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關(guān)鍵詞: 數(shù)學(xué)建模 教學(xué)實(shí)效 對(duì)策
隨著“全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽”活動(dòng)的蓬勃發(fā)展,國(guó)內(nèi)越來越多的高校將數(shù)學(xué)建模課程作為必修或選修課引入課堂。數(shù)學(xué)建模是運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和方法,創(chuàng)造性地分析、解決實(shí)際問題的一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)手段,并且其解決的問題涵蓋自然科學(xué)、工程技術(shù)、生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)管理等多個(gè)領(lǐng)域,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的有效途徑。數(shù)學(xué)建模課程和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的重要性日益突出,越來越多的非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生加入到數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)習(xí)中來。但作為一門新興的、發(fā)展時(shí)間較短的課程,數(shù)學(xué)建模的教學(xué)體系并不完善,教學(xué)方法和手段也不成熟。尤其是一些起步較晚,缺乏數(shù)學(xué)建模師資團(tuán)隊(duì)的院校普遍感到數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)中存在一定困難,教學(xué)質(zhì)量不高,很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。作為數(shù)學(xué)建模選修課的教師,我結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐,對(duì)其中存在的問題和原因進(jìn)行了分析,并提出了一些提高數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)實(shí)效的對(duì)策。
一、現(xiàn)狀分析
(一)學(xué)生普遍反映課程內(nèi)容繁、難,導(dǎo)致興趣減退。
我在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),除少數(shù)學(xué)生是為了取得一定學(xué)分而選修本課程外,多數(shù)學(xué)生選課的初衷是希望通過本課程學(xué)到應(yīng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的方法,提高自身的綜合能力,并將數(shù)學(xué)建模的思想方法用于自己專業(yè)的學(xué)習(xí)研究中。但隨著課程的深入,多數(shù)學(xué)生會(huì)感到學(xué)起來頗為吃力。我認(rèn)為主要原因在于學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)模式,而數(shù)學(xué)建模涉及知識(shí)廣泛,沒有固定的解決思路,問題和解答都是開放性的,使學(xué)生感到無從下手,從而導(dǎo)致信心和興趣的減退。
(二)教師自身缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn),教學(xué)方法單一。
數(shù)學(xué)建模課程是在近二十年內(nèi)迅速發(fā)展起來的,在大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系中是一門新興課程。許多高校,尤其是類似我校區(qū)這樣的近年才起步的學(xué)校,普遍存在的問題是教師自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的缺乏。數(shù)學(xué)建模課程對(duì)教師的要求比一般數(shù)學(xué)類課程高,該課程需要教師對(duì)數(shù)學(xué)各分支的知識(shí)都有一定了解,并且自身具備較強(qiáng)的分析問題、解決問題的能力,有指導(dǎo)數(shù)學(xué)建模的經(jīng)驗(yàn)和能力,這需要一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程。而目前一些院校的數(shù)學(xué)建模教師是缺乏經(jīng)驗(yàn)的青年教師,自身也處于一個(gè)學(xué)習(xí)積累的階段,對(duì)所講授內(nèi)容的理解并不透徹,就勉為其難地站在了講臺(tái)上。這樣教師在課堂教學(xué)中難免出現(xiàn)照本宣科的現(xiàn)象,教學(xué)方法和手段也是照搬一般數(shù)學(xué)課程的模式,偏重?cái)?shù)學(xué)模型中數(shù)學(xué)知識(shí)的介紹,而忽略了問題背景、數(shù)學(xué)思想、模型形成的思想方法的介紹,這實(shí)際上是本末倒置的。
(三)課程設(shè)置預(yù)期目標(biāo)過高,未從實(shí)際情況出發(fā)。
許多學(xué)校希望通過開設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課來提高本校學(xué)生參加建模競(jìng)賽的水平,但是選修該課程的學(xué)生并不全是為競(jìng)賽而來的,有的學(xué)生只是想通過本課程了解運(yùn)用數(shù)學(xué)解決問題的途徑和方法,學(xué)生的能力參差不齊。希望通過該課程盡快提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力和水平,并在競(jìng)賽中取得好成績(jī),這樣的目標(biāo)定位太高,從而導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容偏難,使多數(shù)學(xué)生望而生畏,物極必反。
二、提高課程教學(xué)實(shí)效的對(duì)策
“興趣是最好的老師”。教師必須在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)水平等多方面下工夫,不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。只有讓學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模課程有了濃厚的興趣,才能使其學(xué)好數(shù)學(xué)建模,才能強(qiáng)化教學(xué)效果。
(一)優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容,緊密聯(lián)系生活實(shí)際。
目前有關(guān)數(shù)學(xué)建模的教材和教學(xué)參考書很多,其中較為常用的有[1-3]。這些教材中含有涉及各專業(yè)領(lǐng)域的豐富模型。在實(shí)際教學(xué)中,受到課時(shí)的限制,我們沒有必要也不可能講解所有模型。教師可以根據(jù)本校學(xué)生專業(yè)特點(diǎn),挑選一些與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)聯(lián)的,或與實(shí)際生活聯(lián)系較為密切的模型作為教學(xué)內(nèi)容;還可以自己改編一些案例。比如在講“傳染病模型”[1]時(shí),就可以修改成2003年的競(jìng)賽題“SARS的傳播”,在介紹“層次分析模型”[1]時(shí),可以為學(xué)生量身定制一個(gè)就業(yè)選擇模型。在教學(xué)內(nèi)容的選擇上,應(yīng)注意不要涉及太深?yuàn)W的專業(yè)知識(shí),盡量選擇與生活密切聯(lián)系的模型案例。這樣的案例能夠引起學(xué)生的興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
(二)優(yōu)化教學(xué)方法,授課形式靈活多樣。
本課程適合采用靈活多樣的授課形式,其中案例教學(xué)法[4]被認(rèn)為是比較適合數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)方法。我認(rèn)為在講解案例時(shí),應(yīng)充分結(jié)合課堂討論與互動(dòng),讓學(xué)生參與其中。例如在介紹“市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的蛛網(wǎng)模型”[1]時(shí),教師先介紹基本模型,并提出模型推廣的設(shè)想,然后讓學(xué)生就建模過程進(jìn)行課堂討論。只有讓學(xué)生親自參與進(jìn)來,自己主動(dòng)思考,在建模實(shí)踐中獲得真知,學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力才能得到真正的提高。
(三)明確課程定位,合理制定教學(xué)目標(biāo)。
目前,一些學(xué)校開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的目的比較功利,希望通過該課程來培養(yǎng)參加競(jìng)賽的選手,以期在大賽上有所斬獲。這樣的課程定位,違背了開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程主要是為了培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的初衷。我們應(yīng)該把“提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì),讓更多學(xué)生了解運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題的思想方法,并在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生抽象思維、邏輯推理、創(chuàng)新實(shí)踐等能力”作為數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)的根本目標(biāo)。明確了課程定位,對(duì)課程內(nèi)容的設(shè)置就不會(huì)出現(xiàn)偏難而讓學(xué)生難以理解的狀況,這樣才能真正達(dá)到本課程希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
(四)積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn),不斷提高教學(xué)水平。
提高教學(xué)實(shí)效的關(guān)鍵在于提高教師的教學(xué)水平。數(shù)學(xué)建模對(duì)教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)和分析解決問題的能力要求很高。要上好這門課,授課老師必須在課外花大量時(shí)間和精力來鉆研業(yè)務(wù),并且應(yīng)該自己動(dòng)手多做題、多思考,嘗試著做一些經(jīng)典案例用于課堂教學(xué),這樣才能不斷積累數(shù)學(xué)建模的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于類似我校區(qū)這樣經(jīng)驗(yàn)不足、缺乏教學(xué)團(tuán)隊(duì)的學(xué)校,還應(yīng)該主動(dòng)走出去,參加專業(yè)培訓(xùn),與數(shù)學(xué)建模做得比較成功的院校交流經(jīng)驗(yàn),開闊視野,通過多種渠道提高自身水平。
(五)組織校內(nèi)競(jìng)賽,鼓勵(lì)學(xué)生參與體驗(yàn)。
在教學(xué)中適當(dāng)給學(xué)生一些激勵(lì),能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。以我校區(qū)的現(xiàn)狀,如果要求學(xué)生近期在全國(guó)競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)。這樣的要求未免過高,會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生挫敗感。我們不妨在學(xué)校范圍內(nèi)組織小型數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,鼓勵(lì)學(xué)生參與其中,讓學(xué)生體會(huì)到解決問題的成就感,進(jìn)而加深對(duì)數(shù)學(xué)建模的興趣,形成良性循環(huán),逐步增強(qiáng)教學(xué)效果。
總之,數(shù)學(xué)建模是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要途徑之一。作為教師,我們要在準(zhǔn)確的課程定位下,立足于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的興趣,不斷探索行之有效的教學(xué)方法和授課模式,努力提升自身水平,切實(shí)提高數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)實(shí)效。
參考文獻(xiàn):
[1]姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學(xué)模型(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2011.
