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為了讓更多的同學(xué)了解數(shù)學(xué)建模,以便于本協(xié)會(huì)其他活動(dòng)的順利開(kāi)展,在新生報(bào)到后,我們以高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為契機(jī),通過(guò)宣傳和組織,展開(kāi)數(shù)學(xué)建模推廣活動(dòng),向廣大同學(xué)介紹數(shù)學(xué)建模相關(guān)知識(shí),推廣月的主要內(nèi)容有:數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的介紹,數(shù)學(xué)建模所涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)的介紹,數(shù)學(xué)建模相關(guān)軟件的推廣等。推廣月活動(dòng)的主要形式是:橫幅、宣傳材料、人工咨詢等。
二、組織學(xué)生參加每年高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽。
一年一度的高教社杯大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽將于9月15日左右如期舉行,屆時(shí)本協(xié)會(huì)將在相關(guān)指導(dǎo)老師的統(tǒng)一安排下,組織參賽隊(duì)伍參加此次大賽,力爭(zhēng)為我校爭(zhēng)取榮譽(yù)。
三、年度會(huì)員招收工作。
在校社團(tuán)管理部統(tǒng)一安排的時(shí)間,展開(kāi)新會(huì)員招收工作,主要針對(duì)大一新生,并適量吸收大二學(xué)生,為協(xié)會(huì)增加一些新鮮力量,為協(xié)會(huì)的長(zhǎng)足發(fā)展注入新的活力,招新活動(dòng)將持續(xù)兩到三天,在兩校區(qū)同時(shí)進(jìn)行。
四、干事招聘會(huì)。
在招新活動(dòng)結(jié)束后,我們將在全校范圍內(nèi)的,由協(xié)會(huì)內(nèi)部主要負(fù)責(zé)人組成評(píng)審團(tuán),通過(guò)公開(kāi)招聘的形式,招收一批具有突出能力的新干事,組成一支新的工作人員隊(duì)伍,為更好的開(kāi)展協(xié)會(huì)活動(dòng)和服務(wù)會(huì)員打下基礎(chǔ)。招收新干事部門有:辦公室、外聯(lián)部、實(shí)踐部、宣傳部、科研部、網(wǎng)絡(luò)信息部。
五、數(shù)學(xué)建模專題講座。
邀請(qǐng)本協(xié)會(huì)指導(dǎo)老師廖虎教授、余慶紅、吳文海等,舉辦三到四次數(shù)學(xué)建模專題講座,為廣大同學(xué)提供一個(gè)了解數(shù)學(xué)建模、學(xué)習(xí)建模知識(shí)的平臺(tái)。
六、會(huì)員大會(huì)。
擬于每年10月下旬和12月上旬,召開(kāi)兩次西安電力高等專科學(xué)校數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)會(huì)員大會(huì);會(huì)間將有請(qǐng)協(xié)會(huì)的輔導(dǎo)老師:廖虎教授、余慶紅、吳文海等和其他兄弟協(xié)會(huì)。屆時(shí)幾位輔導(dǎo)老師將介紹數(shù)學(xué)建模的意義和魅力,并講述大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽的來(lái)歷、發(fā)展、參賽形式和我校每屆參與大賽的獲獎(jiǎng)情況等,讓新會(huì)員更快的認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)建模,并激發(fā)其學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性,讓其更好的參與以后協(xié)會(huì)的活動(dòng)。
七、西安電力高等??茖W(xué)校第二屆大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽。
為進(jìn)一步提升我校學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模的積極性,提高數(shù)學(xué)建模的廣泛參與性,我們擬于每年11月中旬舉辦西安電力高等專科學(xué)校第二屆大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽;大賽將分為4組,針對(duì)不同層次的大學(xué)生評(píng)選出獲獎(jiǎng)作品。比賽結(jié)束之后將舉行頒獎(jiǎng)大會(huì),為各個(gè)參賽組獲獎(jiǎng)選手頒發(fā)獎(jiǎng)品。
八、數(shù)學(xué)建模經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)。
為加深我校學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模知識(shí)的了解,幫助同學(xué)們參與到數(shù)學(xué)建模事業(yè)中去,我們擬邀請(qǐng)全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽獲獎(jiǎng)選手與協(xié)會(huì)會(huì)員一起交流比賽經(jīng)驗(yàn),并由獲獎(jiǎng)選手回答提問(wèn)。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;問(wèn)題驅(qū)動(dòng);數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽;課程教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2012)03-0143-03
《數(shù)學(xué)建模》課程具有知識(shí)面廣、形式多樣、教學(xué)難度較大等特點(diǎn)。因此,一般認(rèn)為數(shù)學(xué)建模的教學(xué)是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)、不斷提高、不斷探索和改革的過(guò)程。我們?cè)趶V東工業(yè)大學(xué)《數(shù)學(xué)建?!氛n程的具體教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中的指導(dǎo)思路是:以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)世界建立數(shù)學(xué)模型的能力為目標(biāo),以學(xué)生通過(guò)自學(xué)和查閱相關(guān)資料解決實(shí)際問(wèn)題為目的來(lái)組織教學(xué)工作。李大潛院士曾指出“數(shù)學(xué)教育本質(zhì)上是一種素質(zhì)教育,《數(shù)學(xué)建?!返慕虒W(xué)及競(jìng)賽是實(shí)施素質(zhì)教育的有效途徑”。數(shù)學(xué)建模課程和競(jìng)賽為我校大學(xué)生提供了一個(gè)運(yùn)用數(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、提高數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)的平臺(tái),該項(xiàng)活動(dòng)對(duì)提高學(xué)生的合作精神、解決問(wèn)題的能力和自學(xué)能力都有很多的幫助。然而,目前傳統(tǒng)的課堂授課模式過(guò)分注重教師的主體作用,忽視了學(xué)生自我探究能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),壓抑了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。要改變這種現(xiàn)狀,就必須改革現(xiàn)有的課堂教學(xué)狀況,探索培養(yǎng)、引發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的新型教學(xué)模式。美國(guó)神經(jīng)病學(xué)教授Howard Barrows于1969年創(chuàng)立了基于問(wèn)題和項(xiàng)目的學(xué)習(xí)(Problem Based Learning,簡(jiǎn)稱PBL)理念教學(xué)法,這是一種全新高效的教學(xué)方法,是以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為中心的教學(xué)模式。近年來(lái),這種理念在澳大利亞的維多利亞大學(xué)、美國(guó)samford大學(xué)、丹麥的奧爾堡大學(xué)等世界知名大學(xué)得到廣泛重視和應(yīng)用推廣,并呈現(xiàn)出不同的形式和多元化的發(fā)展特色。在我們國(guó)家這種教學(xué)理念目前主要實(shí)踐在醫(yī)學(xué)、市場(chǎng)營(yíng)銷、生物化學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、畢業(yè)論文的寫作等領(lǐng)域過(guò)程。在數(shù)學(xué)教學(xué)中還很少有人使用這種方法,因此,探索這種教學(xué)理念在《數(shù)學(xué)建?!氛n程中的實(shí)踐具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
一、《數(shù)學(xué)建?!方虒W(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題
