现代社会对数学应用的需要导致了全球范围内的数学教育改革,而数学建模是经济社会与数学教育相结合的重要发展的产物。该页是美丽的小编帮家人们找到的大学生数学建模论文优秀6篇,仅供参考,希望对大家有一些参考价值。
【关键词】数学建模建模竞赛工作总结
ˎ ̥ 【Abstract 】 this article through to our who took part in 2011 national college mathematical modeling contest and obtain the second prize in the some feeling and harvest was summarized. But because of the limitation, in order to mobilize most students study mathematics enthusiasm, to better carry out the mathematical contest in modeling the students' extracurricular science and technology activities, we have carried out a new attempt and exploration - established "mathematical modeling" student community, so that more students understand mathematical modeling, thus realize the extensive application of mathematics.
【 key words 】 mathematical modeling contest in modeling work summary
中图分类号:G623.5文献标识码:A 文章编号:
“高教社杯”全国大学生数学建模竞赛是国家教委和中国工业与应用数学学会共同主办的、面向全国大学生的群众性科技活动,目的在于激发学生学习数学的积极性,提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力,激励广大学生踊跃参加课外科技活动,开拓知识面,培养创新精神及合作意识,推动大学数学教学体系、教学内容和方法的改革。
2011年,武汉城市职业学院首次派代表队参加全国大学生数学建模竞赛,由于领导支持、组织得当,取得了全国专科组二等奖的好成绩。总结我院参赛经验,主要有以下几个方面。
一、领导高度重视数学建模竞赛活动
我院在全国大学生数学建模竞赛活动中取得优异的成绩,和学院、系部领导的高度重视是密不可分的。我院于2011年成立了“数学建模领导小组”和“数学建模指导小组”,协调各项工作,出台了参加建模竞赛的补助及奖励办法,有专门的数学建模竞赛实验室,集训和竞赛期间,学院、教务处和经管系领导亲自动员并多次亲临现场看望。各级领导和有关部门的重视和支持是这项竞赛活动取得成功的重要保障。
二、组建了一支强有力的辅导教师队伍
在数学建模集训中,辅导教师是核心,辅导老师也是保证培训效果和竞赛成功的关键。我们成立了数学建模教学小组,集体备课,大家群策群力,共同探讨。在暑期集训期间,从不计较个人得失,放弃了周六、周日的休息时间,和同学们一起战酷暑高温。在竞赛过程中,布置好竞赛机房、网络,安排好学生的伙食、住宿、竞赛必需品,在选题、督促进度方面给予适当的指导,在11日晚上陪学生熬夜奋战,最终经过72小时的不懈努力,顺利地解决了竞赛题,提交了完整的论文,竞赛圆满结束。成绩的取得离不开指导老师的辛勤耕耘。
三、在课程设置上给学生打下坚实的基础
尽管我们是第一次参加比赛,但我院已于2001年开始在数学教育专业“二下”开设了“数学建模”课,每周四节。作为指导老师,深刻钻研了近几年的建模竞赛专科题,经常与兄弟院校进行交流、取经,邀请在建模方面有专长、有造诣的专家教授来院讲学。
四、选拔优秀学生组队培训和参赛
