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一、引言
11世紀的數學家、物理學家和天文學家高斯曾說:“數學是科學之王。”數學貫穿于所有科學理論之中,任何科學理論如果不應用數學,它就是粗糙的,不懂數學的人是不能進行深層次的科學思維的。
在當今社會數學已經滲透向生活的各個領域,概率、比率、機會、誤差、圖像、邏輯、程序等等數學概念已進入日常生活;各行各業都在數量化、數字化、數學化,用到的數學知識越來越多。從科學技術的角度來看,大量與數學相關的交叉學科相繼出現出現,迅速發展例如:數學化學、數學生物、數學地質學、數學心理學、數學語言學、數學社會學等。有研究者認為高科技技術本質上就是一種數學技術。例如財物、會計專業軟件包都是大量應用現有的相關數學知識,開發數學模型以及應用數學技巧、方法的結果。高等數學對于培養大學生數學思維、數學意識提升邏輯思維能力有重要意義。
二、數學建模思想的重要性
傳統高等數學教學注重訓練學生的邏輯推理能力,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,但不會用,為此在高等數學的教學過程中如何提升教學效果成為教學改革的一個重要研究問題。當前高等數學教學不重視應用性,很多學生數學的學習僅僅以通過考試為目的,數學成為抽象的、枯燥的、無實際用途的科學。數學建模則以“數學的應用與模型化”為主線,重視數學建模意識和應用能力的培養。
數學建模的思想在高等數學發展的歷程中很早就有,但是現代教育技術環境的發展和大學生數學建模賽事的舉行為數學建模的教學發展提供了契機和更好的外部環境條件,同時也對現代高等數學的教學提出了新的要求。數學建模對于培養大學生數學能力的作用的相關研究較多,研究結果表明:數學建模能夠提升大學生理論聯系實際的能力、可以提升思維能力、概括能力、歸納能力、創新能力。
三、數學建模教育現狀和改革思路
全國大學生數學建模競賽創辦于1992年,每年一屆,目前已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、美國的1284所院校、21219個隊(其中本科組17741隊、專科組3478隊)、63600多名大學生報名參加本項競賽。競賽能全面反應學生解決實際問題的能力、數學創造力、計算機使用能力、書面表達寫作能力,特別強調創新意識、團隊精神。已經成為我國大學生創新能力培養和提升的重要大型學術賽事之一。
鄭州航空工業管理學院,在2008年至2010年累計有67支隊伍,共計201名學生才加了全國的大學生建模大賽,并取得了良好的成績榮獲省級一等獎6項、省級二等獎8項、省級三等獎20項,但參賽學生來自全校各個不同院系,較多集中在數理與統計學院。
綜上可見:通過數學建模對提升高等數學教學效果的實踐研究,可以為高等數學的教學找到一條新模式,進而提升學生綜合素質,培養出能更好適應社會的應用型專業人才。另外,對于數學建模教學實踐還可提升高校的數學建模競賽成績,提升學校知名度,并影響到更多的學生,使學生們真正熱愛數學學習,全面提升個人素質。
四、數學建模教學研究的相關成果
關于數學建模與提升提升高等數學教學效果的實踐研究的相關研究主要集中在以下幾個方面:
(一)數學建模的教學方法研究
許多研究者對數學建模的教學從不同角度和方面進行探討,一些比較有影響的研究有:黃世華等,針對高專院系的建模教學現狀,提出從指導思想、教學理念、教學內容、教學方法、考核方式出發,課程教學應采取以問題驅動研究式為主,以知識驅動講授式為輔的教學方法才是行之有效的。劉浩等,認為數學建模應加強數學思維的互動訓練,培養創新精神;加強信息素養的訓練,開拓知識面;注重團隊訓練,提高團隊合作意識。楊小鐘討論數學建模教育對高校數學教育改革的重要意義,以及存在的問題并提出了改變教學理念的改進措施。還有研究者通過具體的模型教學,討論了建模思想的培養和相關的教學實踐心得。柴中林、王航平等針對美國大學生數學建模競賽提出了一些培訓策略。
(二)數學建模教學意義研究
對數學建模的意義研究主要集中在數學建模與大學生能力培養和非智力因素發展等方面。沙元霞等提出學校可以通過增強數學建模意識、改進數學建模思想方法、提高數學建模能力,深化教育教學改革,培養數學應用型人才。蔣莉分析了數學建模對培養大學生數學素質的作用,并提出數學建模培養了大學生的抽象思維能力,提高了大學生的創新能力。楊太文等,研究數學建模競賽與大學數學課程間的效用發現數學建模的學習可以明顯提高學生的數學學習能力。
關鍵詞學生管理教師管理建模實驗室管理
中圖分類號:G640文獻標識碼:A
0引言
