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【中圖分類號】G620
教育改革以后,國家對小學信息化教育不斷投入,給各個學校配備了相應的信息設備,為學校開展信息技術課程提供了硬件上的保障,此舉措使得城鄉教育變得公平。但是,在一些特殊地區,由于對硬件設施的維護不夠,且教師資源匱乏,使得信息技術課程被忽視。信息技術課程成為一種擺設,沒有實質性作用,教學質量極差。對于這樣的情況,加強對信息技術教育課程的評價與檢測是非常必要的,通過對信息技術終結性評價模型的構建,來對學校信息技術教育質量的檢測。
一、 小學信息技術終結性評價模型構建
1、 模型構建的基本原則
要想對小學信息技術課程質量進行評價,不僅要滿足小學信息技術課程的特點,還要符合信息技術的教學標準。只有這樣,才能更好地對教學質量進行診斷,從而為小學信息技術教學提供發展的空間與機會,最終達到提高學校的教學水平,培養學生的學習能力。小學信息技術終結性評價模型具有三個原則:
首先,評價客觀上上以人為本原則。以人為本是指在評價上,要以對學生的信息教育與培養為根本需求,以教師教學環境下的教育目標為評價依據,從而達到促進教師與學生為主體的發展。
其次,評價目標的層次性原則。所謂的層次性原則指的是,要根據不同學校的條件,進行等級的劃分,從而形成分層次評價等級。根據不同學校、不同的教學設施,學生對知識的接受能力,從而形成分層次評價標準,最終對操作性與創作性能力的不同進行診斷,診斷出其中的差異。
最后,評價實施的操作性原則。操作性指的是在進行評價時,要便于操作,可以滿足不同學校的要求。這樣便可以根據不同學校的條件,教師的水平等進行綜合的檢測,使得不同層次的學校有不同的評價結果,最終達到檢測的目標能夠與實際的教學目標保持一致。
2、 評價等級的模型構建
根據分層評價理論以及相關能力的發展規律,因地制宜的進行評價等級模型的構建。以下是樓層式評價模型,英文縮寫為FMA,如圖一所示。
圖一FMA評價模型
二、 小學信息技術終結性評價模型的操作
1、評價標準
根據FMA評價模型,單位是內容模塊、按照各層次的難度來進行分等級,然后對各個等級的模塊進行評價標準的建立。對試題進行命制時,會因為等級層次的評價標準不同而出現很大的不同:對基本知識和基本的技能進行評價時,通常是由1A級與2A級來進行;3A級與4A級除了要考察基本技能以外,還要對技能之間的組合以及對情景的應用能力進行評價;5A級是對學生進行考察,考察其對知識的處理能力,屬于綜合素質的考察,主要包括技能與創造方法。除此之外,1A級與2A級只對模仿能力進行考察;3A級和4A級則對一些開放性創作進行一定的滲入考察;5A級進行考察時,是對開放性創作能力進行全方面的考察,從各個等級考察的范圍可以看出,考察時表現出不同等級之間的能力差異。
2、 設置評價等級
應用FMA模型后,對評價等級可以設為統一制、半可選制、全可選制。統一制指的是所有的評價樣本都要按照統一的等級評價標準進行試題的檢測;半可選制指的是組織評價的單位對學校的難度區間進行了指定劃分,在此難度區間學生是可以選擇的,例如,省市中一級的學校在進行試題選擇時,可以選擇3A級-5A級之間難度的試題;各區且是一級的學校選擇試題難度為3A級的;沒有被評為等級的學校在試題難度選擇時,選擇1A級到3A級難度的。
3、 選取被評價對象
對各個學校中學生的學業進行終結性評價時,評價中的主體是教師、教育業務、教育行政領導;評價的客體是學生和學校;對評價客體進行選擇時,可以選擇全校的學生,也可以進行年級抽樣選擇,可以以班級為單位,也可以按照學號進行抽取。
4、 評價的檢測操作
內容模塊:根據開課的年級來對其檢測的內容進行設定與選取,可以是計算機的基本操作、中英文的錄入、畫圖技能的掌握等;檢測方式:對計算機的上機操作情況進行檢測,對英文錄入成績進行檢測時,要使用統一的檢測軟件進行;試題命制:教研員要根據課程的大綱、地方的教學目標等來對試題進行命制,然后再根據檢測模塊內容進行題目、題量、題號等進行設計;評改方式:對于畫圖軟件應用以及小報制作軟件應用進行測試時,是需要人工評改的,評改要有專門的教師集中進行;評價成績制:成績采用100分制,根據檢測內容的情況來進行分數是分配,最后學生的分數要以A/B/C/D四個等級進行。
結束語
對小學信息技術教育進行終結性評價模型的建立,不僅對學校的教學質量進行一個綜合的評價與考察,而且對教師的教學與學生的學習都有一個綜合的評價。從而,促進學生學習,提高教師的教學水平。
參考文獻
[1]楊彬.農村初中信息技術課教學評價的探索[J].中國教育信息化,2009(16).
【關鍵詞】高中數學;教學
數學建模就是應用數學知識解決實際問題。在新課程學習的背景下,加強數學建模意識,開展各種課型的數學建模教學,培養學生運用數學建模解決實際問題的能力,讓學生體會數學在實際生活和生產中的應用,引導其在學中用,在用中學,培養其理論聯系實際的能力,激發學生學習數學的興趣。高中數學本身就是一門理論聯系實際的課程,包含了許多數學教學建模的方法,如函數關系式、導數法、微分方程法、多變量積分法等。在教學中教師應注意培養學生的教學建模能力。
一、數學建模的概念
數學建模,旨在培養學生解決實際生活問題的能力。它的實際性和創造性被越來越多的教師所接受。數學建模不僅可以讓學生能夠運用所學數學知識解釋生活難題,而且可以通過實際生活的案例來提高學生接受數學學習的興趣,從而提高數學教學效果。因此,數學建模教學應被大力推廣。
二、高中數學建模教學的現狀
1.數學建模中的情感問題:教師對數學建模的感情淡漠,課程標準的出臺和新課標的培訓使得培訓過的教師教師認識了數學建模,也明白數學建模對學生將來生活的作用,但是教師在受教育期間是在題海戰術中培養出來的,只重視嚴謹的邏輯思維,沒有接觸的數學建模或者在生活中的應用,畢業以后從事工作,時間忙碌,整天和高考題打交道,更是無暇顧及身邊的生活,更別說再從非學校生活中發現問題。數學建模要求教師充分尊重學生,發揮學生的創造性和積極性。數學建模由于其特殊性,在建模的過程中學生處于主體地位,教師只是學生的顧問。
2.學生建模能力低:學生有一定的數學應用意識,能在現實生活中識別出一些數學問題;學生有一定的電腦基礎,可以使用常用的軟件;了解數學建模的意圖,認識到數學建模就是用數學知識解決實際問題;愿意參加數學建模活動。這些為我們在學校順利的開展數學建模活動奠定基礎。但是學生不能將數學問題與實際問題恰當的互相翻譯,這些是建模活動的一個障礙,在活動中應特別的指導;并且男女生思維方式不同,可在分組時合理安排;學生有用數學去解決問題的熱情,但是沒有具體的指導和方法,無從下手。
3.應試教育對建模教學的影響:改革開放以來高考一直是老師和學生的指揮棒,確實這種“一考定終身”的制度無法不讓人重視,數學建模雖說在課標中得到重視,在將來的社會中也大有用處,但是在高考的評價體制中沒有得到有力的體現,高考中雖說有體現數學建模的數學應用題,但是應用題只是數學建模的一個片段,沒有讓學生經歷相對完整的數學過程,而且應用題也可以在平時的練習中掌握做題的技巧,無需真正的去做數學建模。高考評價體制中沒有中重視,就很難調動教師的積極性。目前高中實行學分制,但是由于學生評價體系和教師評價體系仍然以高考為標準,所以大家仍是唯高考馬首是瞻。希望這種學分制,或者說數學建模有過程性評價的同時,也有結果性評價,或者這種過程性評價在高考中有一定的作用,才能刺激教師對數學建模的重視。
三、加強高中數學教學中建模能力的具體培養方法
1.重視每章前問題的教學,讓學生明白建立數學模型的實際意義。在每一章的數學教學之初,都用一個實際問題引入,這樣可以使學生明白,學了本章的教學內容之后,這個實際問題就可以用數學模型來解決,如此,學生就會產生創新意識與實踐意識。其次,運用引入一個現實的應用問題,以突出知識的實際背景,激發學生的學習欲望,增加教學內容的趣味性。這樣,通過對章前問題的啟發與引導,就會使學生明白數學就是學習、研究和應用數學模型,同時培養學生對解決問題的新方法的追求意識,以及參與實踐的意識。因此,要對章前的問題突出重視,另外,還可以根據市場經濟的建設與發展的實際需要及學生實際活動中發現的問題做一些實例補充,強化這方面的教學,使學生在日常生活和學習中重視數學,培養學生建立數學建模的意識。