数学建模竞赛的主角是参赛队员,选拔参赛队员的成功与否直接影响到参赛成绩,确定参赛后,在“二下”一学期的建模课中注意观察学生的动手、动脑能力及计算机使用、编程能力,通过第一阶段的培训后选拔出参加暑期集训的队员,主要围绕以下几个方面选拔队员:首先,选拔那些对数学建模活动有浓厚兴趣的同学;其次,选拔那些有创造能力、勤于思考、数学功底好的同学;最后,注意参赛队员的能力搭配和团结协作,参赛的每支代表尽可能由具有不同特长的学生组成。
五、科学、系统的培训方法
经过摸索,笔者认为具有特色又实用的建模培训方法应分为三个阶段:第一阶段为基础知识培训阶段,包括:1. 补充学生欠缺的数学知识。2. 计算机基础知识、数学软件及文字处理软件的使用。3. 简单数学模型的建立与求解。第二阶段为数学建模常用的方法和范例讲评,包括网络模型、运筹与优化模型、种群生态学模型、微分方程模型、随机模型、层次分析法、数据拟合、计算机仿真。第三阶段为历年建模试题评析、讨论、建模论文的撰写。通过三个阶段的培训,学生已初步具备了参赛的能力,最终经过测试选拔出参赛队员。
六、重视参赛过程的指导
在学生参赛过程中,指导老师的及时指导是学生完成竞赛的保证。主要体现在以下几个方面:一是作好参赛队员的心理方面的指导。在竞赛的三天里,要连续进行72小时的奋战,并且要与同组的队员合作,不可避免地会出现心里及身体方面的问题,因此,指导老师要及时给予鼓励与关心,做好细致的思想工作,在整体培训过程中要不断强调团结协作的重要性,这将是学生完成竞赛的动力。二是作好论文细节方面的指导。在竞赛的最后阶段,指导老师要提醒学生注意论文的格式,检查是否按要求撰写论文,论文的摘要、关键词是否写得好,论文是否完整等,这些细节常常成为论文是否取得好成绩的关键。
七、对建模竞赛工作的探索---以学生社团活动带动数学建模竞赛活动的日常开展
数学建模竞赛存在以下弊端:
1、学生参赛人数少,大多数学生得不到锻炼。
2、在数学教学过程中对数学应用仍然重视不够
3、学生对学习数学缺乏兴趣
为了调动大多数学生学习数学积极性,更好地开展数学建模竞赛这一学生课外科技活动,我们进行了新的尝试和探讨---成立了“数学建模”学生社团,利用学生社团开展了一系列活动:
1. 举办了关于“数学建模”的讲座,使广大数学爱好者了解数学建模;
2. 举行了“数学建模经验交流会”,邀请指导老师和参加过数学建模竞赛的学生介绍建模心得体会。
3. 在校园中营造良好的文化氛围、宣传数学建模知识等,潜移默化地使学生逐步认识数学建模,了解数学建模知识,感觉数学建模并不陌生,而是与大家息息相关。充分展示了数学应用广泛性。
4. 尝试将数学建模的思想引入高等数学课程教学,使理论学习和应用实践相结合,让学生在做中学、学中做,逐渐培养学生的数学思维、数学态度和数学兴趣。
为推动数学建模活动在我院进一步开展,我们将不断开拓创新,克服困难,将日常的数学教学与建模培训联系在一起,力争再创佳绩。
参考文献:
关键词:数学建模 数学实验 课程改革
1、引言
进入21世纪以来,随着科学技术的迅速发展和计算机的日益普及,人们对解决实际问题的要求越来越精确,这使得数学已经成为一种能够普遍实施的技术,正如伟大的哲学家与数学家笛卡尔所说:“一切问题都可以化成数学问题”,进而,培养学生应用数学的意识和能力已经成为数学教学的一个重要方面。
应用数学去解决各类实际问题时,建立数学模型是十分关键的一步。二十世纪70年代末至80年代初,英国剑桥大学为研究生开设了“数学建模(Pronblem Solving)”课程,牛津大学创设了与工业界的合作研究活动,欧洲和美国也开始将“数学建模”列入研究生和本科生的教学计划中。1985年美国70所大学联合举办了第一届数学建模竞赛,这一活动迅速引起美国以及国际大学生的广泛兴趣。在此期间,我国数学教育界的一些学者了解到西方数学教育的这一重要动向,于1992年成功举办第一届“全国大学生数学建模竞赛”,并逐步将“数学建模”课程引入我国大学本科教学计划。我校于2009年将“数学建模”课程设置为理工科必修课,笔者经过多年数学建模教学和数学建模竞赛指导,总结并探索得出数学建模的课程教学不同于传统的数学教学,传统的数学教学模式是以教师为中心、以课堂讲授为主,而数学建模教学则是突出以学生为中心、以实验室为基础、以问题为主线、以培养能力为目标。