[2]楊啟帆,談之奕,何勇.數(shù)學(xué)建模[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2006.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)課程內(nèi)容;教學(xué)方式;評(píng)價(jià)體系
建國(guó)60年以來,我們的數(shù)學(xué)教育已形成了自己的特色,但是也有存在明的不足。例如,教學(xué)內(nèi)容追求形式化,偏
繁、偏深,脫離學(xué)生熟悉的生活實(shí)際,把深?yuàn)W的內(nèi)容硬性強(qiáng)加于學(xué)生,數(shù)學(xué)應(yīng)用問題和數(shù)學(xué)建模實(shí)例少;教學(xué)重視結(jié)果而忽視過程,“填鴨式”教學(xué)方式并沒有從根本上改變,結(jié)論記憶多,學(xué)生學(xué)習(xí)過程缺乏自主探索、獨(dú)立思考的機(jī)會(huì),學(xué)習(xí)方法單一、被動(dòng),學(xué)習(xí)興趣不高;在評(píng)價(jià)方式上還大面積存在著單一終結(jié)性評(píng)價(jià)、只重考試分?jǐn)?shù)的現(xiàn)象。針對(duì)這些問題,廣大教師正在探索改革的路子,課堂教學(xué)有了較大的改革,注意引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷數(shù)學(xué)知識(shí)的形成過程,創(chuàng)設(shè)問題情境,進(jìn)行自主探究、合作交流;強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模等。下面就這個(gè)問題,從課程內(nèi)容、教學(xué)方式及評(píng)價(jià)體系的改革三方面談?wù)勛约旱目捶ā?/p>
1.課程內(nèi)容改革
傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的課程內(nèi)容過分強(qiáng)調(diào)理論的整體性、統(tǒng)一性而忽視了應(yīng)用性,呈現(xiàn)出理論多,應(yīng)用少;證明多,建模少的特點(diǎn)。雖然原教學(xué)體系在培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維方面起到了重要作用,但割裂了理論與運(yùn)用之間的聯(lián)系,造成了為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí),而不是為了運(yùn)用而學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀。事實(shí)上,數(shù)學(xué)課程內(nèi)容的選擇,以服務(wù)社會(huì),服從數(shù)學(xué)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需求,滿足學(xué)生終身發(fā)展的需要為基本原則,這是基本的也是永恒的。因此,在課程內(nèi)容改革方面,我們需要改變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容繁、難、偏和重書本知識(shí)的現(xiàn)狀,加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系,關(guān)注學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),也就是說課程內(nèi)容要“生活化”。在課程中滲透一些與自然、社會(huì)和其它學(xué)科中的因素,以加強(qiáng)理論與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系,從而盡快走出教學(xué)內(nèi)容偏離生活得困境,數(shù)學(xué)課程應(yīng)提供足夠的現(xiàn)代社會(huì)生活水平中的實(shí)例。如:商場(chǎng)的有獎(jiǎng)銷售、福利彩票、交通管理等實(shí)際問題,引導(dǎo)學(xué)生更多看眼于對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的探索與思考。教學(xué)也要從具體問題情境中抽象出數(shù)學(xué)問題,再使用各種數(shù)學(xué)語言表達(dá)問題,最后通過數(shù)學(xué)知識(shí)獲得合理的解答,從而掌握相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)與技能。即教學(xué)課程需要循著“問題情境—建立數(shù)學(xué)模型—解釋—應(yīng)用—拓展”的模式進(jìn)行,體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模的過程,使學(xué)生獲得相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)、方法與技能,并為學(xué)有余力深入研究的學(xué)生提供進(jìn)一步了解該問題途徑和方法。
但是,強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)知識(shí)的“生活化”并不等于沒有限度的降低數(shù)學(xué)課程理論學(xué)習(xí)的要求。假如我們過分強(qiáng)調(diào)“生活化”卻忽視數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程的艱巨性、數(shù)學(xué)思維過程的復(fù)雜性等就會(huì)造成基本技能不落實(shí),嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量;如果一味強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的應(yīng)用性,而破壞數(shù)學(xué)學(xué)科應(yīng)有的系統(tǒng)性,因?yàn)閼?yīng)用情景的復(fù)雜、混亂導(dǎo)致知識(shí)學(xué)習(xí)的困難,進(jìn)而使數(shù)學(xué)教學(xué)的整體水平持續(xù)下降,這也是不可取的。
2.教學(xué)方式改革
改進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式是數(shù)學(xué)教育改革的核心。前些年,“教師教,學(xué)生學(xué),教師講,學(xué)生聽”是我國(guó)數(shù)學(xué)課的主導(dǎo)模式,基本上是把學(xué)生當(dāng)作消極、被動(dòng)地接受知識(shí)的容器,題海戰(zhàn)術(shù)抹殺了生動(dòng)活潑的數(shù)學(xué)思維過程,雖然邊講邊問的教學(xué)方式代替了“滿堂灌”是一大進(jìn)步,然而學(xué)生的自主探究、合作交流等環(huán)節(jié)仍然顯得很薄弱,學(xué)生學(xué)得比較被動(dòng)。所以,需要把發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),重視學(xué)生的親身體驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng),給學(xué)生提供探索的空間,使數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程成為學(xué)生在自己已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的主動(dòng)建構(gòu)過程作為改革的重點(diǎn)。也就是數(shù)學(xué)教學(xué)要“活動(dòng)化”。在強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)的今天,加強(qiáng)學(xué)生活動(dòng)是必要的。但是要求活動(dòng)要與理解當(dāng)前數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)緊密相關(guān),通過活動(dòng)理解知識(shí)本質(zhì),有效地促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)理解。當(dāng)然,在這一點(diǎn)需要教師精心設(shè)計(jì)、講解,做到講授與活動(dòng)結(jié)合,提供豐富的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境,通過有效地活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思維、獨(dú)立思考,使學(xué)生經(jīng)歷完整的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程,從而形成接受與探究結(jié)合這一目標(biāo)。
但是,在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,組織探究、交流活動(dòng)的目的應(yīng)當(dāng)是促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生更加積極主動(dòng)地投入到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之中,從而更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。假如為了營(yíng)造活躍的課堂氣氛而制造單純的“活動(dòng)化”的課堂,并且活動(dòng)內(nèi)容與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)沒有太大關(guān)系,那么這樣的活動(dòng)應(yīng)當(dāng)終止。
3.評(píng)價(jià)體系改革
過去,甚至是現(xiàn)在,所謂的評(píng)價(jià)體系在很大程度上近乎等于“考試+分?jǐn)?shù)”,考試幾乎成了對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)的代名詞,“分?jǐn)?shù)”成為衡量人才的唯一標(biāo)準(zhǔn),忽視了客觀存在的差異。如,地域差異、學(xué)生個(gè)體差異、師資條件差異、辦學(xué)環(huán)境差異等。它的最大弊端就在于簡(jiǎn)化了教育過程中最有意義和最有價(jià)值的東西,忽視了教育過程中的許多信息,學(xué)生成了僵化的數(shù)字和所排名次的代號(hào),所以從這個(gè)層面上看它不是一種公平的競(jìng)爭(zhēng)。我們認(rèn)為,考核方式應(yīng)該多樣化,紙筆考試只能作為考試的一種形式,而不是唯一形式。除對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本能力的考查可采用傳統(tǒng)方式外,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核。如,學(xué)生在學(xué)習(xí)中所反應(yīng)出的興趣、態(tài)度、習(xí)慣、意志、精神等等,可以通過建立“學(xué)習(xí)檔案”,作為考核學(xué)生的依據(jù)??上驳氖?,現(xiàn)在作為國(guó)內(nèi)最具權(quán)威的高考在評(píng)價(jià)體系上已經(jīng)開始了嘗試性的改革,正積極探索尋求一種以統(tǒng)一考試為主,多元化考試評(píng)價(jià)和多樣化選拔相結(jié)合的新路子。這雖然是“星星之火”,但畢竟已有“燎原”之勢(shì)。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;基礎(chǔ)課;模型
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
一、在高等數(shù)學(xué)課程中滲透最優(yōu)化模型、微分方程模型及幾何模型思想
在高等數(shù)學(xué)課程中,在“一元函數(shù)的極值與最大最小值”和“多元函數(shù)的極值及其求法”部分,可以使用實(shí)際問題作為例題,通過符號(hào)假設(shè)、分析問題、列最優(yōu)化的函數(shù)及約束條件,使用導(dǎo)數(shù)求解,判定是否是極值及其極值類型,判定是否為最值及其最值類型,這就是一個(gè)小的最優(yōu)化模型問題的建模及求解過程。在授課中不能只強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的推導(dǎo)和計(jì)算技巧,要提到最優(yōu)化模型,還要重視從實(shí)際問題到優(yōu)化模型的建模過程,也就是目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的來源。
微分方程是高等數(shù)學(xué)中的重要內(nèi)容,重點(diǎn)是區(qū)分常微分方程的類型,針對(duì)每種類型的微分方程會(huì)求解,對(duì)有阻尼的情況下物體自由振動(dòng)、串聯(lián)電路的振蕩等問題會(huì)建立方程,這也是小的微分方程模型,教學(xué)時(shí)可以提到經(jīng)典的人口問題的模型方程以及信號(hào)燈問題、湖水污染問題等。
