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【關鍵詞】高職院校;數學建模;教學模式;教學方法
自1992年第一屆全國大學生數學建模競賽舉辦以來,數學建模得到了廣泛的關注[1]。開設數學建模課和參加數學建模競賽活動,不僅能提高學生的數學素質和創新能力,而且能增強學生分析、解決實際問題的能力,從而提升學生的綜合素養。
數學建模教育作為素質教育的一部分,以培養技能型、應用型人才為目標的高職高專院校,將數學建模作為數學教學的重要組成部分,更有其必要性和可行性[2]。正是基于此,國內眾多高職院校都根據自身特點,開展了數學建模教學活動。
相對于本科院校,高職院校數學建模課程在教學對象、教學方式和教學目的上都有所不同。本文從學校、師資、教材和學生四個層面分析了高職院校數學建模課程面臨的困難與存在的問題,針對現狀,提出了高職院校開展數學建模課程應該做到的四個重視,這對當前的高職院校如何開展數學建模課程有一定的理論和實踐意義。
1.面臨的困難與存在的問題
1.1 學校層面
高職院校對數學建模課程的重視程度不夠。國內數學建模課雖然已在部分學校開展了十多年,但仍為新興課程,很多校領導對數學建模課和數學建模競賽知之甚少,或者覺得其不重要而忽視其對應用學科的推動作用,從而導致開課遲、課時少、資源(軟硬件)缺乏等,這對數學建模課的正常開展造成了直接影響。
1.2 師資方面
當前高職院校師資多為專職教師,本身對數學建模不熟,實踐經驗較為欠缺。首先表現在對數學建模思想不熟悉,數學建模要求我們擺脫過去“定義-定理-證明-推論”這種演繹模式,而是通過數學實驗來直觀展現數學公式所描述結果,教學方式的改變導致教師原來熟悉教學要求發生改變;其次,很多數學教師不熟悉各種數學軟件,比如LINGO/LINDO、MATLAB、MATHEMATIC等。
學校原有師資不經過培訓或進修,提升教學能力,就很難勝任數學建模、數學實驗等新課程的教學要求。
1.3 教材方面
相對針對本科院校的數學建模教材的“百花齊放”局面,市場上適合高職院校學生數學建模的教材卻少得可憐,上課教師難以根據本校的特點而直接選定合適的教材[3,4]。大多數院校的數學建模教材依然是本科院校的教材,這并不符合高職教學的實際與需求,從而存在以下問題[5]:(1)內容過于繁雜,理論性較強,涉及知識點多而且深,對學生要求過高,不適合數學基礎相對較差的高職院校學生,也符合高職院校培養技能型、應用型人才的需求;(2)內容缺乏趣味性和針對性,當前的教材多追求內容全而廣,注重邏輯的嚴密性,缺乏趣味性,更缺乏培養應用型人才的針對性。
1.4 學生方面
首先,相對于本科院校學生來說,高職院校學生的數學基礎比較薄弱。多數學生的數學素質和基礎均較差,高職生源素質總體不高、學習積極性較低。這些因素都給數學建模教學帶來了諸多困難
其次,高職院校學生的數學基礎水平差異懸殊較大。隨著高校的不斷擴招, 高職院校學的中數學基礎水平差異比較懸殊,這已是不爭的事實。同一學校甚至同一專業的學生數學基礎差距極大。
再次,高職院校學生的數學建模意識不強。這主要是由兩方面原因造成的,一方面是當前的數學教學方式多為傳統的填鴨式教學,這種教學模式造成學生只要會做題就能在考試中獲得高分,基于應用的建模思想在期末考試中毫無用武之地;另一方面是學生應用數學軟件能力不強, 大多數學生沒有接觸過建模類型的軟件, 學生雖有一定的計算機應用能力, 但只局限于課堂教學和文字處理, 在數學軟件的自學和應用上存在較大的缺陷。
2.建議與對策
2.1 重視數學建模的宣傳普及
對數學建模的普及包括向上和向下兩方面。一方面,由于很多領導、老師對數學建模還很陌生,教學組老師需要多向他們普及數學建模課程好處,包括對學生綜合素質的提高、對其他科目(如經濟類科目)的推動、對學校知名度的提高(如參加數模競賽等)等。另一方面,也需要多向學生進行宣傳普及工作,畢竟學生才是最終的知識接受者,如果他們不感興趣的話,開展的課程就難以達到預期的教學目標。
2.2 重視師資培訓和教材本地化
數學建模課程需要組織教師進行專門的培訓和進修,進一步提升教學能力。這包括對實際問題抽象建模的能力、數學軟件的應用能力等。組織學生參加數學建模競賽是激發學生學習興趣、檢驗教學成果的好方法,任課老師需要對全國大學生數學建模競賽和美國數學建模競賽的參賽流程、參賽規則進行熟悉。
針對當前高職院校數學建模課程難以找到合適的教材的狀況,組織任課老師針對本校的實際情況自編教材是提升教師教學質量、提高教材匹配度的辦法。教學組老師根據實際教學的情況和學生的反饋,反復討論認證,最終編寫適合的教材。
2.3重視教學過程的趣味性
數學建模是應用性很強的科目,并不是純理論性課程,所建立模型與實際緊密聯系,這使得教師可以適當減弱知識之間推導的嚴密性而增加模型的趣味性。一方面,可以講書上的題目或模型與學生的生活聯系起來,比如講解貸款問題時,可以根據某一個學生的家庭情況進行建模;另一方面,可以拋開教材而直接從生活中的問題進行建模,并作為課堂上的案例進行講解,比如食堂的排隊問題等;再者,可以結合學生的所學專業,從其專業知識里歸納數學模型。
數學建模課程涉及知識面廣,從事數學建模教育的教師需要認真研究和改革總結出較多涉及不同工程應用背景和生活中常見的趣味性實例,應用這些實例再現數學建模的思想和基本方法,能夠具體而方便的應用于趣味性教學,提高學生的學習動力。
2.4 重視教學輔助手段的應用
數學建模因其具有對現實規劃的指導性,得到了人們的重視。但我們也要認識到,羅馬不是一天建成的,一個學校師資水平、學生水平不是一下子就能提高的,需要在人力、物力、財力等各方面長期不斷的投入;一個人的數學建模素養也不是一兩次課能建立的,需要長期不斷的培養和練習。
針對高職院校,可以在教師和學生兩方面采取“走出去”和“請進來”的策略來逐步改變現狀。首先,多組織老師和學生到本科院校取經,學習其先進的教學經驗。其次,可以多邀請外校建模教師或相關人士來為本校師生做講座或培訓。
另外,對于競賽獲獎的同學,可進行優秀論文張貼、口頭表揚、社團榮譽等形式對其進行鼓勵,在增強學生自信的同時營造學習和競爭的氛圍。
3.總結
本文分析了高職院校數學建模課程在學生、師資和教材等方面存在的問題和面臨的困難,然后結合當前教學現狀和計劃,對如何在高職院校開展數學建模課程提出了針對性建議。這對當前的高職院校如何開展數學建模課程有一定的理論和實踐意義。
參考文獻:
[1] 李大潛. 將數學建模思想融入數學類主干課程[J], 中國大學教學, 2006年第1期
[2] 顏文勇. 數學建模[M], 北京:高等教育出版社,2011
[3] 楊啟帆. 數學建模[M], 高等教育出版社, 2005
關鍵詞:組隊方案;量化;lingo
中圖分類號:O224 文獻標識碼:A 文章編號:1001-828X(2012)04-00-01
隨著計算機技術的迅速發展,所謂數學技術已經成為當代高新技術的重要組成部分。當需要從定量的角度分析和研究一個實際問題時,人們就要在深入調查研究、了解對象信息、作出簡化假設、分析內在規律等工作的基礎上,用數學的符號和語言,把它表述為數學式子,也就是數學模型,然后用通過計算得到的模型結果來解釋實際問題,并接受實際的檢驗。這個建立數學模型的全過程就稱為數學建模[1]。