大學生數學建模競賽起源于美國,1985年,數學建模競賽走向國際化。我國于1989年開始開展大學生數學建模競賽。1994年起由我國教育部高教司和中國工業與應用數學學會共同主辦我國自己的全國大學生數學建模競賽(CUMCM),每年一次,并成為國家教育部規定的面向全國所有高校的四大學科競賽之一。
大學生數學建模競賽的目的在于“激勵學生學習數學的積極性,提高學生建立數學模型和運用計算機技術解決實際問題的綜合能力,鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動,開拓知識面,培養創造精神及合作意識,推動大學數學教學體系、教學內容和方法的改革。”
我校(陜西服裝工程學院)于2014年起組隊參加全國大學生數學建模競賽,兩年間獲得陜西賽區一等獎兩項,二等獎三項。回顧過去幾年的工作,我校雖然在數學建模競賽中積累了一些經驗和體會,取得了一些成績,但總體上來說,我校的數學建模競賽的整體水平與國內一些高校的建模水平還相差甚遠。本項目結合我校近三年來數學建模競賽的管理模式,通過借鑒區內外其他高校一些好的做法,提出一套大學生數學建模團隊的管理模式。
1建模學生的管理
建模學生的管理主要包括學生思想認識和能力培養兩方面的管理。
1.1學生思想的管理
學生思想的管理主要包括以下三個方面:
(1)對每年參加全國大學生數學建模競賽以及獲獎的學生,在校報上提出表揚,并在全校師生大會上為獲獎學生頒發證書以及物質獎勵。這樣便可提升數學建模在學生思想上的地位。
(2)組織專題講座,請學有專長的教師普及數學建模知識,讓學生從思想上初步了解數學建模和數學建模競賽,激發學生興趣。
(3)在暑期舉辦建模培訓班前,與學生簽訂培訓協議。從思想上約束學生,從而保證培訓質量。
1.2學生能力培養的管理
學生能力的管理主要包括以下兩個方面:
(1)在全校理工科學生中開設數學建模及相關選修課程,學習基礎知識。
(2)在學校建立建模實驗室,成立校級建模團隊,借助實驗室這一平臺讓老師和學生平時在一起探討相關問題,并可以將好的成果公開發表,提高學生的自學能力和應用能力。
暑期開設校級建模培訓班,為九月份的全國大學生數學建模競賽做準備,從基礎知識、相關軟件、典型例題的講解,到寫作方面的指導,最后以模擬數學競賽的形式,讓學生組隊完成模擬競賽題。通過這三個層次的培養管理,提升學生個人與團隊協作能力。
2建模教師的管理
教師的管理主要包括心理和能力兩個方面:
(1)通過教師座談會或集體獎勵機制,讓建模指導教師意識到指導教師之間不應該是完全獨立的,不僅僅是為教師個人的榮譽,更是為學生和學校的榮譽。
(2)定期參加數學建模的指導教師培訓會或研討會,提高自身水平。借助學校自己的建模實驗室這一平臺,通過指導學生,和學生一起探討并發表有價值的科研論文。
(3)建模競賽結束后,指導組的幾位老師舉行座談會,探討本次競賽題是否有可以延伸或推廣的可能性,如果可以,將指導的論進一步研究,并進行發表。
3建模實驗室的管理
對建模實驗室的管理主要包括兩個方面:
(1)借助校內建模實驗室,在學校建立自己的建模團隊(類似于大學社團),由教師和學生共同管理實驗室的設施。
(2)實驗室經費可分為兩部分,一部分來直接源于學校資助,另一部分通過學生和老師參加建模競賽獲獎或而獲得,并且經費由建模負責人管理。
4結論
本文提出一套大學生數學建模的管理模式,主要通過結合陜西服裝工程學院數學建模的現狀以及參加陜西省建模指導教師培訓班,與同行的學習、交流,從學生、教師以及建模實驗室三方面的管理進行了研究。希望能為各位同行提供參考。
基金項目:本文受陜西服裝工程學院教學管理研究基金項目(2016G001),陜西省教學改革項目(15BY132)資助。
參考文獻
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>> 理工類院校大學生科技創新教育的現狀分析與理性思考 理工類院校創業教育模式探索 理工類院校全英語教學的探索與實踐 理工類高職院校美術教學的探索與實踐 理工類創新實驗室建設的探索與實踐 理工類大學生數學素質與創新能力培養的改革與實踐 數學建模與創新教育的探索與研究 高等理工類院校經管類線性代數教學中的創新與實踐 數學建模活動在創新教育背景下的探索與實踐 高等理工類院校《線性代數》教學中創新能力的培養實踐 基于創新性人才培養的理工類院校人文素質教育分析 理工類院校《分子生物學》雙語教學的實踐與思考 地方本科院校創新教育的探索與實踐 高職院校數學實施創新教育的理論與實踐初步探索 理工類高校大學生素質教育基地的建設與實踐 創新教育下的中職數學教學模式的探索與實踐 創新教育下的高職數學教學模式的探索與實踐研究 全覆蓋創新教育模式的探索與實踐 創新教育下中職數學教學模式的探索與實踐 理工類大學校園媒體培養新聞類學生記者的實踐與探索 常見問題解答 當前所在位置:l.