2、数学建模课程的教学特点
数学建模是一门实践性很强的课程,与其它数学类课程的相比,最主要的区别是不能再沿用传统数学教学“课堂讲解—笔记—作业—考试”的教学模式。数学建模的教学形式灵活,在教学过程中强调尊重学生,尽可能把学习的主动权交给学生。课堂上,教师提出事先设计好的问题,引导学生主动查阅文献资料和学习新知识,鼓励学生积极展开讨论和辩论,充分发挥学生的主动性、积极性、创造性,教师从旁质疑指导,采取小组讨论,教学互动,学生上讲台做演讲等手段,提高学生的兴趣,调动学生参与的积极性、主动性和创造性,充分发挥学生的主体作用,从而锻炼学生解决问题的综合能力。当然,教师讲课在教学过程中还是占有很大部分比重,教师主要担当引路者的角色,把讲的机会让给学生,把做的过程放给学生,充分体现以学生“自主、探究、合作”为特征的教学方式。教学过程的重点是创造一个诱导学生的学习欲望、培养他们的自学能力,增强他们的应用意识和创新能力,提高他们的数学素质,强调的是获取新知识的能力,从而改变了传统的以教师为中心的课堂教学结构,由以教师为中心的教学结构转变为“以教师为主导—以学生为主体相结合”的教学结构。
“数学建模”课程的练习和考核方式也明显有别于传统数学课程。我们认为,“数学建模”适用多元化的考核方式,不宜简单采用闭卷考试,有标准解答的考试不符合“数学建模”问题的特点。所以,课堂多采用分组讨论,案例分析,上机计算和模拟,最后以论文形式提交作业;考试大多数采用组合考核,即平时练习、阶段论文、期末考试三部分综合评定成绩。学校一般不安排期末考试,而是通过模拟竞赛的论文来评定成绩。
3、数学建模与数学实验
数学实验是计算机技术和数学软件引入教学后出现的新生事物,是数学教学体系、内容和方法改革的一项创造性的尝试。“数学实验”是以计算机为工具,配以各种数学计算软件(如Matlab,Lindo\Lingo,Mathmatical,SAS,Maple,C,Excel等等)作为实验环境,用以加工处理各种数学资料信息,得到计算结论。而数学建模是在简化和假设的基础上,选择适当的数学工具来可挂描述各种量之间的关系,用表格、图形、公式等来确定数学结构。然而,建立模型的目的是为了解释自然现象,寻找规律,以便指导人们认识世界和改造世界,建立模型并不是目的。所以,模型建立后,要对模型进行求解、分析和检验,即用计算机技术和软件包求解数学模型,得到数量结果,并按照一定的数学规律,利用计算机程序语言来模拟实际运行的状态,并依据大量的模拟结果对系统或过程进行必要的定量分析,得到一些定量结果,这通常是解决实际问题的有效手段。
数学建模课的性质决定了它需要做数学实验,一方面,做数学实验可以在数学建模教学过程中加强学生“用数学”的意识,培养学生应用数学知识解决实际问题的能力;另一方面,数学实验可以将数学教学与计算机应用结合起来,培养学生进行数值计算与数据处理的能力。所以绝大部分学校在“数学建模”教学中结合了数学实验。数学实验与物理实验、化学实验一样具有演示作用,更把课堂教学与实际操作结合起来,给学生实践机会,它能将某些抽象的思维过程具体化、形象化,它是对人类思维过程的一种模拟、验证和拓广。因此,数学建模与数学实验的结合是很有必要的。
数学实验课的开设首先要选择合适的数学软件。如Mathematical、Matlab、Lingo\Lindo等,这些软件都是功能强、效率高,便于进行数学计算的交互软件包。它们对于一般的数值计算、矩阵运算、方程求解、高等数学建模、优化设计等都能方便地实施,在这些软件的操作环境下所解问题的语言表述形式和其数学表达形式相同,不须按传统的方法编程。例如在经管类高等数学的教学中,线性规划问题很多,而规划问题的求解需花去大量的时间计算,如果借助Lingo\Lindo软件,则能编制简单的程序,迅速解决计算问题。我们可以布置练习题让学生熟悉软件包,培养学生利用软件包求解模型的能力,并培养学生软件编程的能力。通过这些软件的实验和学习,同学们的实践动手能力得到了极大提高,一方面巩固了数学理论知识,另一方面又掌握了使用数学工具的本领。另外,在数学实验过程中,注意精心安排学生的实验,保证学生上机的时间,确实能让学生自己动手操作。尽量从实际问题引入要讲述的数学实验内容,也可以安排建模中常用的方法,如作图的方法(mathematical),曲线拟合的技巧(matlab),优化工具箱的使用(matlab),整数规划的求解(Lingo)等作为实验的内容。最后要求学生以2—3人为一个小组,在教师的指导下,写出实验报告,实验报告包括问题提出、实验目的、实验内容及要求、实验过程及结果、结果分析、思考与练习,这相当于完成一个实际问题的数学建模论文。