積分學(xué)是高等數(shù)學(xué)的核心知識(shí)之一,一元函數(shù)的定積分和二元函數(shù)的重積分可以求一部分幾何圖形的面積,二重積分和三重積分可以求一部分立體圖形的體積,利用積分也可求物體的質(zhì)量、引力、質(zhì)心等。這些都是幾何模型和初等模型的體現(xiàn),在講解相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)對(duì)這些定積分的應(yīng)用要著重進(jìn)行分析性講解。
二、在概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程中滲透概率模型和統(tǒng)計(jì)回歸模型思想
概率模型是如何用隨機(jī)變量和概率分布描述隨機(jī)因素的影響,建立比較簡(jiǎn)單的隨機(jī)模型,主要用到概率的運(yùn)算、概率分布、期望、方差等基本知識(shí),如報(bào)童問題、隨機(jī)人口模型、傳送系統(tǒng)的效率、航空公司的預(yù)訂票策略等,在講解這些基礎(chǔ)知識(shí)時(shí),可以適當(dāng)引入案例教學(xué)。
當(dāng)無法分析實(shí)際對(duì)象內(nèi)在的因果關(guān)系,建立合乎機(jī)理規(guī)律的數(shù)學(xué)模型時(shí),往往需要搜集大量的數(shù)據(jù),通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析來建立模型。在學(xué)習(xí)數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)時(shí),可以使用實(shí)際數(shù)據(jù),如一個(gè)周期內(nèi)牙膏的銷售量、冠心病與年齡的關(guān)系等,既能更貼近實(shí)際生活,又能在解決問題時(shí)體現(xiàn)統(tǒng)計(jì)的重要作用,真正讓學(xué)生體會(huì)到各種統(tǒng)計(jì)方法的實(shí)際意義。
三、在線性代數(shù)課程中滲透矩陣在實(shí)際生活的作用
矩陣?yán)碚撌蔷€性代數(shù)課程中很重要的一部分內(nèi)容,線性代數(shù)是一門較抽象的課程。將數(shù)學(xué)建模思想融入這門課程教學(xué)中,可以有效彌補(bǔ)教材中實(shí)例少、理論聯(lián)系實(shí)際不足的現(xiàn)狀。矩陣在圖論中也具有非常重要的作用,有鄰接矩陣、關(guān)聯(lián)矩陣、可達(dá)矩陣等,著名的求解最短路問題的Dijkstra算法也是使用了矩陣的記號(hào)方便迭代運(yùn)算。MATLAB軟件專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù),一直被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作中。
四、在離散數(shù)學(xué)課程中滲透離散模型思想
離散數(shù)學(xué)課程中的一階邏輯和命題邏輯部分,教材中基本都以實(shí)際的小型問題作為例題,包括選派出差問題等,為學(xué)生建立相關(guān)的離散模型提供了可能。在圖論部分,可達(dá)問題、最短路問題、圖的著色等知識(shí)都是直接聯(lián)系實(shí)際的。在這門課程的教學(xué)中,適合采用實(shí)際案例進(jìn)行案例式教學(xué),如層次分析模型案例、循環(huán)比賽的名次、公平的席位分配等。
總之,在數(shù)學(xué)類基礎(chǔ)課程中應(yīng)適當(dāng)融入數(shù)學(xué)建模思想,通過精煉課程內(nèi)容,增加、改進(jìn)實(shí)際應(yīng)用問題的例題及練習(xí)題,改進(jìn)授課電子課件,提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)的能力,提升教學(xué)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn):
復(fù)數(shù)的概念起源于求方程的根,在二次、三次代數(shù)方程的求根中就出現(xiàn)了負(fù)數(shù)開平方的情況。在很長(zhǎng)時(shí)間里,人們對(duì)這類數(shù)不能理解。但隨著數(shù)學(xué)的發(fā)展,這類數(shù)的重要性就日益顯現(xiàn)出來。
復(fù)變函數(shù)作為理科和工科專業(yè)研究生學(xué)生的必修課,因其課程內(nèi)容抽象,推導(dǎo)繁瑣,教學(xué)效果一直得不到廣泛好評(píng),教師深刻體會(huì)到講解的不易。而MATLAB作為數(shù)學(xué)建模的主要工具,一直廣受數(shù)學(xué)建模愛好者和參加各項(xiàng)競(jìng)賽的大學(xué)生、研究生以及教師和科研工作者的喜歡,MATLAB集數(shù)值仿真、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算為一體的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言,在數(shù)學(xué)理論教學(xué)中同樣可以作為一個(gè)有力的補(bǔ)充。
應(yīng)用數(shù)學(xué)建模工具M(jìn)ATLAB實(shí)現(xiàn)工科研究生復(fù)變函數(shù)課程中案例的可視化,將晦澀難懂的數(shù)學(xué)理論轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蟆⒅庇^的圖像,便于教師講解理論和學(xué)生掌握相關(guān)實(shí)質(zhì),可以取得良好的教學(xué)效果。
二、改善理論數(shù)學(xué)的枯燥乏味,實(shí)現(xiàn)吸引學(xué)生的“理論聯(lián)系實(shí)際、眼見為實(shí)”的學(xué)習(xí)模式
在教學(xué)過程中,應(yīng)堅(jiān)持以復(fù)變函數(shù)理論為主,數(shù)學(xué)建模工具M(jìn)ATLAB的數(shù)值仿真為輔;教學(xué)講解為主,數(shù)值求解為輔;學(xué)生學(xué)習(xí)為主,教師講解為輔。因此,無論課堂演示環(huán)節(jié),還是布置課下作業(yè),都要明確課堂講授內(nèi)容,緊扣數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論,掌握理論的實(shí)質(zhì)區(qū)別,突出數(shù)學(xué)求解和研究的核心過程。
通過MATLAB的數(shù)值仿真演示環(huán)節(jié),克服學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)理論的畏難心理,有利于學(xué)生理解和對(duì)比,并且教師由淺入深,把數(shù)學(xué)基本理論的嚴(yán)謹(jǐn)推導(dǎo)和MATLAB數(shù)值仿真思想完美表達(dá)成圖形圖像,抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情,倡導(dǎo)學(xué)生用同樣的方法處理類似的習(xí)題,實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)理論思想的升華。
課堂講授在結(jié)合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的同時(shí),教師還可以利用當(dāng)下流行的思維導(dǎo)圖對(duì)復(fù)變函數(shù)理論體系進(jìn)行思維分解,對(duì)其中單值解析函數(shù)理論、黎曼曲面理論、幾何函數(shù)論、留數(shù)理論、廣義解析函數(shù)等主要內(nèi)容進(jìn)行分類,尋找聯(lián)系,逐步引出各種方法、定理,推論相互關(guān)聯(lián)的思維來源,展開頭腦風(fēng)暴,提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和開拓精神,進(jìn)一步鞏固教學(xué)效果。
三、應(yīng)用數(shù)學(xué)建模工具M(jìn)ATALAB在復(fù)變函數(shù)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)的典型案例
復(fù)變函數(shù)是級(jí)數(shù)展開式中的常用函數(shù),是一個(gè)倒數(shù)函數(shù)。
在為研究生講解時(shí),指出:泰勒展開式中各項(xiàng)的指數(shù)是非負(fù)整數(shù),洛朗展開式各項(xiàng)的指數(shù)是整數(shù)(包括負(fù)整數(shù)),所以泰勒級(jí)數(shù)可以看作是洛朗級(jí)數(shù)的特殊情形。一個(gè)函數(shù)如果可以展開成泰勒級(jí)數(shù),則它的洛朗展開式仍然是那個(gè)泰勒級(jí)數(shù)。并且,顯然利用數(shù)學(xué)建模的工具M(jìn)ATLAB使講解更加形象,便于理解。
關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué) 數(shù)模競(jìng)賽 創(chuàng)新能力培養(yǎng) 改革舉措
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.16400/ki.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(guó)家科技發(fā)展的主力軍,大學(xué)生的創(chuàng)新能力決定著國(guó)家未來的科技創(chuàng)新能力。數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與競(jìng)賽的廣泛開展對(duì)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(shí)踐中,既能增強(qiáng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí),又能提高大學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)分析和解決問題的能力,從而達(dá)到提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的目的,這個(gè)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(shí)踐過程中,進(jìn)行了一系列卓有成效的探索和改革,學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到大幅度提升。
1 更新教育理念,充分認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)建模對(duì)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(dāng)廣泛,如經(jīng)濟(jì)、計(jì)算機(jī)及軟件、管理、國(guó)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(duì)其認(rèn)識(shí)也不斷加深。但是,人們對(duì)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(rèn)識(shí)不夠深入,在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、評(píng)價(jià)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)?!泵嫦?1世紀(jì),高等教育在高度信息化的時(shí)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(shí)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(shí)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(jiǎn)單地當(dāng)作工具和方法,而要將其當(dāng)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(shí),力求培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)與應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力,真正實(shí)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(shí)踐