本文將利用數學方法討論實際生活中經常出現的人員選拔方案,以我院參加數學建模競賽學生的選拔為例,根據學生所具有的各種基本能力以及學習成績進行匯總,挑選出參賽隊員,進而根據一般性的組隊原則從中建立最佳組隊方案。
一、引出
數學建模競賽需要參賽學生具有較好的數學基礎和必要的數學建模知識、良好的編程能力和熟練使用數學軟件的能力、較強的語言表達能力和寫作能力、良好的團隊合作精神,同時還要求思維敏捷,對建立數學模型有較好的悟性。
目前選拔隊員主要考慮以下幾個環節:數學建模培訓課程的簽到記錄、數學建模的筆試成績、上機操作等,通過這種方式選拔隊員,然后按照3人一組分組。為使小組具有較好的知識結構,一般總是將不同專業的學生安排在一起,使得每個小組至少包含一位數學基礎較好的同學與一名計算機編程能力較強的同學。各組通過一段時間進行交流和磨合,合作比較好的保留,合作不好的進行調整。
現有某年備選隊員的基本條件如表1,從中挑選出9名優秀隊員并且確定最佳組隊方案。
二、問題求解
一般選拔方法只考慮考試的成績,而不考慮其他因素,可以利用EXCEL進行簡單篩選得到9名入選參賽隊員為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S13。但是其中并沒有考慮到學生的思維敏捷性、知識面以及學習數學建模時間等因素,這樣的結果存在著不足,接下來我們考慮上述因素,對一般性的方法進行完善。
首先對表中出現的非數字項進行量化。可以設定A=4,B=3,C=2,D=1,替換表中相應信息,建立最優化模型。過程如下:設的成績為,為決策變量。建立目標函數Max=*,編寫 Lingo[2]程序如下:
max=x1*(96+2+4+3+4)+x2*(93+6+4+3+3)+x3*(92+4+2+1+2)+x4*(82+4+3+3+4)+x5*(82+3+3+2+3)+x6*(82+6+4+3+1)+x7*(80+5+2+3+3)+x8*(79+4+4+3+4)+x9*(78+4+4+2+2)+x10*(77+5+4+3+3)+x11*(76+6+2+4+3)+x12*(74+2+4+2+4)+x13*(78+2+3+4+1)+x14*(76+5+4+3+4)+x15*(66+6+2+3+3); x1
運行上述程序,可得到結果,聯立各分數情況,建立下表2:
由上表得到所選出的9名隊員,接下來依據一般性的分組規律:避免同一專業學生在同一組,以及保證每一組中至少有一名數學成績較好、一名計算機操作能力較強的學生,可以分為以下三組:S1、S2、S3,S6、S8、S4,S5、S7、S14。繼而根據最佳組隊原則(每個隊中的三名隊員之間具有互補性,即二人中各單項水平指標的最高者為該隊的單項水平指標,最佳組隊主要體現全隊在各單項水平指標最高)可知S1、S2、S3一組為最佳組合。
三、結論
近幾年來,我院根據上述選拔隊員的方案挑選出來數學建模競賽隊員,并且獲得了較為理想的成績,該方法已經經過了實際的檢驗。
從上述解決過程可以看出,利用數學方法可以將各種非數字的數據轉化為數字,從而更好的利用數學方法進行解決。最佳組隊方案的建立,可有效地促進數學建模競賽工作的展開,為選拔優秀隊員和合理組隊提供科學的理論依據,而且模型的建立方法簡便,實際操作易于實現,該模型也可以直接推廣到任何一種競賽的隊員選拔和組隊問題。當然由于并沒有考慮到更多實際因素或突發性事件的影響,可能存在一些不足,希望讀者進行批評斧正。
參考文獻:
[1]李明振,龐坤.關于高師院校“數學建模”教材建設的思考與探索[J].數學教育學報,2006.
關鍵詞:數學建模;計量分析;科研;促進
中圖分類號:TB115 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)08-0189-03
一、引言
數學建模是指對現實世界的一個特定對象,為了特定目的,做出一些必要的簡化和假設,運用適當的數學工具得到一個數學模型并求解,用它來解釋特定現象的現實性態、預測對象的未來狀況、提供處理對象的優化決策和控制、設計滿足某種需要的產品等。湖北經濟學院從2003年開始進行數學建模的教學和培訓工作,并組織在校大學生組隊參加全國大學生數學建模競賽。在這近十年的工作過程中,我們取得了一定的成績,一大批學生通過數學建模的學習,掌握了數學建模的基本知識和用建模知識解決實際問題的能力,增強了服務社會、服務經濟建設的能力;一批數學建模小組在全國大學生數學建模競賽中取得了優異的成績,包括全國一等獎三項、全國二等獎六項和省級獎項若干。我們欣喜的發現,數學建模工作在取得一系列教學成果的同時,還極大的推動了學校科研的發展。下面就數學建模促進學校科研發展的現實意義、目標定位、應該注意的問題以及進一步做好以數學建模促進科研發展的具體措施等幾個方面進行討論。
二、以數學建模促進科研發展的現實意義
我校的數學建模工作主要包括選修課課堂教學、組織策劃數模講座、指導數學建模社團和課外興趣小組、組織學生積極參加課外實踐和課外科研項目、組織學生賽前培訓及參加全國大學生數學建模競賽等環節。教學目的旨在提高學生的實踐能力、創新能力及競爭意識;通過本課程的學習,學生不僅掌握了數學建模的基本知識和用建模知識解決實際問題的能力,還增強了做科學研究和撰寫科研論文的能力。同時,數學建模工作也為教師的科研工作注入了新的思想和素材。總之,數學建模在促進學校科研發展上具有重大的現實意義,具體體現在以下四個方面。
1.數學建模迅速提升大學生的科研能力。在數學建模的學習過程中,同學們需要查閱大量的文獻資料、將實際課題抽象成數學模型、開展數學實驗、設計算法、使用計算機求解(作圖)、編制應用軟件和撰寫論文等,經過這種全方位的鍛煉,同學們的實踐能力特別是做科學研究和撰寫論文的能力得到了極大的提高。同時,數學建模具有知識面廣、實踐性強、學科交叉性大的特點,通過數學建模的學習,同學們的知識水平和理論水平都會有一個很大的提高。實踐證明,數學建模對培養學生的科研能力具有其他課程無法替代的重要作用。數學建模教學與培訓除了在課堂教學上向學生講解經典案例外,還要求每個學生必須完成課外實際課題研究并提交研究論文。學生課外科研課題的來源目前有兩類:一類是教師從自己科研工作中收集來的小型課題;另一類是學生自己從本系或校內其他部門收集來的課題。從我校實踐結果來看,做這樣的課外實際課題研究,學生的積極性更高,做得也較好。這種形式的教學為學生提供了一個開展課外科研的機會,開始時大多數學生都不知道應當如何開展研究,經過課堂案例教學的引導,實際研究的鍛煉,同學們的綜合素質提高得非常快,創新能力和競爭意識大大加強,起到了明顯的人才培養效益,這也是我校學生能在全國競賽中表現突出的重要原因之一。其中有一部分同學將學習中整理出來的優秀在《藏龍學刊》、《金融園地》等期刊雜志上,供其他同學查閱參考。今后,我們將進一步加強實踐性教學環節,使其在人才培養中發揮出更大的效益。