我校是以工科學(xué)生為主體的省屬重點(diǎn)高校,很多工科院校的大學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課程的重要性認(rèn)識(shí)不足,對(duì)數(shù)學(xué)公共課在他們后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課的重要性不夠了解。因此逐步提高我校工科大學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)公共課的認(rèn)識(shí)水平,加強(qiáng)培養(yǎng)他們的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)已經(jīng)十分必要了。令人高興的是廣東工業(yè)大學(xué)的大學(xué)生們對(duì)《數(shù)學(xué)建?!氛n程和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)有著非常濃厚的興趣和積極性,且已經(jīng)有不少學(xué)生在比賽中獲得了不俗的成績(jī)。因此,加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)對(duì)我校學(xué)生有著重要意義。目前,廣東工業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)分為三個(gè)模塊:數(shù)學(xué)建模A,主要針對(duì)數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生;數(shù)學(xué)建模B,主要針對(duì)非數(shù)學(xué)專業(yè)的專業(yè)選修課;數(shù)學(xué)建模公共選修課,專業(yè)面向全校對(duì)數(shù)學(xué)建模感興趣的學(xué)生。另外還為應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院的學(xué)生開(kāi)設(shè)了“數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)”與“數(shù)學(xué)建模課程設(shè)計(jì)”的相關(guān)課程,逐步形成了理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。由于《數(shù)學(xué)建模》課程的教材一般有多個(gè)知識(shí)單元構(gòu)成,知識(shí)的跳躍性較強(qiáng),因此,我們?cè)?jīng)的教學(xué)方法是安排三個(gè)老師,每個(gè)老師分別負(fù)責(zé)講授自己數(shù)學(xué)的專業(yè)領(lǐng)域,這樣做的好處是能充分發(fā)揮老師的專業(yè)特長(zhǎng),讓學(xué)生了解到該專業(yè)方向的最新國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)和進(jìn)展。然而這樣做給我們對(duì)學(xué)生的考核造成了一定的難度,我們?cè)?jīng)嘗試過(guò)閉卷、開(kāi)卷和交論文考查等多種方式,這樣考核方式各有各的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。如何才能找到更好的教學(xué)和考核方式,這是我們一直在具體的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索和努力的方向。這幾年我們一直把問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的思想融入我們的數(shù)學(xué)建模教學(xué)活動(dòng)中,已經(jīng)取得了初步的成效,這種方式能既考查到學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,又能讓學(xué)生自己動(dòng)手解決自己感興趣的問(wèn)題,雖然這些問(wèn)題可能對(duì)學(xué)生具有一定的難度,但是它能真正考核到學(xué)生的實(shí)際水平,這正是我們所愿意看到的。在我們以往的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽培訓(xùn)中存在著許多問(wèn)題,培訓(xùn)上采取以教師為中心、以填鴨式講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式,課時(shí)非常有限,而教學(xué)內(nèi)容容量又比較大,學(xué)生在很短的時(shí)間很難消化這些知識(shí)。因此造成開(kāi)始報(bào)名的時(shí)候?qū)W生積極性很高,課時(shí)到培訓(xùn)快結(jié)束的時(shí)候,剩下來(lái)堅(jiān)持學(xué)習(xí)的學(xué)生就大大減少了。因此,這種填鴨式的培訓(xùn)讓學(xué)生消磨了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的熱情和積極性,而且也不能提高學(xué)生的綜合數(shù)學(xué)能力。因此,對(duì)數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和競(jìng)賽的培訓(xùn)的改革勢(shì)在必行。
二、《數(shù)學(xué)建?!方虒W(xué)改革的三個(gè)方面
為了解決目前數(shù)學(xué)建模教學(xué)中存在的問(wèn)題,必須從《數(shù)學(xué)建?!氛n程本身特點(diǎn)出發(fā),改革課堂教學(xué)模式,加強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)、實(shí)際建模訓(xùn)練環(huán)節(jié)的教學(xué),將問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式運(yùn)用到《數(shù)學(xué)建?!氛n程的教學(xué)過(guò)程中去。這樣不僅對(duì)改變《數(shù)學(xué)建?!愤@門課程的教學(xué)現(xiàn)狀有著積極的意義,而且以點(diǎn)帶面,對(duì)其他相似或相同特點(diǎn)課程的教學(xué)改革也具有很好的促進(jìn)、借鑒作用,切合我校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的定位,也符合我校2010版培養(yǎng)方案的制訂要求,更推動(dòng)了新時(shí)期新形勢(shì)下的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革。下面分別就指導(dǎo)思想、教學(xué)方法和培訓(xùn)方法三方面的改革探索進(jìn)行論述。
1.指導(dǎo)思想的改革?!稊?shù)學(xué)建?!氛n程和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)是培養(yǎng)具有綜合數(shù)學(xué)素質(zhì)的復(fù)合型專業(yè)人才的內(nèi)在要求。在具體教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中我們應(yīng)該強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的重要性,而不是簡(jiǎn)單地講授數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn);必須強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生通過(guò)自己的努力學(xué)習(xí)自主地解決所面臨的實(shí)際問(wèn)題,而不是成為數(shù)學(xué)解題能手;必須強(qiáng)調(diào)學(xué)生在數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)中的主體地位和主觀能動(dòng)性的發(fā)揮,而不是學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)點(diǎn)。我們教學(xué)改革的目標(biāo)是要突破純粹的教師講、學(xué)生聽(tīng)、做習(xí)題的教學(xué)模式,這種教學(xué)模式要突破傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué),要通過(guò)有趣的實(shí)際例子激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的積極性,要不斷提高學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)公共課的興趣,逐步培養(yǎng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型的能力和利用計(jì)算機(jī)等其他技術(shù)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題的能力?!稊?shù)學(xué)建?!氛n程和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本身就是一個(gè)具有挑戰(zhàn)的科學(xué)研究和學(xué)習(xí)過(guò)程,無(wú)論是數(shù)學(xué)建模教學(xué)還是數(shù)學(xué)建模比賽,我們做的目的都是要提高我們工科大學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì),為將來(lái)學(xué)好專業(yè)知識(shí)打下良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。因此,我們提出問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法來(lái)組織數(shù)學(xué)建模的教學(xué)和培訓(xùn)工作。通過(guò)該方法來(lái)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)公共課的積極性,讓學(xué)生在全國(guó)數(shù)學(xué)建模比賽的具體實(shí)際活動(dòng)中體會(huì)團(tuán)結(jié)合作精神的重要性,通過(guò)告訴學(xué)生要學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)與人為善,進(jìn)而提高他們的動(dòng)手能力、協(xié)助能力和溝通能力,為他們將來(lái)走上自己的工作崗位奠定基礎(chǔ)。