2.通過幾何、解三角形問題及列方程解應用題的教學過程滲透教學建模的思想和思維過程。幾何和三角形測量問題的學習使學生可以多方位地感受數學建模思想,讓學生更多地認識和運用數學模型,鞏固數學建模的思維全過程。在教學過程中,對學生展示建立數學模型的以下過程:數學模型、數學抽象、簡化原則、演算推理、現實原形問題的解、數學模型的解,反映性原則,返回解釋。列方程解應用題體現了數學模型的思維過程,要根據所掌握的信息和資料對問題加以變形,使問題簡單化,以利于解答的思想。解題過程中的重要步驟是根據題意列出方程,教學過程中,可以讓學生明白,數學建模過程的重點及難點就是根據實際問題的特點對現實信息進行觀察、類比、歸納、分析及概括,建立數學模型或變換問題構造新的數學模型來解決問題。
關鍵詞:高職;數學建模;針對性
毋庸置疑,開展數學建模活動對于學生的發展具有重要意義。不僅可以提高學生的創新意識、應用數學和理論聯系實踐的能力,而且在建模的過程中培養了良好的合作學習習慣,很大程度上體現了以學生為主體的教學思想。五年制高職相對于中學、大學來講是一個特殊的群體,預科段學習的內容是初等數學的知識,大專段學習的是高等數學的內容。由于種種因素的影響,雖然課程多、知識面廣,但是難易程度上稍低,不像中學大學那樣更深入地挖掘教材。在這樣的情況下如何在高職數學教學中開展數學建模的教學,筆者談談自己的幾點想法。
一、教學開展形式
高職數學教學不可能像本科院校那樣開展一門數學建模專業課程,也不像中學有繁重的升學任務、面臨中考高考,因而可以有更多的時間和精力投入到數學建模中去,特別是對于理科班的學生來講。所以,從教學形式上可以有以下兩種形式。①組織學生參加數學建模興趣小組(選修課)。這類似于大學中的選修課,但組織形式卻更為開放,每周有固定的時間、地點供學生參與。雖然沒有學分的限制,但是卻以學習成果展示的形式評價學生學習情況,對于優秀的模型可以在校刊上發表。②日常教學中引入。在數學課程教學過程中,認真分析現行教材中的應用因素,有意識地挖掘它們,提出、建構數學模型,并且以專題課、研討課的形式組織學生活動。結合學生的實際情況,對于理科班(數學專業班)的學生來講,應該和其他專業的學生有所區分。既強調廣泛的參與性,又注重對有能力的學生重點培養。
二、建模題材選取
在大學理工科的數學建模課程中,教師會講到一大批微分方程、概率統計、網絡圖論的典型問題和模型。這樣的數學建模問題很顯然不是高師高職類院校的學生所能解決的。但是他們相比中學生來講知識面更廣,對高等數學的知識已經有了一定程度的掌握。所以,在數學建模題材的選取上應該具備如下特點。
(1)與學生的數學知識水平相結合。問題設置不可以太復雜,要具備一定的可讀性和可操作性,學生通過努力能夠建立相應的模型為宜。預科段的學生,可以利用二次函數的最值解決用料最省、造價最低、利潤最大等問題,雖然沒有用到深奧的數學知識,但是能夠讓學生體會到成功的喜悅。對于大專段的學生來說,可以引入一些利用高等數學知識建模的問題。例如,可以用微分法求解下列問題:森林失火了,消防站接到報警后派多少名消防員前去救火呢?派的隊員越多,森林的損失越小,但是救援的開支會越大。所以,需要綜合考慮森林損失費和救援費與消防員人數之間的關系,以總費用最小來決定派出隊員的數目。
(2)能表現出數學建模的一般過程特點。數學建模成功的關鍵在于學生的深層次參與,注重每一個環節的能力訓練。要培養學生的閱讀和語言轉化能力,即普通語言轉化為數學語言,抽象為數學符號;要培養學生的抽象、概括能力,即如何把一個生活問題轉化為數學問題;培養學生的理論聯系實際,應用數學的能力。這些能力在每一個環節中都應該有細致的體現。數學建模的一般過程如下所示:現實對象的信息(表述)數學模型的構建(求解)數學模型的解答(解釋)現實對象的解答(驗證)現實對象的信息。
(3)有生產、生活的實際背景和較好的應用價值。數學來源于生活,越貼近生活的問題越是能激發學生的興趣、體現學習數學的價值。例如:把椅子往不平的地面上一放,通常只有三只腳著地,放不穩。然而只需稍挪動幾次,就可以使四只腳同時著地,放穩了。如何利用數學模型解釋上述現象?
(4)求解手段多樣化,體現計算機的輔助作用。科技發展到今天,僅僅利用一支筆和幾把尺子很顯然是不夠的,計算機的應用領域非常廣泛,利用計算機軟件解決數學建模問題是我們必須掌握的一門知識。常用的軟件有:Matlab、Mathematica、lingo、SAS等等。
三、注重評價
在高職類院校中開展數學建模,從課程安排上不像其他課程那樣最后要考核合格,很多學生是憑著興趣參與的。從這個方面來講,也造成了數學模型的質量好壞不齊,評價的形式、結論難以定性。從數學建模本身來講,衡量一個模型的優劣全在于它的應用效果,而不是看采用了多么高深的數學方法、數學知識。如果對于某個實際問題我們用初等的方法和所謂高等的方法建立了兩個模型,他們的應用效果相差無幾,那么受到歡迎并采用的,一定是前者。另外,建模的多樣性也促使學生在建模的過程中尋找不同的角度建立不同的模型,只要問題得以解決,都應該得到老師的肯定。
如何展示、肯定學生在數學建模上獲得的成績?匯報課、數學模型展、校刊校報專題論文展、論文比賽等等都可以一定程度上反映學生的建模水平,激發學生的學習興趣,促進學校數學建模的開展。
在高師高職類院校中開展數學建模教學,能夠很好地推動學生學習數學的興趣,培養學生的創造力和應用數學的能力。教學過程中不僅要注重數學建模的一般特點,還要結合學生的具體情況,制訂合理可行的計劃,因材施教,這樣才能體現數學建模的價值,收到良好的教學效果。
參考文獻:
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關鍵詞: 數學建模 研究性學習 研究性教學 應用與研究
加快建設創新型國家已經成為我們國家的一項重要戰略目標,關于加快創新人才的培養近年來也成了一個熱門的話題。但是在當前的大學教學中,存在著教師厭教、學生厭學,實際教學效果與師生的期望存在差距,教育理論與實踐嚴重脫節的現象。如何改變這種現象,培養合格的創新型人才,是我們急需解決的問題。目前,教育理論界與實踐界比較關注的焦點問題就是研究性學習。大家一致認為,研究性學習能夠很好地回答以上的問題。數學研究性學習是由項目或任務驅動的,包含數學知識的學習、理解與應用的活動。大學生數學建模活動具備了高校數學研究性學習的特點。本文探討利用數學建模教學開展研究性學習的經驗和認識。
一、數學研究性學習
研究性學習(Project-Based Learning,Problem-Based Learning)也稱綜合學習或專題研習,是20世紀80年代末以來國際教育界普遍推崇和實施的一種新學習模式。研究性學習是指在教師的指導下,學生從學習生活和社會生活中選擇并確定研究專題,用類似科學研究的方式,主動地獲取知識、應用知識、解決問題的教學模式。它對于激發學生的學習興趣、培養學生的創新意識與能力具有積極的作用。數學研究性學習,就是指在教學過程中建構具有教育性、創造性、實踐性的學生自主活動,它是以激勵學生主動參與、主動實踐、主動思考、主動探索、主動創新為基本特征,以促進學生數學研究性學習為目的的一種新型教學觀和教學形式。