2.數學建模鞏固教師的自身素質,推動教師科研工作的發展。教學和培訓過程是教師和學生之間的一種雙邊互動過程,教師的教和學生的學之間的“教學相長”,對教師的科研工作有很好的促進作用。這種促進作用被大多數教育工作者認可,教師準備教學的過程,就是對教學內容進行整理、思考、鉆研的研究過程。特別是數學建模課程,由于其內容均來自于實際問題,可能會涉及到各個學科的知識,如果教師自己沒有較廣的知識面,沒有較強的科研能力和解決實際問題的能力,沒有對現代科學技術和文化發展最新成果的學習和領會,便不可能有好的教學、不可能帶領學生掌握這門知識和能力,因此,數學建模教學上的“教學相長”就更加突出。此外,參加數學建模學習的同學都是求知欲和學習能力很強的同學,他們在接受新的知識信息方面常常走在教師的前面,雙邊活動的一個積極的結果常常是教師從學生身上得到很多新的東西,這給教師的科研提供了新的資源;同時,教師在將一個個經典的實踐性案例向學生闡述和講解時,他的思路也會從這種闡述中得到整理和澄清。概括地說,數學建模可以鞏固教師的知識水平和素質,可以理清教師的科研思路,拓寬教師的科研范疇。
3.數學建模極大地推動了教學項目的研究。數學建模是一個新生事物,也是一個不斷總結、創新和進步的過程,是不斷摸索新的教學方法和思路的過程,在這個過程中,我們進行了相關教研課題的立項和研究,探索出更適合當代大學生的教學方法和思路。據不完全統計,參加數學建模教學工作的老師,有半數以上的教研課題和數學建模直接相關。
4.數學建模為師生打開跨學科研究的大門。數學建模問題均來自于生活,涉及眾多學科領域,因此,討論研究數學建模問題,必然用到跨學科研究的思路和方法,為老師和同學們展開跨學科研究打下基礎。綜合應用多個學科領域的知識探討一個問題,在多門學科之間進行交叉探索研究,容易發現新問題,構建新的知識聯結,形成新的知識點,揭示新的理論或新的知識體系;能揭示各學科之間的辯證關系,解決相關的科學問題,有利于促進學科創新發展或創建新學科等。跨學科研究法以創新為根本取向,已廣泛地被應用于學科發展及創建新學科的研究之中,從而獲得大量的研究成果,促進了科學學科的創新發展及創建新學科。
三、以數學建模促進科研發展的目標和定位
數學建模為學校的科研發展帶來了實實在在的促進作用,在此基礎上,我們以數學建模和參與數學建模的師生為紐帶搭建的全校性的計量分析公共平臺已具雛形。湖北經濟學院是一所經濟管理類院校,各學科專業內的計量分析內容較多,但由于歷史的原因,專業教師和同學們的計量分析能力普遍較弱,這給學科發展和科學研究帶來極大不便。通過數學建模搭橋,我們在湖北經濟學院內搭建了一個全校性的計量分析公共平臺,在這個平臺上,我們為其他專業院系師生提供計量分析輔導和幫助、展開學術交流和科研互動。今后,我們打算以數學建模為依托,通過學生和教師這兩條路線繼續完善好這個全校性的計量分析公共平臺。在學生路線上,我們繼續對從各院系選的優秀大學生進行高質量的集中培訓,培養他們的定量分析能力和解決實際問題的能力、增強他們的科研能力和撰寫科研論文的能力,使這些同學回到各自院系后,成為同學中進行定量分析和科學研究的佼佼者,他們一方面能積極與專業教師聯系,幫助專業教師完成科研工作中的定量分析任務;另一方面,他們成為同班同學中做定量分析的能手,能帶動更多的同學完成學習中遇到的定量分析工作和科研工作。在教師路線上,我們繼續積極與其他院系老師開展合作,進行跨學科科研項目的研究。截至目前,我們已經與湖北水事研究中心、湖北物流發展研究中心、湖北數據與分析中心、湖北省大中型水庫移民后期扶持政策監測評估中心建立了長期、穩定的合作,并參與了多項跨學科、跨專業院系的科研課題的研究。在此基礎上,我們爭取和更多的科研單位與專業教師展開合作,使計量分析公共平臺發揮更大的效用。
四、以數學建模促進科研發展中應注意的問題
數學建模對學校的科研發展能起到推動的作用,要使得這種推動效應達到最優,還需要在工作過程中注意以下幾個方面的問題。
1.參與數學建模教學工作的教師應具備一定的學術素養和道德水準。由于數學建模知識具有一定的寬度和厚度,使得數學建模工作帶有一定的艱巨性,寬厚的知識儲備和較高的學術水平是完成數學建模教學工作的基本前提,更是帶領學生完成相關科研工作,在全國競賽中沖刺并能取得好成績的必要保證。同時,要保證教師能從優秀的學生身上汲取新的科研思想,但不是打壓、扼殺甚至剽竊學生的科研思想,這又需要教師具備較高的道德水準與人格品位。
2.參與數學建模教學的師生應具有較強的團隊協作意識與合作精神。數學建模工作是一個團隊活動,數學建模競賽是一個團隊競賽,隊員的團隊協作意識與合作精神是工作和競賽成敗的重要因素。當今社會的各個角落都需要合作,學校的科研工作更是如此,因此,較好的團隊協作意識與合作精神在帶給師生理想成績的同時,也為他們較好的從事其他科研工作奠定了一個堅實的基礎。
3.參與數學建模教學的師生應具有平等、民主、融洽的師生關系。數學建模的教學過程以及日常的科研工作都需要有大量的相互討論,良好的師生關系可以保障這種討論愉快地進行,并能激發師生的想象力和創造力,從而獲得滿意的答案并發現新問題。
4.圓滿完成數學建模工作,并使數學建模對科研發展的促進作用得到良好的體現,需要學校領導以及各專業院系的大力支持和重視。參與數學建模的學生來源于各個院系,開展跨學科科研合作也會涉及到多個院系和單位,學校領導以及各專業院系的大力支持和重視是順利完成數學建模工作的基本保障,也是開展跨學科科學研究的基本前提。
五、進一步完善以數學建模促進科研發展的具體措施
1.進一步加強領導重視、加強院系合作,并廣泛宣傳、積極引導學生參與。領導重視,學生積極參與是我們搞好數學建模工作的基礎。近十年來,我們能在數學建模教學和參賽方面取得較好的成績,并利用數學建模引導科研工作不斷進步,一靠領導的重視;二靠廣大教師和學生的積極參與。學校領導相當重視學生的綜合素質教育,為數學建模教學配置了專用的實驗室,教務處也專門制定了學生參與數模學習和競賽的相關獎勵制度和規定,并給予專項經費資助。今后應繼續完善、利用這些條件,并廣泛宣傳、積極引導學生參與到數學建模中來。
2.進一步加強自身建設,提高師資力量。擔任本課程的教師既有多年從事數學建模教學和教改的老教師,也有多名青年教師,年齡結構與知識結構合理,使得教學效果很好。但是,數學建模競賽和相關科研工作具有很強的時代性,其問題多與同時期的重大事件聯系在一起,這就要求我們的教師要不斷進行學習,不斷更新知識儲備,不斷加強自身建設,此外,也是為了滿足數學建模教學及進行相關科學研究的需要。
3.加強配套教材建設。近十年來,我們的教師在數學建模教學及科研工作中積累了大量的優秀教學素材和經驗,如果能將這些寫進教材,直接呈現給學生,將會進一步促進數學建模教學、競賽及相關科研工作的發展。同時,我們考慮到目前的一些傳統教材,主要是針對理工科學生編寫的,而不適合我校學生使用。因此,我們應加強配套教材的編寫工作,以進一步推動我校數學建模教學和競賽的發展,進而為推動學校科研發展做出更大的貢獻。
4.加強網站和實驗室建設。網站是向學生宣傳數學建模內容、展示數學建模成績的媒介,是我們與其他單位教師進行溝通、開展跨學科研究的橋梁;實驗室是師生進行教學、競賽和開展研究討論的硬件環境。因此,我們需要進一步加強網站和實驗室建設,更好地服務數學建模工作,服務學校的科研發展。
參考文獻:
[1]王偉廉.試論高校教學對科研的促進作用[J].高等教育研究,2001,(1).