2.教學(xué)方法的改革。選擇正確的有效的教學(xué)方法能更好地確立教學(xué)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。鑒于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式無(wú)法達(dá)到大幅提高學(xué)生綜合能力的預(yù)期目標(biāo),我們提出了以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為指導(dǎo)思想的新的教學(xué)方法――問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的特點(diǎn)是以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體,教師通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容,并利用學(xué)過(guò)的理論知識(shí)來(lái)解決這些實(shí)際問(wèn)題,最后總結(jié)歸納和評(píng)價(jià)。問(wèn)題驅(qū)動(dòng)是一種讓學(xué)生以小組形式共同學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的教學(xué)策略,通過(guò)這樣的教學(xué)策略,可以讓學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)知識(shí)和解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)探究問(wèn)題解決的技能以及自主學(xué)習(xí)的技能,實(shí)現(xiàn)知識(shí)意義的建構(gòu)。這種教學(xué)模式無(wú)疑對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)有著積極的意義。黃東明等人還在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)理念的基礎(chǔ)上提出了雙環(huán)互動(dòng)教學(xué)模式。在具體的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,我們經(jīng)常把問(wèn)題布置給學(xué)生,要求他們?cè)谝恢艿臅r(shí)間內(nèi)自己去收集相關(guān)資料,尋求問(wèn)題的解決方法,這種教學(xué)模式不再是傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)過(guò)程,而是以學(xué)生自己為主體,要求學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和積極性。并且我們要求學(xué)生把自己準(zhǔn)備好的解決問(wèn)題的方法在講臺(tái)上給所有的同學(xué)講解,并且要回答同學(xué)的提問(wèn)。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程好像一個(gè)論文答辯過(guò)程,這樣的教學(xué)模式既能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性,又能充分發(fā)揮學(xué)生自己的聰明才智,在實(shí)踐中體會(huì)團(tuán)隊(duì)合作的重要性。
3.培訓(xùn)方法的改革。全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽所涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛,常用到的數(shù)學(xué)理論包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)規(guī)劃、微分方程、離散數(shù)學(xué)等,常用到的軟件有Matlab、Lingo、Mathematics等。在建模過(guò)程中常常需要用到學(xué)生從未學(xué)習(xí)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。因此,我們?cè)谂嘤?xùn)過(guò)程中必須要訓(xùn)練學(xué)生快速學(xué)習(xí)新知識(shí)并立即運(yùn)用新知識(shí)解決問(wèn)題的能力。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是以提交論文的方式進(jìn)行結(jié)果評(píng)定的,故在培訓(xùn)的過(guò)程中還應(yīng)該特別注重論文撰寫的能力。為了適用數(shù)學(xué)建模比賽的要求,結(jié)合我們?cè)凇稊?shù)學(xué)建?!氛n程教學(xué)的改革實(shí)際情況,把“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法”運(yùn)用到競(jìng)賽培訓(xùn)中去。在提出驅(qū)動(dòng)問(wèn)題時(shí),教師可以根據(jù)現(xiàn)階段學(xué)生所掌握的知識(shí)情況,挑選一個(gè)具體的實(shí)際問(wèn)題,學(xué)生根據(jù)所給問(wèn)題首先進(jìn)行歸納分析,然后查閱相關(guān)新知識(shí)和準(zhǔn)備可能要用到的軟件。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生需要主動(dòng)學(xué)習(xí)可能沒(méi)有接觸到的新知識(shí)和軟件的新功能,并進(jìn)行參考文獻(xiàn)的泛讀和優(yōu)秀論文的精讀。通過(guò)對(duì)優(yōu)秀論文的細(xì)節(jié)把握,提高學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力和論文撰寫的能力。最后學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型并撰寫論文。最后由老師對(duì)論文進(jìn)行點(diǎn)評(píng),指出其優(yōu)點(diǎn)和不足,并提出修改意見(jiàn)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)教學(xué)方法與培訓(xùn)方法的改革試驗(yàn),學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的興趣大大提高,競(jìng)賽成績(jī)穩(wěn)步上升,取得較好的成果。
三、其他方面的探索
1.加強(qiáng)教師隊(duì)伍的建設(shè)?!皢?wèn)題驅(qū)動(dòng)法”的教學(xué),特別是在學(xué)生自主學(xué)習(xí)階段需要的一個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。所以加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)是《數(shù)學(xué)建?!氛n程教學(xué)改革成功與否的關(guān)鍵。一方面,教師應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí),提高自身素養(yǎng),掌握先進(jìn)的教學(xué)理念,同時(shí)還要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深刻研究,能從現(xiàn)實(shí)生活的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)問(wèn)題,并且用數(shù)學(xué)語(yǔ)言加以描述。另一方面,各個(gè)教師應(yīng)在教學(xué)方法創(chuàng)新上不斷實(shí)踐。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)都是沿襲著“定義―定理―推論―例題”的模式進(jìn)行,這種模式既使學(xué)生感到數(shù)學(xué)乏味,也使得原來(lái)對(duì)數(shù)學(xué)感興趣的學(xué)生易生厭倦,因此,加強(qiáng)探索新的教學(xué)方法迫在眉睫。如何進(jìn)行高水平的教學(xué),吸引更多的學(xué)生熱愛(ài)和喜歡數(shù)學(xué),把學(xué)到的數(shù)學(xué)知識(shí)用得更廣、更深入,是我們教師不得不思索的問(wèn)題,更是我們教師要做的主要工作。
2.教材建設(shè)的改革。目前的《數(shù)學(xué)建模》教材多種多樣,不過(guò)大多數(shù)太注重?cái)?shù)學(xué)的理論性和完整性,這樣就使得實(shí)用性不強(qiáng),與實(shí)際問(wèn)題脫節(jié),常常讓學(xué)生無(wú)所適從,很難培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。經(jīng)過(guò)我們對(duì)這門課程的改革常識(shí),我們深刻體會(huì)到教材建設(shè)應(yīng)遵循的原則如下:①實(shí)用性。教師將要教學(xué)的內(nèi)容強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)公共知識(shí)在實(shí)際問(wèn)題中的作用,在教材的深度和廣度上應(yīng)盡量符合工科大學(xué)生的實(shí)際需要,適時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)定理和推論進(jìn)行刪減,增加一些與當(dāng)前實(shí)際問(wèn)題相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,由現(xiàn)實(shí)生活中的熱點(diǎn)經(jīng)濟(jì)、工程實(shí)際問(wèn)題引入數(shù)學(xué)模型。②可讀性。根據(jù)該門課程的特點(diǎn)和教學(xué)改革的需要,教材中的主要內(nèi)容要用簡(jiǎn)單的教學(xué)語(yǔ)言表達(dá)抽象概念,越簡(jiǎn)單的越好,這樣一般學(xué)生容易理解和掌握,盡量使枯澀的數(shù)學(xué)知識(shí)變得生動(dòng)趣味。③前沿性。教材中的內(nèi)容既要兼顧傳統(tǒng)知識(shí)又要引入前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題,既要強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)推理又要重視數(shù)學(xué)工具軟件和其他計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用。綜上所述,教材建設(shè)是今后我們?cè)谠撻T課程改革實(shí)踐中要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。
