng)域的實際問題,其對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型有可能完全相同,學(xué)完一類數(shù)學(xué)模型后,要求學(xué)生針對各自專業(yè)中所涉及到的專業(yè)知識,能夠解釋它們對應(yīng)的實際問題,這樣既激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)興趣,又培養(yǎng)了他們善于歸納、把數(shù)學(xué)模型分門別類處理、碰到類似實際問題的數(shù)學(xué)建模能力,提高了他們利用數(shù)學(xué)建模進行創(chuàng)新的能力。
2.開設(shè)研究生數(shù)學(xué)建模和實驗課程,能夠提高研究生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。在研究生學(xué)習(xí)完相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論課程后,第一學(xué)年第二學(xué)期增設(shè)研究生數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實驗課程,這是銜接數(shù)學(xué)和后面的科研工作階段的一個重要環(huán)節(jié)。通過數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實驗的學(xué)習(xí),研究生可以提高“用數(shù)學(xué)”的能力,在各自的專業(yè)領(lǐng)域里,碰到實際問題,知道如何利用數(shù)學(xué)的理論、方法建立數(shù)學(xué)模型,借助于計算機軟件進行科學(xué)的計算,達到定量解釋結(jié)果,這樣有助于發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律,有助于得到創(chuàng)新成果。
3.積極組織研究生參加全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽等科技活動。為提高研究生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的新要求,從2004年起,研究生數(shù)學(xué)建模競賽開始舉辦。我校自2005年開始,研究生組隊開始參加研究生數(shù)學(xué)建模競賽,從開始零散的幾個隊參加到現(xiàn)在每年約50個參賽團隊的規(guī)模,多次獲得全國一等獎、二等獎。參加數(shù)學(xué)建模競賽的研究生普遍反映這個科技活動使他們受益很大,具體體現(xiàn)在以下幾個方面:①培養(yǎng)了研究生對資料檢索的能力,研究生數(shù)學(xué)建模競賽題目涉及到的范圍很廣,要想完整完成建模論文的提交,需要參賽學(xué)生既要具備廣泛的知識面,還要具備快速收集有關(guān)科技文獻、正確理解實際問題背景的能力。因此,數(shù)學(xué)建模競賽可以加強研究生對資料檢索和使用資料能力的培養(yǎng)。②培養(yǎng)大學(xué)生文字表達能力和創(chuàng)新意識,研究生數(shù)學(xué)建模競賽要求參賽學(xué)生盡快熟悉實際問題的背景,然后在合理的假設(shè)下,引入數(shù)學(xué)的概念及知識建立數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,使用有關(guān)軟件或自我設(shè)計程序,借助于計算機進行求解,最后形成論文。論文要求模型合理,文字清晰,表達嚴謹,重點突出,因此這些要求有利于培養(yǎng)學(xué)生的文字表達能力和創(chuàng)新意識。③培養(yǎng)學(xué)生團隊意識和合作精神,數(shù)學(xué)建模競賽要求三個人組成一個隊進行參賽,組隊的原則是:使每個人的特長得到最大發(fā)揮,達到群體合作的最佳效果,實現(xiàn)知識能力的最優(yōu)組合,獲取競賽的優(yōu)異成績。每個隊的三個人相互協(xié)調(diào),密切配合,相互取長補短,學(xué)會傾聽別人的意見,善于從不同爭論中綜合出最佳方案,最后取得好成績。數(shù)學(xué)建模競賽的整個過程有助于培養(yǎng)研究生團隊意識和合作精神。
四、結(jié)論與認識
數(shù)學(xué)建模教育對于研究生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)至關(guān)重要,在研究生數(shù)學(xué)理論課程的教學(xué)中,逐步引入數(shù)學(xué)建模的思想和方法,開展數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實驗教育,對于后續(xù)的科研工作直至將來走向工作崗位會使研究生終生受益,為未來各個行業(yè)的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻:
[1]姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學(xué)模型[M].第四版.北京:高等教育出版社,2011.
[2]周少波,孫祥,徐晟.工科研究生射血能力的培養(yǎng)研究――基于科技創(chuàng)新的視角[J].研究生教育研究,2013,(4):42-47.
[3]劉鳳秋,畢卉,陳東彥,等.融合數(shù)學(xué)建模思想的理工科研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式[J].高師理科學(xué)刊,2014,34(5):82-84.