参考文献:
[1] 周义仓,赫孝良,数学建模实验[M],西安,西安交通大学出版社,2007
关键词:数学建模;问题驱动;数学建模竞赛;课程教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)03-0143-03
《数学建模》课程具有知识面广、形式多样、教学难度较大等特点。因此,一般认为数学建模的教学是一个不断学习、不断提高、不断探索和改革的过程。我们在广东工业大学《数学建模》课程的具体教学实践过程中的指导思路是:以培养学生对现实世界建立数学模型的能力为目标,以学生通过自学和查阅相关资料解决实际问题为目的来组织教学工作。李大潜院士曾指出“数学教育本质上是一种素质教育,《数学建模》的教学及竞赛是实施素质教育的有效途径”。数学建模课程和竞赛为我校大学生提供了一个运用数学、学习数学、提高数学综合素质的平台,该项活动对提高学生的合作精神、解决问题的能力和自学能力都有很多的帮助。然而,目前传统的课堂授课模式过分注重教师的主体作用,忽视了学生自我探究能力和自主学习能力的培养,压抑了学生的主动性和积极性。要改变这种现状,就必须改革现有的课堂教学状况,探索培养、引发学生主动学习的新型教学模式。美国神经病学教授Howard Barrows于1969年创立了基于问题和项目的学习(Problem Based Learning,简称PBL)理念教学法,这是一种全新高效的教学方法,是以问题驱动为中心的教学模式。近年来,这种理念在澳大利亚的维多利亚大学、美国samford大学、丹麦的奥尔堡大学等世界知名大学得到广泛重视和应用推广,并呈现出不同的形式和多元化的发展特色。在我们国家这种教学理念目前主要实践在医学、市场营销、生物化学、实验教学、毕业论文的写作等领域过程。在数学教学中还很少有人使用这种方法,因此,探索这种教学理念在《数学建模》课程中的实践具有重要的理论价值和实际意义。
一、《数学建模》教学现状及问题
我校是以工科学生为主体的省属重点高校,很多工科院校的大学生对学习数学公共课程的重要性认识不足,对数学公共课在他们后续学习专业课的重要性不够了解。因此逐步提高我校工科大学生对数学公共课的认识水平,加强培养他们的数学综合素质已经十分必要了。令人高兴的是广东工业大学的大学生们对《数学建模》课程和数学建模竞赛活动有着非常浓厚的兴趣和积极性,且已经有不少学生在比赛中获得了不俗的成绩。因此,加强数学建模教学和数学建模培训对我校学生有着重要意义。目前,广东工业大学数学建模课程教学和数学建模竞赛活动分为三个模块:数学建模A,主要针对数学专业的学生;数学建模B,主要针对非数学专业的专业选修课;数学建模公共选修课,专业面向全校对数学建模感兴趣的学生。另外还为应用数学学院的学生开设了“数学建模实验”与“数学建模课程设计”的相关课程,逐步形成了理论与实践相结合的教学模式。由于《数学建模》课程的教材一般有多个知识单元构成,知识的跳跃性较强,因此,我们曾经的教学方法是安排三个老师,每个老师分别负责讲授自己数学的专业领域,这样做的好处是能充分发挥老师的专业特长,让学生了解到该专业方向的最新国内外动态和进展。然而这样做给我们对学生的考核造成了一定的难度,我们曾经尝试过闭卷、开卷和交论文考查等多种方式,这样考核方式各有各的优势和劣势。如何才能找到更好的教学和考核方式,这是我们一直在具体的教学实践中不断探索和努力的方向。这几年我们一直把问题驱动教学法的思想融入我们的数学建模教学活动中,已经取得了初步的成效,这种方式能既考查到学生运用数学知识解决实际问题的能力,又能让学生自己动手解决自己感兴趣的问题,虽然这些问题可能对学生具有一定的难度,但是它能真正考核到学生的实际水平,这正是我们所愿意看到的。