研究性學習不同于其他學習方式的特點是:1.強調學習的開放性。研究性學習的內容無固定的、統一的課程內容。其消除了以往教師分科教學、學生分科學習所造成的諸多弊端。它使學生通過各類探究方法,關注社會生活,以學科的多元化、綜合化特質對教學成果進行整合,有效地激活學生的知識儲備,去解決實踐問題。同時,研究性學習中學生的學習環境也是開放的、多元的,學生擺脫了只有一個標準答案的束縛,可以從多種角度看待事物,積極尋求解決問題的方法,努力探求、理解問題的現實意義。2.學習過程的參與性與自主性。在研究性學習中,學生課題的選擇、確定,資料的收集、分析,報告的撰寫、答辯,成果的整理、展示等,整個過程都由學生自己去操作,具有很大的自主性。同時從實踐來看,學生在研究性學習中較多選擇的是小組學習形式,這不僅有益于個人發揮特長,而且有助于培養每個學生的責任感和協作精神。3.注重學習的實踐性。研究性學習不注重對學生進行純學術性的書本知識的傳授,而是讓學生自己動手實踐,在實踐中體驗、學習,從中獲得獲取信息、加工信息和處理信息的能力。4.注重學習的過程及學習過程中學生的感受和體驗。研究性學習不僅重視學生的學習結果,而且注重研究學習的過程,使學生了解科學研究的一般方法,體會到研究的艱辛與快樂。5.學習評價的多元性與社會性。研究性學習的價值觀和教育理念認為,學習評價應是多元性、社會性的。多元性主要表現為評價方式、標準、主體的多元性。應鼓勵學生主動、客觀地評價自己的表現,而專家、教師組成的評價指導小組應給予學生必要的指導、幫助,也可進行跟蹤評價,以避免研究性學習過程的失控。
二、數學建模與數學建模競賽
1.數學建模
數學模型(Mathematical Model)是對現實世界的一個特定對象,為了一個特定目的,做出一些必要的簡化和假設,運用適當的數學工具得到的一個數學結構。
數學建模(Mathematical Modeling)即建立數學模型的過程,它是一種數學的思考方法,一種以數學為工具,用數學解決實際問題的方法,包括對實際問題進行抽象、簡化,建立數學模型、求解數學模型、驗證數學模型解的求解全過程。數學建模過程主要包括四個步驟:
(1)提出和形成問題:即獲取現實對象的信息及相關資料。
(2)建立數學模型:即通過一定的數學語言和方法把待解決的問題用一定的模型表示出來。
(3)求解:用各種手段主要是數學方法,也可用其他方法將模型求解。復雜模型的求解需用計算機,解的精度要求由決策者提出。將解用到實際中去,必須考慮到實際的問題,如向實際部門講清楚解的用法,在實施中可能產生的問題等。
(4)解的檢驗:首先檢驗求解步驟和程序有無錯誤,然后檢查解是否反映現實問題。
2.數學建模競賽
作為數學建模的一種競賽形式,數學建模競賽的目的是為了培養學生的創新意識及運用數學方法和計算機技術解決實際問題的能力。全國大學生數學建模競賽創辦于1992年,每年一屆,由教育部高等教育司和中國工業與應用數學學會主辦。目前已經成為全國高校規模最大的基礎性學科競賽,也是世界上規模最大的數學建模競賽。2012年,來自全國33個省/市/自治區(包括香港和澳門特區)及新加坡和澳大利亞1284所院校、21303個隊6萬多名大學生參加了本項競賽。
三、基于數學建模的研究性學習
1.數學建模具備研究性學習的特點
研究性學習在大學教學應用中的基本要素主要有以下幾點:(1)以問題情境為先導。以研究性學習為理念的研究性教學,倡導先將問題呈現在面前,以解決問題為教學的導入點。將學習置于研究性小課題情境中,是激發學生求知欲和創造沖動的前提,更是學生吸收知識、鍛煉思維能力的前提。一個好的研究課題能夠隨著問題解決的進行自然地給學生提供反饋信息,讓他們能很好地對知識、推理和學習策略的有效性進行評價,在解決問題的過程中來掌握概念、原理和策略,可以促進知識的提取和學習策略在新問題中的遷移。(2)以小組合作討論為主要活動形式。在研究性教學中,學生可以圍繞問題進行討論,以此激活學生先前的知識儲備,使原有知識背景與當前問題之間生成更多的聯系;討論可以使學生的思維過程外顯化,學生會經常感受到觀點的沖突,從而可以更好地進行反思和評判,最重要的是它給學生創造了一個人人都積極探索、主動參與、獨立創新的優良環境。(3)研究性教學要重視對研究結果的反思。在研究性教學過程的結尾,需要有意識地引導學生對自己及他人問題解決的思維過程做出反思概括。反思概括的意義在于:內化新知識,加工與整合新舊知識,達成同化或順應,形成更協調一致的理解;加深理解研究過程中的思維方法和學習策略,這對知識的遷移來說是至關重要的;科學的反思往往能使新的問題成為教學的歸宿,即在初步解決問題的基礎上引發新的問題,這些新問題出現的意義不僅在于它能使教學延伸到課外,而且在于它能最終把學生引上創新之路。
在數學建模的過程中,學生獲得一個個實際問題。需要從中提取重要信息,并合理假設,簡化問題,建立模型。完成這個過程需要同學們以三人小組的形式開展,需要查找專業資料和數學理論,運用這些知識來處理分析問題,建立模型后,還要進行數學推理,處理數據,計算結果,并檢驗由模型得到的結果是否符合實際。我們可以看到,在數學建模學習的始終,總是強調學生對問題的探究,注重學生提出問題、分析問題,并探究出核心問題的解答方案,這種學習活動是一種自始至終貫穿著問題的探究活動,所以數學建模學習是一種廣義的研究性學習。
2.在數學建模中開展研究性學習應注意的問題
研究性學習在大學教學中的實施一般可分為三個階段:進入問題情境階段、實踐體驗階段和表達交流階段。在學習進行的過程中,這三個階段并不是截然分開的,而是相互交叉和交互推進的。研究性學習要想取得好的效果,必須抓住這三個環節。所以在數學建模的開展過程中,我們需要做到:(1)將數學建模教學與傳統數學教學有機結合。研究性學習及數學建模需要大量的數學知識儲備,這些都需要通過對傳統數學教材的學習來掌握。如果拋開數學教材另選內容進行所謂的數學研究性學習,其實質將是舍本逐末,專題性的數學研究只是學生進行數學研究性學習的一種補充形式。(2)培養學生的直覺思維和發散思維。在思考問題的時候,教師應引導學生從整體出發,把握大方向,多方思考,大膽猜想,挖掘了學生的創新潛力。(3)廣泛采用啟發式、導學式、學導式,導學互動式等多種教學方式,這不僅增進了老師和學生之間的互動,活躍了課堂氣氛,更重要的是提高了學生的語言表達能力,激勵學生積極開動腦筋。(4)將不同專業的學生集中起來開展教學,這不僅增強了學生之間的交流與合作,而且為教學能真正實現學科交叉、文理結合提供了平臺。(5)教師對所教內容進行精心組織。數學建模是一個系統性、綜合性的工作,需要大量的知識儲備。在作為研究性學習的建模活動中,教師需要做好各個環節的準備,特別是在反思階段,更是需要教師適時適當地引導,才能取得良好的效果。
總之,研究性學習是一種全新的學習方式和教學模式,它對于培養學生的創新精神和實踐能力,提高學生運用所學知識解決實際問題的能力都具有十分重要的作用。數學建模作為一種廣義的研究性學習活動,為我們如何開展數學研究性學習指明了方向。我們只有將數學建模的思想融入到研究性學習的各個環節中,才能真正培養出具有研究素養和創新能力的學生。
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關鍵詞:數學建模;課程;素質教育
中圖分類號:G64文獻標識碼:A
一、引言
數學方法在現代經濟學發展中起著越來越重要的作用,而數學模型是經濟學研究必需的工具,運用所學的數學知識通過建立模型來解決經濟問題是經濟類專業學生在參加工作后經常要做的工作。大學教育,對于大部分學生來說是他們走向工作崗位前最后的以學習為主的階段,也是他們各項單科知識得以融會貫通,綜合素質積淀最快、最關鍵的時期。因此,在經濟類專業學生的數學基礎課上,應該重視培養學生在這方面的能力。數學建模選修課的開設和數學建模競賽的開展,為培養學生的知識應用能力和創造性思維提供了良好的環境和機會。
數學建模是運用數學的語言和方法,去描述或模擬實際問題中的數量關系,并解決實際問題的一種強有力的數學手段。這門課程作為高等數學、線性代數、概率論與數理統計的后繼課程,學生已經初步掌握高等數學的相關基礎理論知識和思維方法,具備開設這門課的基礎。數學建模的一般步驟可概括為以下幾點:
1、建模準備。了解問題的實際背景,明確建模目的,收集掌握必要的數據資料。分析問題,弄清其對象的本質特征。
2、模型假設。根據實際問題的特征和建模的目的,對問題進行必要的簡化,提出若干符合客觀實際的假設。
3、建立模型。根據模型假設,利用適當的數學工具,建立各個量之間的定量或定性關系,采用盡量簡單的數學工具,建立數學模型。
4、模型求解。為了得到結果解決實際問題,要對模型進行求解,在難以得出解析解時,應當借助計算機求出數值解。