“研究性學(xué)習(xí)”是新課程計劃中所增加的必修課,是“綜合實踐活動”的一部分內(nèi)容,旨在促使教師更新教學(xué)觀念和教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式,是教育教學(xué)發(fā)展過程中新的創(chuàng)意與進步?!把芯啃詫W(xué)習(xí)”是一種以學(xué)生自主性、探索性為基礎(chǔ)的新的學(xué)習(xí)方式,它要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下從教學(xué)角度出發(fā),對日常生活、生產(chǎn)和其他學(xué)科的問題及某些數(shù)學(xué)問題(包括教學(xué)問題)進行深入探討,最后形成實驗(調(diào)查)報告或小論文等形式的成果。研究性學(xué)習(xí)特別注重學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)與實踐活動的參與,其核心是提高學(xué)生的綜合素質(zhì),促進人才全面發(fā)展。一個好的研究性學(xué)習(xí)方案至少包括三個要素:合理的研究目標、有意義的研究內(nèi)容、科學(xué)的研究方法。
數(shù)學(xué)建模屬于一門應(yīng)用數(shù)學(xué),學(xué)習(xí)這門課要求我們學(xué)會如何將實際問題經(jīng)過分析、簡化轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學(xué)問題,然后用適當?shù)臄?shù)學(xué)方法去解決。數(shù)學(xué)建模是一種數(shù)學(xué)思考方法,是運用數(shù)學(xué)的語言和方法,通過抽象、簡化建立能近似刻畫并“解決”實際問題的一種強有力的數(shù)學(xué)手段。為了使描述更具科學(xué)性、邏輯性、客觀性和可重復(fù)性,人們采用一種普遍認為比較嚴格的語言來描述各種現(xiàn)象,這種語言就是數(shù)學(xué),而使用數(shù)學(xué)語言描述的事物就稱為數(shù)學(xué)模型。
一、在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中以“數(shù)學(xué)建模”為載體進行研究性學(xué)習(xí)的特點
1.研究性
“數(shù)學(xué)建?!北旧砭褪且环N科學(xué)研究,我們以“數(shù)學(xué)建?!睘檩d體對學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí),就是要求學(xué)生對生活中的數(shù)學(xué)問題進行數(shù)學(xué)建模研究,這是我們教改的大膽探究,是為了探求提高課堂效率的新路子,以適應(yīng)素質(zhì)教育的要求,具有較大的研究價值。
2.開放性
“數(shù)學(xué)建?!卑_萬象,涉及方方面面,如太空探索、微觀世界、生物工程及日常生活中的瑣碎小事無不涉及數(shù)學(xué)建模。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛好選擇課題,具有很強的開放性。
3.趣味性
趣味性主要表現(xiàn)在兩個方面:一是“數(shù)學(xué)建?!钡玫降慕Y(jié)果,有許多都是與生活中的習(xí)慣思維相悖的。例如,一艘正在被飛機攻擊的軍艦,應(yīng)當進行怎樣的操作才能逃過劫難?按習(xí)慣思維,是左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎或后退,根本不會想到會是加速前進,有很強的趣味性。二是一個個課題都是實際生活中提煉出的數(shù)學(xué)問題,解決問題后,可使學(xué)生獲得成功的喜悅,從而產(chǎn)生研究興趣。
4.可行性
對中學(xué)生而言,進行“數(shù)學(xué)建?!钡难芯啃詫W(xué)習(xí),目的是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、解決實際問題的操作能力,是他們在中學(xué)階段就能獲得科學(xué)研究的親身體驗,而不是要他們得到什么有價值的成果。因此,學(xué)生根據(jù)日常生活中的小事提煉出數(shù)學(xué)問題,利用中小學(xué)所學(xué)知識進行建模求解,有較強的可行性。
二、在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中以“數(shù)學(xué)建?!睘檩d體進行研究性學(xué)習(xí)的具體實施辦法
1.準備階段
(1)“數(shù)學(xué)建?!钡母艣r介紹