在我们以往的数学建模竞赛培训中存在着许多问题,培训上采取以教师为中心、以填鸭式讲授为主的传统教学模式,课时非常有限,而教学内容容量又比较大,学生在很短的时间很难消化这些知识。因此造成开始报名的时候学生积极性很高,课时到培训快结束的时候,剩下来坚持学习的学生就大大减少了。因此,这种填鸭式的培训让学生消磨了学习数学公共课的热情和积极性,而且也不能提高学生的综合数学能力。因此,对数学建模课程教学和竞赛的培训的改革势在必行。
二、《数学建模》教学改革的三个方面
为了解决目前数学建模教学中存在的问题,必须从《数学建模》课程本身特点出发,改革课堂教学模式,加强学生主动学习环节、实际建模训练环节的教学,将问题驱动教学模式运用到《数学建模》课程的教学过程中去。这样不仅对改变《数学建模》这门课程的教学现状有着积极的意义,而且以点带面,对其他相似或相同特点课程的教学改革也具有很好的促进、借鉴作用,切合我校培养高素质应用型人才的定位,也符合我校2010版培养方案的制订要求,更推动了新时期新形势下的大学数学教学改革。下面分别就指导思想、教学方法和培训方法三方面的改革探索进行论述。
1.指导思想的改革。《数学建模》课程和数学建模竞赛活动是培养具有综合数学素质的复合型专业人才的内在要求。在具体教学实践过程中我们应该强调学习数学公共课的重要性,而不是简单地讲授数学知识点;必须强调的是学生通过自己的努力学习自主地解决所面临的实际问题,而不是成为数学解题能手;必须强调学生在数学建模学习中的主体地位和主观能动性的发挥,而不是学生被动的接受知识点。我们教学改革的目标是要突破纯粹的教师讲、学生听、做习题的教学模式,这种教学模式要突破传统的填鸭式教学,要通过有趣的实际例子激发学生学习数学公共课的积极性,要不断提高学生对数学公共课的兴趣,逐步培养学生建立数学模型的能力和利用计算机等其他技术解决生活中的实际问题的能力。《数学建模》课程和数学建模竞赛本身就是一个具有挑战的科学研究和学习过程,无论是数学建模教学还是数学建模比赛,我们做的目的都是要提高我们工科大学生的数学综合素质,为将来学好专业知识打下良好的数学基础。因此,我们提出问题驱动教学法来组织数学建模的教学和培训工作。通过该方法来充分调动学生学习数学公共课的积极性,让学生在全国数学建模比赛的具体实际活动中体会团结合作精神的重要性,通过告诉学生要学会学习、学会思考、学会与人为善,进而提高他们的动手能力、协助能力和沟通能力,为他们将来走上自己的工作岗位奠定基础。
2.教学方法的改革。选择正确的有效的教学方法能更好地确立教学内容,实现教学目标和培养学生的创新能力。鉴于传统的数学建模教学模式无法达到大幅提高学生综合能力的预期目标,我们提出了以问题驱动为指导思想的新的教学方法――问题驱动教学法。问题驱动教学模式的特点是以学生为学习主体,教师通过问题驱动,引导学生自主学习课程内容,并利用学过的理论知识来解决这些实际问题,最后总结归纳和评价。问题驱动是一种让学生以小组形式共同学习和解决问题的教学策略,通过这样的教学策略,可以让学生们在学习知识和解决问题的过程中培养探究问题解决的技能以及自主学习的技能,实现知识意义的建构。这种教学模式无疑对创新型人才的培养有着积极的意义。黄东明等人还在问题驱动教学理念的基础上提出了双环互动教学模式。在具体的教学实践过程中,我们经常把问题布置给学生,要求他们在一周的时间内自己去收集相关资料,寻求问题的解决方法,这种教学模式不再是传统的填鸭式教学过程,而是以学生自己为主体,要求学生充分发挥主观能动性和积极性。并且我们要求学生把自己准备好的解决问题的方法在讲台上给所有的同学讲解,并且要回答同学的提问。整个学习过程好像一个论文答辩过程,这样的教学模式既能充分调动学生的主观能动性和学习积极性,又能充分发挥学生自己的聪明才智,在实践中体会团队合作的重要性。