3.考核方法的改革。目前大多數(shù)的數(shù)學(xué)建??己朔椒ㄊ情]卷考試,而一般數(shù)學(xué)考試題目側(cè)重證明與計(jì)算,忽略了對(duì)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用,沒(méi)有達(dá)到《數(shù)學(xué)建?!氛n程建設(shè)的目標(biāo),無(wú)法考核學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。這與《數(shù)學(xué)建?!氛n程設(shè)置的初衷相違背。因此,采用多種考核方法相結(jié)合。例如,讓學(xué)生做一些小的開(kāi)放性課題,撰寫類似數(shù)學(xué)建模比賽的論文,在對(duì)工科學(xué)生專業(yè)知識(shí)結(jié)合的同時(shí),講授數(shù)學(xué)建模的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域,這樣既可以激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的興趣,又能增加他們對(duì)數(shù)學(xué)的理解。在考核過(guò)程中我們可以適當(dāng)加大平時(shí)分的力度,淡化對(duì)試題的考核,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)具體問(wèn)題解決能力的考核。
今年恰逢我國(guó)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽開(kāi)展20周年,數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)的規(guī)模得到了空前的發(fā)展。數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)是我們工科院校的一門重要課程,它為提高工科大學(xué)生的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)和數(shù)學(xué)在其他專業(yè)的應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。實(shí)踐證明,通過(guò)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng),可以大大拓展學(xué)生的知識(shí)面;充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力;提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的實(shí)際能力;還可以促進(jìn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。總的來(lái)說(shuō),問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式在數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的培訓(xùn)過(guò)程中的實(shí)踐表明:這種教學(xué)理念和數(shù)學(xué)建模的本身的特點(diǎn)是十分吻合的,而這種教學(xué)模式對(duì)于指導(dǎo)我們進(jìn)行教學(xué)改革具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。
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關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)模型;數(shù)學(xué)教學(xué);建模
中圖分類號(hào):O17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-0118(2012)08-0037-01
數(shù)學(xué)建模是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的一種最有效的途徑。對(duì)于數(shù)學(xué)建模,我們首先給出數(shù)學(xué)模型的概念、建模過(guò)程和其作用。數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象,為了一個(gè)特定目的,根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律性,做出一些必要的簡(jiǎn)化假設(shè),運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具,得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。通俗地說(shuō),數(shù)學(xué)模型是利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言 (符號(hào)、式子與圖象等)模擬現(xiàn)實(shí)特定對(duì)象的模型。從其定義中可看出,數(shù)學(xué)模型的得到即是一個(gè)建立模型的過(guò)程。數(shù)學(xué)建模是把現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際問(wèn)題加以提煉,抽象為數(shù)學(xué)模型,求出模型的解,驗(yàn)證模型的合理性,并用該數(shù)學(xué)模型所提供的解答來(lái)解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,把數(shù)學(xué)知識(shí)的這一應(yīng)用過(guò)程稱為數(shù)學(xué)建模。
一、數(shù)學(xué)建模的過(guò)程
(一)模型準(zhǔn)備:了解問(wèn)題的實(shí)際背景,明確其實(shí)際意義,掌握對(duì)象的各種信息,用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述問(wèn)題。
(二)模型假設(shè):根據(jù)實(shí)際對(duì)象的特征和建模的目的,對(duì)問(wèn)題進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化,并用精確的語(yǔ)言提出一些恰當(dāng)?shù)募僭O(shè)。
(三)模型建立:在假設(shè)的基礎(chǔ)上,利用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具來(lái)刻劃各變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)(盡量用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)工具)。
(四)模型求解:利用獲取的數(shù)據(jù)資料,對(duì)模型的所有參數(shù)做出計(jì)算(利用相關(guān)的軟件Matlab等)。
(五)模型分析:對(duì)所得的結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)上的分析。
(六)模型檢驗(yàn):將模型分析結(jié)果與實(shí)際情形進(jìn)行比較,以此來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性、合理性和適用性。如果模型與實(shí)際較吻合,則要對(duì)計(jì)算結(jié)果給出其實(shí)際含義,并進(jìn)行解釋。如果模型與實(shí)際差別大,則應(yīng)該修改假設(shè),再次重復(fù)建模過(guò)程。
(七)模型應(yīng)用:應(yīng)用方式因問(wèn)題的性質(zhì)和建模的目的而異。
二、對(duì)高校制定課程教學(xué)計(jì)劃的建議
在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)諸方面,數(shù)學(xué)建模都有著非常具體的應(yīng)用:分析與設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)與決策、控制與優(yōu)化、規(guī)劃與管理等??梢哉f(shuō)數(shù)學(xué)建模在當(dāng)今社會(huì)中起著舉足輕重的作用,因此也日益受到人們的關(guān)注。
因數(shù)學(xué)建模這門課的實(shí)用性比較強(qiáng),學(xué)生應(yīng)該很感興趣的,關(guān)鍵就看老師如何調(diào)動(dòng)了。第一節(jié)上課時(shí),把學(xué)生分了組:3到4人為一個(gè)小組,課后的作業(yè)他們可一起討論,也不介意跟其他組共同交流,每次都布置一道作業(yè),讓他們下次上課時(shí)在講臺(tái)前解釋作業(yè)的過(guò)程,現(xiàn)在看來(lái)學(xué)生的積極性挺高,效果還可以,自己也從中學(xué)到了很多。自己感觸最多的是基礎(chǔ)數(shù)學(xué)在這門課中的作用,一個(gè)人數(shù)學(xué)知識(shí)的積累,問(wèn)題求解方法的靈活運(yùn)用,以及對(duì)結(jié)果的分析等都離不開(kāi)扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底,從而數(shù)學(xué)的重要性完全體現(xiàn)了出來(lái),同學(xué)們也從中感覺(jué)到數(shù)學(xué)真的很重要,不像以前只是說(shuō)數(shù)學(xué)重要,學(xué)生看不到具體應(yīng)用,積極性很難提高,完全靠老師的教學(xué)方法來(lái)吸引學(xué)生。這樣一來(lái),學(xué)生自己就會(huì)主動(dòng)的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),愛(ài)上數(shù)學(xué)這門課,同時(shí)也提高了數(shù)學(xué)建模這門課的教學(xué)效率,可以說(shuō)二者相輔相成、相互促進(jìn),起到了事半功倍的效果??墒菙?shù)學(xué)模型這門課開(kāi)的比較晚,其他數(shù)學(xué)的科目基本結(jié)束,同學(xué)也感覺(jué)一些知識(shí)已經(jīng)忘記,分析起來(lái)有一點(diǎn)難度,所以高校在制定課程教學(xué)計(jì)劃時(shí)應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn),做一些改動(dòng),個(gè)人有幾點(diǎn)建議與大家共勉:
(一)數(shù)學(xué)建模專家出版一些難度較小的建模教材,學(xué)生開(kāi)始上基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程時(shí)同時(shí)開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)建模課程,相信對(duì)兩門課程的教學(xué)效果都會(huì)起到促進(jìn)作用,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性會(huì)大大提高,學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決問(wèn)題的能力將會(huì)得到不斷提高,素質(zhì)教育也會(huì)得到體現(xiàn)并最終實(shí)現(xiàn)。
(二)數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件課程的開(kāi)設(shè)必不可少,因其應(yīng)用性強(qiáng),能完全發(fā)揮學(xué)生的想象力,創(chuàng)造力,它同樣促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課、建模課的學(xué)習(xí)積極性,從而使數(shù)學(xué)不再是一門枯燥無(wú)味的課程。
(三)加強(qiáng)建模訓(xùn)練,培養(yǎng)建立數(shù)學(xué)模型的能力?,F(xiàn)在國(guó)家每年都會(huì)舉辦全國(guó)數(shù)模競(jìng)賽,可見(jiàn)對(duì)學(xué)生建模能力培養(yǎng)的重視。就我們學(xué)校而言,參賽的學(xué)生中,之前并沒(méi)有太多的機(jī)會(huì)真正參加類似的比賽,最多參加了一個(gè)培訓(xùn)班,所以那次比賽是他們的第一次有可能是最后一次,就算拿了獎(jiǎng),他們的建模能力未必就是比較強(qiáng)的。我們知道,任何能力的培養(yǎng)不是一朝一夕或短期內(nèi)形成的,需要一個(gè)過(guò)程,一個(gè)長(zhǎng)期鍛煉逐步積累的過(guò)程。因此,對(duì)學(xué)校而言,定期的小型建模比賽對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的能力的培養(yǎng)將起到重要的作用。
(四)注重?cái)?shù)學(xué)思想方法的教學(xué)。今天,無(wú)論是發(fā)展通訊、航天、自動(dòng)化等高新技術(shù)本身,還是將高新技術(shù)用于傳統(tǒng)工業(yè)去創(chuàng)造工藝、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下的建模和模擬都是經(jīng)常使用的有效手段。在這個(gè)意義下,數(shù)學(xué)不再僅僅作為一門科學(xué),是許多技術(shù)的基礎(chǔ),而是走向了技術(shù)的臺(tái)前,國(guó)際上一位學(xué)者提出“高技術(shù)本質(zhì)上是一種數(shù)學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)。因此,在教學(xué)時(shí),我們應(yīng)充分挖掘由數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)所反映出來(lái)的數(shù)學(xué)思想和方法,設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)思想方法的教學(xué)目標(biāo),結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適時(shí)滲透、反復(fù)強(qiáng)化、及時(shí)總結(jié),用數(shù)學(xué)思想方法武裝學(xué)生,使學(xué)生真正成為數(shù)學(xué)的主人。
馬克思說(shuō)過(guò):“一門科學(xué)只有成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí),才算達(dá)到了完善的地步”。在當(dāng)今的21世紀(jì),數(shù)學(xué)必將大踏步進(jìn)入所有學(xué)科,數(shù)學(xué)建模將迎來(lái)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。
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【關(guān)鍵詞】民辦院校 數(shù)學(xué)建模 教學(xué)改革
【課題項(xiàng)目】此文系武漢學(xué)院2015年教學(xué)改革研究項(xiàng)目(編號(hào)JY201505 )的研究成果。
【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2016)09-0133-02
在高校開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)建模課程,不僅提升了大學(xué)生的理論素養(yǎng),而且增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和實(shí)際操作技巧,對(duì)于學(xué)生的全面培養(yǎng)起到重要作用。因此,近年來(lái)隨著每年一次的全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的開(kāi)展,各個(gè)高校參與競(jìng)賽的熱情高漲,數(shù)學(xué)建模課程的開(kāi)設(shè)已經(jīng)引起各大院校的關(guān)注。作為民辦普通高校,亦是陸續(xù)參與進(jìn)來(lái)。數(shù)學(xué)建模課程在民辦院校開(kāi)設(shè)的時(shí)間不長(zhǎng),但是由于近年來(lái)每年都參加全國(guó)建模競(jìng)賽,并且多有斬獲,導(dǎo)致其影響力逐年提升。
雖然建模競(jìng)賽為民辦學(xué)院帶來(lái)了榮譽(yù),但是數(shù)學(xué)建模課程在民辦院校開(kāi)設(shè)依然存在諸多問(wèn)題。目前,民辦高等院校對(duì)于數(shù)學(xué)建模課程不夠重視,課時(shí)安排較少,教師能夠完成的教學(xué)內(nèi)容非常有限,加上學(xué)生基礎(chǔ)普遍較差、興趣不高,使得這門課程的教學(xué)難以達(dá)到預(yù)期的效果。因而有必要對(duì)民辦高校開(kāi)設(shè)的數(shù)學(xué)建模課程進(jìn)行教學(xué)改革,使之成為符合教學(xué)目的,適應(yīng)社會(huì)需求,能激發(fā)學(xué)生興趣并提升學(xué)生能力的一門實(shí)用性課程。
一、民辦院校數(shù)學(xué)建模教學(xué)的現(xiàn)狀及建議
(一)課程開(kāi)設(shè)問(wèn)題
數(shù)學(xué)建模是一門知識(shí)量非常豐富的綜合性課程,對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)要求較高。在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模之前,學(xué)生至少要熟練掌握微積分、線性代數(shù)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程。大多數(shù)民辦院校的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差,數(shù)學(xué)思維欠缺,在學(xué)習(xí)建模課程的時(shí)候感覺(jué)十分困難,有的學(xué)生甚至認(rèn)為在看天書(shū)。拿武漢學(xué)院來(lái)說(shuō),由于學(xué)校偏重文科專業(yè),招生上多為文科生,理科生甚少,從而導(dǎo)致所招學(xué)生多數(shù)不愛(ài)數(shù)學(xué),數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好,從而拉低了全校學(xué)生的整體數(shù)學(xué)素質(zhì)。多數(shù)學(xué)生非但數(shù)學(xué)成績(jī)不理想,他們對(duì)數(shù)學(xué)的興趣也不大,也不太重視。對(duì)于這樣的學(xué)生群體,不管是哪個(gè)專業(yè),數(shù)學(xué)建模課程都不太適用于必修課。如果硬是強(qiáng)迫他們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模這門課程,效果將會(huì)不盡人意。實(shí)際上,在多數(shù)公立院校,這門課程也只是作為選修課來(lái)開(kāi)設(shè)。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好,又對(duì)數(shù)學(xué)建模感興趣的同學(xué)自然會(huì)選擇這門課程來(lái)學(xué)習(xí)。目前,我們提倡全人教育,是以學(xué)生為主體,視學(xué)生為完全的個(gè)體,以充分激發(fā)學(xué)生潛能,培養(yǎng)完整個(gè)體為目標(biāo)?;诖?,教育要尊重個(gè)體的差異性,對(duì)于那些實(shí)在是沒(méi)有基礎(chǔ)缺乏興趣的同學(xué)可以考慮放棄這門課程。
在民辦院校,可以考慮采用選修課與第二課堂相結(jié)合的方式來(lái)開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)建模課程。 數(shù)學(xué)建模的選修課可以采用啟發(fā)式、研討式的方法,充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性,引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地查閱相關(guān)資料,幫助學(xué)生完善他們的知識(shí)儲(chǔ)備,鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)討論、合作,解決建模問(wèn)題,培養(yǎng)他們的自學(xué)能力和自己解決問(wèn)題的能力。
(二)課程安排問(wèn)題