利用學(xué)校開設(shè)的第二課堂時間,給學(xué)生介紹相關(guān)數(shù)學(xué)建模的知識,以實際的例子說明數(shù)學(xué)的趣味性和實用性及巨大的開發(fā)價值,鼓勵學(xué)生積極參與其中,改變學(xué)生對傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教育所形成的“枯燥、乏味、無用”的偏見,使學(xué)生重新對數(shù)學(xué)產(chǎn)生興趣,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情,從而主動地參與學(xué)習(xí),為將要開展的“數(shù)學(xué)建?!毖芯啃詫W(xué)習(xí)做好動員準備。
(2)“數(shù)學(xué)建?!崩碚搶W(xué)習(xí)
為學(xué)生講解“數(shù)學(xué)建模”的理論,介紹研究方法、一般步驟和過程,講授部分中學(xué)課本以外的、“數(shù)學(xué)建?!边^程中又比較常用的背景知識,如統(tǒng)計、線性規(guī)劃等,為學(xué)生做好“數(shù)學(xué)建?!钡睦碚摐蕚?。
(3)選擇研究課題
選擇研究課題有兩種方式:一是教師給部分課題供學(xué)生參考;二是學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好提出課題。
(4)審題
教師將所有課題匯集在一起,以三個原則:課題必須具有一定的研究價值;課題的研究方向必須明確,不能含糊不清;課題必須具有可行性,既能夠在學(xué)生獨立或在教師的指導(dǎo)下完成審題,課題不能過大、過難、過深,必須符合中學(xué)生的實際。
(5)分組
將審好的研究課題分給學(xué)生,最好是多個人組成一組(這樣可以培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作、互相幫助的精神)。
2.研究階段
(1)建模分析
學(xué)生首先對自己的課題進行分析,寫出研究提綱,指導(dǎo)教師再對學(xué)生提出參考意見(需要參閱的相關(guān)資料、研究過程中應(yīng)當注意的關(guān)鍵步驟),然后讓學(xué)生獨立調(diào)查、統(tǒng)計、分析,獲取相關(guān)信息。
(2)建立模型和求解模型
學(xué)生通過自己所獲得的信息,建立課題的數(shù)學(xué)模型,并且要求自己的模型得出結(jié)果。過程中遇到一些困難,由指導(dǎo)老師提供幫助。
(3)結(jié)果論證,寫出研究報告
建模的結(jié)果是否符合實際,需要進行結(jié)果檢驗。如果相差甚遠,則重新建立模型并求解模型。論證后由學(xué)生寫出研究報告。
3.評價階段
關(guān)鍵詞:獨立學(xué)院;數(shù)學(xué)建模;教學(xué)改革
中圖分類號:G4 文獻標識碼:A文章編號:16723198(2012)10013901
獨立學(xué)院應(yīng)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標,人才的知識能力結(jié)構(gòu)是應(yīng)用型,而不是學(xué)術(shù)型;要按照應(yīng)用型能力結(jié)構(gòu),重新構(gòu)建理論和實踐教學(xué)的體系,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力,以滿足學(xué)生發(fā)展的需求。從這樣的教育思想出發(fā),數(shù)學(xué)建?;顒拥拈_展成為必然。
1 獨立學(xué)院數(shù)學(xué)教育的現(xiàn)狀及開展數(shù)學(xué)建?;顒拥谋匾?/p>
目前,獨立學(xué)院數(shù)學(xué)課程中存在諸多問題,這些問題不但影響了獨立學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性,更主要的是后繼課程的學(xué)習(xí)也受到影響。在教學(xué)實踐中,專業(yè)課教師認為學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實,不能靈活運用在具體問題上,而對于學(xué)生,則表現(xiàn)為不能通過自學(xué)來獲取新知識,對教師過于依賴等。在學(xué)生畢業(yè)以后,不會或者意識不到可以應(yīng)用數(shù)學(xué)工具去解決他們各自領(lǐng)域的問題。
為解決上述問題,培養(yǎng)滿足社會經(jīng)濟需求的應(yīng)用型人才,數(shù)學(xué)建?;顒右云鋵W(xué)生知識、能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng),成為獨立學(xué)院數(shù)學(xué)教學(xué)改革的有力手段。它是在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間架起的一座橋梁,通過數(shù)學(xué)建?;顒拥拈_展,側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用數(shù)學(xué)知識分析和解決實際問題的能力,增強創(chuàng)新意識和科學(xué)計算的能力,開拓知識面,從而推動數(shù)學(xué)教學(xué)思想、內(nèi)容和體系、方法和手段的改革。
2 我院開展數(shù)學(xué)建模活動的探索與實踐