1.高職數學建模課程現狀。
數學模型(Mathematical Model)是用數學符號、數學式子、程序、圖形等對實際問題的本質進行抽象解釋進而預測未來的發展規律或者為控制某一現象的發展提供某種意義下的最優策略或較好策略。數學模型的建立常常需要對現實問題深入細微的觀察和分析又需要靈活巧妙地利用各種數學知識。這種應用知識從實際課題中抽象、提煉出數學模型的過程就稱為數學建模。數學建模在20世紀六七十年代進入一些西方國家大學的。80年代初將數學建模正式進入我國高校課堂。經過20多年的發展現在絕大多數本科院校和許多專科學校都開設了各種形式的數學建模課程和講座,為培養學生利用數學方法分析、解決實際問題的能力開辟了一條有效的途徑。
隨著90年代末我國高等教育大發展,高職學生數學基礎在不斷下降。很多專科學校開始取消數學建模課程。以湖北為例,全省51所高職院校開設數學建模課程的不到三分之一,其中還有很多是以選修課講座的形式開設。數學建模課程在高職高專中發展并不理想。原因有兩點:一是學生數學基礎較差。數學能力與數學素養都使得學生在學習數學建模課程時有很多的困難,老師教的也很吃力。二是數學建模課程設置缺乏創新,不適合高職教學現狀。高職教育近年來在教學模式上都進行了很多的改革,而數學建模任然采用的是理論講授的原始教學模式,學生對課程的興趣也在不斷降低。
把數學建模課程作為必修課開設的學校在湖北高職高專院校中很少,只有極少數院校。大多數院校是以選修課或者講座的形式在開設。很多學生選擇選修數學建模的原因只是為了拿到選修學分,真正喜歡數學建模的學生寥寥無幾。而開設數學建模講座的主要是針對參加數學建模競賽的同學,類似于賽前培訓,時間有限,學生率學到的東西也很有限。
2.高職數學建模課程教學改革。
數學建模屬于應用數學的范疇,近年來數學建模風靡全世界。這也與高職院校培養高技能應用型人才的理念不謀而合。在高職開設數學建模課程對學生各方面能力的提升有很大的促進作用。為了改變數學建模課程在高職教學中的尷尬地位,化被動為主動,就需要我們對數學建模課程的教學做出改革。
(1)案例教學。傳統的數學建模課程的教學主要采用的是大學數學教學的一貫做法。重視建模理論,建模方法的講解。老師講授為主、學生練習為輔。在高職高專中漸漸形成了學生聽不懂老師講得累的現象。很明顯,數學建模課已不是傳統意義上的數學基礎課,如果仍采用傳統的數學課教學方法,顯然達不到開設數學建模課的目的。為了讓學生自覺地把已學過的數學知識與我們周圍的現實世界聯系起來,使學生知道數學有用,怎樣運用,應該在教學中,以典型實際問題的建模例子(即具體案例)作為教學內容,通過典型問題的建模示例,介紹數學建模的基本過程,掌握數學建模的思想方法。將上述指導思想貫徹到教學過程中,即案例教學法.案例教學法是最能體現數學建模課特點和目的的教學方法。
在進行案例教學過程中要注意一下幾個方面。一是注重案例的選擇。要體現教學的目的性、趣味性及學科代表性。二是在具體講授是教師要作為引導者,學生成為課堂主體。老師少講,學生多討論,注重調動學生積極性。三是要注重利用現代技術手段,現代技術特別是計算機技術的發展使數學建模長上了騰的翅膀。
(2)分層教學。學生數學基礎不牢,在學習數學建模課程中會出現很多的困難。在教學過程中應該循序漸進的安排教學內容,即教學內容的分層。在第一階段,應以初等模型為主。這部分案例不需要太多太高深的數學知識。例如:商人如何安全渡河、雙層玻璃功效等問題。第二階段可以加入一些優化模型和微分模型。如:森林防火,人口的預測和控制。第三階段介紹一些博弈模型和概率模型。如:人口模型。
分層教學還應該在學生上進行分層,對于不同的專業采用與專業相結合的案例教學。對不同數學基礎的理工科專業和財經類專業選擇不同的教學內容。
(3)考核方式轉變。傳統的數學課都是以分數的方式進行考核。即一張卷子、一支筆,在規定時間做出規定的答案。這樣的考核方式本身與數學建模鼓勵創新的精神相違背。也不利于數學建模課程的發展。可以變考試為考核。可以采用給出具體的研究問題在規定時間個人單獨提交論文或者以小組的形式提交論文的方式考核。讓學生自由發揮,以掌握建模思想方法為考核重點。把創新點作為加分項,鼓勵不同看法。
面向大學生創新能力培養,提出一體化的數學建模教學模式的構建與實踐.所謂一體化,就是對數學建模課的教學內容、教學方法、教學模式進行探討,將大學數學常規教學中融入數學建模思想、依托數學建模創新訓練基地構建學科競賽平臺、開發推廣數學實驗、指導數學課外科技活動等結合起來,將理論知識與實踐有機地融合,旨在提高學生的實踐和創新能力.