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【關鍵詞】數學建模思想;教學改革;現狀;思路
1目前高職高專院校在教學中運用數學建模思想的現狀
1.1課程內容體系存在局限性,未能體現數學建模思想的內涵。數學建模的主要思想就是將生活中復雜的內容數學化、簡單化,并且根據研究對象的發展規律來實現主要矛盾的掌握,從問題的本質出發建立合理的數學模型最終獲得解決問題的途徑,而目前大多高職高專所使用的數學教材只注重傳授理論知識和提高解題的技巧,忽略數學的應用性,導致整個教材體系缺乏對學生的實際應用能力的培養,使得學生只會做題,不會去利用數學思想解決實際問題,高職高專學生的實際應用意識和科技創新能力本身比較弱,對他們而言,教材應該具備實用性,應該和各個學科的內容產生融合而不是一味的強化理論知識。此外,在高等數學的課堂上,教師大都拿著教材照本宣科,沒有做到根據學生的實際情況進行調整,使得教學效率和學生能力一直無法提高。1.2傳統的授課方式存在弊端,教學方法較為單一。傳統的數學教學課堂可以理解為“包辦”模式,教師詳細的講解數學定理的內容,原理甚至利用大量的時間在黑板上一步一步推導、驗證定理成立的原因以及例題求解的過程,在課堂上剩余的時間里學生只是按部就班的去遵循老師所講的內容,照著例題去做練習,這樣由老師單方面的灌輸,雖然可以使學生快速的了解新的知識和內容,但很容易使得學生出現走神的現象,使得課堂效率收到了極大的影響,此外,也容易讓學生產生依賴的心里,主動獲取知識分析知識的能力逐漸消失,最終會導致學生喪失在實際生活中利用數學思想解決問題的能力,使得以學生為主體的課堂成為空談。1.3考核方式與學生實際需求存在較大差距在目前高職高專數學考試中大都出現了一種嚴重的問題,就是學生課堂所學內容與期末考試脫節,在教學中很多不同專業的學生在數學學習的過程中采用一致的評價標準,然而每個專業所學內容與對數學基礎知識的要求都不同,并且每個專業的課時、進度都不一樣,這就導致學生所學和考試脫節的現象發生,不同的專業所學內容應有不同層次的要求,這樣一味的以統一的模式考試,使得很多學生喪失了學習數學的信心和興趣。
2基于數學建模思想的教學改革的思路
2.1將數學建模思想和專業課相結合,構建新的課程體系。按專業分類設置數學課程理論教學內容;將數學建模思想穿插在整個教學過程中,但不能再每節內容前都機械的引入數學建模,而是要結合學生實際,對數學教學內容進行選擇和整合。采用案例教學法和討論法相結合的方式培養學生的數學應用能力,在教學中對一個新概念或是新內容都力求用與專業課緊密相連的實例引入。按專業分類設置數學建模課程實驗教學內容。數學建模思想的滲入,要求數學課堂應重思想輕理論,因此可以讓學生利用MATLAB、lingo等數學軟件減輕學生的運算負擔,更注重數學的應用性。數學建模思想和課堂相結合能充分調動學生的積極性,讓學生深刻體會到數學本身就是刻畫世界的模型而并非純理論體系,改變學生對數學的偏見,提高學生的數學素養。2.2通過加強例題的應用性來深入數學建模思想老師在課堂的教學中除了傳授新知識外,還可選取生活中與教學相關的例子,拉近書本與生活之間的距離,如利用物理、經濟、生物等方面的經典案例來實現日常生活的滲透,這樣不僅能調動學生的學習興趣,還能進一步提高學生解決問題與分析問題的能力。2.3在作業中著重體現數學建模思想的應用在高等數學教學中除了讓學生掌握基本的概念和方法后,還得有效的提高學生解決問題的能力,在教學中就需要引入十分重要的環節,即課后作業的布置,也就是在每一節課結束后為了鞏固和提高學生的應用能力而布置一定的作業,其中最有效的方法就是讓學生根據所學內容結合實際寫論文,以這樣的方式來使得學生將所學理論知識與實際相結合,將數學知識更好的融入平常生活中,最終實現提高學生分析問題解決問題的能力的目標,以及加深學生將數學建模思想和應用性結合的意識。通過布置作業方式的改革,使得學生能夠提出更具體的問題,需要借助建模的思想將問題簡化、假設和求解。最后達到解決問題的目的。2.4建立科學的考核方式傳統的考核方式單一,只是簡單考察學生的計算能力,并未和實際相聯系,不能將學生的創新能力很好的體現出來,我們應該將學生成績分成三部分,平時成績+數學論文+數學實驗,通過這幾部分的結合能更好的降低不及格率,挖掘學生的潛力,全面提高學生的綜合素質。培養應用型人才是高職高專教育的主要目標,而將數學建模思想帶入到課堂,能夠充分挖掘出學生的創新思維和分析能力,有效的培養出學生的數學應用能力。同時,在建立模型的過程中,可以讓學生深刻體會到如何將問題數學化,如何用數學工具解決數學化的問題,又如何將數學問題和實際問題聯系起來的過程,引導學生用數學建模思想來解決專業知識,讓數學知識在專業課學習中得到最大的應用
參考文獻
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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。
關鍵詞:數學建模;高職高專;數學教學改革
一、高職高專的數學教學現狀
隨著我國的高等教育的發展,高校的招生規模越來越大,而隨之而來的就是生源質量的下降,特別是高職高專院校,學生的基礎就更是不好,原有的數學教學都注重知識傳授的系統性、理論性,對他們來說有一定的難度。就我校而言,自升格以來,很多時候用的都是師范本科院校的教材,后來在教學實踐中,越發感覺難以實施。我校的其他很多專業(如電子信息工程技術)也都開設數學類課程,如高等數學、線性代數。但是在教學中,也普遍認為理論性太強,與實際脫節嚴重,不能吸引學生的學習興趣。并且,傳統教學忽視了學生用數學解決實際問題的能力,所以,進行數學教學改革勢在必行。
二、數學建模在高職高專數學教學中的作用
高職高專院校的人才培養目標是培養具有良好職業道德和內在素質,適應生產、建設、管理、服務第一線的高素質技能型人才。高職高職的基礎理論教學應以“必需”、“夠用”為度,專業課應加強針對性、實用性,實踐教學在教學計劃中應占有較大比重,注重學生的實踐能力的培養,讓學生成為一線所需要的“下得去、留得住、用得上”的人才。