目前,多數(shù)獨立學(xué)院僅僅是為了參加每年一次的全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,對參賽隊員進行個別培訓(xùn),還沒有進行大面積的講授,所以對教改的影響和促進不大。原因很多,主要是獨立學(xué)院學(xué)生的數(shù)學(xué)底子太薄,數(shù)學(xué)課時太少,開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程難度較大。因此,要將數(shù)學(xué)建模的收益面推廣到全體獨立學(xué)院學(xué)生,僅靠現(xiàn)行的課程體系是不行的,在全院范圍內(nèi)開展數(shù)學(xué)建?;顒邮且粋€大膽的嘗試。
我院從2006 年開始,在教務(wù)處、學(xué)生處的支持下,走訪各兄弟院校后,根據(jù)我院實際,制訂了數(shù)學(xué)建模的教學(xué)、活動計劃及實施方案。
合理配置教師隊伍,多種形式提高教師水平,充分重視師資培養(yǎng),具體如下:
(1)以老帶新,以新輔老,讓青年教師參加數(shù)學(xué)建模選修課的教學(xué)。二是每年讓2-3名青年教師參加數(shù)學(xué)建模競賽相關(guān)培訓(xùn),交流汲取各兄弟院校的優(yōu)秀經(jīng)驗。三是讓青年教師參與到每年一次的全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的指導(dǎo)工作,以賽帶練,在實際工作中鍛煉自己。
(2)由教務(wù)處組織,通知各科系學(xué)生自愿報名,每年第一學(xué)期開設(shè)約40學(xué)時的數(shù)學(xué)建模選修課程。主要針對學(xué)過高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等知識的大一、大二學(xué)生。課程結(jié)束后進行全院的數(shù)學(xué)建模競賽,選拔優(yōu)秀者為我院的全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽預(yù)備隊員,在暑期或第二學(xué)期繼續(xù)進行強化集訓(xùn)。
(3)授課采用靈活方式進行。有一些需補充的基礎(chǔ)理論知識如最小二乘法、線性規(guī)劃、微分方程等,就采用黑板來講;對于MATLAB、LINDO、LINGO等軟件平臺的介紹則使用課件來講。
(4)由于獨立學(xué)院學(xué)生的數(shù)學(xué)底子較薄,且沒有較適合的數(shù)學(xué)建模教材。因此,我們組織任課教師共同討論,按照數(shù)學(xué)建模選修課的要求,選取多種教材中的相關(guān)內(nèi)容,取舍講授,自編講稿。
(5)選修課考核和數(shù)模競賽選拔相結(jié)合,由教練組提供題目,開卷形式,學(xué)生可以利用一切資源,最后把其結(jié)論總結(jié),完成小論文的形式。
(6)組織學(xué)生成立數(shù)學(xué)建模協(xié)會,通過開展一系列的活動,擴大數(shù)學(xué)建模的影響,提高學(xué)生的興趣。
3 取得的經(jīng)驗、成果與存在的不足和改進設(shè)想
3.1 取得的經(jīng)驗和成果
數(shù)學(xué)建?;顒拥拈_展,為我院選拔全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽參賽隊員奠定了穩(wěn)定、良好的基礎(chǔ),參賽至今共獲得省級以上獎勵四項,位居四川省獨立學(xué)院前列。
在開展數(shù)學(xué)建模的活動中,我們總結(jié)了以下幾個方面的經(jīng)驗:
(1)數(shù)模教學(xué)中,教學(xué)案例的選擇,應(yīng)該遵循兩個原則:一是“少而精”,數(shù)學(xué)建模課程的側(cè)重點應(yīng)該是方法的訓(xùn)練,應(yīng)選擇那些高深知識不多,但在知識的應(yīng)用上有深度、有特色的典型例子;二是“貼近原型”,數(shù)學(xué)建模中的案例應(yīng)該與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程的習(xí)題有明顯區(qū)別,它應(yīng)盡可能地貼近實際問題。
(2)獨立學(xué)院的數(shù)學(xué)建模活動普遍起步較晚,教師要多參加各種數(shù)模培訓(xùn),向一些數(shù)學(xué)建模方面的專家取經(jīng),和各地各校的優(yōu)秀教師交流汲取經(jīng)驗,“走出去,帶回來”不斷提高自身水平。
(3)在數(shù)模選修課、數(shù)模競賽培訓(xùn)、數(shù)模協(xié)會的活動中,充分重視學(xué)生團隊合作精神的培養(yǎng),學(xué)生間良好的分工合作是數(shù)學(xué)建?;顒禹樌_展、數(shù)模競賽取得好成績的必要條件。