1.1數學建模一體化教學模式的內容
根據數學建模課程的性質與特點,我們從四個方面來構建一體化教學模式.首先,針對傳統大學數學課程教學的不足,將數學建模的思想、方法融入到常規教學中,在教學實踐中,將部分數學概念、方法通過實際問題引入,由問題來驅動教學,提高學生的學習興趣.在教學方法上,重點強調學生的動手實踐,加大近似計算的力度,從而拉近數學與實際問題之間的距離.其次,以數模訓練、競賽為手段,搭建數學學習與交流的平臺.幾年來,我們以全國大學數學建模競賽為主,每年的4月份開始在全校學生中進行選拔、培訓,并成立了數學建模協會,由老師指導,學生自主管理,通過培訓與競賽,學生對數學的重要性、“有用性”的認識明顯提高,申請加入數學建模協會的學生每年在遞增.第三,探討開設數學實驗課程,建設一批大學數學開放實驗項目.現代數學已經滲透到了各個學科,按傳統的理論推導、計算已經滿足不了要求,我們以信息與計算實驗室、數學建模創新訓練基地為依托,開設了一批數學類開放實驗項目,將課程中的原理、方法借助計算機工具來實現,將現實問題通過數學方法來描述,再通過計算機來實現.開放實驗對學生的吸引力很大,效果非常好.最后,將數學建模融入大學生研究性學習與創新性研究中去.幾年來,通過教師指導,學生自選課題,我們完成了一批創新項目的研究,如“長沙大學人性化熱水系統建模研究”、“長沙大學教學行政用房優化配置”等,提高了學生創新能力與科研起步能力.
1.2數學建模一體化教學模式的實施策略
數學的學習不僅是為學數學而學數學,更應當為解決問題而學數學.因此,我們在數學建模創新一體化教學模式的實施過程中主要抓住以下幾點.(1)堅持系統滲透與融入的思想.傳統的數學理論非常經典,我們所做的工作就是在教學中通過減少一些技巧,增加一些應用,在大學數學課程體系的基礎上,系統地選編問題,通過實際問題驅動引入數學知識,再將數學知識應用到實際問題中去,并且在常規教學中減少經典的理論證明,逐步滲透和介紹建模的思想和方法,增添數學建模、數學實驗的選修課的開設,對常規數學課程教學體系進行改革.(2)以“數學實踐”教學為突破口,填補數學教學內容的不足.通過數學建模上機實驗、數學類開放實驗項目,讓學生能夠接觸到客觀實際中的數學問題,親身經歷地感到數學有用,調動學生學習數學的積極性,進一步改善后繼課程學習的主動性和逐步養成使用數學的良好習慣.(3)革新教學手段,充分發揮學生的能動性.在常規教學中利用計算機輔助工具,將數學問題形象、直觀地表現出來;建立開放式輔助學習平臺,將大學數學課程資料、數學實踐類資料等對全體師生開放,形成學生與學生、教師與學生之間的互動,突破常規的時間、空間的限制,充分發揮了學生自主學習的個性,使學生的學習積極性和有效性有得了提高[4].(4)以數學建模競賽為平臺,形成一個開放式動態的數學教學模式,為不同專業的學生和教師提供交流的機會和場合,組成動態的數學建模培訓班,組建全校性性數學建模協會,擴大數學建模的影響面,促進數學建模競賽成績的提高,培養拔尖人才.
1.3數學建模一體化教學模式的評價
教學評價是一種在收集必要的教學事實信息的基礎上,依據一定標準對教學系統的整體或局部進行價值判斷的活動.現在的教學評價比較注重學生的全面發展,對學生的學習方法、學習態度及能力、實踐及創新能力等進行綜合評價.評價模式偏向多模式綜合,如定性與定量結合.評價主體由一元向多元、由被動接受向主動參與發展,要求被評者主動參與評價的全過程[5].數學建模一體化的教學模式與傳統的教學模式相比,更注重學生的動手能力、創新意識與創新能力的培養[6].在對教師和學生的考核與評價上傳統意義上的評價是不恰當的,在實踐中我們建立了一套評價體系.對學生的評價上,分課程評價與能力評價兩類,傳統數學類課程我們依據學校評價體系進行,對參加數學實踐的學生,我們根據完成的實踐學時、完成論文質量情況計算學分,對那些經選拔參加全國大學生數學建模競賽的學生在計算學分的同時,免修同類課程,對在全國大學數學建模競賽中獲獎或在學術期刊上的學生,我們讓學生根據自身水平,寫出自我評價,指導教師給出綜合評定,學校進行表彰獎勵.對教師的評價上,參與指導數學實踐課程的,學校根據工作量給予課時獎勵,同是在各類考評上優先考慮.
2數學建模一體化教學模式的實踐成效
從2010年起,我們在長沙大學信息與計算科學系、電子通信工程系、土木工程系及計算機系等幾個理工院系開始數學建模一體化教學實踐,3年來取得了一定成果.將數學建模的思想方法融入大學數學課堂教學中,學生的學習興趣、學習成績有較大提高,2012級實驗班級學生的高等數學成績高出全校平均水平5分,部分系的學生數學成績從全校平均水平以下提高到平均水平以上,近三年來經選拔參加全國大學生數學建模競賽的學生絕大部分來自以上幾個系.數學類學科競賽成績有了很大提高.三年學生參加數學建模競賽獲國家級一等獎3項,二等獎9項,獲湖南省一、二、三等獎近20項;參加全國數學競賽獲三等獎1項,湖南省一等獎1項,二等獎2項,三等獎15項,而三年前國家獎為零.學生依托數學建模創新訓練基地成功申請到各級創新項目多項,其中獲省級項目立項7項,校級重點項目立項13項,校級一般項目立項多項.教師的教育教學水平得到了提高.三年來,項目組成員獲湖南省青年教師教學能手稱號1人次;獲湖南省課堂教學競賽三等獎2人次;獲長沙大學青年教師教學競賽一等獎1人次,獲三等獎2人次;1人獲長沙大學教學十佳稱號;6人獲長沙大學學科競賽優秀指導老師稱號.三年來,獲各類教改課題5項,其中省級立項2項.