2.1 分層次、分模塊實(shí)施數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和競(jìng)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(shí)點(diǎn)及教師研究方向,將課程內(nèi)容分為兩個(gè)層次九個(gè)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(gè)模塊;第二層次包括離散模型、概率模型、統(tǒng)計(jì)回歸模型、數(shù)值計(jì)算與算法設(shè)計(jì)等四個(gè)模塊。第一層次針對(duì)公共選修課教學(xué),第一層次+第二層次針對(duì)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(tuán)隊(duì)集體制定課程教學(xué)大綱和實(shí)施計(jì)劃,每位教師按照課程教學(xué)大綱和實(shí)施計(jì)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(shí),根據(jù)學(xué)生知識(shí)層次,充分發(fā)揮每位教師專業(yè)優(yōu)勢(shì),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(shí)點(diǎn)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(shí),強(qiáng)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(jìng)賽中,按照“建模知識(shí)+專題講座+模擬+競(jìng)賽”的模式組織校內(nèi)建模競(jìng)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(duì)數(shù)學(xué)建模有更加深入的感知和認(rèn)識(shí),在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣和積極性的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí);四是在全國(guó)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中,按照“集訓(xùn)+軟件應(yīng)用+舊題新做+模擬選拔+強(qiáng)化訓(xùn)練”的模式組織全國(guó)建模競(jìng)賽,主要以培養(yǎng)學(xué)生的洞察力、聯(lián)想力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和吃苦精神為內(nèi)容,使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)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(tái)
網(wǎng)站將數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與數(shù)模競(jìng)賽有機(jī)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(shí)、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(tuán)隊(duì)【整體情況、課程負(fù)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(shí)驗(yàn)教學(xué)【實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)作品、實(shí)驗(yàn)報(bào)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(píng)教】、教學(xué)成果【教學(xué)成果獎(jiǎng)、獲教學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)、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(cè)】、成績(jī)考核【平時(shí)成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)】、下載專區(qū)【教學(xué)軟件、常用工具】、數(shù)模協(xié)會(huì)【協(xié)會(huì)簡(jiǎn)介、協(xié)會(huì)章程、通知公告、新聞動(dòng)態(tài)、競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、優(yōu)秀論文、往屆賽題、模擬賽題、校內(nèi)競(jìng)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(dòng)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(shí)與技能。
2.3 專業(yè)相互融合,取長(zhǎng)補(bǔ)短,充分發(fā)揮學(xué)生各自專業(yè)優(yōu)勢(shì)
數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)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(jì)算科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程四個(gè)專業(yè),其中兩個(gè)為數(shù)學(xué)類專業(yè)、兩個(gè)為計(jì)算機(jī)類專業(yè)。在課程教學(xué)中針對(duì)兩專業(yè)的長(zhǎng)處和不足,按照專業(yè)結(jié)隊(duì)子、學(xué)生結(jié)隊(duì)子的模式組織教學(xué)和小組討論,強(qiáng)化計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力培養(yǎng),強(qiáng)化數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng);在競(jìng)賽組隊(duì)中,每隊(duì)均配備至少1名計(jì)算機(jī)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(shì),取長(zhǎng)補(bǔ)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(jìng)賽效能,不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力
每年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽試題都是從實(shí)際生活中提取出的實(shí)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(jì))和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目時(shí),從往屆賽題或模擬試題中選擇一些題目,將其進(jìn)行適當(dāng)?shù)难由熳鳛閷W(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目選題。通過這一方式,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí),為學(xué)生今后從事科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)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(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽成績(jī)居全省同類院校前列
我校參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽共獲得國(guó)家一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、國(guó)家二等獎(jiǎng)6項(xiàng)、陜西省一等獎(jiǎng)33項(xiàng)、二等獎(jiǎng)71項(xiàng),4次被評(píng)為優(yōu)秀組織獎(jiǎng),1名指導(dǎo)教師獲陜西省數(shù)學(xué)建模競(jìng)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(xiàng)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(jìng)賽品牌和亮點(diǎn)。
3.2 我校數(shù)學(xué)建模教育獲得多項(xiàng)教學(xué)成果獎(jiǎng)、質(zhì)量工程項(xiàng)目及教改項(xiàng)目
教學(xué)成果獎(jiǎng):“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(shí)踐”榮獲2009年陜西省教學(xué)成果二等獎(jiǎng);“地方性院校開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)踐與探索” 榮獲2003年延安大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng);“計(jì)算機(jī)專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐” 榮獲2012年延安大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng);“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、強(qiáng)化工程素質(zhì)和創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”榮獲2011年延安大學(xué)教學(xué)成果二等獎(jiǎng);“數(shù)學(xué)建模課程改革及數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的研究與實(shí)踐”榮獲2007年延安大學(xué)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。
質(zhì)量工程項(xiàng)目:“數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)”為2010年省級(jí)特色專業(yè);“數(shù)學(xué)建模教學(xué)團(tuán)隊(duì)”為2011年省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì);“數(shù)學(xué)建模精品課程”為2012年校級(jí)精品課程;2014年“數(shù)學(xué)建?!闭n程獲批為省級(jí)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(jí)專業(yè)綜合試點(diǎn)項(xiàng)目。
教改項(xiàng)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(shí)踐”為2009年省級(jí)重點(diǎn)教改項(xiàng)目;“地方高校青年教師教學(xué)能力提升途徑的研究與實(shí)踐”為2013年省級(jí)重點(diǎn);“青年教師教學(xué)能力提升的研究與實(shí)踐”為2011年校級(jí)重點(diǎn);“計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)校企合作人才培養(yǎng)模式改革的研究與實(shí)踐”為2013年校級(jí)重點(diǎn)。
3.3 依托數(shù)學(xué)建模教育平臺(tái),推動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)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(dá)能力、綜合分析能力、思辨能力、使用當(dāng)代科技最新成果的能力、計(jì)算機(jī)編程能力、數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)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(biāo),以數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、第二課堂、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)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(shí)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(shí),為我校高素質(zhì)、應(yīng)用型人才培養(yǎng)做出貢獻(xiàn)。
基金項(xiàng)目:2013 “地方高校青年教師教學(xué)能力提升途徑的研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號(hào):13BZ37);2014年陜西本科高等學(xué)?!熬焚Y源共享課程建設(shè)”項(xiàng)目“數(shù)學(xué)建?!闭n程建設(shè)階段性成果
參考文獻(xiàn)
Abstract:This paper discusses the mathematical modeling in teaching reform in Colleges and universities the necessity, summed up the practical experience.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模 教學(xué)改革
Key words: mathematical modeling teaching reform
作者簡(jiǎn)介:林冬梅(1967.11-)山東臨朐人,淄博職業(yè)學(xué)院 講師 碩士,數(shù)學(xué)應(yīng)用專業(yè)。
數(shù)學(xué)建模教學(xué)改革是適應(yīng)、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的必須,是數(shù)學(xué)教學(xué)改革不可阻擋的潮流。