數學建模是將一個實際問題,對其作出一些必要的簡化與假設,將其轉化成一個數學問題,借助數學工具和數學方法精確或近似地解決該問題,并用數學結果解釋客觀現象、回答實際問題并接受客觀實際的檢驗[1]。數學建模能彌補傳統數學教學在實際應用方面的不足,促進數學教師在現代化教學手段、教學模式方面的更新。數學建模有助于調動學生的學習興趣,在計算機應用能力、實踐能力和創新意識的培養方面都有著非常大的作用,以便學生將來能更好地適應工作崗位。
三、以數學建模課程推動數學教學改革的實踐與體會
我校在探索以數學建模課程推動高職高專數學教學改革方面做了一定的工作,進行了一些嘗試,取得了一定的成績和經驗。
(一)將數學建模內容和思想融入到數學教學實踐中
數學教育專業是我校的傳統專業和優勢專業,2010年成為省級特色專業,2011年成為教育部、財政部關于支持高等職業學校提升專業服務產業發展能力的資助專業。在數學教學專業的教學中,我們在各個方面嘗試著改革,以適應社會發展的需要。我校在認識以前傳統教育模式的弊端下,積極探索改革,首先是修訂了各專業的人才培養方案和課程計劃。近期,數學教育央財項目成立了由我校數學教師與一線的小學教師共同組成的數學教育專業指導委員會,我們對小學需要什么樣的教師進行了調研,并對新版的人才培養方案進行研討。在新的人才培養方案中,我們將數學建模課程納入數學教育專業的必修課程,放在第四學期。我們建立了數學建模優秀教學團隊,申報了“高職高專數學建模課程內容整合與改革研究”課題,目前使用的還是姜啟源編寫的《數學模型》,這是一本比較經典的教材,但是內容太豐富,我們的課時不夠,所以我們教學團隊準備編寫一本適合于我校教學實際的校本教材。在其他理工科類專業開設數學建模選修課,把數學理論與所學專業知識結合起來,采用案例教學法。同時,可以利用數學建模來推動高職高專數學教學手段和教學工具的改革[2]。
(二)鼓勵學生開展數學建模活動、積極參加數學建模競賽
在數學建模組老師的指導之下成立了數學數學建模協會,學校有專門的數學建模實驗室為學生活動提供條件,他們定期的開展活動,一起探討問題,開展模擬競賽。積極鼓勵學生積極參加數學建模競賽,我校雖然參加大賽較晚,但取得了不錯的成績。2010年首次參加全國大學生數學建模競賽,共有三個隊,獲安徽賽區二等獎2個,三等獎1個,2011年參加10個隊,獲全國二等獎1個、安徽賽區一等獎2個,二等獎2個,三等獎5個。
數學建模競賽從內容到形式,都與與畢業后工作時的條件非常相近,是一次非常好的鍛煉,有利于培養學生的創新精神、實踐能力、綜合素質和團隊協作精神[3],是素質教育在數學教學上的體現。學生參賽后的最大感受就是“一次參賽,終身受益”。
雖然在數學建模競賽與教學實踐中取得了一定的成績,但是距離目標還是有一定的距離,同時也暴露了一些普遍存在的問題,如數學建模在其他專業的推廣不夠,受益面小,還有建模競賽功利化太強,忽視了真正意義上的技能訓練。要想解決這些問題,就必須進一步改革與探索。
參考文獻:
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【關鍵詞】民族數學教育 數學建模與數學實驗 教學改革方案
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2012)21-0004-02
一 引言
隨著高等教育改革的不斷深入,民族院校的專業布局已日趨合理,但與普通高校相比,民族性特點仍然較突出。由于民族院校的學生大多來自邊遠少數民族地區,中學數學基礎較薄弱,總體知識面相對狹窄。因此,為了把他們培養成能服務民族地區經濟文化建設的合格人才,在制訂教學計劃和設置課程體系等方面必須做到量體裁衣。
數學建模與數學實驗課程體系涉及高等數學、線性代數、概率統計、微分方程、運籌學、圖論、數值分析、優化理論、計算機基礎、計算機語言、數學模型和數學實驗等系列課程,這些課程部分內容交叉重復但又各有側重。如何將這些課程有機地加以銜接,讓學生系統地把握數學建模的基本思想、基本方法和基本策略,較好地運用所學知識來解決相關問題,已成為該系列課程教學中值得深思的課題。結合民族地區特色,建立健全數學建模與數學實驗課程體系、調整相關教學內容、改變培養模式、科學合理地制訂教學計劃、設置課程等一系列改革,是發展民族地區數學教育的必然選擇。
二 民族院校數學教學的現狀
由于歷史原因,民族院校大多以人文學科為主。近年來,為主動適應國家和民族地區經濟結構戰略性調整、人才市場需求,全面提高民族高校辦學質量,各民族高校普遍進行了學科專業結構的調整。民族高校以人文社會科學為主的學科專業結構有了較大的改變,一些院校向著綜合型方向發展,有的民族院校則以理工學科為主要特色。一個學校數學學科的狀況,將直接影響著該校其他理工科和管理類學科的發展。目前,我國13所民族院校中,基本上都開設了數學與應用數學、信息與計算科學、統計學或相關數學專業。由于數學學科基礎性較強,因此在專業基礎課的設置方面,民族院校與普通高校沒有本質區別。然而,由于民族院校師生結構的特殊性及理工類專業設置的滯后性等原因,導致大部分學校在數學教學方面仍存在一些問題。
民族院校是在人文學科的基礎上增設理工類學科的,除張大林提到的學生數學基礎較薄弱、教師教學方法較傳統等問題外,還存在專業課程的設置不合理、課程銜接不當、教師不能較好地把握因材施教原則等問題。隨著素質教育理念的推廣,在大學數學教學中融入數學建模思想已普遍達成共識。然而,受師資力量和水平的限制,在大學數學教學中很難做到引進與專業相關的數學建模案例。當前大學數學教學基本分為文科類、經濟管理類、理工科類和數學類幾個層次,為了便于同步教學,教師在教學過程中一般只從這幾個層次上加以區分。因此,結合人才培養目標、社會需求和專業特點開展教學是今后大學數學教學改革的一個方向。
三 數學教育與課程體系改革
何偉等在闡述關于民族院校數學教育的思考中提到,自然科學沒有民族性,但自然科學的掌握者有民族性,對其進行的教學可以有民族特點。因此,民族院校的數學教育可以結合民族特性開展。在完成基礎數學教學的基礎上,應以數學建模系列課程教學為載體,根據民族地區經濟發展對人才的需求,選擇有利于發展民族經濟的教學內容和人才培養模式,大力開展具有民族特性的數學教育。在教學過程中,重點培養學生把握民族地區發展的前景分析能力和項目開發能力。在地方民族院校中,應結合地方實際,針對民族旅游開發、民族工藝品設計、民族藥品研制過程中涉及的數學模型展開教學,探索合適的具有地方特色的創新性人才培養模式。