5、模型分析。對模型求解得到的結果進行數學上的分析,有時是根據問題的性質,分析各變量之間的依賴關系或穩定性態,有時則根據所得的結果給出數學上的預測,有時則是給出數學上的最優決策或控制。不論哪種情況還常常需要進行誤差分析、模型對數據的穩定性或靈敏性分析等。
6、模型檢驗。分析所得結果的實際意義,用實際問題的數據和現象等來檢驗模型的真實性、合理性和適用性。模型只有在被檢驗、評價、確認基本符合要求后,才能被接受,否則需要修改模型。要得到一個符合現實的數學模型,一個真正適用的數學模型,其實是需要不斷改進、不斷完善的。
大學生數學建模競賽最早是1985年在美國出現的。1989年在幾位從事數學建模教育教師的組織和推動下,我國幾所大學的大學生開始參加美國的競賽。1994年起教育部高教司和中國工業與應用數學學會共同主辦全國大學生數學建模競賽,每年一屆,這項活動被教育部列為全國大學生四大競賽之一。20世紀八十年代以來,我國各高等院校相繼開設數學建模課程。數學建模課程是在高等數學、線性代數、概率與數理統計之后,為實現理論和實踐一體化、進一步提高運用數學知識和計算機技術解決實際問題,培養創新能力所開設的一門廣泛的公共基礎課。教育必須反映社會的實際需要,數學建模課程進入大學課堂,既順應時展的潮流,也符合教育改革的要求。
二、強化數學建模教學的意義
數學教育是基礎教育的提高階段,應著眼于未來,為培養高素質的人才打好基礎。數學建模課程的教學以掌握概念、強化應用、培養技能為教學重點,在教學環節中,充分注意引導學生通過對各種實際問題建立數學模型、求解及檢驗,掌握數學概念、方法的應用,逐步培養學生綜合應用所學知識解決實際問題的能力,并且結合教學內容特點培養學生獨立學習的習慣。充分重視習題課的安排和課外作業的選擇,使學生有足夠的復習和練習時間,及時、正確地獨立完成作業。根據數學建模教學的特點,不難看出,在對經濟類專業學生的數學教學中,滲透建模思想,開展建模活動,具有深遠意義。
1、培養學生的應用意識。數學具有極其廣泛的應用性。在我們的日常生活中,運用到數學知識的例子隨處可見。在社會生活的各個領域里,數學的概念,法則和結論更是被廣泛地應用著,很多看似與數學無關的問題都可以運用數學工具加以解決。數學模型是溝通實際問題與數學工具之間的橋梁,通過對學生進行數學建模教學,能夠促進理論與實踐相結合,并且逐漸培養學生的應用意識。
2、培養學生的能力。通過數學建模課程的教學與參加數學建模競賽的實踐,使我們深刻感受到數學建模過程,不僅是對大學生知識和方法的培養,更是對當代大學生各種能力的培養。
(1)抽象概括能力。應用數學去解決各類實際問題時,建立數學模型是十分關鍵的一步,同時也是十分困難的一步。建立教學模型的過程,是把錯綜復雜的實際問題簡化,抽象、概括為合理的數學結構的過程。數學建模過程使學生對復雜的事物,有意識地區分主要因素與次要因素,本質與表面現象,從而抓住本質解決問題。它有利于提高學生思維的深刻性和抽象概括能力。
(2)自學能力。數學建模競賽是以3人一隊為單位參加的,要求大學生在3天內以論文形式完成所選題目。同時,在比賽的短短3天時間里,要查閱大量的資料,取其精華,從中尋找到所需要的資料,收集必要的信息,這也必須要求大學生掌握科學的方法。這種能力必將使大學生在未來的工作和科研中受益匪淺。
(3)洞察力和想象力。數學建模的模型假設過程就是根據對實際問題的觀察分析、類比、想象,用數理建模或系統辨識建模方法作假設,通過形象思維對問題進行簡單化、模型化,做出合乎邏輯的想象,形成實際問題數理化的設想。
(4)利用計算機解決問題的能力。我們倡導大學生盡量利用計算機程序或某些專用的數學應用軟件如Mathematica,Matlab,Lingo,Mapple等,以及當代高新科技成果,將數學、計算機有機地結合起來去解決實際問題。數學建模教學中結合實驗室上機實踐,計算機的應用不僅僅表現在數學建模中模型的簡化與求解,而且給大學生提供了一種評價模型的“試驗場所”,這就有助于培養大學生利用數學軟件和計算機解決實際問題的能力。
(5)創新能力。我們在教學中應給學生留有充分的余地,鼓勵學生開闊視野、大膽懷疑、勇于進取、勇于創新,讓學生充分發揮想象力,不拘泥于用一種方法解決問題,從而培養學生的創新能力。在數學建模競賽中,對給出的具體實際問題,一般不會有現成的模型,這就要求大學生在原有模型的基礎上進行大膽嘗試與創新。
(6)論文寫作和表達能力。數學建模成績的好壞、獲獎級別的高低與論文的撰寫有著密切的關系,數學建模的答卷,是評價的唯一依據。寫好論文的訓練,是科技寫作的一種基本訓練。通過數學建模競賽,學生能夠學會如何更加準確地闡述自己的觀點、想法。
(7)合作交流能力,團隊合作精神。大學生數學建模競賽過程中,必須學會如何清楚地表達自己的思想,實現知識的交流與互補;必須學會如何傾聽別人的意見以發揮整體的作用;必須學會如何與別人合作,從不同的觀點中總結出最優的方案以謀求最大成功。
3、體現學生的主體性。數學建模發揮了學生的參與意識,體現了學生的主體性。教師的主導作用體現在創設好問題情境,激發學生自主地探索解決問題的途徑,而學生的主體作用體現在始終明確自身是競賽的主體。學生必須在全過程集中自己的思想系統去接受教師發出的教學信息,與原有知識體系融合、內化為新的體系。學生要對教師所給予的信息有批判性地、創造性地、發展性地能動反映,要在相互討論、相互啟發下尋求更多更好的解答方案。我們通過數學建模的教與學為學生創設一個學數學、用數學的環境,為學生提供自主學習、自主探索、自主提出問題、自主解決問題的機會,數學建模教學與其他教學方式相比,具有更強的問題性、實踐性、參與性與開放性,教師與學生處于平等的地位,通過學生對學習的內容進行報告、答辯、討論等形式極大地調動了學生自覺學習的積極性。
三、強化數學建模教學的對策
1、激發學生的學習興趣。興趣是學習的動力,如何激發高校學生學習數學的興趣,如何把所學的數學知識真正地應用到經濟專業課中去,已經是高校數學教師探討的熱門話題。把數學建模的思想融入到平時的數學教學過程中可以激發學生學習數學的興趣。由于數學建模的研究對象通常是一些實際問題,所以數學建模教學為學生建立了一個由數學知識通向實際問題、專業知識的橋梁,是使學生的數學知識和應用能力共同提高的最佳結合方式。學生參與數學建模及競賽活動,能切身體會到學習數學的實用價值和數學對自己各方面能力的促進,這是傳統教學無法達到的效果,并且激發了學生學習數學的濃厚興趣。從這點上看,數學建模教學是符合現代教育學、心理學理論,順應時代潮流,有助于素質教育和創新教育的全面實施。
2、通過組建數學建模協會,推進數學建模教學。通過組建數學建模協會,組織一些基礎性的活動,開展一些講座,講授數學建模的基本原理、基本方法,內容以初等數學模型、微分方程模型、差分方程模型、優化模型為主,豐富和完善了數學教學的內容。并且通過數學建模協會舉辦基礎知識比賽,宣傳數學建模的意義,激發學生學習數學建模的興趣,提高學生的數學應用意識和參加數學建模的積極性。
3、不斷提高教師自身的水平。首先要求教師本身具有數學建模能力,否則無法組織學生的數學建模活動。因此,應該對數學教師進行數學建模培訓,幫助他們樹立數學建模的意識,掌握數學建模的知識、方法和教學形式,使他們能夠最大限度地利用學校資源開展數學建模活動。
四、結束語
綜上所述,對經濟類專業學生開設數學建模課程,對學生的發展有著非常重要的意義。通過組織數學建模活動和競賽,不僅能夠提高師生對數學的認識水平,而且能夠培養一批既具有創新意識、創新精神和實踐應用能力,又具有競爭意識和團隊意識、團結協作和拼搏精神的優秀大學生,從而促進學生綜合素質的全面發展。全國大學生數學建模競賽組委會李大潛院士曾經說過:“數學教育本質上就是一種素質教育,數學建模的教學及競賽是實施素質教育的有效途徑。”因此,我們對經濟類專業學生開設數學建模課程,將數學建模活動和數學教學有機地結合起來,就能夠在教學實踐中更好地體現和完成素質教育。
(作者單位:1.河北金融學院;2.保定供電公司)
主要參考文獻:
[1]姜啟源,謝金星,葉俊.數學模型[M].第三版.高等教育出版社,2004.