(一)、過去我們的高等教育傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)模式,割裂了理論與實(shí)踐的聯(lián)系,只注重理論和計(jì)算,而忽略了實(shí)際問題的深層次研究和應(yīng)用。目標(biāo)不明確、內(nèi)容枯燥,使學(xué)生即認(rèn)識(shí)不到數(shù)學(xué)無所不能的作用,也提不起學(xué)習(xí)的興趣。認(rèn)識(shí)不到位、缺乏興趣必然導(dǎo)致學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)松垮不牢固,繼而踏入社會(huì)后就無法用精確的數(shù)學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算解決實(shí)際問題,更無法促進(jìn)科技成果在實(shí)踐中的應(yīng)用。數(shù)學(xué)建模,從定義上,我們可以知道,是利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的一種實(shí)踐,它最大的特點(diǎn)就是解決實(shí)際問題,是一種實(shí)踐。數(shù)學(xué)建模要求學(xué)生能夠自如的融會(huì)不同的數(shù)學(xué)知識(shí)、計(jì)算機(jī)知識(shí)、運(yùn)籌學(xué)、漢語言等,使學(xué)生在解決實(shí)際問題的同時(shí),培養(yǎng)其分析綜合能力、抽象概括能力、想象洞察能力、運(yùn)用數(shù)學(xué)工具能力,為學(xué)生在日后的工作中點(diǎn)燃技術(shù)應(yīng)用的熱情,插上促科技應(yīng)用的翅膀。其次,數(shù)學(xué)建模通常采用多人組隊(duì)、明確時(shí)間、完成規(guī)定任務(wù)的形式。完成一項(xiàng)數(shù)學(xué)建模任務(wù)依靠的是成員之間的討論、分工、合作。如果把數(shù)學(xué)建??闯墒瞧髽I(yè)中的一項(xiàng)工程任務(wù),團(tuán)隊(duì)中任何一個(gè)人工作滯后都可能影響任務(wù)的進(jìn)程,最終可能會(huì)導(dǎo)致企業(yè)被淘汰出局。
(二)、從實(shí)踐層面:隨著人類社會(huì)的發(fā)展,數(shù)學(xué)的應(yīng)用以空前的廣度和深度向經(jīng)濟(jì)、金融、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、地質(zhì)、人口、交通等新的領(lǐng)域滲透,數(shù)學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分。很多教育先進(jìn)的國(guó)家已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到通過有效方式將數(shù)學(xué)與實(shí)踐密切結(jié)合起來的重要性。經(jīng)過探索,1985年美國(guó)首度推出了一種叫做MCM的一年一度大大學(xué)生數(shù)學(xué)模型競(jìng)賽,旨在通過完成問題的闡述分析,模型的假設(shè)和建立,計(jì)算結(jié)果及討論的方式,提高學(xué)生的創(chuàng)新聯(lián)想能力。隨即我國(guó)自1989年開始參加這一競(jìng)賽。數(shù)年的教學(xué)、參賽實(shí)踐證明數(shù)學(xué)建模大幅度提高了學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的意識(shí)和能力,對(duì)提高學(xué)生科研能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起到了巨大的作用?,F(xiàn)在,全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽已發(fā)展成為我國(guó)最大的學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)?;谶@個(gè)現(xiàn)實(shí),我國(guó)的許多高校加入了進(jìn)行數(shù)學(xué)建模教學(xué)的行列,而且取得了不俗的成績(jī)。比如浙大開出了面向不同對(duì)象的各種數(shù)學(xué)建模課程 6門,形成了一定的規(guī)模,每年聽課學(xué)生都達(dá)到上千人。
當(dāng)然,任何一項(xiàng)革新或制度的實(shí)施都需要具體的措施來有力保障。
首先,制定一個(gè)數(shù)學(xué)建模教學(xué)改革的規(guī)劃?!胺彩骂A(yù)則立,不預(yù)則廢”,只有在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)學(xué)建模擬定一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)教學(xué)實(shí)施規(guī)劃,才能確保數(shù)學(xué)建模教學(xué)課程的有序開設(shè)及逐步完善。該項(xiàng)規(guī)劃應(yīng)該包含以下內(nèi)容:
(一)、教學(xué)隊(duì)伍力量的評(píng)估和確立。
因數(shù)學(xué)建模較傳統(tǒng)教學(xué)而言,還是一種新興事物,為確保其在教學(xué)實(shí)踐中能夠取得預(yù)期效果,起到以點(diǎn)帶面的作用,并為日后數(shù)學(xué)建模積累豐富的經(jīng)驗(yàn),必須把認(rèn)真負(fù)責(zé)、有強(qiáng)烈敬業(yè)精神,綜合素質(zhì)高、教學(xué)效果好的教師選。然后對(duì)這支教學(xué)隊(duì)伍的教學(xué)經(jīng)歷、知識(shí)結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)專長(zhǎng)、師資配置情況進(jìn)行綜合評(píng)估,確保教學(xué)隊(duì)伍年齡、知識(shí)、專業(yè)的合理性。
(二)、明確數(shù)學(xué)建模課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu),教學(xué)內(nèi)容組織方式與目的。
數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)內(nèi)容可分為:(1)、建模概論,介紹什么是數(shù)學(xué)模型,建模的一般步驟與一些注意點(diǎn)。(2)、初等模型,介紹如何用微積分方法來研究生活中經(jīng)常遇到的一些問題。(3)、微分方程模型,在介紹人口模型、服藥治療等問題的同時(shí),介紹集中參數(shù)法與分布參數(shù)法、工程師原則、房室系統(tǒng)方法、參數(shù)識(shí)別等常用的建模技巧。(4)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型,介紹線性代數(shù)中向量、矩陣的靈活應(yīng)用,線性空間、線性相關(guān)與獨(dú)立概念的應(yīng)用、特征值在矩陣迭代中的作用等。(5)、優(yōu)化模型。(6)、計(jì)算復(fù)雜性簡(jiǎn)介,通過實(shí)例讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到計(jì)算量大小的重要性。(7)、離散模型,介紹由于計(jì)算機(jī)科學(xué)的最新發(fā)展而產(chǎn)生的一些新問題和新模型。(8)、決策與對(duì)策,介紹一些常見的決策與對(duì)策問題及最新發(fā)展。(9)、邏輯模型,介紹邏輯推理在建模中的應(yīng)用,邏輯推理方法在信息論建立上的應(yīng)用等。
(三)、教學(xué)條件的創(chuàng)造,包含教材使用與建設(shè);為促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)提供擴(kuò)充性資料;創(chuàng)造實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。
1、精心比較挑選較大影響的數(shù)學(xué)建模教材,并在教改實(shí)踐中不斷積累豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教案,在此基礎(chǔ)上,在規(guī)劃時(shí)間內(nèi)出版適合本校特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)性教材,并廣泛推廣使用。
2、建立了全校性數(shù)據(jù)中心,高性能大容量的網(wǎng)絡(luò)課件服務(wù)器和磁盤存貯系統(tǒng),建立數(shù)學(xué)建模板塊,對(duì)優(yōu)秀學(xué)生實(shí)踐論文、獲獎(jiǎng)?wù)撐倪M(jìn)行匯編、提供最新建模參考文獻(xiàn)集、國(guó)內(nèi)外大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽題匯編等。
3、與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)密切聯(lián)系,建立適合本校教學(xué)特點(diǎn)的數(shù)學(xué)建模實(shí)踐基地,使學(xué)生有良好的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境。
《高等數(shù)學(xué)》是大學(xué)理工科學(xué)生的一門重要的基礎(chǔ)課程。可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力、抽象思維能力、思維方法和知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成等方面有著其他課程無可替代的優(yōu)勢(shì)與作用。它不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程提供必需的數(shù)學(xué)知識(shí),也為學(xué)生學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程提供必需的知識(shí)儲(chǔ)備。筆者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出了將數(shù)學(xué)建模思想融入到高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的必要性,并就高等數(shù)學(xué)教學(xué)過程中存在的一些問題和將數(shù)學(xué)建模思想融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的幾點(diǎn)措施進(jìn)行了探討研究。
1 將數(shù)學(xué)建模思想融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的必要性
隨著近代數(shù)學(xué)及其應(yīng)用的發(fā)展,高等數(shù)學(xué)的基本理論和思維方法已經(jīng)滲透到了經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域之中,刻畫和表達(dá)各種自然和社會(huì)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)方法得到了空前發(fā)展,其中將數(shù)學(xué)建模的思想融入到高等數(shù)學(xué)的教學(xué)當(dāng)中就顯得尤為重要。數(shù)學(xué)建模是通過數(shù)學(xué)語言(由數(shù)字、字母、數(shù)學(xué)符號(hào)組成的公式、圖表或程序)來模仿和描述實(shí)際問題中的數(shù)量關(guān)系和空間形式,是將數(shù)學(xué)和客觀實(shí)際聯(lián)系起來的紐帶。數(shù)學(xué)建模在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的重要作用已經(jīng)日益受到數(shù)學(xué)界和社會(huì)各界的普遍重視。將數(shù)學(xué)建模應(yīng)用到高等數(shù)學(xué)的教學(xué)中不僅可以使學(xué)生的數(shù)學(xué)意識(shí)和數(shù)學(xué)思維有較大的提高,而且使學(xué)生認(rèn)識(shí)到了數(shù)學(xué)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的根本作用,感受到數(shù)學(xué)與實(shí)際生活的貼近之處,從而極大地提高了學(xué)生對(duì)高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣以及分析推理能力和解決實(shí)際問題的能力(包括將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型和將數(shù)學(xué)模型的結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際現(xiàn)象)??梢姡诟叩葦?shù)學(xué)的教學(xué)過程中,結(jié)合數(shù)學(xué)建模的思想,有助于培養(yǎng)學(xué)生的各種能力問題,如科學(xué)創(chuàng)新能力,數(shù)學(xué)表達(dá)能力和綜合應(yīng)用能力等,對(duì)學(xué)生基本素質(zhì)的培養(yǎng)起著十分重要的作用。根據(jù)高校高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)高等數(shù)學(xué)的教學(xué)需立足課程開設(shè)的初衷,通過結(jié)合模型案例,采用豐富的教學(xué)方式有效地發(fā)揮高等數(shù)學(xué)在人才培養(yǎng)中的重要作用,引導(dǎo)和幫助學(xué)生學(xué)好高等數(shù)學(xué)這門課程,努力提高教學(xué)效果,實(shí)現(xiàn)教學(xué)大綱中的培養(yǎng)目標(biāo)―― 要求學(xué)生在具備基本數(shù)學(xué)知識(shí)的同時(shí),能夠利用數(shù)學(xué)工具研究實(shí)際問題,通過數(shù)學(xué)建模、理論分析、數(shù)值計(jì)算等定量分析,以求找到客觀世界的內(nèi)在規(guī)律并以指導(dǎo)實(shí)踐,對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有十分重要的意義。