數學建模教學與競賽活動,是一項成功的高等教育改革實踐。從13所民族院校的人才培養方案中不難看出,隨著數學建模競賽活動影響力的擴大,各民族院校也加大了對數學建模與數學實驗系列課程的教學力度。然而,縱觀各民族院校數學與應用數學專業、信息與計算科學專業、統計學專業等數學相關專業的培養方案,不難發現其課程體系中與數學建模和數學實驗課相關的課程之間不能較好地銜接。因此,在公共課擠壓專業課學時的情況下,只有科學有效地開設數學建模系列課程,將擬開設的課程有機地銜接起來,才能讓學生系統地學習數學建模的思想和方法。綜合各高校課程設置情況與教學實踐,我們認為數學建模與數學實驗系列課程可以按下圖的關系加以銜接。
數學建模與數學實驗系列課程銜接關系結構圖
另外,因為這一系列課程中均包含數學建模的思想和方法,所以在教學過程中可以將課程之間交叉的內容著重放在一門課中展開,從而突破各門課程的學時限制。例如,線性規劃、非線性規劃和動態規劃等優化數學模型可以放在運籌學課程中進行教學,而在數學模型課程教學中不再重復這部分內容。這種將數學模型課程中涉及的具體模型放到相關課程里進行教學,是將數學建模思想融入其他課程教學的最好體現。當然,教學的內容除覆蓋基本知識點外,應結合專業特點展開。只有靈活選取有利于學生就業的內容進行教學,才能讓學生學以致用。教學的形式應多樣化,可以開展專題講座,也可以引導學生從簡單課題入手,將實驗室交給學生,讓學生自己去思考、去實踐。
* 基金項目:貴州民族大學2011年教學改革工程項目《數學建模與數學實驗課程體系教學改革》的研究成果(編號:GUZN2011JG16) 四 數學建模活動與學生素質培養
高等教育的發展趨勢更強調素質教育,而強調學生學習活動的實踐性是素質教育的內涵之一,從實踐中獲得的經驗與知識,更容易產生沉淀而成為人的素質。應用數學知識分析和解決一些問題的實踐活動統稱為數學建模活動,它是一種小型的科研活動。通過參加這項活動,學生可以對科研活動的全過程有一個初步的了解,在科研的各個環節均可得到訓練,這些環節包括:分析和理解問題背景、收集相關信息、明確主攻目標、方案比較與抉擇、模型建立與求解、仿真檢驗與模型改進等。數學建模活動作為全國高校規模最大的課外科技活動,它可以拓寬學生的知識面,培養和提高學生運用所學的數學知識和其他各專業知識解決實際問題的綜合能力。
當前,很多學校圍繞大學生數學建模競賽開展了豐富多彩的數學建模活動,拓寬了學生綜合素質的培養途徑。徐世英認為數學建模活動對培養學生的綜合素質和促進教學改革有積極的作用,且提出了進一步強化數學建模活動的途徑。在大學數學教學過程中,針對不同專業和不同年級的學生,設計一些數學建模相關課題供學生訓練,不但能增長學生的知識,還能提升學生的科研能力。在大一階段,可以讓學生結合專業基礎課的學習,運用數學軟件開展一些與曲線擬合等預測模型相關的數學建模活動;在大二階段,可以讓學生結合微分方程和運籌學等課程,針對校園優化管理等某一具體問題開展一些綜合性的研究;在大三階段,讓學生參加全國大學生數學建模競賽等課外科技實踐活動;此后,可以將學生送到學校建立的實習實訓基地進行實訓。
結合學生實際情況,在不同的學習階段開展不同的數學建模活動,既有助于培養學生的學習興趣,又有助于培養學生運用所學知識解決實際問題的能力。通過參加數學建模競賽等課外科技實踐活動,也可以培養學生查閱資料、文字表達等方面的能力。通過參加數學建模活動,還可以強化學生的創新意識與創新精神,培養他們團結協作的精神、克服困難的意志力、心理調節能力以及成功后的體驗等,這些都是成就事業的重要心理素質。
參考文獻
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關鍵詞:數學分析;數學建模;教學
1.引言
數學分析是高等院校數學專業最重要基礎課程之一,內容主要包括極限論、一元函數和多元函數的微積分學以及級數理論等。它所提供的理論知識、數學思想方法、邏輯思維能力不僅是學生學習其他后繼專業課程的必備理論基礎和工具,也是提高學生數學業務素質和數學能力的重要基石,更是引導學生應用所學知識解決實際問題和培養創造能力的重要途徑。另外數學分析課程課時較多,而且是數學專業學生考研的必考科目,所以一直以來備受廣大師生們的高度重視。
數學建模問題源于現實生活,建模過程是聯系實際問題和數學之間的橋梁,要用數學方法解決一個實際問題就要設法在兩者之間構設一個橋梁,在這個過程中就必須從習慣的解一套典型題的思維模式中跳出來,去重新組合所學知識建立一種新的知識和新的解題程序,這不但能體現數學知識的應用價值,同時能培養學生分析問題和解決問題的想象力和創造力,對獨立學院培養應用型人才有著非常積極的作用。
就目前國內獨立學院自身情況而言,由于辦學時間較短,數學分析課程建設缺少足夠的實踐經驗,加上生源等因素,使得這門課程的教學現狀不容樂觀,針對此現狀,引發了我們對獨立學院數學分析課程教學中融入數學建模思想的探討。
2.數學建模思想融入獨立學院數學分析課程的價值
首先,數學建模是高等院校數學與應用數學專業的重要實踐課程,是培養學生應用所學知識解決實際問題,實現學以致用的重要手段,所以將數學建模思想推廣和融入到傳統的理論課,例如數學分析課程教學中有著重要的現實意義。在數學分析課程的教學過程中,針對對于學生來說抽象難懂的概念和定理結合適當的數學模型來講解,這樣既有利于學生對概念和理論知識的掌握和數學實踐能力的提高,同時也能使學生感受到數學分析課程除了考研和后繼課程的基礎外,在現實生活中的貢獻。
其次,整體而言,獨立學院的學生數學基礎較差,一開始學習接觸極限語言,而極限語言在中學中有沒有講得很透徹。因此很多同學望而生畏,產生厭學情緒,更不利于日后的學習。
再者,從發展的觀點看,數學的新知識在不斷的產生,數學的應用與技巧千變萬化,要想在有限學時的教學中講透每一個問題是不可能的.因此,在教學中突出數學建模思想尤為重要,培養一種“建模”的數學思維往往要比教會學生做大量的“難題”有用得多.