【關鍵詞】教學模型 課程教學 過程優化
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889(2012)08C-0030-02
一、課程教學改革的必要性與改革的思路
傳統的課程教學存在缺陷:教學內容上不脫離教材,教師常照本宣科;教學模式上以教師傳授為主,學生被動接受;課堂教學上,教師以灌輸式為主;教學考核上,以期末考試為主,平時表現為輔,平時成績亦僅限于考勤、作業,有的學生平時不好好學,只是期末時突擊,應試現象嚴重,等等。這樣造成的后果是:教師機械地教,學生被動地學,達不到課程教學的目的,不適應現代高等教育人才培養的需要。因此,亟須對教學方法進行改革。
為適應21世紀對現代人才的培養要求,課程教學應達到什么目的呢?每一門課程,都有其知識體系,都有其基本要求。我們認為,課程教學應至少達到如下的目的:一是知識傳授。學生應掌握該門課程的基本概念、方法與技能。二是能力培養。不僅要培養學生具備學習、研究本門課程的基本方法與能力,而且還應培養學生一般的學習與研究能力,包括自學能力、科學研究能力、創造思維能力、協作能力等。三是綜合素養。包括學科素養、人文素養等。這三個方面是相互聯系的。傳統的課程教學重知識傳授,輕能力培養,而在知識傳授中又以教師傳授為主。傳統的課程教學模式不能達到上述教學目的。傳統的課程教學重點在課堂教學,且課堂教學的重點在教師講,忽略了教學過程的其他環節,忽略了學生主體怎樣學。
從系統控制論的觀點來看,課程教學過程可以看做一個綜合的開環系統,它包括三個子系統:教子系統、學子系統及評價子系統。其中,教子系統又包含教材及教學內容的選擇、課程教學目的確定、課堂教學設計、課堂教學實施、作業批改、答疑等,學子系統包括預習、聽課、復習、做作業、問題研討等,評價子系統包括對學生學習效果的評價(考核)、對教師進行教學效果的評價等。因此,我們應讓三個子系統運轉正常,特別是要讓這三個子系統緊密地聯系起來,重視教學過程系統與知識傳授、能力培養及綜合素養的關系。
傳統的教學模式未能充分發揮上述三個子系統的功能,因為未能理清三個子系統各自的基本功能及聯系。基本上是教師教什么學生就學什么,學生是被動地接受知識,學生的課程成績又以期末考試成績為主,換句話說,傳統的教學模式僅僅是重視了教師是如何教的,至于學習是如何學的幾乎不管,只要考核成績合格就行。
課程教學過程改革,就是要充分發揮這三個子系統的作用,這就需要進行教改、學改、考改。同時,從學校這個更高一層的系統來看,還需要給教學過程系統提供良好環境、進行優化管理,這就是管理方面的改革,即管改。“教改、學改、考改、管改”,就是實施課程教學改革的四個方面。
我們認為,第一,知識的獲取主要是學生學習的結果,而不單純是教師教的結果,在教學過程中應讓學生變被動為主動,即以學生為主體的原則。第二,成績的評定是一根指揮棒,成績的評定應全面考查學生在學習的每一個過程中的表現,增加平時學習過程中每一環節成績的比例,降低期末考試的成績比例,這些過程包括作業、上課發言、指定閱讀、廣泛閱讀、讀書報告、設計報告、研究報告、期中考試、小組討論、個人陳述、自我評價、班級討論、教師點評、期末考試等10多個環節。第三,給予學生正面激勵作用,充分發揮學生的主動性,給予其“展示自我,體驗成功”的機會。綜上,為了提高課程教學質量,必須對教學過程進行優化。下文以廣西大學數學模型課程為例,說明其教學過程優化的具體方法。
二、數學模型課程教學過程優化
隨著科學技術的進步,數學正以空前的廣度與深度向社會的一切領域滲透。自20世紀末以來,在全世界范圍內,數學模型被引入高校,同時大學生數學建模競賽亦在世界范圍內獲得了廣泛的歡迎。廣西大學自1989年以來就已經開設這門課程,2006年成為廣西壯族自治區精品課程。近年來,我們對該課程的教學過程作了進一步的改革,以期進一步提高人才培養質量。
數學模型課程定位:高等學校的數學教育應教會學生兩個方面的能力,即算數學的能力與用數學的能力。其他數學課程基本上是教學生如何算數學,數學模型課程則教學生如何用數學。因此,數學模型課程在高校數學課程體系中是一門必不可少的課程,它綜合運用了其他數學課程的方法去解決實際問題。
數學模型課程教學目的:第一,知識傳授。培養學生數學模型課程中相關的基本概念、方法與模型,基本概念包括數學模型、數學建模、建模的步驟、模型分類、建模方法分類,基本模型包括初等模型、優化模型、微分方程模型、離散模型、隨機模型、穩定性模型、層次模型,等等。第二,能力培養。包括數學建模的基本能力培養,如模型假設能力、雙向翻譯能力、處理初等模型能力、處理動態事物能力、處理模糊事物能力、處理隨機問題能力、數據處理問題能力、應用數學軟件能力、處理評價問題能力、處理預測與決策問題能力等。也包括其他方面的能力,如自我學習能力、創新能力、合作與溝通能力、科技論文寫作能力、查閱文獻資料能力等。第三,綜合素質。包括數學文化素養、奮力攻關頑強意志、理論聯系實際學風、創新意識與團隊精神等。
數學模型課程教學過程優化:第一,教的過程優化(教改)。變教師主講為教師主導,精心挑選教學內容,貫徹少而精原則,融入教師科學研究成果內容,融入最新學術發展內容,例如,增加人工神經網絡、粗糙集方法建模、指數標度法等教師的研究成果;精心設計教學方案,組織每一次課堂教學,變教師滿堂灌為學生主動學,以啟發式授課為主,留有足夠的時間供學生思考與討論;每一章均預留時間供學生討論;將教學過程延伸到課外,要求學生從實際問題中尋找課題并加以解決。第二,學的過程優化(學改)。變學生被動為主動,以學生為主體,每三位學生組成一個學習小組,要求每個小組在課程學習的全過程中相互幫助、團結合作,以小組為單位在討論課上發言,期末提交一份解決實際問題的數學建模小論文。學生不僅要從教師的授課中學習,還要從相互討論中學習,從實際問題中學習,從課本以外的數學方法中學習。第三,評價過程優化(考改)。期末考試成績不再占大頭,平時成績所占比例過半。而平時成績包括出勤、作業、發言、研討、小論文等內容。期末除考試外,還舉辦一次小型的學術研討會,在教師的主持下每個小組派一名代表到講臺上發言,全班學生提問研討。
三、實施數學模型課程教學過程優化的效果
廣西大學的數學模型課程有如下幾類:數學類、管理類、電氣類、全校選修課、新生研討課等。2009年以來,開始實施教學過程優化試驗,并在實踐中不斷總結經驗教訓,不斷完善優化過程,取得了顯著的教學效果。
第一,學生主動學習的積極性大大提高。數學模型課程的第一次課,我們給學生介紹了什么是數學模型,為什么數學模型在最近幾十年來在世界范圍內獲得了巨大的發展,為什么大學生數學建模競賽獲得了熱烈的歡迎,還介紹了當今時代的兩個顯著特點(計算機技術的飛速發展與數學的廣泛應用),使學生對數學模型有了濃厚的興趣。之后,我們布置學生成立學習小組,學生表現非常積極。學生的到課率非常高,課堂氛圍活躍。