2 高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)中存在的一些問題
就目前來看,我國(guó)高等院校數(shù)學(xué)的教學(xué)中主要存在以下幾方面的問題:
(1)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系方面還是延續(xù)了傳統(tǒng)教學(xué)的方法,概念陳舊,沒有創(chuàng)新,仍以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和邏輯思維能力為目標(biāo),學(xué)生學(xué)習(xí)起來也較為枯燥乏味,無法培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,教學(xué)內(nèi)容和工科專業(yè)聯(lián)系也不緊密,阻礙了高等數(shù)學(xué)的發(fā)展。
(2)由于課程內(nèi)容單調(diào),教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)大綱過于死板,教師在教學(xué)過程中側(cè)重于傳授知識(shí),忽略了數(shù)學(xué)思想方法的傳授,受講課時(shí)間限制和學(xué)生人數(shù)多等因素的影響,現(xiàn)今高等數(shù)學(xué)都采取了中學(xué)的授課方式,教學(xué)方式是老師講課、學(xué)生聽課做筆記、讀指定參考書做作業(yè),沉悶的課堂氣氛和單調(diào)的教學(xué)手段削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(3)剛?cè)胄5拇髮W(xué)生由于對(duì)高等數(shù)學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不夠,對(duì)后繼課程的學(xué)習(xí)需求不夠了解,在學(xué)習(xí)過程中不夠認(rèn)真,課堂學(xué)習(xí)時(shí)不能夠全身心地投入,課后也不愿意多花時(shí)間思考和復(fù)習(xí),影響了數(shù)學(xué)教學(xué)的質(zhì)量和效果,這不僅使教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn),而且影響了其它后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。
3 將數(shù)學(xué)建模思想融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的幾點(diǎn)措施
針對(duì)上述問題,筆者在與專業(yè)課教師交流并聽取學(xué)生對(duì)高等數(shù)學(xué)課程看法的基礎(chǔ)上,總結(jié)出將數(shù)學(xué)建模思想融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的幾點(diǎn)措施。
(1)結(jié)合教材,以應(yīng)用題為突破口,適時(shí)用數(shù)學(xué)建模案例替換教材中的相關(guān)例題,幫助學(xué)生理解模型案例與數(shù)學(xué)的關(guān)系,創(chuàng)設(shè)與教材的內(nèi)容相吻合的實(shí)際情境,幫助學(xué)生學(xué)習(xí)基本理論和知識(shí)內(nèi)容。創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)教學(xué)可以采用以下兩種方式進(jìn)行,第一種為教師口頭表述某一實(shí)際問題或利用多媒體通過文字、聲音和圖像的方式展示某一實(shí)際應(yīng)用問題,表明其中涉及的數(shù)學(xué)問題;第二種為教師直接提供學(xué)習(xí)資料給學(xué)生,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)資料中進(jìn)行自主學(xué)習(xí),尋找其中的數(shù)學(xué)問題,并對(duì)這一問題通過數(shù)學(xué)模型解決。這樣一方面提高了學(xué)生的興趣,另一方面幫助學(xué)生明確數(shù)學(xué)知識(shí)和思維在解決實(shí)際問題中發(fā)揮的作用,進(jìn)而初步建立數(shù)學(xué)模型的思維方式。
(2)結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)類型對(duì)學(xué)生進(jìn)行專項(xiàng)的建?;顒?dòng)。教師可以適時(shí)地讓學(xué)生在自己動(dòng)手動(dòng)腦中尋求發(fā)展,在實(shí)踐中體驗(yàn)教學(xué),真正實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變。改變教學(xué)方式,由學(xué)生協(xié)助完成,使他們能夠?qū)?jīng)過加工提煉的數(shù)學(xué)問題構(gòu)建模型。例如在等比數(shù)列的教學(xué)中,可以設(shè)計(jì)以下的活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展:利用課余時(shí)間到附近的銀行調(diào)查降息前后銀行的利息變化,并考慮向銀行以按揭貸款20年的方式歸還款項(xiàng)的5年期月均還款額、還款總額和利息負(fù)擔(dān)各降低了多少?(把整個(gè)活動(dòng)寫成小論文的形式交流)。
關(guān)鍵詞:高等數(shù)學(xué);數(shù)學(xué)建模;改革與探索
1引言
高等數(shù)學(xué)在高等教育培養(yǎng)中占有相當(dāng)重要的地位,是大學(xué)數(shù)學(xué)教育的核心課程。在自然現(xiàn)象與社會(huì)現(xiàn)象中的應(yīng)用十分廣泛,是學(xué)生學(xué)習(xí)后繼課程的基本工具之一,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力、空間想象能力和數(shù)學(xué)素養(yǎng)有著重要的意義。目前的高等數(shù)學(xué)教學(xué)中,教師普遍仍以傳授學(xué)生單純的數(shù)學(xué)知識(shí)為主,使學(xué)生得到一系列從定義、公理到定理的完美體系。這種對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的嚴(yán)密性、系統(tǒng)性、抽象性的過分追求,導(dǎo)致出現(xiàn)了諸如內(nèi)容多、負(fù)擔(dān)重、枯燥乏味、學(xué)生缺乏良好學(xué)習(xí)愿望的一些現(xiàn)象,從而進(jìn)一步影響到了教學(xué)效果。在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中,如何與本專業(yè)相結(jié)合體現(xiàn)高等數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值;如何針對(duì)專業(yè)進(jìn)行數(shù)學(xué)教育,使學(xué)生形成正確的學(xué)習(xí)態(tài)度,以此為切入點(diǎn)來加強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng),就顯得尤為重要了。數(shù)學(xué)建模是指對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一些特定問題,進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化和假設(shè),借助于信息技術(shù)通過學(xué)生親自設(shè)計(jì)和動(dòng)手,體驗(yàn)解決問題的過程。簡(jiǎn)而言之,數(shù)學(xué)建模就是將課堂或書本上的抽象理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中,解決現(xiàn)實(shí)問題的一門學(xué)科。解決實(shí)際問題中最關(guān)鍵的一步,就是應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)建立數(shù)學(xué)模型來解決實(shí)際問題。只要是要用數(shù)學(xué)解決的實(shí)際問題,就必須運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的思想和方法來解決。可見,通過適當(dāng)?shù)姆绞?,嘗試將數(shù)學(xué)建模的思想和方法融入到高等數(shù)學(xué)教學(xué)課堂中,讓學(xué)生參與、感受通過所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的喜悅,極大地促進(jìn)了高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的發(fā)展。
2高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的重要性和基于數(shù)學(xué)建模思想的高等數(shù)學(xué)教學(xué)的必要性
2.1高等數(shù)學(xué)課程改革的重要性
高等數(shù)學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,其教學(xué)模式和教學(xué)方法雖然也進(jìn)行了一系列的改革,但還有一些問題需要進(jìn)一步探討。主要表現(xiàn)為以下幾方面:
2.1.1教師沒有使高等數(shù)學(xué)與所學(xué)專業(yè)較好地相結(jié)合,教學(xué)內(nèi)容缺乏針對(duì)性與應(yīng)用性
傳統(tǒng)教學(xué)中,高等數(shù)學(xué)課程教師普遍單一地講授高等數(shù)學(xué)的理論和計(jì)算,并沒有把后續(xù)支撐專業(yè)課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容講解透徹,容易使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)是枯燥的,學(xué)習(xí)的自我效能感也不高。造成如此現(xiàn)象的出現(xiàn),原因是多方面的。就教師而言,也與教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)不良有關(guān),俗話說“隔行如隔山”,一般教師對(duì)學(xué)生后繼課程中需要用到的高等數(shù)學(xué)相關(guān)知識(shí)不是很了解。所以,教師應(yīng)使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到高等數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情;使學(xué)生逐步培養(yǎng)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的意識(shí),發(fā)展學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力。通過高等數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生所學(xué)專業(yè)課程的相互結(jié)合,在知識(shí)點(diǎn)上為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供了一定的支撐。
2.1.2教師在教學(xué)中不能很好地體現(xiàn)數(shù)學(xué)的應(yīng)用性
數(shù)學(xué)的本質(zhì)和特征決定了數(shù)學(xué)具有兩方面的價(jià)值,其中之一即為它的應(yīng)用價(jià)值,數(shù)學(xué)必須為社會(huì)實(shí)踐服務(wù)。高等數(shù)學(xué)是其他專業(yè)教學(xué)的主要支撐學(xué)科,而這個(gè)支撐作用主要體現(xiàn)在應(yīng)用當(dāng)中。由于高等數(shù)學(xué)課程內(nèi)容多、課時(shí)也多,并且教師多采用傳統(tǒng)方法教學(xué),從而忽視了數(shù)學(xué)思想和背景的教育。事實(shí)表明,學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)的學(xué)生,在工作和生活中一般很少應(yīng)用高等數(shù)學(xué)的知識(shí)去理解、處理實(shí)際問題。因此,高等數(shù)學(xué)教學(xué)的導(dǎo)向主要遵循基礎(chǔ)為先、應(yīng)用為目的,讓學(xué)生把所學(xué)到的高等數(shù)學(xué)知識(shí)與本專業(yè)發(fā)展緊密結(jié)合起來。