3結論與啟示
關鍵詞:數學建模 數學應用能力
多年的教學實踐表明,數學無用論思想在士官學員中廣泛流行,究其根本原因,在于數學課程的設置方式和授課方法不利于培養士官學員應用數學方法解決實際問題的能力。傳統的數學課程,重視邏輯推理和計算能力的培養,習慣于套公式、套方法,而沒有注意訓練如何從實際問題中提煉出數學問題,以及如何用數學來解決實際問題,其后果是學生們學了不少數學,但不會應用所學的數學知識去解決實際問題,久而久之,則形成了數學無用論思想,這反過來又影響了學生學習數學的積極性,使數學學習進入一種不良循環。因此,在士官數學的教學中,提高學員對數學的應用能力是非常重要的。
一、結合教學內容,融入數學建模思想,提高教學質量。
傳統的士官數學課堂教學中,教員一般偏重概念的講解、理論的推導和運算的技巧,往往忽視數學建模思想的滲透,使得士官學員在學完數學課程后,難以運用數學思想和方法解決實際問題。對此,筆者結合自己多年的教學經驗認為,結合教學內容逐步滲透數學建模思想是一種比較理想的做法。
所謂數學建模就是將某一領域或部門的某一實際問題,通過做一些必要的簡化和假設,明確變量和參數,并依據某種“規律”,運用適當的數學理論,建立變量和參數間的一個明確的數學關系式,這個數學關系式即為數學模型,建立這個數學模型的過程即為數學建模。簡言之,數學建模就是應用數學的語言和方法對一個實際問題所做的設計。該數學模型或者能解釋特定現象的現實性態,或者能預測對象的未來狀況,或者能提供處理對象的最優決策或控制。數學建模沒有固定模式,沒有統一的標準答案,它只求合理,鼓勵創新,從而在數學建模的活動中,人們的創新潛能就會得到開發。
(一)結合數學模型滲透數學建模思想
數學模型是從現實世界的實際問題中抽象出來的,在士官數學教學中,結合實際問題,再現數學模型的抽象過程是滲透數學建模思想的好方法。例如,在講重要極限 時,可以從復息問題引入,首先根據銀行的實際存款類型設置了一個問題:假設將1萬元人民幣存入銀行,存期為一年,年利率是100%,但是銀行推出三種不同的計息方式,一種方式是一年記一次息,第二種方式是每半年計息一次,按復利計算,第三種方式是每季度計息一次,也按復利計算,我應該選擇哪一種計息方式最劃算?在解決這個問題之后,追加兩個問題:若一年計息n次,則一年末賬戶里的錢數為多少?如果計息的次數無限增多,銀行賬戶里的錢會不會無限的增長呢?通過這幾個問題的探索,學員總結出數學模型 ,然后通過計算機計算,學員可以自己總結出這種極限的值。從而使學員對這種比較抽閑的數學模型有了一個認識的實際背景,極大的調動了學習的主動性,提高了趣味性,使得數學模型教學不再是空中樓閣霧里看花。
(二)結合有關教學內容滲透數學建模思想。
盡管士官數學教學內容比較少,要求也比較低,但仍有許多內容與實際問題密切相關,只要教師善于結合具體的教學內容滲透數學建模的方法,就能激發學員利用數學思想和原理解決實際問題的潛力。例如,函數的最大值與最小值這一部分內容與最優化問題密切相關。教學時,我們將選擇一部分有代表性的題目,都歸納成為一道數學建模題,并注重滲透數學建模思想,使學生認識到函數的最大、最小值問題在實踐中有著廣泛的應用。在此基礎上,我們還聯系在生產實際、科學實驗、工程技術、經濟管理等許多領域中,類似于“如何使成本最小,而效益最大”的問題。特別是企業部門,“優質、高產、低消耗”等問題,常常可歸結為數學上在一定條件下求一個函數的最大(小)值問題。
(三)抓住典型內容滲透計算機算法。
建立實際問題的數學模型只是解決該問題的第一步,針對這個數學模型,設計一種算法,并利用計算機實現模型的數值求解。為此,以教學中的一些典型教學內容為案例滲透計算機算法。例如,在講授引出定積分概念的傳統例題求曲邊梯形面積時,首先讓學員直觀地理解“分割、近似、求和、取極限”四個步驟在解決問題過程中所起的作用和意義。然后課后再組織學員利用計算機實現“分割、近似、求和”,并進一步討論在不同“分割”下,近似求和的結果,得出結論,并將其結果在多媒體教室演示出來。通過結合具體教學案例,滲透計算機算法,使學員不但加深理解了所學到的數學原理和思想,而且對計算機軟件的編程和算法有了初步的理解,從而激發了學員學習數學的積極性,收到了良好的效果。
一、結合概念教學,滲透數學思想。
數學中的概念來源于對現實世界中實際問題的高度抽象和概括。例如,函數是現實世界中滿足某種條件的對應關系,導數是函數變化率的表示,定積分是對在區間上具有可加性的量求法等等。在士官學習過程中,理解概念的數學意義相對容易,但是概念是對現實世界中哪一類問題的抽象和概括學員很難透徹理解,學習結果就是會做題,但不會應用。所以,在教學過程中,教員應該結合實際問題講解數學概念,展示由實際問題抽象出數學概念的過程。例如,在導數概念教學中,不僅要結合實例(變速直線運動的瞬時速度和平面曲線的斜率)抽象出導數的概念,更要結合實例使學員弄清楚分析問題的思想和方法。總之,通過教學,不僅要使學員理解的數學概念,還要會用概念的思想方法分析問題,并了解某一個概念是解決哪一類問題的。
二、關于培養學員數學實踐應用能力的幾點建議。
(一)建議將數學實驗引入士官教學中,使學員在數學實驗環境下完成數學作業。
近幾年來,數學實驗逐漸引入高校課堂,但對士官數學教學來說,一方面由于士官學員數學基礎比較落后,另一方面數學教員教學觀念落后,數學實驗一直沒有引起足夠的重視。借鑒地方高職院校的做法,可以組織數學基礎比較好的學員開展數學實驗課。例如針對一元函數的求根的近似計算問題,定積分的數值計算可以相應地設計一系列數學實驗題目,組織一些學有余力的學員在課余時間,利用一些數學軟件如Mathematica、Mathlab及Maple進行求解。同時可以把相關的軍內外數學建模競賽的題目,經過整理和簡化,適時地引入數學實驗教學中,在教師的輔導下,以團隊的形式研究完成。通過這些形式,使得學員不但對所學的數學知識和基本原理有更加深刻的理解,計算機應用能力得到了一定的提高,而且對數學建模的建立和計算有了基本的認識和了解
(二)建議積極參加數學建模大賽。
【關鍵詞】教學改革 數學建模 數學教學
在大力提倡素質教育的今天,傳統的只變教材而不變教學思路的數學教學方式已經滿足不了素質教育的需求。數學的教改必須大力推動數學的教學更加自覺地貫徹素質教育的精神,使學生不僅知道許多重要的數學概念、方法和結論,而且領會到數學的精神實質和思想方法。從近些年參加數學建模比賽的人數變化我們可以感受到學生對數學不是沒有興趣,而是對傳統的數學教學失去興趣,太枯燥、太乏味是大多數同學共同的體會。所以,在數學的教學中引入數學建模會對取得好的教學效果起到很好的作用,從而進一步促進數學教學改革的深化和發展。
一、以數學建模活動為載體,推動數學課程改革
1.推動教學內容的改革。通過數學建模活動,數學建模的思想和方法融入到數學課程中,打破了原有高校數學課程只重視理論,忽視應用的教學內容安排。
2.推動教學方法的改革。傳統的數學教學僅僅是知識的傳授,好多學生搞“題海戰術”,許多定理和公式免不了淪為一堆僵死的教條,難以發揮作用,而數學建模的問題具有開放性,一般不具有唯一的答案學生通過一起討論參與到教學環節中,發揮學生的主體作用。
3.推動教學手段的改革。數學建模的過程,要運用計算機技術解決實際問題。這樣,多媒體教學就可以迅速推廣。即提高學生學習興趣,又能讓學生體會到數學的實際作用,有效解決那種一方面數學有用,另一方面,學生學了數學以后卻不會用的矛盾現象。