第二,形成良好的研討型教學情境。由于充分調動了學生的主動性,教師在課堂上研討式的講解引導了學生研討式的學習。例如,有一題目,某人在早上8:00出發到下午5:00到達山上,第二天從山上8:00沿原路下山下午5:00時到達山下,試證明這人在這兩天中的某一時刻經過同一地點。問題本身不是很難,經過教師的啟發,有學生從兩人同時上下山必相遇解釋了這一現象。然后教師進一步提問:你能否用數學的方法加以證明?第一次學習數學模型的學生不一定能證明之,此時教師用啟發式教會學生利用連續函數的介值定理加以證明。最后教師提問:如果這個人第二天出發或到達的時間發生了變化,命題還成立嗎?類似這樣的一步一步深入研討,讓學生既提高了學習的興趣,也學到了科學研究的思想。
第三,培養了理論聯系實際的學風。數學模型課程中一個個的案例,全都是實際問題,全都是用數學方法加以解決,教學過程也要求學生從現實生活中挑選一些現象作為研究對象,并建立數學模型加以解決,這樣就使學生意識到數學與現實聯系的緊密性,促使學生自覺地將數學建模知識應用到其所學專業上,解決一些實際問題。
第四,改變了期末考試才緊張的現象。由于數學模型課程的成績評定平時成績占了一半以上,平時的學習過程記入平時學習成績,這使得學生重視平時的學習與研討。同時,因為在教學過程優化中,我們要求學生上臺發言討論某些問題,“逼”得學生不得不做好準備,不得不重視平時的學習,從而改變了期末考試才緊張的現象。
第五,提高了學生參加學科競賽的成績。數學模型課程教學的優化,使對數學建模感興趣的學生增多,數學建模的能力增強,主動要求參加大學生數學建模競賽成為一種風氣,每年到報名時多達三五百人。2011年廣西賽區選拔全國大學生夏令營參賽隊,四道題目的第一名均是廣西大學的學生;2012年夏令營的選拔,廣西大學有2個隊同時入選,這在全國是罕見的。這兩年廣西賽區參加夏令營的隊均來自廣西大學。2011年,全國大學生數學建模競賽,廣西大學獲全國一等獎1個隊,二等獎7個隊,創廣西高校參賽以來的新紀錄。
【關鍵詞】初中數學;應用題;建立模型;解題能力
引言
在課改的推動下,數學教學要以創新的模式進行講解,其中數學建模就是方法之一。教師應利用數學建模的方式,把抽象的現象和過程形象化、直觀化。在教學過程中,不斷向同學們滲透數學建模的意識,有意識的利用數學建模的方法來解決應用題,以切實提升學生應用題的解題能力。
1.什么是數學建模
數學建模就是對一特定的對象做出簡化和假設來達到某種目的。例如運用數學工具得到數學模型,再用數學模型來解決特定的現象或狀況,常見的數學模型為:實際問題模型假設模型建立模型求解模型分析檢驗與評價應用。利用數學模型解決實際問題,可以解決很多理論很難讓同學們理解的問題。例如歐幾里得幾何和萬有引力定律都是數學建模的典范。如今,計算機的廣泛應用,使數學建模的應用就顯得更加容易,更加有意義。
針對初中生,教師要從課本知識出發,并對教學知識進行創新,不斷滲透建模意識。教師可以從學生理解的日常生活入手。例如:小明買四支鉛筆和五本練習本的錢不到二十二元,而買六支鉛筆和三本練習本的錢就超過了二十四元。問同學們,兩支鉛筆和三本練習本哪種更貴?
解析:教師讓同學們根據自己的理解進行討論,然后再由教師引入課本知識“不等式”的概念,設鉛筆的價錢為X元,練習本的價錢為Y元。將實際問題轉化為不等式組4X+5Y24。這樣,既加深了同學們對課本知識的理解,也學會了如何用理論解決實際問題的方法。
2.數學建模的特點
初中數學建模教學的特點比較突出:一、它的起點比較低,且容易掌握。教師可以從生活中選取學生比較容易接受的素材。這樣根據學生的認知水平而選取的事例,可以更容易讓學生接受。二、它具有非常大的趣味性。玩是孩子的天性,孩子的這個特點決定了他們對于有趣味性的知識還是樂于接受的。教師可以利用數學建模教學來摒棄以往課堂中的那種枯燥的模式。用恰當、有趣的素材來構建生動、有趣的課堂。讓學生在學到知識的同時,也得到快樂。三、教師在教授知識的同時,還應該教授方法。不僅讓學生學到知識,更應該讓他們掌握學習方法。教師應摒棄那種填鴨式的教學方式,讓課堂充滿活潑的氛圍,讓好的教學方法貫穿整個課堂。四、在數學教學過程中,教師應注重教學與其他學科的聯系,讓學生學會將各科知識之間相聯系。以此,來提高學生的科學素養。
3.數學應用題解題建模方法分析
3.1以課本知識為基礎,聯系生活實際問題建立數學模型
教學離不開課本,教師要以課本知識為指導,并把數學融入到現實生活中去。比如給同學們列舉投資買賣,銀行存取,車程計費,商品批發等方面的生活常識。合理選材,建立模型解決應用問題。即創設問題情境,建立數學模型,導入學習課題,研究解決問題。
例題:某工廠將成本為八元的商品按每件十元批發出去,每天可批發出去二百件,現在改變批發策略,提高批發價格,降低批發量。已知這種商品每漲價0.5元,批發量就下降10件。問應將商品的批發價格定為多少元時,才能使工廠的利潤最大?
解析:這道題利用方程解決實際問題,設提高了X元,則每件商品的利潤為(2+X)元,而每天的批發量就變為(200-10X/0.5)件,所得利潤為W=(2+X)(200-10X/0.5)=-20(X-4)(X-4)+720,此方程為一元二次方程,可以引入直角坐標系,畫出圖像。同學們可以直觀的發現X=4時,工廠所得利潤最大。
3.2聯系社會熱點,滲透建模方法
教師可以緊密聯系社會,在課堂上引入同學們感興趣的社會問題,比如成本、利潤、股票、彩票、保險、投資、旅游等,這些都是建模很好的素材。教師可以適當選材,融入教學。教師要有意識的去給同學們灌輸數學建模的思想,逐漸培養同學們的自主建模能力。
例如:八年級同學組織去劃船,有甲乙兩種方案,兩種方案的票價一樣,但是優惠政策不一樣,甲方案為每五人中有一人可以免費,乙方案為所有人均按三分之二票價計算。問選擇哪種方案更劃算。
解析:這是一道和旅游十分接近的題目,同學們很容易接受,但是此題具有一定的難度,因為未知量較多,題目沒有給出具體票價,也沒有給出具體人數。這就需要同學們動腦筋了。教師最好讓同學們進行分組討論,假如以本班為例,試著做出劃算的選擇。然后,教師再進行理論分析。
4.數學建模的阻礙因素
(1)長期以來的應試教育決定了教學一直在使用“填鴨式”教學。這不僅降低了課堂效率,也限制了學生的思維創造力。培養學生的標準變成簡單的升學率和分數。當學校、教師將升學率作為教學的成果時,學生便失去了很多創造能力。雖然現在情況有所改善,但實現數學建模教學還遠遠不夠。
(2)對于一些年齡比較大的老師來說,建模教學將是一個不小的挑戰。他們沒有系統學過數學建模課程。一個非常令他們困惑的問題是:如何開展數學建模教學。這就要求教師不斷再學習。以此來提高自身的知識面和教學理論。
(3)相對高中而言,初中的數學建模的經典課例不多,一節好的課例不僅包含了諸如趣味性,可操作性等,還能激發學生對學習的興趣,從中學習到建模的思想,讓學生學會用知識來解決生活中的問題。
為此,在今后的教學工作開展過程中,應對以上幾種阻礙因素進行認真考慮分析,以提出有針對性的應對措施,切實通過建立數學應用模型來提升學生的綜合解題能力。
結語
總之,開展數學建模,既使學生的應用能力和創新能力得到提升,又使學生學會用知識來解決日常問題。數學建模會使課堂變得生動、有趣,使學生更易于接受。為此,教師應在順應新課程標準要求的同時,加強對于建模方法的深入研究與分析,以更好的對其充分利用來提升初中數學教學實效。
【參考文獻】
[1]王凱.在初中數學教學中培養學生的建模思想[J].廣西教育,2013,(22):74.