3.培训方法的改革。全国大学生数学建模竞赛所涉及的内容相当广泛,常用到的数学理论包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计、数学规划、微分方程、离散数学等,常用到的软件有Matlab、Lingo、Mathematics等。在建模过程中常常需要用到学生从未学习的知识来解决实际问题。因此,我们在培训过程中必须要训练学生快速学习新知识并立即运用新知识解决问题的能力。数学建模竞赛是以提交论文的方式进行结果评定的,故在培训的过程中还应该特别注重论文撰写的能力。为了适用数学建模比赛的要求,结合我们在《数学建模》课程教学的改革实际情况,把“问题驱动教学法”运用到竞赛培训中去。在提出驱动问题时,教师可以根据现阶段学生所掌握的知识情况,挑选一个具体的实际问题,学生根据所给问题首先进行归纳分析,然后查阅相关新知识和准备可能要用到的软件。在这个过程中学生需要主动学习可能没有接触到的新知识和软件的新功能,并进行参考文献的泛读和优秀论文的精读。通过对优秀论文的细节把握,提高学生处理实际问题的能力和论文撰写的能力。最后学生建立数学模型并撰写论文。最后由老师对论文进行点评,指出其优点和不足,并提出修改意见。经过近年来教学方法与培训方法的改革试验,学生对数学建模的兴趣大大提高,竞赛成绩稳步上升,取得较好的成果。
三、其他方面的探索
1.加强教师队伍的建设。“问题驱动法”的教学,特别是在学生自主学习阶段需要的一个教学团队。所以加强师资队伍建设是《数学建模》课程教学改革成功与否的关键。一方面,教师应加强学习,提高自身素养,掌握先进的教学理念,同时还要对教学内容进行深刻研究,能从现实生活的各种社会经济现象中发现数学问题,并且用数学语言加以描述。另一方面,各个教师应在教学方法创新上不断实践。传统的数学教学活动都是沿袭着“定义―定理―推论―例题”的模式进行,这种模式既使学生感到数学乏味,也使得原来对数学感兴趣的学生易生厌倦,因此,加强探索新的教学方法迫在眉睫。如何进行高水平的教学,吸引更多的学生热爱和喜欢数学,把学到的数学知识用得更广、更深入,是我们教师不得不思索的问题,更是我们教师要做的主要工作。
2.教材建设的改革。目前的《数学建模》教材多种多样,不过大多数太注重数学的理论性和完整性,这样就使得实用性不强,与实际问题脱节,常常让学生无所适从,很难培养学生运用知识解决问题的能力。经过我们对这门课程的改革常识,我们深刻体会到教材建设应遵循的原则如下:①实用性。教师将要教学的内容强调数学公共知识在实际问题中的作用,在教材的深度和广度上应尽量符合工科大学生的实际需要,适时对数学定理和推论进行删减,增加一些与当前实际问题相关的教学内容,由现实生活中的热点经济、工程实际问题引入数学模型。②可读性。根据该门课程的特点和教学改革的需要,教材中的主要内容要用简单的教学语言表达抽象概念,越简单的越好,这样一般学生容易理解和掌握,尽量使枯涩的数学知识变得生动趣味。③前沿性。教材中的内容既要兼顾传统知识又要引入前沿热点问题,既要强调数学推理又要重视数学工具软件和其他计算机技术的运用。综上所述,教材建设是今后我们在该门课程改革实践中要重点解决的问题。
3.考核方法的改革。目前大多数的数学建模考核方法是闭卷考试,而一般数学考试题目侧重证明与计算,忽略了对实际问题的应用,没有达到《数学建模》课程建设的目标,无法考核学生运用知识解决问题的能力。这与《数学建模》课程设置的初衷相违背。因此,采用多种考核方法相结合。例如,让学生做一些小的开放性课题,撰写类似数学建模比赛的论文,在对工科学生专业知识结合的同时,讲授数学建模的特点和应用领域,这样既可以激发学生对数学建模的兴趣,又能增加他们对数学的理解。在考核过程中我们可以适当加大平时分的力度,淡化对试题的考核,加强学生对具体问题解决能力的考核。
今年恰逢我国数学建模竞赛开展20周年,数学建模竞赛活动的规模得到了空前的发展。数学建模教学和数学建模竞赛活动是我们工科院校的一门重要课程,它为提高工科大学生的数学综合素质和数学在其他专业的应用发挥了重要作用。实践证明,通过进行数学建模竞赛活动,可以大大拓展学生的知识面;充分发挥学生的主观能动性,强化学生自主学习的意识和能力;提高学生的创新能力和解决问题的实际能力;还可以促进学生的团队合作精神。总的来说,问题驱动教学模式在数学建模教学和数学建模竞赛的培训过程中的实践表明:这种教学理念和数学建模的本身的特点是十分吻合的,而这种教学模式对于指导我们进行教学改革具有重要的理论意义和实践价值。