數(shù)學(xué)建模課程是一門操作性很強(qiáng)的課程,對(duì)學(xué)生的要求也很高。一方面,在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模之前,學(xué)生要了解并掌握至少一門數(shù)學(xué)軟件,常用的數(shù)學(xué)軟件有MATLAB、LINGO、SPSS、R等等。因此,在開(kāi)始數(shù)學(xué)建模課程之前,最好是學(xué)生已經(jīng)掌握了至少一門數(shù)學(xué)軟件的操作。但是,實(shí)際上上建模課的學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊,有的數(shù)學(xué)成績(jī)好,沒(méi)有接觸過(guò)數(shù)學(xué)軟件,有的學(xué)過(guò)一點(diǎn)數(shù)學(xué)軟件,但是數(shù)學(xué)知識(shí)貧乏。根據(jù)“就低不就高”的原則,只能假設(shè)他們都沒(méi)有學(xué)過(guò)數(shù)學(xué)軟件,必須先給學(xué)生補(bǔ)充一下數(shù)學(xué)軟件的基本知識(shí),這就要求數(shù)學(xué)建模課程從一開(kāi)始就要安排上機(jī)課程,好讓學(xué)生對(duì)所用的軟件有一個(gè)學(xué)習(xí)熟悉的過(guò)程。
另一方面,對(duì)于數(shù)學(xué)建模的每一個(gè)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容,都要給學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì),讓學(xué)生自己解決數(shù)學(xué)建模中的實(shí)際問(wèn)題。這樣學(xué)生對(duì)所學(xué)的每一個(gè)章節(jié)的建模知識(shí)都能夠得到充分的訓(xùn)練和吸收,從而達(dá)到教學(xué)目的。 目前,民辦院校對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的安排不太注重各門課程自身的特點(diǎn),多數(shù)是為了便于管理,采用“一刀切”的原則。比如,武漢學(xué)院數(shù)學(xué)建模的上機(jī)課基本上都是集中安排在每學(xué)期的中間幾周(第三周開(kāi)始上機(jī),中間連續(xù)八周上機(jī)課,之后沒(méi)有安排上機(jī)實(shí)驗(yàn)課),導(dǎo)致后面的教學(xué)內(nèi)容只有理論,沒(méi)有實(shí)踐,學(xué)生越發(fā)不感興趣,教學(xué)效果不理想。
對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的安排,可以考慮適當(dāng)增加上機(jī)操作課時(shí)量,或采用單雙周的上機(jī)模式,亦或者上機(jī)課由老師靈活處理,自行安排,根據(jù)課程內(nèi)容需要來(lái)定,以便達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果。
(三)教學(xué)方法
傳統(tǒng)的“滿堂灌”式教學(xué)方法仍在大部分高校占據(jù)主導(dǎo)地位,這種教學(xué)方式過(guò)于強(qiáng)調(diào)循序漸進(jìn),雖然有利于學(xué)生掌握知識(shí),但同時(shí)也造成學(xué)生的惰性思維,不利于其獨(dú)立性和創(chuàng)造性的發(fā)展,使學(xué)生的學(xué)習(xí)被動(dòng)枯燥乏味。
數(shù)學(xué)建模課程可以借用建模競(jìng)賽的分組模式,在老師的引導(dǎo)下讓學(xué)生分組討論、自己思考探究,協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師也可以安排課堂時(shí)間讓學(xué)生上臺(tái)講解自己的解題思路和方法,在課堂上展開(kāi)討論。此舉不但可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,還可以鍛煉學(xué)生的解題能力和表達(dá)能力。
對(duì)于課堂教學(xué),一方面教師給出的數(shù)學(xué)建模的題目應(yīng)具有現(xiàn)實(shí)性和挑戰(zhàn)性,學(xué)生看到題目后會(huì)激發(fā)他們的“挑戰(zhàn)欲”,這時(shí)候他們會(huì)感覺(jué)數(shù)學(xué)很強(qiáng)大,激發(fā)他們對(duì)數(shù)學(xué)的求知欲,在分析問(wèn)題、建立模型及改進(jìn)的過(guò)程中,激發(fā)學(xué)生探究數(shù)學(xué)奧秘的主動(dòng)性,在完成建模求解過(guò)程后還會(huì)激發(fā)學(xué)生的成就感,帶給他們無(wú)窮的驚喜。 另一方面,自然得體、詼諧有趣的教學(xué)語(yǔ)言能啟迪學(xué)生的智慧,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,開(kāi)發(fā)學(xué)生的能力。數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的語(yǔ)言藝術(shù)主要體現(xiàn)在教學(xué)語(yǔ)言的優(yōu)美感。數(shù)學(xué)教師的有聲語(yǔ)言除了要做到準(zhǔn)確規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)簡(jiǎn)約、形象有趣、通俗易懂之外,還要優(yōu)美動(dòng)聽(tīng),這是增強(qiáng)教學(xué)吸引力和感染力的重要因素。教師的語(yǔ)言要清亮、明晰、舒緩、流暢而且富有節(jié)奏變化,這樣才能把一般人認(rèn)為枯燥的數(shù)學(xué)知識(shí)講得生動(dòng)鮮活,才能刺激學(xué)生聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的興奮,激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
另外,要充分重視《自然科學(xué)概論》對(duì)數(shù)學(xué)建模課程的促進(jìn)作用。自然科學(xué)是人類科學(xué)知識(shí)的重要組成部分,它包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、天文學(xué)和地學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué),以及材料科學(xué)、空間科學(xué),能源科學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等應(yīng)用性技術(shù)科學(xué)?!蹲匀豢茖W(xué)概論》作為一門通識(shí)課程針對(duì)所有的高等院校大一學(xué)生開(kāi)設(shè)是非常有必要的。數(shù)學(xué)建模是一門知識(shí)量非常豐富的綜合性課程,它要解決的問(wèn)題覆蓋自然科學(xué)的各個(gè)方面,現(xiàn)代社會(huì)生活的日益復(fù)雜化決定了對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的研究和解決,僅僅依靠數(shù)學(xué)理論知識(shí)已經(jīng)不能有效地?fù)?dān)當(dāng)起這一重任,他需要我們對(duì)自然科學(xué)的各個(gè)方面有一定程度的了解,要把各個(gè)專業(yè)的基本原理同數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)軟件緊密結(jié)合,協(xié)同作戰(zhàn),方能解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。比如,2014年數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽題“嫦娥三號(hào)軟著陸軌道設(shè)計(jì)與控制策略”涉及物理和天文知識(shí),2016年數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽題A題“系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”涉及物理上的物體受力平衡和力矩平衡等知識(shí)點(diǎn)。
二、大學(xué)數(shù)學(xué)建模課程的意義和建議
數(shù)學(xué)建模課程的開(kāi)設(shè)為學(xué)校參加每年一次的全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽打下了基礎(chǔ)。全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是對(duì)數(shù)學(xué)建模教學(xué)工作成果的一次檢驗(yàn),同時(shí)也是推進(jìn)數(shù)學(xué)建模工作的一個(gè)平臺(tái)。參加數(shù)學(xué)競(jìng)賽目的不在于獲獎(jiǎng),重在參與,重在能力培養(yǎng),綜合素質(zhì)的提高。三天三夜的競(jìng)賽對(duì)于任何一個(gè)參賽的學(xué)生來(lái)說(shuō)都將是一次人生難忘的經(jīng)歷,他們的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、合作精神、吃苦精神、創(chuàng)新精神都將成為他們?nèi)松囊还P寶貴財(cái)富。武漢學(xué)院自從2011年參賽以來(lái),每年五到七支隊(duì)伍近百名學(xué)生參加了全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模比賽,每年均獲得了國(guó)家級(jí)省級(jí)大獎(jiǎng)。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽及其相關(guān)活動(dòng)表明,數(shù)學(xué)建模不僅培養(yǎng)了學(xué)生的觀察力、想象力和邏輯思維能力,而且提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
數(shù)學(xué)建模可以擴(kuò)寬教師的知識(shí)面。數(shù)學(xué)建模的題目融實(shí)用性與挑戰(zhàn)性為一體,不僅需要數(shù)學(xué)知識(shí),還要對(duì)其他專業(yè)知識(shí)有全面的了解,這就促進(jìn)了任課教師不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí),了解新的科技,進(jìn)而提升教師的知識(shí)面與實(shí)際應(yīng)用能力。