【關鍵詞】高校數學建模教學方法
隨著經濟社會的發展和進步,數學已成為支撐高新技術快速發展和廣泛應用的基礎學科。由于社會各生產部門均需借助于數學建模思想和方法,用以解決實際問題。因此,高校在數學建模教學過程中,必須注重將實際問題和建模思路加以有效結合,完善數學建模教學思路,創新教學方法,以培養學生的綜合能力,為社會源源不斷地輸送優秀實踐性人才。
1、數學建模的內容及意義
數學建模,指的是針對特定系統或實踐問題,出于某一特定目標,對特定系統及問題加以簡化和假設,借助于有效的數學工具,構建適當的數學結構,用以對待定實踐狀態加以合理解釋,或可以為處理對象提供最優控制決策。簡而言之,數學建模,是采用數學思想與方法,構建數學模型,用以解決實踐問題的過程。數學建模,旨在鍛煉學生的能力,數學建模就是一個實驗,實驗目標是為了使學生在分析和解決問題的過程中,逐步掌握數學知識,能夠靈活運用數學建模思想和方法,對實際問題加以解決,并能夠將其用于日后工作及實際生活中。數學建模特點如下:抽象性、概括性強,需善于抓住問題實質;應用廣泛性,在各行各業均有廣泛應用;綜合性,要求應具備與實際問題有關的各學科知識背景。數學建模不僅需要培養學生扎實的數學基礎,還要求培養學生對數學建模的興趣,積淀各領域學科知識,培養學生的綜合能力,包括發現問題、解決問題的能力,計算機應用及數據處理能力,良好的文字表達能力,優秀的團隊合作能力,信息收集與處理能力,自主學習能力等。由此可見,數學建模對于優化學生學科知識結構,培養學生的綜合能力具有重要的促進作用。
2、完善高校數學建模教學方法的必要性
作為多學科研究工作常用基本方法,數學建模是實際生產生活中數學思想與方法的重要應用形式之一。上文已經提到,數學建模過程中,多數問題并沒有統一答案和固定解決方法,必須充分調動學生的創造能力及分析解決問題能力,構建數學模型來解決問題,這要求高校數學建模教學過程中,必須注重培養學生的創新意識與能力。但是,當前我國多數高校數學建模教學過程中所采用的教學手段落后,教學改革意識薄弱,教學方法單一,缺少多樣性。數學建模教學中,教師多對理論方法加以介紹,而且重點放在講解與點評方面,學生獨立完成建模報告的情況較少,如此落后的教學方法,導致高校數學建模教學實效性差,難以充分發掘和培養學生的創新意識和創造能力。為此,有必要加快創新和完善高校數學建模教學方法,積極探索綜合創新型人才培養模式。
3、創新高校數學建模教學方法的策略
3.1科學選題
數學建模教學效果好壞,很大程度上依賴于選題的科學與否,當前,可供選擇的教材有許多,選擇過程中教師必須考慮到教學計劃、學生水平及教材難易程度。具體而言,在高校數學建模教學選題時,必須遵循如下原則:1)價值性原則。即所選題目應具有足夠的研究價值,能夠對實際生活中的現象或問題進行解釋,包括開放性、探索性問題等;2)問題為中心的原則。是指建模教學中應注重培養學生發現問題、分析問題、構建模型解決問題的能力,在選擇題目時,必須堅持這一原則,將問題作為中心,組織大家開展探究性活動;3)可行性原則。要求所選題目必須源自于生活實際,滿足學生現有認知水平及研究能力,經學生努力能夠加以解決,可以充分調動學生的研究積極性;4)趣味性原則。所選題目應為學生感興趣的熱點問題,能夠調動學生的建模興趣,同時切忌涉及過多不合實際的復雜課題,考慮到學生的認知水平,確保學生研究過程能夠保持足夠的積極性。
3.2多層面聯合
在數學建模教學過程中,應注重建模方法的各個層面,做到多層面聯合。一方面,應著重突出建模步驟。對不同步驟的特點、意義及作用,以及不同步驟之間的協作機制及所需注意的問題進行闡述,并從建模方法層面上,對情境加以創設、對問題進行理解、做出相應的假設、構建數學模型、對模型加以求解、解釋和評價。在各步驟教學過程中,必須圍繞著同一個建模問題展開,著重對問題的背景進行分析、對已知條件進行考察,對模型構建過程加以引導和討論,力圖對不同步驟思維方法加以展現,使學生能夠正確地理解各步驟及相互間的作用方式,便于學生整體把握建模方法與思路,以更好地解決實際問題,為學生構建模型提供依據和指導。另一方面,必須注重廣普性建模方法的應用,包括平衡原理方法,類比法,關系、圖形、數據及理論等分析方法。同時,善于利用數學分支建模法,包括極限、微積分、微分方程、概率、統計、線性規劃、圖論、層次分析、模糊數學、合作對策等建模方法。在針對各層面建模方法進行教學的過程中,應將各層面分化為具體的建模方法,選擇對應的實際問題加以訓練,實現融會貫通,必要時可構建“方法圖”,從整體層面研究各建模方法、步驟及其同其他學科方法間存在的多重聯系,從而逐步形成立體化的數學建模方法結構體系。
3.3整合模式
所謂的“整合”,即關注系統整體的協調性,充分發揮整體優勢。數學建模整合模式指的是加強大學各年級的知識整合,對其相互間的連續性與銜接性加以探索,以便提高數學建模教學實效性。在模式整合過程中,必須重點關注核心課程、活動及潛在課程的整合,其中,核心課程包括微積分、數學模型、數學實驗等課程;潛在課程主要指的是單科或多科選修課;建模活動,指的是諸如大學生建模競賽、CUMCM集訓、數學應用競賽、社會實踐活動等。與之所對應的建模教學結構,包括如下模塊:應用數學初步、建模基礎知識、建模基本方法、建模特殊方法、建模軟件、特殊建模軟件、經濟管理等學科數學模型、機電工程數學模型、生物化學數學模型、金融數學模型、物理數學模型及綜合類數學模型等。本文提出“三階段”數學建模教學模式:第一階段,針對的是大一到大二年級的學生,該階段旨在培養其應用意識,使其掌握簡單的應用能力。教學結構包括應用數學初步、建模入門、軟件入門、高數、線性代數案例及小實驗。第二階段,面向的是大二到大三年級的學生,該階段用以培養學生的建模及應用能力。教學結構主要包括建模基礎知識、建模基本方法、建模軟件,以及經濟管理學科數學模型,或機電工程數學模型、生物化學數學模型、金融數學模型、物理數學模型。通過開設建模課程、群組選修建模課程、講座、CUMCM活動等教學模式開展;第三階段,面向的是大三到大四年級的學生,用以培養學生綜合研究意識及應用能力。教學結構包括建模特殊方法、特殊建模軟件、綜合類數學模型等模塊。通過CUMCM集訓、畢業論文設計及相關校園文化活動與社會實踐活動開展。
3.4分層進行
數學建模教學應分層進行,根據學生掌握、運用及深化情況,分別以模仿、轉換、構建為主線來進行。
3.4.1模仿階段。
在建模教學中,培養學生的建模模仿能力必不可少。在這一階段的教學過程中,應著重要求學生對別人已構建模型及建模思路進行研究,研究別人所構建模型屬于被動性的活動,和自我探索構建模型完全不同,因此,在研究過程中,應側重于對模型如何引入和運用加以分析,如何利用現有方法從已知模型中將答案導出。在建模教學過程中,這一階段的訓練很重要。
3.4.2轉換階段。
指的是將原模型準確提煉、轉換到另一個領域,或將具體模型轉換為綜合性的抽象模型。對于各種各樣的數學問題而言,其實質就是多種數學模型的組合、更新與轉換。因此,在教學過程中,應注重培養學生的模型轉換能力。
3.4.3構建階段。