参考文献:
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数学建模,简单地说就是用数学知识和方法解决实际问题,就是先把实际问题用数学语言描述为一些大家所熟悉的数学问题,然后通过对这些数学问题的求解以获得相应实际问题的解决方案或对相应实际问题有更深入的了角军。
全国大学生数学建模竞赛以队为单位参赛,每队由三个学生组成;参赛队要在72个小时内完成资料收集、调查研究、提出合理假设、确定或建立数学模型、编制程序验算结果、反复修改等任务,并撰写包括模型假设、模型建立和求解、结果分析和检验、模型改进等方面内容的论文(答卷)。
2高职院校学生应具备的基本就业能力
随着高职教育改革的不断深化,高职院校毕业生的就业能力和竞争力有所提高,就业状况不断改善,但毕业生就业形势仍然十分严峻。这固然有节节攀升的毕业生数、毕业生自身就业观念、供需结构失衡等方面的问题,但毕业生综合素质不够高、就业能力不够强等方面的问题依然突出。
就业能力是指学生在校期间通过知识学习和综合素质开发而获得的能够实现就业理想,满足社会需要,保持工作及晋升和继续发展的内在素质和才能,是一种与职业相关的综合能力。职业素养、专业知识与技能、学习能力、实践能力、社会适应能力、创新能力、与人交往能力、规划与应聘能力等,是高职院校学生应具备的基本就业能力。对于高职院校毕业生,用人单位更看重其专业技能、实际操作能力、学习能力、敬业精神、沟通协调能力、创新能力等方面的能力素质。而学习能力、运用知识解决问题能力、沟通协调能力、创新能力这些基本就业能力是高职院校学生比较欠缺的素质。
3数学建模对培养学生就业能力的作用
笔者在指导学生参加全国大学生数学建模竞赛的过程中,体会到数学建模活动对高职院校的学生的综合素质和就业能力的提升起着十分重要的作用,有利于高职教育人才培养目标的实现。
3.1提升学生自主学习的能力
数学建模竞赛赛题所涉及的知识面较广,甚至有许多是学生未曾涉及过的领域(如,2012年赛题中的C题:脑卒中发病环境因素分析及干预与医学领域有关),学生仅凭已有的知识是难以甚至不能完成竞赛,这就要求学生不仅需要复习好已经学过的知识,还必须积极、主动去学习新知识,扩大知识面,如,数学软件的使用、论文写作方法、不包括在高职人才培养方案中的一些数学内容(如数值计算等)、查找相关文献资料并从大量文献中吸取所需知识的技巧等知识,学生都须通过自主学习的途径来掌握。这个过程有助于学生自主学习能力的提升。
3.2提升学生运用知识解决问题的能力
数学建模是一个将错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程。在建模过程中,就是要针对生产或生活中的实际问题,通过观察和研究实际对象的固有特征和内在规律,抓住问题的主要矛盾,结合数学及其他专业知识的理论和方法去分析、建立起反映实际问题的数量关系。这个过程就是运用所学的数学知识和其他专业知识的过程。数学建模竞赛题涉及的数据量往往大且复杂,求解、运算过程十分繁琐,手工计算很难甚至无法得到结果,需要使用计算机来辅助解决问题,例如,常使用MATLAB等数学软件进行模型初建、模型合理性分析、模型改进等;使用SPSS等数理统计类软件,完成数据处理、图形变换和问题求解等工作,这是个运用计算机知识的过程。可见,数学建模能培养学生运用数学及其他专业知识、计算机知识等解决实际问题的能力,有利于拓宽学生的就业技能。
3.3提升学生分析问题和创造性解决问题的能力,培养创新能力
数学建模赛题来自于实际问题之中,有极强的实际应用背景,而对竞赛选手完成的答卷(论文)的评价一般没有标准答案,评价时主要是看对问题所做假设的合理性、建模的创造性、结论的正确性和文字表述的清晰程度,评审者更青睐有独特创意的论文。这就要求参赛学生充分发挥想像力、创造力,在通过分析、讨论,迅速洞察问题的实质和特征之后,做出合理的假设,并综合运用数学知识和其他相关知识,创造性地确定或建立数学模型。可见,数学建模过程是个提升学生的分析问题能力,创造性解决问题的能力的过程,具有培养学生创新能力的作用。