二、怎樣把數學建模引入日常數學教學
以導數概念的引入為例來認識怎樣在數學教學中引入數學建模。為了引入導數的概念,我在教學中引入了一個數學模型.原題目為:一個受污染的湖泊,為了使湖水能在一定時間內恢復到指定的潔凈程度,要對排入該湖的河水進行治理,問排入的河水的污染物濃度要控制在什么范圍。原題目的資料有很多,為了教學方便,我將問題簡化為:一個容積為A的容器,(例如湖泊,游泳池)內有(污染物)濃度為B%的溶液,有一個進水口和一個出水口,現以C單位小時的速度由進水口注入濃度為D%的溶液,容器內溶液以同樣速度流出,問容器內的溶液濃度的變化率。問題提出后就開始引導學生來建立模型。首先建立一個簡化模型,考慮流入的為清水的情況,并認為容器內的溶液濃度始終是均勻的,那么流出的溶液濃度就是容器內溶液的濃度。在這樣的假設條件下,容器內的溶液濃度變化全部是由溶質的流失引起,那么單位時間內溶液濃度變化率等于流失的溶質數量除以時間,而溶質的流失量為流出溶液量乘以濃度,即為流速乘時間再乘濃度.用公式表示為:
如果考慮到流入的不是清水,則只需要將溶質變化量改為流入溶質減去流出溶質既可。在上面的討論中,有一個問題沒有得到解決,那就是濃度,它不是固定不變的,而是隨時間變化的。在一個小時內,我們不能把它當作一個常數。那么,我們到底應該怎么辦呢?這時可以引導學生這樣想,一個小時太長,濃度變化太大,那么我們考慮一分鐘。在一分鐘內濃度變化的不太大,我們把濃度看作常數來計算誤差不會太大。可是,一分鐘內溶液濃度還是有變化的,要得到更加精確的結果就要把時間進一步縮短,如1s、110s。那么,所得的結果就會越來越精確,更進一步。如果我們要得到精確的結果,就應該把時間無限的縮短,即時間趨于零的極限情況。這時公式變為:
關鍵詞:數學建模 數學實驗 教學改革 教學實踐
一、課程的特點
數學建模的本質決定了它不僅是一種創造性的活動,而且是一種解決實際問題的量化手段。所以數學建模課程有助于提高學生的創新能力、自學能力和綜合知識應用能力;同時也有助于學生洞察力和抽象能力的培養。 “以培養學生的創新意識與創新能力為重點,以滲透數學建模思想加強數學建模課程建設為突破口”的教學模式,能夠提高“學生創新意識與創新能力”為達到這種目的,進行教學改革是非常必要的,課程的教學進行改革,也能適應學科發展和社會發展的要求。[1]
數學實驗是以理論與實踐形結合的方式,向同學們教授MATLAB等軟件的運用方法,運用數學軟件解決數學問題,這樣能夠給數據的整理帶來很大的方便,在數學建模中經常會應用到這些軟件,所以學生們掌握好這些軟件的操作方法會更好的運用數學建模解決實際問題,對數學實驗課程進行適當合理的教學改革讓同學們更快更好的掌握各種數軟件的使用方法,提高學生在教學過程中的參與程度,使學生的主觀能動性在實驗中能得到相當充分的發揮。好的實驗會引起學生學習數學知識和方法的強烈興趣,并激發他們自己去解決相關實際問題的欲望,因此根據實際教學情況進行適當的教學改革。[2]
二、課程教學的現狀
近幾年,我校越來越多的同學參加了數學建模競賽,我校也連續舉辦了三屆數學建模競賽,很多同學也在比賽中取得了優異的成績。但通過比賽和在課堂上和同學們的溝通交流也發現了一系列需要進行教學改革的內容。同學們的學習興趣還不夠高,很多同學不能進行透徹的研究,缺少專研的精神,教師隊伍缺乏合理的創新和引導能力,課程開展的面也比較狹小,除統計學專業外,其他院系同學基本靠選修課了解該課程。
三、課程的教學改革內容
數學建模和數學實驗的教學,對教師的能力提出了很高的要求,不僅要求教師必須掌握一定的數學的知識和方法,還必須對數學應用的廣泛性、如何應用數學有著深刻的理解,才能把建模教學搞好,而且對計算機軟件應用也具有較高的要求。同時如何開發各個專業課程與數學建模及實驗的聯系也尤為重要。所以可以舉辦一些數學建模教師培訓班、研討班,也可以請專家講學來提高教師的業務水平。總之,數學建模是學生創新能力和綜合素質培養的重要途徑,我們要以數學建模課程的教學改革為切入點,將數學建模的思想融入到數學的其他主干課程中去,帶動整個數學學科的教學改革,在創新型人才培養模式和思路上起到探索作用。具體改革方式,可以從以下幾個方面入手:
1.增加數學實驗與數學建模課開展的深度、廣度;
數學建模課程應該在統計學專業第三學期開展專業選修課,在其他專業第三學期開展公共選修課,連續開展兩個學期,各16學時,并錯后一個學期開展數學實驗課程,開展一個學期16學時。
2.改進教學內容、方式、方法;
教學內容上應該更加貼近公共課和專業課教學內容,讓同學們都有機會將自己學習的理論知識應用的數學建模和實驗中來,根據學院特點,編寫相關教材,主要講授初等數學、優化模型、統計模型、動態模型、連續模型等,同時在數學實驗教材中利用數學建模教材的案例構建實驗內容,是的二者有機結合。數學實驗與數學建模應以學生為主體,教師利用一些事先設計好的問題啟發、引導學生主動查閱文獻資料和學習新知識,鼓勵學生積極開展討論和辯論,培養學生主動探索、努力進取的學風,培養學生從事科研工作的初步能力,培養學生團結協作的精神,形成一個生動活潑的環境和氣氛。[3]
3.規范考核方式、實驗報告。
其教學方式、方法及考核方式也必然與傳統的基礎數學教學有質的不同,必須探尋新的合適的方法,將數學建模和數學實驗課程從傳統的考核方式中解脫出來,數學建模課程考核以分組形式完成數學建模論文,使得考核更加接近于實際比賽形式;數學實驗實驗報告的規范也需要健全,以更符合專業特色的實驗來建立實驗要求,報告內容和實驗解決方案,方式也應該更加開放,可以利用多樣化的軟件解決,這樣有效的開放同學們所學,又能提高創新能力。[4]
四、結語
數學建模與數學實驗課程因為其具有創新性、科學性越來越被重視,為了使學生們更好的掌握這兩門課程,更好的培養學生的創新性提高學習效率,進行教學改革勢在必行,在不斷的改革與實踐過程中,我校整體數學建模競賽成績顯著提高,充分肯定了改革的效果。在以后的教學過程中在保持基礎教學上適當的進行改革,逐步提高學生們的學習興趣以及教學效果,使得課程轉變更加貼近學院轉型發展和應用人才培養。[5]
參考文獻
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【論文摘要】數學建模不僅能培養學生的數學能力,而且有利于提高學生的創新能力;有利于培養學生應用計算機的能力;有利于培養學生的實踐能力和綜合素質。本文對在培養技術應用型本科人才的高等學校開展數學建模的重要性和具體措施作了一些探討。
近幾年來,越來越多的新建本科院校將自己的發展目標定位于開展應用型本科教育、 培養應用型本科人才,我們稱這類普通高校為應用型本科院校。在我國高教法中對本科教育的學業標準有明確的規定:“應當使學生比較系統地掌握本專業必需的基礎理論、基礎知識,掌握本專業必需的基本技能、方法及相關知識,具有從事本專業實際工作和研究工作的初步能力。”從這一規定看,我國工科專業培養的其實都是應用型人才,但從培養目標的內涵上說,可分為三類:
一為工程研究型人才。主要由研究型和教學研究型高校培養,其培養目標是:培養能夠將發現的一般自然規律轉換為應用成果的橋梁性人才。
二為技術應用型人才。主要由教學型地方本科院校培養,其培養目標是:能在生產第一線解決實際問題、保證產品質量和性能,屬于使研究開發的成果轉化為產品的人才。定位為技術工程師。