(4)數(shù)模競賽中一些需要注意的細節(jié):數(shù)模競賽隊員的組合,最好是由數(shù)學(xué)能力,計算機綜合應(yīng)用能力,文字表達能力各有所長的同學(xué)搭配而成;賽前對一些比賽常用的基本技能的集訓(xùn)是很有必要的,如數(shù)學(xué)軟件、數(shù)學(xué)公式編輯器,論文格式編排等;比賽場所的安排要協(xié)調(diào)周到、準備充分;數(shù)模競賽期間是比較緊張辛苦的,隊員間有意見分歧也會難免,在競賽前指導(dǎo)教師要向隊員強調(diào)團結(jié)合作思想,讓隊員做好吃苦的準備,避免比賽過程中的意外情況發(fā)生,在比賽期間要體現(xiàn)對學(xué)生的關(guān)愛;比賽過程中和學(xué)生的信息溝通要順暢,有比賽之外的問題及時發(fā)現(xiàn),及時解決;比賽期間注意宣傳,引起各方面的重視和了解;賽后指導(dǎo)教師和學(xué)生應(yīng)做好經(jīng)驗總結(jié)。
通過開展數(shù)學(xué)建?;顒?,我們有了以下幾個方面的收獲:
(1)通過數(shù)學(xué)建?;顒拥拈_展,提高了教師自身的理論水平和組織能力。同時,數(shù)學(xué)建模選修課也為高等數(shù)學(xué)的教學(xué)改革提供了嶄新的教學(xué)思想和內(nèi)容、教學(xué)方法與手段。數(shù)學(xué)建模教學(xué)中采用的“研討式”教學(xué)法,在傳授知識的同時,也把前人發(fā)現(xiàn)、積累知識的方法、經(jīng)驗介紹給了學(xué)生,注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。
(2)學(xué)生在數(shù)學(xué)建模活動中,不斷發(fā)現(xiàn)自己在數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)思維方面的不足,激發(fā)學(xué)生對數(shù)學(xué)的興趣,使其在學(xué)習(xí)中更主動,更有效;而數(shù)學(xué)素養(yǎng)的提高又增強了建模的能力,從而形成“數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)和數(shù)學(xué)的應(yīng)用”相互促進的良性循環(huán),大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性。
(3)在數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)到比賽的過程中,學(xué)生初步了解了論文寫作的基本過程,嘗試獨立完成論文,體驗了一次小型科研活動的過程,提高了自身鉆研問題、解決問題的動手能力。同時學(xué)生使用數(shù)學(xué)軟件平臺的能力、學(xué)生的團隊合作能力、應(yīng)變能力,創(chuàng)造力、想象力和洞察力也有了較大的提高。
3.2 存在的不足之處和改進設(shè)想
(1)大部分獨立學(xué)院院校沒有專門的用于數(shù)學(xué)建模的數(shù)學(xué)實驗室,學(xué)生上機受到限制,學(xué)時較少,數(shù)學(xué)軟件的應(yīng)用不夠熟練,影響了數(shù)學(xué)模型的求解??煽紤]將現(xiàn)有的機房裝上常用的數(shù)學(xué)軟件,就可基本滿足數(shù)學(xué)建模的需要,盡量避開平時上機高峰,在暑期或節(jié)假日安排集中訓(xùn)練。
(2)學(xué)生上數(shù)學(xué)建模選修課的時間與其他課程和學(xué)生活動會發(fā)生沖突,個別學(xué)生不得不中途放棄選修課。可考慮分班分時間教學(xué),讓學(xué)生在時間上有更多選擇。
(3)由于大部分獨立學(xué)院院校都是在近幾年才開始開展數(shù)學(xué)建?;顒蛹皡⒓尤珖髮W(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,這方面的宣傳力度還不夠,部分學(xué)生甚至相當多的教師對數(shù)學(xué)及數(shù)學(xué)建模課程缺乏足夠的了解和正確的認識,不利于數(shù)學(xué)建?;顒拥膹V泛開展。應(yīng)充分重視與院系主管領(lǐng)導(dǎo)、宣傳部門及學(xué)生口的老師間的溝通交流,共同營造開展活動的良好氛圍。
在今后的工作過程中,我們將把這些好的經(jīng)驗繼續(xù)下去,盡量尋求更好的辦法去彌補不足之處。以“學(xué)用結(jié)合,以用為主”的原則,對教學(xué)內(nèi)容和方法、教學(xué)觀念和教材建設(shè)等方面進行改革,從多種渠道豐富學(xué)生的第二課堂,以吸引更多的學(xué)生了解數(shù)學(xué)建模,參與到其中,盡快提高獨立學(xué)院學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。
參考文獻
[1]嚴坤妹. 淺談培養(yǎng)和提高學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的對策[J].福建商業(yè)高等??茖W(xué)校學(xué)報,2011,(01).