總之,將數學建模融于數學分析教學,僅能夠幫助學生理解抽象的數學知識,降低教學難度;又能使學生了解數學的應用價值,提高起學習興趣。
3.將數學建模思想融入數學分析教學的措施
圖1
通過圖1給可以了解數學建模的過程,廣義上講,數學中的一切概念、定理、法則、公式、性質等都可以稱之為數學模型,因為它們都是對現實的抽象。數學分析的教學主要分為概念教學、命題(定理、法則、公式、性質)叫教學、例習題教學,前文指出,這些內容也都是數學模型,因此下文便結合這些內容談談如何將數學建模思想融于數學分析教學。另外作業與考試也是教學的重要組成部分,能夠反映學生對所學內容的理解,因此本文還要探討如何在作業與考試中如何滲透與考察建模思想。
3.1 在概念引入中融入數學建模思想
數學分析中很多概念,如導數、定積分等都是從客觀實際問題中抽象出來的。從數學史的角度而言,17世紀牛頓、萊布尼茲分別通過對物理、幾何問題的研究而創立微積分的,(比如導數是研究瞬時速度,切線斜率而產生的;定積分的來源是變力做功和曲邊梯形)只是之后的二百年間,才有柯西、魏爾斯特拉斯等人將微積分嚴格化。比如數學分析教科書呈現出的極限的概念就是維爾斯特拉斯給出的定義了,從數學的邏輯嚴密性角度來講,教科書這樣的安排是合理的,但是將微積分的來源簡化了,學生將很難理解這些概念與實際問題的關系,更談不上數學建模了。
因此教師在教學中,要再現這一過程。讓學生體會到如何從實際問題中抽象出相應的概念。而且李大潛院士曾經指出,數學是玩概念的[1]。概念掌握透徹之后學生才能更好的去解決實際問題,這也體現了由具體到抽象,再由抽象到具體。這也是研究數學的重要方法。
一般來說,現在的大學生在中學學習了導數、定積分的概念,并且高中課程標注也是要求從世界問題引入這些概念,因此學生對這些概念還是較易理解的。但是多元微積分學中的概念,如重積分、曲線積分、曲面積分的概念,如果教師在教學中注重解釋其來源的話,那么學生在以后做相關題目時,往往無從入手。因此在教學中,教師要突出這些概念的現實來源與背景。另外多元微積分的概念往往作圖復雜,傳統的黑板加粉筆的方式既花費大量時間,也不一定收到良好的教學效果。如果教師能夠借助現代信息技術,如matlab,mathematica,超級畫板等,則能收到良好的效果。
3.2 在定理證明中融入數學建模思想
概念多是數學分析難教難學的一個原因,另一個原因則是定理多。查看中學數學教科書,可以發現中學里沒有太多的數學定理。因此大學生剛學習數學分析時對于定理教學不太適應,尤其是很多顯而易見的定理都要證明,學生在心理上往往不能接受這一點。其實同概念的來源一樣,這些定理很多也都是有現實背景的,因此可以將這些定理看做解決某些具體問題的模型。
在定理教學中,教師應當找些背景素材,不要按照教科書那樣,一開始就給出定理,然后便是證明。先借助數學軟件,借助幾何直觀,讓學生通過觀察,歸納、抽象最后提出猜想。雖然由學生提出的猜想可能是用自然語言描述的,和書中由數學語言刻畫的定理還有一定差距。這時教師則應對能提出猜想的學生給予鼓勵,然后再進一步引導,讓學生進一步精致自己的猜想,最后再由教師概括為定理。之后才是證明。這樣學生才不會陷于抽象的理論證明中,這樣的教學方式一是使學生對數學產生恐懼感,另外則是不明就里,不知道學這些定理有什么用處。使學生不當學到知識,還體會到自己發現數學、創造數學的過程,進而也培養了學生的創新能力,這才是數學教育的最終目的。
3.3 在習題課教學中融入數學建模思想
習題教學是數學分析教學中的一個重要環節,但是傳統的教學往往以教科書中的習題以計算和證明為主,較少有實際生活背景的題目,更談不上數學建模了。因此教師要親自查閱更多的參考書,選擇出一些具有實際背景的建模題目。通過習題課的講解,讓學生再次經歷數學建模,用數學解決實際問題的過程。加強對數學建模思想的滲透。
例如在講完函數的最大值與最小值之后,可以安排輪船航行的速度與燃料費關系;在將最小二乘法、條件極值、傅里葉級數時均可找些相關背景的題目讓學生感受數學的應用價值。
3.4 在作業布置中融入數學建模思想
做作業的過程就是學生進一步鞏固所學知識的過程,教師布置作業可以不拘泥與教材,可以留一些建模題目讓學生去做,也可以讓學生自己找素材,編制題目來做。進一步提高學生對數學建模的認識。
另外有學生獨立找素材編制題目難度較大,這時教師可以根據實際情況將學生進行分組,既能減輕學生的負擔,又能提高學生學習的動機(心理學研究表明,當任務難度過大時,學生學習的動機將會下降)。同時小組合作也能提高學生的合作意識。這樣既能使學生掌握知識方法,也能進行德育教育。
3.5 在考試命題中考察數學建模能力