數(shù)學(xué)建??梢源龠M(jìn)教學(xué)內(nèi)容的改革,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課知識(shí)過(guò)于死板,學(xué)生不能很好地將其應(yīng)用。數(shù)學(xué)建模的題目涉及知識(shí)面廣,可以引入到數(shù)學(xué)其他課的教學(xué)內(nèi)容中,也可以將一些習(xí)題結(jié)合實(shí)際改編成應(yīng)用題。這樣可以豐富教學(xué)內(nèi)容,用生動(dòng)有趣的生活實(shí)例導(dǎo)入新課,在教師啟發(fā)誘導(dǎo)下,通過(guò)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題,提出新假設(shè),產(chǎn)生一種躍躍欲試和急于解決問(wèn)題的心理需求,從而引入數(shù)學(xué)定理、公式等,體現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用性,提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。
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作者簡(jiǎn)介:
吳小霞(1979-),女,湖北武漢人,武漢學(xué)院信息系副教授,博士。研究方向:多重檢驗(yàn),數(shù)學(xué)建模。
【關(guān)鍵詞】 數(shù)學(xué)建模; 案例教學(xué)法; 創(chuàng)新能力
近年來(lái),隨著概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、拓?fù)鋵W(xué)、圖論、矩陣和矢量代數(shù)、模糊數(shù)學(xué)等一系列數(shù)學(xué)理論和方法的建立,數(shù)學(xué)生理學(xué)、數(shù)學(xué)生物物理學(xué)、數(shù)理流行病學(xué)、藥物動(dòng)力學(xué)、數(shù)理診斷學(xué)等一批數(shù)理醫(yī)藥學(xué)迅速崛起。數(shù)學(xué)在醫(yī)藥學(xué)上的地位日益重要,在醫(yī)藥學(xué)方面的應(yīng)用更加廣泛。因此,培養(yǎng)醫(yī)藥類大學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)和能力已經(jīng)成為數(shù)學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要方面。
數(shù)學(xué)建模是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實(shí)際問(wèn)題的橋梁,是數(shù)學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的媒介,越來(lái)越受到人們的普遍重視。為了培養(yǎng)高質(zhì)量、高層次科技人才,數(shù)學(xué)建模已經(jīng)在大學(xué)教育中逐步開(kāi)展,越來(lái)越多的大學(xué)正在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)和參加開(kāi)放性的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,并將數(shù)學(xué)建模教學(xué)和競(jìng)賽作為高等院校的教學(xué)改革和培養(yǎng)高層次的科技人才的重要方面。我校近年來(lái)在學(xué)校有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下,組織學(xué)生參加了全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,取得了一定的成績(jī),并開(kāi)設(shè)了數(shù)學(xué)建模選修課,加大了對(duì)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)和能力的培養(yǎng)。本研究主要就醫(yī)藥類大學(xué)生數(shù)學(xué)建模選修課程的教學(xué)方法及如何將數(shù)學(xué)建模思想融入平時(shí)高等數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中做一些探討。
1 數(shù)學(xué)建模課程特點(diǎn)
一方面數(shù)學(xué)建模雖然具有很強(qiáng)的應(yīng)用性、趣味性和挑戰(zhàn)性,但往往涉及知識(shí)面廣,需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)較多,相對(duì)難度較大,需要付出很多時(shí)間和精力。而當(dāng)代大學(xué)生多數(shù)是家庭的獨(dú)生子女,不能吃苦,自我約束能力差,遇困難易退縮。因此學(xué)生一開(kāi)始可能會(huì)被數(shù)學(xué)建模的這種趣味性和實(shí)用性吸引而產(chǎn)生興趣,但隨著學(xué)習(xí)中遇到各種困難就會(huì)產(chǎn)生畏難情緒,后續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力不足。
另一方面從數(shù)學(xué)建模的思維過(guò)程來(lái)看,數(shù)學(xué)建模是一個(gè)開(kāi)放性的過(guò)程。數(shù)學(xué)建模要對(duì)復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題通過(guò)合理的假設(shè)、抽象、然后用數(shù)學(xué)語(yǔ)言近似刻畫實(shí)際問(wèn)題,這種刻畫的數(shù)學(xué)表達(dá)就是一個(gè)數(shù)學(xué)模型。得到數(shù)學(xué)模型后,利用一定的技術(shù)手段求解,并建立一定的模型自身評(píng)價(jià)方法,將得到的結(jié)果放到實(shí)際中進(jìn)行檢驗(yàn),如果結(jié)果與實(shí)際情況不符還要修改模型,重復(fù)上述建模過(guò)程以達(dá)到符合實(shí)際要求的目的。從事某個(gè)問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模,實(shí)際上就是從事一項(xiàng)準(zhǔn)科研活動(dòng)。由于數(shù)學(xué)建模的解答過(guò)程、解答工具及結(jié)果都是開(kāi)放的, 它突破了以往以教室、教師、教材為中心的狀況, 極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性,加強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的數(shù)學(xué)抽象能力、借助于計(jì)算機(jī)獲得信息的能力、團(tuán)隊(duì)合作的能力、以及學(xué)生個(gè)體本身的想象力、洞察力、邏輯推理能力和發(fā)散思維能力等, 多方位地提高了學(xué)生的素質(zhì)。
數(shù)學(xué)建模課程的這兩方面的特點(diǎn)決定了數(shù)學(xué)建模的教學(xué)方法一方面要增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的持久興趣,另一方面要在這個(gè)開(kāi)放的教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理的引導(dǎo),讓其真正融入建模過(guò)程之中,提高其綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
2 數(shù)學(xué)建模的教學(xué)方法
根據(jù)數(shù)學(xué)建模的特點(diǎn),可以看出,案例教學(xué)法是一種比較合適的教學(xué)方法。案例教學(xué)法是在教師的指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的需要,采用案例組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究、鍛煉能力的方法。它能創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的寬松的教學(xué)實(shí)踐情景,把真實(shí)的典型問(wèn)題展現(xiàn)在學(xué)生面前,讓他們?cè)O(shè)身處地去思考、去分析、去討論,對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)創(chuàng)造能力及分析、解決問(wèn)題的能力極有益處。這是一種具有啟發(fā)性、實(shí)踐性,能開(kāi)發(fā)學(xué)生思維能力,提高學(xué)生判斷能力、決策能力和綜合素質(zhì)的新型教學(xué)方法。案例教學(xué)不但豐富了教學(xué)內(nèi)容,而且克服了傳統(tǒng)教學(xué)模式只注重知識(shí)傳播,忽視實(shí)際應(yīng)用的弊端。在使用案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。
2.1 注重精選案例
案例教學(xué)法要想達(dá)到好的效果必須精選一些經(jīng)典案例。選擇的案例要具有鮮明的教學(xué)目的性、趣味性、高度的擬真性以及代表性和廣泛性。在日常教學(xué)中,可有針對(duì)性的搜集和積累與日常生活息息相關(guān)或者與本專業(yè)相關(guān)的典型案例。一、案例源于現(xiàn)實(shí)貼近實(shí)際容易引起學(xué)生興趣和共鳴;二、案例結(jié)合學(xué)生專業(yè),可以開(kāi)發(fā)學(xué)生專業(yè)科研的潛力,培養(yǎng)科研能力,為學(xué)生將來(lái)的專業(yè)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。結(jié)合我校學(xué)生的醫(yī)藥學(xué)專業(yè)背景,在講授微分方程模型時(shí)可選藥物動(dòng)力學(xué)房室模型作為典型案例,講授統(tǒng)計(jì)回歸模型時(shí)選取藥物療效預(yù)測(cè)模型作為典型案例,講授聚類分析以及判別分析模型時(shí)選取中藥復(fù)方指紋圖譜的研究模型等等,要使學(xué)生體會(huì)到要解決很多醫(yī)藥學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題或者進(jìn)行更高更深層次的醫(yī)藥學(xué)研究都必須用到數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法。三、還應(yīng)該考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn),選取的案例由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐步加大難度。