關(guān)鍵詞:高校;數(shù)學(xué)建模;教學(xué)模式
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.208
0 引言
近些年來,社會經(jīng)濟取得了顯著發(fā)展,數(shù)學(xué)也成為了支撐高新技術(shù)發(fā)展的一門重要學(xué)科??紤]到社會各生產(chǎn)部門在解決實際問題時,均離不開數(shù)學(xué)建模思想及方法的幫助,因而高等院校在開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)過程中,需有機結(jié)合建模思路及實際問題,通過采取創(chuàng)新的教學(xué)方法,不斷完善建模教學(xué)模式,從而充分促進學(xué)生綜合能力的增強。
1 數(shù)學(xué)建模的相關(guān)概念
數(shù)學(xué)建模指的是出于某一特定目標的考慮,簡化并假設(shè)特定的系統(tǒng)及問題,并借助相關(guān)數(shù)學(xué)工具構(gòu)建出恰當?shù)臄?shù)學(xué)結(jié)構(gòu),從而為處理對象提供科學(xué)的控制決策,或是用來合理解釋待定的實踐狀態(tài)[1]。簡單來說,數(shù)學(xué)建模是通過數(shù)學(xué)的方法及思想來構(gòu)建出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,從而對實踐問題進行有效解決的一系列過程。
此外,數(shù)學(xué)建模還具有應(yīng)用廣泛,抽象性、綜合性及概括性強等特點,其不但需要培養(yǎng)學(xué)生具備扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的興趣,還需對其分析并解決問題、計算機應(yīng)用、信息收集與處理、自主學(xué)習(xí)等綜合能力展開全面培養(yǎng)。由此可知,通過采取數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式,可進一步促進學(xué)生學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及綜合能力的提高。
2 完善高校數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式的有效策略
2.1 確保選題的科學(xué)性
數(shù)學(xué)建模選題的科學(xué)與否會直接影響到教學(xué)的效果,因此,教師在選題過程中,需將教學(xué)計劃、教材難度以及學(xué)生實際能力水平等充分考慮在內(nèi),并嚴格遵循以問題為中心、所選題目具備足夠研究價值,以及可行性、趣味性等原則,確保能夠?qū)W(xué)生的建模興趣及研究興趣充分調(diào)動起來[2]。
2.2 做到多層面聯(lián)合
教師在開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)時,應(yīng)對建模各層面予以高度重視,將多層面聯(lián)合起來。首先,將建模步驟重點突出。教師需詳細闡述不同步驟的特點及作用,各步驟之間的協(xié)作機制等,并從建模方法這一層面出發(fā),創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的情境,理解問題,構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并進行求解及評價等。此外,還需圍繞同一建模問題來開展各個步驟的教學(xué),重點分析問題的背景,認真考察已知條件,并對模型的構(gòu)建過程進行引導(dǎo),通過向?qū)W生展示不同步驟的思維方式,從而使其對各個步驟的作用方式進行正確理解,對建模思路有一個整體把握,從而將實際問題進行有效解決。其次,對類比法、平衡原理方法等廣普性建模方法予以重視,并善于利用概率、極限、圖論、模糊數(shù)學(xué)以及層次分析等數(shù)學(xué)分支建模法。在開展各層面建模方法的教學(xué)時,教師還需把各個層面分化成具體的建模方法,并選擇實際問題來訓(xùn)練學(xué)生,使其做到融會貫通。
2.3 注重整合模式的應(yīng)用