傳統的數學分析考試題型為選擇、填空、計算、證明等。這些傳統的命題方式基本只是對教科書中已有知識結論的考察,學生只要將教科書中的題目做熟,即可應對考試,甚至取得高分,這樣的考試往往容易產生高分低能的現象,不能真正考察出學生的數學能力。因此在命題中可以適當做些改革,選擇一些開放型的題目,既能考察學生的建模能力,也能較好的選拔人才。
4.結束語
傳統的教學強調知識的掌握,而隨著時代的發展,在強調掌握知識的同時還要注重應用能力的培養,通過本文的闡述,可以總結出
4.1調動學生的積極性,改變教師角色
由于獨立學院多采用母體校所使用的數學分析教材,其內容對于學生來講,偏難偏多。如果教師不改變教學方式的話,必然導致課時少,教學任務重,這樣學生只能被動的聽,較少有機會去思考問題,更不要說主動進行數學活動了。而在教學中根據獨立學院的特點,精選教學內容,滲透數學建模的思想,學生既可以體會到數學的應用價值,又能參與到數學活動中來,能夠調動學生的積極性。而教師也有單一的知識的傳授者變成了學生學習的引導者。
4.2以知識更新為中心改變教法
雖然數學分析誕生與嚴格化已有200年左右的歷史,書中的知識顯得有些陳舊。但是實際問題總是在不斷更新中。如果教師在教學中能夠選擇與生活緊密相關的實際問題,用所學理論解決問題,會使學生體會到新鮮感,提高學習興趣。
4.3教學手段現代化、多樣化
借助信息技術將建模思想融于數學分析教學,也改變了傳統單一的教學模式。教學手段的現代化與多樣化。心理學研究表明,人的學習83%通過視覺,11%通過聽覺,人一般能記住自己閱讀的10%,自己看到的和聽到的50%,交談時自己所說的70%,這些表明,如果學習過程中能夠運用多種感官,能夠增強學習效果。
4.4加強過程管理、考核多樣化
課堂教學以教師講解為主的模式,很難對學生的思維狀態作出及時的評價。傳統的考試題目由于答案具有唯一性,也很難區分出學生的差異。這樣難以體現出過程評價,還是以終結性評價為主,而在教學中滲透數學建模思想,可以讓學生主動參與到數學活動中來,也使教師能夠及時了解學生的學習過程,便于過程性評價。平時作業中也設計角建模的題目,也體現了考核過程的多樣化。(作者單位:天津師范大學津沽學院理學系)
基金項目:獨立學院數學教學中融入數學建模思想的探索與研究
項目編號:JKⅧ1407540
關鍵詞:數學建模;案例教學;策略
中學數學建模案例教學的環節是創設實際問題情境,引導學生理解實際情境并將實際問題用數學語言描述出來,進而抽象簡化成數學模型,然后利用數學知識求解數學模型解答實際問題,同時檢驗和完善數學模型,在教學過程中,學生需要借助數學知識、數學思想與方法來分析與解決問題,教師若想在教學過程中不僅重視數學模型知識的教學,而且還想提高學生的數學應用意識和數學思維能力,則需重視教學過程中的理論指導,不斷探索有效的教學策略,文章以建構主義理論為指導,通過教學實踐與探索,研究得出關于中學數學建模案例教學中應把握好的教學策略。
1 數學建模在中學數學教學中的作用
1.1 什么是數學建模
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。
1.2 數學建模在中學數學教學中的作用
數學建模是中學開展探究性學習的好題材。數學建模包含了合作學習、自主學習和探究性學習的諸多因素和作用。數學建模是提高參與者數學素養的一種很好的形式。越來越多的國內教育工作者都有這樣的認識:數學知識的掌握不全是教出來的,而是自己做出來的,數學建模正好是一個學數學、用數學、做數學的過程,它體現了學和用的統一。
2 中學數學建模案例教學的研究策略
2.1 數學建模案例教學應與教學過程有機結合
數學建模的案例教學對教師來說,教師的主導作用體現在通過設置恰當的問題、適時地點撥來激發學生自主探索解決問題的積極性和創造性上,學生的主體作用體現在問題的探索發現,解決的深度和方式上,由學生自主控制和完成。這種以學生為主體、以教師為主導的課堂教學結構體現了教學過程由以教為主到以學為主的重心的轉移。課堂的主活動不是教師的講授,而是學生自主的自學、探索、發現解決問題。教師應該平等地參與學生的探索、學習活動,及時發現學生在建模過程中遇到的問題并加以提示與誘導,教師不應只是“講演者”,不應“總是正確的指導者”,而應不時扮演下列角色:模特、參與者、詢問者、仲裁者和鑒賞者。
2.2 數學建模活動中應強調學生的主動參與
現代建構主義理論,強調學生的自主參與,認為數學學習過程是一個自我的建構過程,在數學建模活動過程中,教師要引導學生主動參與,自主進行問題探索學習。發展性教學論指出:教學活動作為學生發展的重要基礎,首先是學生主動參與,其目的是促進學生個性發展。要體現學生主體性,就要為學生提供參與的機會,激發學生學習熱情,及時肯定學生學習效果,設置愉快情境,使學生充分展示自己的才華,不斷體驗獲得新知,解決問題的愉悅。在建模活動過程中,教師不是以一個專家、權威的角色出現,而是要根據現實情況,采取一切可以調動積極性的策略來鼓勵學生主動參與到建模的思維活動中來,切忌將個人的意志強加給學生而影響學生個性的充分發展。