2.1.3教師不能很好地引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)學(xué)與數(shù)學(xué)建模的重要關(guān)系
自從有了數(shù)學(xué),人們需要用數(shù)學(xué)的知識(shí)和方法去解決實(shí)際問題,數(shù)學(xué)建模就沒有停止過。但是,在實(shí)際數(shù)學(xué)教學(xué)中,數(shù)學(xué)教師受一些教學(xué)制度的約束,往往過于重視理論知識(shí)的傳授和背誦來應(yīng)付傳統(tǒng)的考試制度。在課時(shí)約束的情況下,若側(cè)重于講解和分析數(shù)學(xué)思想方法和實(shí)際應(yīng)用,則對(duì)典型例題和技巧方法的總結(jié)和講解就會(huì)減少。進(jìn)而,教師就不能很好地引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)學(xué)與數(shù)學(xué)建模的重要關(guān)系了。
2.2基于數(shù)學(xué)建模思想的高等數(shù)學(xué)教學(xué)是改革高等數(shù)學(xué)教學(xué)方法的有力措施之一
隨著數(shù)學(xué)建模的流行,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)模式受到了一定的沖擊。許多專家指出,數(shù)學(xué)建模是將高等數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)中、解決實(shí)際問題的有效途徑。將數(shù)學(xué)建模思想滲透到高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)中,會(huì)使學(xué)生感到數(shù)學(xué)無處不在,數(shù)學(xué)思想與方法無所不能。因而,基于數(shù)學(xué)建模思想的高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革,不僅符合當(dāng)前素質(zhì)教育對(duì)高等數(shù)學(xué)教學(xué)提出的要求,同時(shí)也確實(shí)是一個(gè)重要方法。
2.2.1當(dāng)前高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的弊端
在高等數(shù)學(xué)的教學(xué)過程中,缺乏一些實(shí)際問題的引入,學(xué)生只能為學(xué)數(shù)學(xué)而學(xué)數(shù)學(xué),完全是被動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。教學(xué)內(nèi)容的安排上缺少新意,缺乏數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)計(jì)算機(jī)演示,學(xué)生較難理解一些抽象的數(shù)學(xué)概念。另外,高等數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中,大多數(shù)是粉筆加黑板的傳統(tǒng)教學(xué)手段,老師講解,學(xué)生聽講,理論性知識(shí)多,應(yīng)用性知識(shí)少,使得學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒,教學(xué)效果欠佳。
2.2.2數(shù)學(xué)建模是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和提高學(xué)習(xí)興趣的有效途徑
數(shù)學(xué)建模是聯(lián)系數(shù)學(xué)知識(shí)與實(shí)際問題的橋梁,是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的有力措施。與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程不同,它的問題一般是合適的社會(huì)熱點(diǎn)和興趣問題,大多都沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。在建模過程上往往要求學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力,盡可能地開動(dòng)腦筋、拓展思路,構(gòu)造不同的數(shù)學(xué)模型。學(xué)生通過數(shù)學(xué)建模過程的參與,激發(fā)了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,提高了學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
3基于數(shù)學(xué)建模思想的高等數(shù)學(xué)教學(xué)的改革與探索
數(shù)學(xué)建模的價(jià)值在于讓學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí),把握數(shù)學(xué)在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用能力。所以,高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革的落腳點(diǎn)就是讓學(xué)生領(lǐng)悟并掌握數(shù)學(xué)的應(yīng)用,隨時(shí)將數(shù)學(xué)建模思想方法滲透于高等數(shù)學(xué)教學(xué)中。
3.1在高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和方式中逐步融入數(shù)學(xué)建模思想
在高等數(shù)學(xué)的教學(xué)中,教學(xué)內(nèi)容要緊扣學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn),建立聯(lián)系實(shí)際、聯(lián)系專業(yè)、融合多媒體信息技術(shù)的高等數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容體系。在教學(xué)方式上,可以以數(shù)學(xué)知識(shí)為主線,插入具體問題和實(shí)踐背景資料,也可以以應(yīng)用和問題為中心,逐步體現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)和概念。數(shù)學(xué)教師應(yīng)將專業(yè)知識(shí)背景融入數(shù)學(xué)教學(xué)中,聯(lián)合高等數(shù)學(xué)原理進(jìn)行講解,有助于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析處理實(shí)際專業(yè)問題的能力。從而,使高等數(shù)學(xué)教學(xué)變得更有活力、教學(xué)效果更有保證。
3.2在高等數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)上應(yīng)側(cè)重于學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和能力的培養(yǎng)
數(shù)學(xué)的發(fā)展過程可以概括為“問題—抽象—模型建立—應(yīng)用”的循環(huán)出現(xiàn),使其產(chǎn)生的成果用于實(shí)際。因此,高等數(shù)學(xué)在教學(xué)目標(biāo)上應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生解決問題的方法,培養(yǎng)學(xué)生把知識(shí)用于實(shí)際的能力。通過用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題,讓學(xué)生在利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題的過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的自我潛力,使學(xué)生真切感受到學(xué)以致用和數(shù)學(xué)課程對(duì)本專業(yè)的支撐作用,大大有助于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用數(shù)學(xué)能力和創(chuàng)新能力。
3.3在高等數(shù)學(xué)教學(xué)方法和手段上利用數(shù)學(xué)建模特有優(yōu)勢(shì)進(jìn)行改革
在教學(xué)方法上,部分內(nèi)容可選用與學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)緊密結(jié)合的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行案例教學(xué)和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),使學(xué)生的高等數(shù)學(xué)與專業(yè)課學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系,相互促進(jìn)。這樣不但能夠提高課堂教學(xué)效率,還可豐富課堂教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)手段上,盡量應(yīng)用多媒體教學(xué)動(dòng)態(tài)演示三維空間圖像以及隨機(jī)動(dòng)態(tài)模擬等內(nèi)容,增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性,使枯燥的數(shù)學(xué)概念變得生動(dòng)靈活起來。這種更有利于突出數(shù)學(xué)建模思想的高等數(shù)學(xué)教學(xué)方法,實(shí)現(xiàn)了教學(xué)效率的最優(yōu)化,同時(shí)也使學(xué)生體驗(yàn)到了數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。
3.4引導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)各類數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)
數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)影響著高校數(shù)學(xué)課程的設(shè)置和教學(xué)改革,為學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的提高、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)搭建了一個(gè)訓(xùn)練檢測(cè)平臺(tái)。為了培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí),提高創(chuàng)造性解決問題的能力,參加各級(jí)各類數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是一種行之有效的方式。通過在課后習(xí)題中布置一些實(shí)用性的開放性問題,或者學(xué)生自己結(jié)合專業(yè)等選擇與所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)相關(guān)的題目,可以分小組以小論文的形式遞交作業(yè)。這樣不僅培養(yǎng)了學(xué)生將數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的能力,也能從中挖掘?qū)W生的潛力,為選拔學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽提供了參考。
4結(jié)語
基于數(shù)學(xué)建模的思想的高等數(shù)學(xué)教學(xué),既注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,也是數(shù)學(xué)教育改革的發(fā)展方向。數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的目的在于數(shù)學(xué)的應(yīng)用,通過數(shù)學(xué)建模的力量極大地推動(dòng)高等數(shù)學(xué)教學(xué)的改革,讓每一個(gè)學(xué)生都積極投入數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)活動(dòng),使不同的學(xué)生獲得對(duì)己有用的數(shù)學(xué)知識(shí),實(shí)現(xiàn)為社會(huì)輸送優(yōu)秀人才的終極目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2014.