數(shù)學(xué)建模整合模式是指整合各年級的知識,探索知識之間的銜接性及連續(xù)性,以期促進數(shù)學(xué)建模教學(xué)實效性的提高。在對模型進行整合時,需對核心課程(包括數(shù)學(xué)模型、微積分以及實驗等課程)、潛在課程(包括單科或多科選修課)以及建?;顒樱ò–UMCM集訓(xùn)、大學(xué)生建模競賽及數(shù)學(xué)應(yīng)用競賽等)予以重點關(guān)注?;诖?,本文提出了三階段的建模教學(xué)模式:第一階段的對象是大一及大二學(xué)生,目的是培養(yǎng)他們的應(yīng)用意識,使其對簡單應(yīng)用能力有一個大致掌握;第一二階段的對象是大二及大三學(xué)生,重點對其建模及應(yīng)用能力展開培養(yǎng);第三階段的對象是大三及大四學(xué)生,主要對其應(yīng)用能力及綜合研究意識進行培養(yǎng)。
2.4 分層進行
教師應(yīng)以學(xué)生的實際掌握及應(yīng)用能力為依據(jù),以模仿、轉(zhuǎn)換及構(gòu)建為主線來分層進行數(shù)學(xué)建模的教學(xué)工作。
(1)模仿階段:學(xué)生數(shù)學(xué)建模模仿能力的培養(yǎng)是建模教學(xué)中不可或缺的一項環(huán)節(jié)。教師在進行該階段的教學(xué)時,需要求學(xué)生重點研究已構(gòu)建的模型及其具體的構(gòu)建思路。與自主探索并構(gòu)建模型不同的是,對別人構(gòu)建的模型展開研究是一種被動性活動,因而在實際研究時,教師需引導(dǎo)學(xué)生重點分析如何引入并應(yīng)用模型,如何借助已有方法將答案從已知的模型中導(dǎo)出[3]??偟膩碚f,模仿階段的訓(xùn)練在數(shù)學(xué)建模教學(xué)中至關(guān)重要。(2)轉(zhuǎn)換階段:數(shù)學(xué)建模中的轉(zhuǎn)換指的是將具體的模型轉(zhuǎn)換為抽象的綜合性模型,或是把原有的模型通過提煉,轉(zhuǎn)換至另一領(lǐng)域中。對各種數(shù)學(xué)問題展開分析,其本質(zhì)便是多種數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換及組合。因此,在實際開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)時,教師需對學(xué)生轉(zhuǎn)換模型的能力展開重點培養(yǎng)。(3)構(gòu)建階段:在處理實際問題時,出于某種需求的考慮,需通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的形式來體現(xiàn)問題中的條件及相互關(guān)系,或合理取舍并簡化已知條件,再經(jīng)過重新組合,從而構(gòu)建出新的模型等,并借助已有的知識及方法進行解決??紤]到構(gòu)建模型為一項高級思維活動,并不存在固定的解決方法及模式,因而教師需將學(xué)生的邏輯思維以及非邏輯思維充分調(diào)動起來,經(jīng)過分析、概括、類比、比較、猜測及想象等過程,對學(xué)生的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建能力進行全面鍛煉。由此可知,在數(shù)學(xué)建模教學(xué)過程中,除了加強培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維以及非邏輯思維能力外,還需注重其他綜合能力的培養(yǎng),盡可能使學(xué)生掌握更多有關(guān)于工程技術(shù)以及科學(xué)等方面的知識,能夠?qū)ο到y(tǒng)進行靈活辨識,對機理進行準確分析,在順利構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,有效解決實際問題。
3 結(jié)語
綜上所述,高效教師在開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)過程中,需對學(xué)生的主體地位及其學(xué)習(xí)興趣予以重視,通過不斷完善建模教學(xué)模式,對學(xué)生的創(chuàng)造潛能進行深入挖掘,引導(dǎo)他們展開積極探索與溝通,從而充分提高學(xué)生的建模能力及問題分析與解決能力的提高,為社會培養(yǎng)更多優(yōu)質(zhì)的實踐型人才。
參考文獻:
[1]張逵,彭向陽,譚義紅等.地方本科院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式的構(gòu)建與實踐――以長沙大學(xué)為例[J].長沙大學(xué)學(xué)報,2013,27(05):112-114.
[2]顧傳甲.高校數(shù)學(xué)建模教學(xué)方法探[J].宿州教育學(xué)院學(xué)報,2015,18(06):165-166.