2.2 教學(xué)過(guò)程中要凸現(xiàn)學(xué)生主體地位和團(tuán)隊(duì)的作用
在案例講解過(guò)程中堅(jiān)持教師主導(dǎo)地位和學(xué)生主體地位相結(jié)合。每次講解案例由教師提出問(wèn)題,介紹問(wèn)題背景,便把主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生,由學(xué)生作為主體共同分析探討解決問(wèn)題的方法。教師通過(guò)引導(dǎo)、點(diǎn)撥、啟迪等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。將學(xué)生引入到案例設(shè)定的環(huán)境之中,充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的創(chuàng)造力,增強(qiáng)學(xué)生本身對(duì)整個(gè)建模過(guò)程的切身體會(huì),即使在講解一些已經(jīng)很成熟的經(jīng)典案例的時(shí)候,也要充分再現(xiàn)模型建立的思維過(guò)程,讓學(xué)生精神層面充分感受到參與數(shù)學(xué)建模的愉悅感和克服困難、解決問(wèn)題后的成就感,體會(huì)到科學(xué)研究的真諦和樂(lè)趣,鞏固與提高學(xué)生個(gè)體對(duì)數(shù)學(xué)建模持久的興趣。另外,在開(kāi)課時(shí)就讓學(xué)生自主組合成許多建模小隊(duì),在課堂教學(xué)的案例討論中以及課后作業(yè)都以建模團(tuán)隊(duì)協(xié)作的形式完成,最后由各自團(tuán)隊(duì)選出的代表發(fā)表對(duì)模型的認(rèn)識(shí)及解決問(wèn)題的方法等。這樣,一方面,可以鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力,另一方面鍛煉了學(xué)生的交流表達(dá)能力和正確認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)自我和他人的能力。還有,無(wú)論在平時(shí)課堂教學(xué)還是作業(yè)講解過(guò)程中,給予學(xué)生更寬闊的思維想象空間,對(duì)于學(xué)生哪怕很小的創(chuàng)新點(diǎn)都要給予整個(gè)團(tuán)隊(duì)充分的肯定與鼓勵(lì),讓學(xué)生個(gè)體精神層面體會(huì)到自己對(duì)于整個(gè)團(tuán)隊(duì)的重要性,增強(qiáng)其自信心,同時(shí),讓團(tuán)隊(duì)的其他隊(duì)員產(chǎn)生團(tuán)隊(duì)自豪感以及充分發(fā)揮自己創(chuàng)造力,為團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)光的榮辱意識(shí),也就增強(qiáng)了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的凝聚力、協(xié)作能力及整體創(chuàng)新的能力。
2.3 注重軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程
建立模型之后需要根據(jù)建立的模型進(jìn)行問(wèn)題求解,一般都是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的,求解的精確程度直接影響著對(duì)模型的判斷,因此建模過(guò)程中要切實(shí)注重這個(gè)環(huán)節(jié)。在經(jīng)典案例講解時(shí)要詳細(xì)的給學(xué)生演示軟件求解的過(guò)程,尤其對(duì)于求解編程的思想方法、具體算法和實(shí)現(xiàn)方法重點(diǎn)講述,讓學(xué)生能夠領(lǐng)會(huì)處理問(wèn)題用到的思想方法,從而應(yīng)用到自己的實(shí)際練習(xí)中,結(jié)合相應(yīng)軟件的學(xué)習(xí),最終能夠?qū)⒆约旱乃枷敕椒ㄟ\(yùn)用到編程中求解得到結(jié)果。在計(jì)算機(jī)軟件選擇上,鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)不同的內(nèi)容學(xué)習(xí)多種軟件的使用方法,如微分方程模型采用Mathematical或Matlab,規(guī)劃模型里采用運(yùn)籌學(xué)軟件Lindo或Lingo,統(tǒng)計(jì)模型里采用SPSS或SAS等等。實(shí)際上,無(wú)論使用哪種軟件,只要能夠解決問(wèn)題就行,不同的軟件只是實(shí)現(xiàn)方法不同,但解決問(wèn)題的思想、算法還是依賴于使用者本身。要求學(xué)生至少要精通一種軟件,能夠利用該軟件實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的求解。
當(dāng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自己的思想方法,得到問(wèn)題的結(jié)果時(shí),自然而然產(chǎn)生自我成就感,從而為繼續(xù)進(jìn)行下去,克服困難提供更大的動(dòng)力和更濃厚的興趣,從而能夠真正把自己融入到數(shù)學(xué)建模之中,發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。
2.4 注重課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的聯(lián)系
數(shù)學(xué)建模課程本身就與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽有著密不可分的關(guān)系,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)側(cè)重建模過(guò)程中的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程,數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是對(duì)課程學(xué)習(xí)情況有效的檢驗(yàn)。在該課程的開(kāi)始便向?qū)W生簡(jiǎn)單介紹數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的相關(guān)知識(shí),并在后期加入歷年數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的案例,鼓勵(lì)學(xué)生積極參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽。根據(jù)我校參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):通過(guò)參加競(jìng)賽,不論是否獲獎(jiǎng),參加比賽的同學(xué)收獲都非常大,不但知識(shí)水平和綜合能力上了一個(gè)新臺(tái)階,而且創(chuàng)新能力得到了提升,并且在科學(xué)研究方面受到了初步的訓(xùn)練,為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)論文以及畢業(yè)后從事各方面的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3 將數(shù)學(xué)建模的思想融入高數(shù)等課程的教學(xué)活動(dòng)之中
數(shù)學(xué)建模有力的增強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)和能力,在現(xiàn)代高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革中起著重要的作用。將數(shù)學(xué)建模的思想融入到高等數(shù)學(xué)的教學(xué)活動(dòng)中,對(duì)于推動(dòng)高等教育教學(xué)改革,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,貫徹素質(zhì)教育的思想,都有著重要的意義。這就要求教師在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中,盡可能追溯數(shù)學(xué)原理產(chǎn)生的背景,分析當(dāng)時(shí)遇到的實(shí)際問(wèn)題,探討在實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題之后遇到的困難以及前人克服困難的思想方法,讓學(xué)生在此過(guò)程中體會(huì)數(shù)學(xué)建模思想的精華,充分發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造力,增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。另外,在平時(shí)教學(xué)中,要充分利用校園網(wǎng)、QQ群、Email以及BBS等信息化網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,使學(xué)生主動(dòng)參與到問(wèn)題的討論活動(dòng)之中,鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探究問(wèn)題的解決方式,讓學(xué)生在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力,提高綜合能力。
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