2.3 數學建模案例教學過程應強調合作功能
學習者與周圍環境的交互作用,對于知識意義的建構起著關鍵性作用.建模過程中,學生之間由于個體知識經驗和認知水平、心理構成存在差異,對于同一問題,每個學生的關注點不會相同,對問題的思考和理解必然也不一樣。案例教學過程中應強調學生在教師的組織和引導下一起討論交流觀點,進行協商和辯論,發現問題的不同側面和解決途徑,得出正確的結論,共享群體思維與智慧的成果,以達到整個學習共同體完成所學知識的意義建構.這種合作、交流可以激活學生原有的知識經驗,從中獲得補充,發展自己的見解,為建立數學模型提供良好的條件.教學過程中,教師應當鼓勵學生發現并提出不同的觀點和思路,對于同一問題的理解,也要鼓勵學生根據自己的思維,自主、創新的尋找解決問題的方法,不斷提高學生綜合運用知識的能力,不斷積累運用數學知識解決實際問題的經驗,提高學生的數學建模意識和建模能力。
2.4 數學建模案例教學過程中應強調數學思想的教學,強調數學思維的培養
高中數學建模的案例教學過程中,蘊含著許多的數學思想方法。教學過程中教師應把建模知識的講授與數學思想方法的教學有機地結合起來,在講授建模知識的同時,更突出數學思想方法的教學。首先是數學建模中化歸思想方法,還可根據不同的實際問題滲透函數與方程思想、數形結合思想、分類討論思想、等價轉化思想、類比歸納與聯想思想及探索思想,還可向學生介紹消元法、換元法、待定系數法、配方法、反證法等數學方法。只要教師在高中數學建模教學中注重全方位滲透數學思想方法,就可以讓學生從本質上理解數學建模思想,就可以把數學建模知識內化為學生的心智素質。同時,數學建模活動由于其本身的特性,抽象、概括、邏輯性強,因而數學建模活動是高中生進行創新思維訓練、智力發展的最好的載體,為了發展學生的智力,在數學建模教學中應改變只偏重建模知識而忽視智力發展的現狀,加強對學生思維能力的培養,學生在數學建模學習過程中,特別強調要提高分析問題解決問題的能力,發展學生的數學應用意識與數學建模思想,提高學生的創新思維能力。
2.5 案例教學過程中應強調信息技術的使用
在案例教學的過程中,強調計算工具的使用并不僅僅是指在計算過程中使用計算工具,更重要的方面是在猜想、探索、發現、模擬、證明、作圖、檢驗中使用計算工具。對于水平較高的學生,教師可以引導他們把計算機的使用和“微型的科研”過程結合起來,讓學生嘗試自己提出問題、設計求解方案、使用計算工具,最終解決問題,進而找到更深入的問題,從而在數學建模的過程中逐漸得到科研的體驗。
2.6 案例教學過程中要強調非智力因素發展
非智力因素包括動機、興趣、情感、意志、態度等,在數學建模案例教學過程中培養學生的非智力因素就是要使學生對數學建模具有強烈的求知欲,積極的情緒,良好的學習動機,頑強的意志,堅定的信念和主動進取的心理品質.在高中數學建模案例教學中教師可根據高中生的心理發展水平和具體情況,結合高中數學建模的具體內容,采取靈活多樣的形式,講解數學建模的范例在日常生活、社會各行業中的應用,激發學生強烈的求知欲,樹立正確的學習動機。激發學生參加數學建模活動的強烈興趣,讓學生充分體會數學建模的實用性、趣味性.
3 在數學建模案例教學中的存在的一些問題
3.1長期以來,我國的中學數學教育理念受傳統的中國文化和教學教育模式的影響較為深刻。就教育觀來說,基本方式是“苦讀+考試”;就數學觀來說,依然是“計算+邏輯”。培養出來的學生大多高分低能,學生往往能夠迅速識別題型,套用解題的技巧與方法,但對處理實際生活中的數學問題,他們顯得束手無策。
3.2中學學校數學教學改革偏重于對教的研究,但對于學生是如何學的、學的活動是如何安排的,往往較少問津。我們的學生對非常規的求異思維,對未知領域的較深程度的探索顯得不足。
3.3受社會風氣影響,大多數中學生整體素質下移,學生數學基礎普遍偏差,對數學課缺乏興趣,存在厭學情緒。
總之,在中學數學建模的案例教學過程中,教師應把學生當做問題解決的主體,不要僅僅是把問題解決的過程展示給學生看。問題壞境與問題解決過程的創設應有利于發揮學生的主動性、創造性和協作精神,讓學生能把學習知識、應用知識、探索發現、使用計算機工具、培養良好的科學態度與思維品質更好的結合起來,使學生在問題解決的過程中得到學數學、用數學的實際體驗。從而提高案例教學課的教學效率,提高學生的數學思維能力與建模能力。
參考文獻
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