在對實際問題進行處理時,基于某種需求,需要將問題中的條件及關系采用數學模型形式進行構建,或將相互關系通過某一模型加以實現,或將已知條件進行適當簡化、取舍,經組合構建為新的模型等,再通過所學知識及方法加以解決。模型構建過程屬于高級思維活動,并沒有統一固定的模式和方法,需要充分調動學生的邏輯、非邏輯思維,還要采用機理、測試等分析方法,經分析、綜合、抽象、概括、比較、類比、系統、具體,想象、猜測等過程,鍛煉學生的數學建模能力。因此,在教學中除了需要加增強學生邏輯及非邏輯思維能力的培養以外,還應注重全面及廣泛性,盡量掌握更多的科學及工程技術知識,在處理實際問題時,能夠靈活辨識系統、準確分析機理,構建模型加以解決。
4、結束語
總而言之,數學建模是聯系數學與生產生活實踐的重要樞紐。在高校數學建模教學中,必須注重確立學生的教學主體地位,關注學生需求及興趣,積極完善教學方法,深入挖掘學生的創造潛能。為了切實提高學生分析和解決問題的能力,必須引導學生大膽探索和研究,鼓勵大家充分討論和溝通,使其知識火花不斷碰撞,求知欲望逐步提高,創新能力進一步增強。
參考文獻:
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數學建模可以為數學理論和金融問題搭建一座橋梁。數學模型在金融領域已經有廣泛的應用,如證券投資組合模型、期權定價模型等。數學建模教育在金融人才培養中的作用是其他學科無法替代的,可以歸結以下幾方面:
1.提高學生的應用
數學素質以及學習興趣數學建模教學是案例教學,以實際問題為背景,利用數學思想方法解決實際問題,可以很好地將數學理論與金融實際問題緊密結合。如在量化投資中,可以基于智能算法建立套利模型;利用最優化方法研究資產組合模型等。數學建模教學可以避免抽象理論知識的講授,讓學生認識到數學在金融中的重要應用價值。同時,激發了學生學習數學的興趣,發現了數學的無窮魅力,提高對數學的認可度,體會到數學是一種重要工具。數學建模課程中講授了大量的數學建模思想方法,如時間序列分析、最優化方法、微分方程、智能算法等。常言道:授人以魚,不如授人以漁。通過數學建模的學習與訓練,可以拓寬學生的知識面,提高學生應用數學解決實際問題的能力。
2.培養學生的科研創新能力
數學建模是一個不斷探索的創造性過程。從不同的角度理解,同一個問題會得到不同的數學模型以及求解方法,沒有統一的標準答案,這為學生留出自由發揮的廣闊空間。在建立數學模型之前,必須查閱大量的資料,獲得自己所需要的信息。數學建模最終解釋實際問題必須以論文的形式呈現。經過數學建模訓練之后,學生的創新能力有了顯著的提升。例如我校獲得國家二等獎的小組,被選中參與量化投資大賽,最后也獲得了全國二等獎。因此,數學建模教育有助于提高學生的文獻查找能力以及論文撰寫水平、培養學生探索、研究能力、創造性地運用綜合知識解決實際問題的能力。
3.增強學生的綜合素質數學
建模教育除了培養學生應用數學的能力之外,還有一個目的就是為參加數學建模競賽做準備。數學建模競賽是以小組為單位開展工作,3個人分工明確,但又不可獨立開來。面對復雜的賽題,3個人只有共同思考、互相啟發、各司其職、、攻堅克難才能在規定的時間內完成。這種競賽模式培養了學生團隊合作精神以及攻堅克難的毅力,為今后能更好地適應工作中的挑戰奠定基礎。除以上之外,在數學建模過程中還培養了學生想象能力、抽象思維能力、發散思維能力、開拓創新能力、學以致用能力、綜合判斷能力、計算機編程能力等。而這些能力恰恰是21世紀金融人才應該具備的素質。可以說一次參與,終身受益。數學建模為培養應用型創新型復合型金融人才提供了有效手段。
二、地方金融類院校開展數學建模教育措施
1.重視數學基礎知識
在金融中的應用高等數學中,我們可以用泰勒級數去近似一個抽象函數。教師在講授這節內容時,可以將其用于研究債券價格的變化以及波動性。在概率論中,概率分布研究不確定事件發生的可能性。二項分布在金融中最常見的應用是關于債券價格的變化。概率分布可以用于預測資產價格或資產收益率的未來分布。如果在高等數學、線性代數、概率論與數理統計等公共基礎課上適當引入以金融知識為背景的例子,學生將更加深入體會到所學的抽象內容在現代金融的有用武之地,有助于提升學生學習數學的興趣。然而,要在數學基礎課堂上將數學知識與金融專業知識相結合又是不容易的。數學基礎課程大多數為公共基礎部承擔,大部分教師沒有金融背景。因此,在招聘數學教師時應該適當考慮有金融背景的數學教師。
2.將數學建模思想方法與現代金融相結合
現代數學包含各門學科知識和數學方法。數學建模課堂上,教師講授大量的數學建模思想方法,如優化理論、多元統計分析、預測方法、回歸分析、現代優化算法、綜合評價法等。而數學建模教學采用的是案例教學法,如果能將其與現代金融相結合,有助于提升利用數學知識的能力,同時可以加深理解專業知識。以量化投資中多因子選股模型為例,在選股的時候,人們經常使用的方法是基于基本面或技術面。新興的量化投資也慢慢發展起來,相比傳統方法,量化投資更加客觀、理性。多因子選股模型是采用一系列因子作為選股標準,建立過程主要為候選因子的選取、有效性檢驗、冗余因子剔除、綜合評分模型的建立和模型的評價與改進。這一建模過程為數學建模思想方法與現代金融相結合提供了很好的范例。
3.開設金融建模與編程或數學實驗選修課
大數據時代對金融人才提出了更高的要求。互聯網金融、大數據金融要求金融人才必須具備一定處理數據、分析數據、計算數據的能力。目前,一些金融行業要求求職者必須具備一定編程能力,特別是熟練使用Matlab以及C語言。通過開設金融建模與編程或數學實驗選修課可以培養學生的編程能力以及計算能力,為今后就職奠定基礎,增加就業籌碼。對于一個金融問題,通過問題假設、分析、建立模型,之后,還得借助計算機求解。比如金融分析中的優化問題、回歸分析方法等。事實上,這些方法都有現成的函數可以調用。各種數學軟件都有各自的優勢所在,而對于金融模型,筆者更青睞于使用Matlab軟件。Mtalab的編程語言和規則簡單,較容易入門。在金融領域有以下幾種工具箱:金融數據工具箱、計量經濟學工具箱、金融衍生品工具箱、優化工具箱、統計工具箱。使用這些工具箱可以進行投資組合優化和分析、預測和模擬等。比如我們可以基于Matlab平臺,采用蒙卡洛模擬方法模擬新股申購中簽過程。
4.以競賽或立項為載體,提升建模能力
目前,數學建模活動在我校開展兩年以來,先后組織學生參與全國數學建模競賽、“華東杯”數學建模競賽等,取得了一項國家二等獎以及多項省賽區一等獎。我校數學建模課程為全校公共選修課,學生參與數學建模活動熱情還有待進一步提升。事實上,金融院校的學生學習了統計學、多元統計分析、運籌學、計量經濟學、時間序列分析等。學完這些知識再經過適當培訓完全可以勝任數學建模比賽。為了更好地發揮數學建模對金融人才的積極作用,我們必須通過各種形式宣傳、引導學生了解數學建模比賽,同時學校應該給予更多的政策支持,組織、鼓勵學生參與數學建模競賽、統計建模競賽、創新創業訓練項目。以競賽或立項為載體,項目為驅動,利用數學知識解決實際問題,特別是將數學知識與金融專業知識相融合,為應用型創新型金融人才的培養提供新途徑。
三、結語