三為技能應用型人才。主要由高職類院校培養。其特點為:突出應用性、實踐性,有較強的操作技能和解決實際問題的能力。
上海電機學院是2004年9月經上海市人民政府批準, 在原上海電機技術高等專科學校的基礎上建立的以實施本科教育為主的全日制普通高等院校。其定位在培養技術應用型本科人才的教學型院校。技術應用型本科人才學習數學的目的在于應用數學。這就要求他們在學習數學的同時,不斷提高應用數學的意識、興趣和能力。數學建模是數學知識和應用能力共同提高的最佳結合點;是啟迪創新意識和創新思維、鍛煉創新能力、培養技術應用型本科人才的一條重要途徑。
1 數學建模的發展歷程
近幾十年來,數學迅速向自然科學和社會科學的各個領域滲透,在工程技術、經濟建設及金融管理等各方面發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。數學與計算機技術相結合,已經形成了一種普遍的,可以實現的關鍵技術——數學技術,并已成為當代高新技術的一個重要組成部分。用數學方法解決各類問題或實施數學技術,首先要求將所考慮的問題數學化,即通過對復雜的實際問題進行分析,發現其中可以用數學語言來描述的關系或規律,將之構建成一個數學問題,再利用計算機進行解決,這就是數學建模。數學建模日益顯示其關鍵的作用,并已成為現代應用數學的一個重要領域。
為培養大學生的數學建模能力,國外較早地經常舉辦大學生數學建模競賽。1989年我國大學生開始參加美國大學生數學建模競賽(MCM),從1992年開始,教育部高教司和中國工業與應用數學學會每年主辦一次全國大學生數學建模競賽,至今已經舉辦了16屆,參賽隊伍每年都不斷增長,在競賽過程中,大學生的聰明才智和創造得到了充分的發揮,提交了不少出色的答卷,涌現了一批優秀的參賽隊伍,同時,有力地促進了高等院校的數學教學改革,充分顯示了數學建模競賽活動的強大生命力。舉辦大學數模競賽,已造成一種氛圍,推動了培養大學生數學建模能力的工作。
2 數學建模在創新技術應用型本科人才培養中的意義
數學建模是對人的數學知識,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,最能反映出創新精神。“科學技術是第一生產力”。每年的工科大學畢業生是科技戰線的生力軍,他們要出科技成果,并且“千方百計促進科技成果在生產實踐中得到廣泛應用”,“加速科技成果轉化”,數學建模能力對他們是必不可少的。
數學建模是對傳統教育的一個挑戰,它強調怎樣利用先進的計算機工具來解決數學問題。學生參加數學模型的研究,參加全國大學生建模競賽,是將以前的“做練習”改為現在的“做問題”,將生活變成數學,將問題實際解決。數學建模是對學生創新精神的培養,是學生時代的第一次科研訓練,是一個向實際負責的任務書,是對學生適應社會、服務于社會的鍛煉與挑戰。基于以上的重要性,許多高校對學生的數學建模能力越來越重視,我校也不例外。
3 提高我校學生數學建模能力的具體措施
為了提高我校學生的數學建模能力,我們可在高等數學的教學中溶入數學建模,并開設創新系列課程:數學建模系列課程。系列課程中除設置了數學建模理論課外,還設置數學建模實驗課、數學建模集訓和數學建模競賽等任選課。
(1)在高等數學教學中,融入數學建模:高等數學是工科大學本科學生的一門必修課程,也是學習其它技術基礎課和專業課的必要基礎課程,無論學生和教師都非常重視這門課程的教學。從工科應用型本科人才培養的各專業教學序列上講,高等數學處于龍頭地位,它不但對后續課程產生影響,更對學生的思維習慣和學習方法產生深刻、持久的影響,因此,有著其它課程所不可替代的作用。但是現在的高等數學教材,多數只注重理論和計算,對應用性不夠重視,即使有個別的應用也是限于較少的物理方面的簡單應用。很多高年級大學生和已畢業的大學生都有這樣的認識:高等數學很重要,但很枯燥,學了半天除了知道能在物理上應用外,不知道還能有什么用,但又不得不學。學生學習高等數學的目的不明確、缺少自覺學習的動力。歸于一點,就是學生不知道學了高等數學有什么用。在今后的學習和工作中高等數學到底有什么作用呢?學生很茫然,但高等數學又是非常重要的課程。因此,很多學生都是懷著不得不學的態度來學習高等數學的,缺乏自覺學習的動力。這就要求我們數學教師進行課程內容和教學方法的大膽改革,讓學生明白高等數學除了在物理上應用以外,還有很多用處,可以說我們的生活中、工作中無時無刻充滿著數學,只是你沒有認識它,不知道該怎樣用它。由于數學建模中的例子來源于社會和生活中的實際問題,會使學生感到數學無處不在,數學思想無所不能。讓學生切實領悟到高等數學課程與實際問題以及專業課學習的緊密聯系。在額定課時內,在保證完成教學大綱內容講授前提下,教師根據各專業的特點和需要,有目的的挑選、設計和重點細致的講解與所學專業相關的數學模型,如電氣專業的學生,對引力、流量、環流量、通量與散度、梯度場應是重點,機械類專業應偏重在變力沿直線作功、轉動慣量、付里葉級數上。這樣就會使學生既獲得了數學建模的基本訓練,又調動學生應用數學知識解決實際問題的熱情,激發學生學習高等數學的興趣。
(2)在全校開設數學建模公選課:繼本科生高等數學、工程數學之后,為了進一步提高學生運用數學知識解決實際問題,培育和訓練綜合能力在全校開設數學建模公選課。通過具體實例引入使學生掌握數學建模基本思想、基本方法、基本類型。學會進行科學研究的一般過程,并能進入一個實際操作的狀態。通過數學模型有關的概念、特征的學習和數學模型應用實例的介紹,培養學生雙向翻譯能力,數學推導計算和簡化分析能力,熟練運用計算機能力;培養學生聯想、洞察能力、綜合分析能力;培養學生應用數學解決實際問題的能力。
(3)在全校開設數學建模實驗公選課,加強數學建模實驗課教學,提高學生的建模能力和科學計算能力:數學建模實驗是將數學方法和計算機知識結合起來,用于解決實際生活中存在問題的一門方法實驗課;是繼本科生在掌握了高等數學、工程數學、數學建模理論部分等基本數學理論和基本建模方法后,使用主流數學軟件,通過較其它流行語言更為方便的計算機編程求解眾多領域數學建模問題的計算機實踐課。通過數學建模實驗課的學習,可使學生將所學的數學知識和其它專業知識很好地應用到解決實際問題中去,強調利用計算機及各種資料解決實際問題動手能力的培養,增加受益面。為學生所學專業服務,給課程設計、畢業論文提供強有力的方法論指導,提高學生的綜合素質。
(4)開設數學建模集訓課:在數學建模理論、數學實驗課結束后,開設數學建模集訓課。針對數學建模競賽從數學模型理論到計算機能力都有不同程度提高的要求,根據學生掌握的知識層次、深度,補充相關知識。通過數學模型有關知識、方法的學習和數學模型應用實例的介紹,培養學生應用數學解決實際問題的綜合能力,參加一年一次的全國大學生數學建模競賽。
近年來的研究表明提高大學生的數學建模能力是一個需要長期努力、集體參與的系統工程。作為高等學校的數學教育工作者,我們需要針對當前大學生數學建模能力的培養存在的問題進行認真研究、深入探析。隨著上海電機學院技術應用型本科人才培養專業建設和教學改革而不斷在實踐中積累經驗、深入發展、及時充實新內容,將進一步提高我校學生的數學建模能力。
參考文獻
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