[2]姜啟源.數(shù)學(xué)模型[M].北京:高等教育出版社,2003.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;分層次教學(xué);學(xué)習(xí)興趣
中圖分類號(hào):G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2014)26-0163-03
《數(shù)學(xué)建模》課程不僅是數(shù)學(xué)類、經(jīng)管類、信息類各專業(yè)的必修課,同時(shí)也是許多工科專業(yè)的必修、限選或者任選課程[2-4]。該課程是連接數(shù)學(xué)理論與實(shí)際應(yīng)用的紐帶與橋梁,也是培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)特色人才的方式。開設(shè)《數(shù)學(xué)建?!愤@門課程無疑對(duì)提高學(xué)生的現(xiàn)代數(shù)學(xué)素質(zhì),拓深有關(guān)數(shù)學(xué)理論,培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的合格本科畢業(yè)生具有重要意義。然而課程的綜合性、抽象性、應(yīng)用性與課時(shí)有限之間的矛盾給教學(xué)造成了困難。筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐,就如何提高數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了如下探討。
一、分層次教學(xué)
《數(shù)學(xué)建?!丰槍?duì)不同專業(yè)的學(xué)生,學(xué)時(shí)安排和開課時(shí)間是不一樣的,大體上有36學(xué)時(shí)、48學(xué)時(shí)、54學(xué)時(shí)和72學(xué)時(shí),開課時(shí)間也分為第二學(xué)年的上學(xué)期和下學(xué)期。因此根據(jù)不同的情況優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、分層次教學(xué)就顯得很重要了。為突出理論與實(shí)踐相結(jié)合,依據(jù)教育部課程指導(dǎo)委員會(huì)《數(shù)學(xué)建模教學(xué)基本要求》,應(yīng)立足于教材,依優(yōu)化原則設(shè)計(jì)教學(xué)大綱,提出教學(xué)目的,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?。根?jù)筆者在大學(xué)幾年來的教學(xué)實(shí)踐,對(duì)于36學(xué)時(shí)的專業(yè),只講數(shù)學(xué)建模的基本內(nèi)容,讓學(xué)生們對(duì)數(shù)學(xué)建模有大概的了解,利用他們已學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)解決一些現(xiàn)實(shí)中的問題。主要講授和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為:數(shù)學(xué)建模的概念、初等模型、簡(jiǎn)單優(yōu)化模型、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型;微分方程模型、統(tǒng)計(jì)回歸模型、數(shù)學(xué)軟件(Matlab、Lingo)的入門以及五個(gè)建模實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽培訓(xùn)課程[1]。對(duì)于48學(xué)時(shí)和54課時(shí)的專業(yè),則可以在數(shù)學(xué)建模的基本內(nèi)容基礎(chǔ)上,講解一些后續(xù)課程,比如代數(shù)方程與差分方程模型,微分方程的穩(wěn)定性模型,離散模型和概率模型。這些模型的講解目的是為這些專業(yè)的學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽打好基礎(chǔ),通過競(jìng)賽真正讓學(xué)生們了解數(shù)學(xué)的強(qiáng)大作用,讓他們學(xué)會(huì)如何將數(shù)學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)用的工具解決現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的問題,做到學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際。對(duì)于72學(xué)時(shí)的專業(yè)來說,問題要復(fù)雜一些,雖然課時(shí)較多,但是卻是針對(duì)信息、機(jī)械、經(jīng)管類等工科專業(yè),學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱,然而專業(yè)背景對(duì)數(shù)學(xué)建模的要求都比較高,除了要講完54學(xué)時(shí)的所有課程之外,還應(yīng)該加上隨機(jī)過程中的一些模型,比如博弈模型、馬氏鏈模型、動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型[1,5]。在講課的過程中不斷強(qiáng)化數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用,并結(jié)合實(shí)際課堂情況,向?qū)W生介紹日常生活中常見的有關(guān)數(shù)學(xué)模型的現(xiàn)象,活躍課堂氣氛。
二、制定詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃
第一,教學(xué)準(zhǔn)備方面:課前要精心備課。首先,數(shù)學(xué)建模課程要求教師有一定的數(shù)學(xué)理論知識(shí)和數(shù)學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ),因此要求教師用充足的時(shí)間準(zhǔn)備相關(guān)的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用背景。在學(xué)期初,要對(duì)整個(gè)課程進(jìn)行宏觀把握、制定教學(xué)計(jì)劃、安排教學(xué)進(jìn)度,在上課之前,要明確每一章教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn),確定教學(xué)方法。其次,數(shù)學(xué)建模課程強(qiáng)調(diào)理論性和實(shí)踐性相結(jié)合,應(yīng)適當(dāng)加大實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容,如數(shù)學(xué)建模的發(fā)展及應(yīng)用、對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的數(shù)學(xué)模型分析與研究,以此來培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
第二,課堂教學(xué)環(huán)節(jié):首先,在授課開始時(shí),讓學(xué)生明確每堂課研究的主要內(nèi)容及實(shí)質(zhì),多引用一些身邊的數(shù)學(xué)模型的例子。通過展示、剖析、講解,引發(fā)學(xué)生思考,提高他們的積極性,引導(dǎo)并增強(qiáng)他們運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的能力。其次,充分利用多媒體教學(xué),更好的發(fā)揮課件的優(yōu)勢(shì)。其他課程我們多采用傳統(tǒng)的“一只粉筆,一張嘴”的教學(xué)模式,在這樣的模式下,教師需要盡量將所有教學(xué)內(nèi)容都裝在腦子里,相當(dāng)辛苦,而且不能保證每堂課的教學(xué)質(zhì)量都一樣。利用多媒體教學(xué)可以將最醒目的信息凸顯出來,成為課程內(nèi)容的線索和重要信息的載體。在條件允許的情況下還可以加上一些圖標(biāo)、視頻來幫助學(xué)生理解,使得教學(xué)的內(nèi)容更加形象,更加具體,實(shí)現(xiàn)立體化的教學(xué)。最后,教學(xué)方法要靈活多變,教師要多關(guān)注學(xué)生的表情,以便調(diào)整教學(xué)。學(xué)生普遍都喜歡生動(dòng)的講授方式,如果課題上教師能用生動(dòng)的表達(dá)方式采用他們熟悉而感興趣的知識(shí)來講解數(shù)學(xué)建模問題,那一定會(huì)增強(qiáng)教學(xué)效果。
第三,課后討論環(huán)節(jié):教師可以在課堂上提出一些恰當(dāng)?shù)?、更深層次的問題,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到課下的研究當(dāng)中。首先,要教會(huì)學(xué)生有目的、有方向地查找自己所需資料。在這個(gè)環(huán)節(jié)中,教師可以給學(xué)生提供查找資料的方向,教會(huì)學(xué)生查資料的方法,利用學(xué)校的、社會(huì)的以及網(wǎng)絡(luò)的資源,來完成老師布置的任務(wù)。其次,鼓勵(lì)學(xué)生采用小組合作的方式進(jìn)行研究。教師可以根據(jù)教學(xué)需要,將學(xué)生分成一些學(xué)習(xí)小組,每組成員三至五人。當(dāng)然學(xué)生也可以自行組合。教師創(chuàng)設(shè)出特定的情景,提出每個(gè)小組所要研究的領(lǐng)域及要解決的問題。最后,發(fā)揮學(xué)生的主體作用,以小組形式匯報(bào)自己的研究進(jìn)展,讓學(xué)生當(dāng)老師,老師掌控討論大局。在這個(gè)過程中,學(xué)生既是文化知識(shí)的被動(dòng)接收者,也是知識(shí)的積極探索者。師生共同討論參與知識(shí)的研究和傳播,使學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中鍛煉自己的搜索信息能力、組織能力和口頭表述能力,同時(shí)培養(yǎng)了老師駕馭課堂的能力和學(xué)生尊師重教的良好習(xí)慣。
三、創(chuàng)新考核方式
傳統(tǒng)的課程考核方式往往僅憑一次期末的閉卷考試來考查學(xué)生對(duì)這門課程的掌握程度。作者認(rèn)為,這樣對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)其實(shí)是不夠客觀、公正的?;谝陨戏治觯覀冞€應(yīng)結(jié)合這門課的特點(diǎn),設(shè)計(jì)其他靈活多樣的方式來考核。主要包括以下幾方面。
第一,上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)。數(shù)學(xué)建模課每周安排了兩個(gè)學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn),通過上機(jī)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生學(xué)會(huì)使用matlab,lingo等計(jì)算軟件,以實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計(jì)算。基于這一點(diǎn),我們現(xiàn)在將平時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)算作最終考核的20%,鼓勵(lì)學(xué)生不拘泥于期末考試,努力嘗試新事物,開拓新思想,提高自己實(shí)際動(dòng)手能力。
第二,數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽成績(jī)。每年學(xué)校和國(guó)家都會(huì)舉辦大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,通過建模競(jìng)賽,不僅能提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)理論和方法解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力,還能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,利用這個(gè)機(jī)會(huì),我們也打算將數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的成績(jī)納入最終考核體系,以提高學(xué)生參加競(jìng)賽的積極性。這一部分占最終考核的10%。
第三,綜合性評(píng)定成績(jī)。這個(gè)考核模塊包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。一是期末考核成績(jī)。期末考核以課程論文或調(diào)查報(bào)告的形式呈現(xiàn),占最終考核的60%。從學(xué)生的論文和報(bào)告中可以看出學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模課程的掌握程度。二是綜合性作業(yè)成績(jī)。包括平時(shí)考勤、小組討論、社會(huì)實(shí)踐等,這一部分占最終考核的10%。通過考勤可以看出學(xué)生對(duì)課程的重視程度,通過小組討論可以看出學(xué)生對(duì)相關(guān)問題的理解和思考,通過社會(huì)實(shí)踐,不僅可以激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手能力,而且可以培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)嶋H應(yīng)用、提出問題的意識(shí),增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。
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級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
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