3.4提升学生的团结协作能力
数学建模竞赛不同于一般竞赛,单独一个队员是无法完成竞赛的,必须通过团队三队员共同的努力,才能在72个小时内完成论文,交上答卷。这要求在竞赛的过程中,需要根据队员的特点,进行分工合作,发挥各自的长处,发挥团队的整体综合实力。在团队中,由有较强组织协调能力的队员来负责协调三人的关系,安排工作流程和工作任务;由有较强写作能力的队员来保证写出较流畅的论文;由有较强计算机应用能力的队员来使用数学软件,负责建立、检验数学模型;竞赛过程中,队员间必须精诚团结、相互配合、集体攻关,才能在竞赛中取胜。因此,数学建模竞赛过程是个提升学生团结协作能力、培养学生的团队精神的过程,这对培养学生适应社会的能力起到积极的作用。
【关键词】高职数学 培养目标 课程改革 数学建模及竞赛
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)12-0027-03
为了适应现代科学技术发展的需要,高职数学教学不应只进行纯数学研究的培养,而是应培养学生运用数学知识及数学思维方法分析、解决复杂实际问题的能力。数学除了能培养学生的理解能力和发现问题的能力外,还能训练学生科学系统的思维能力。学生在数学学习中能获得逻辑思维、演绎归纳、综合计算等能力。数学建模就是运用这些能力与实际的科学技术、生产和工程问题相结合的过程。
一 数学建模活动的现状
随着计算技术的迅速发展,高新技术要运用于生产实际,其中数学建模的运用起到了至关重要的作用。数学建模教学已在高职教育中逐步开展,国内外越来越多的高职教育正在进行数学建模的教学并组织学生参加数学建模竞赛,把数学建模教学和竞赛作为高职教学改革和培养高层次人才的一个重要方面。我院数学教研室也通过选修课的形式,开展了两学期数学建模教学的尝试,作为任课教师,通过两学期的授课与指导,我深深体会到数学建模活动在培养高职高专学生运用数学的思维、方法及理论去分析和解决实际问题等方面的突出意义。
二 开展数学建模竞赛的意义
高等职业技术教育的一个重要目标是培养应用型的高技术人才,学生走上工作岗位后常常要做的是根据错综复杂的实际情况,抓住本质属性和内在联系分析和解决问题,建立有效可行的办法,这正与建模的目的不谋而合。建模的对象涉及工程设计、交通运输、科学技术、经济管理等很多领域,这就要求学生在掌握数学知识的同时拓宽知识面,也对学生的自学能力、分析和解决问题的能力提出了很高的要求。Math Works研究员Jim Tung说道:“在当今人才市场上,数学和工程领域的人才非常抢手,雇主们都在寻找懂得如何使用数学建模工具和方法来解决问题的求职者。”
1.培养大学生素质
第一,开展数学建模教育可以让高职学生认识到数学在实际生活中的应用,从中感悟数学思维和方法、增强解决实际问题的能力、激发学生对数学的热爱、提高学习积极性。
第二,开展数学建模教育可以培养学生良好的数学观和方法论,培养学生用数学思维、方法和应用计算技术解决实际问题的能力,培养学生的综合素质。
第三,开展数学建模教育可以培养学生的创新意识和创造能力,为大学生创业打下良好的基础。
第四,开展数学建模教育可以培养学生与人共事的团队精神和协作能力。
第五,开展数学建模教育可以培养学生的观察力、想象力,有助于学生形成顽强拼搏的意志。
第六,开展数学建模教育可以培养学生论文写作能力,为今后工作中写论文、报告等打下坚实的基础。
第七,开展数学建模教育有助于学生知识水平的提高和自学能力的培养
2.有助于推动高职数学课程改革
第一,开展数学建模教育可以推动教学内容、教学方式的改革,达到让学生快乐学习的目的。
我们周围许多实际问题看起来似乎与数学无关,但通过观测、分析和假设,可发现这些看似与数学无关的问题,都可以运用数学方法解决。针对物流专业的教学中,可让学生调查某物流公司“车辆调度情况”,建立模型并对其可行性进行评估;针对旅游规划的学生,可开发一条新的旅游线路;针对饭店管理的学生,可利用导数对酒店的运营进行边际分析,求酒店利润最大化。这样结合学生所学专业建立数学模型,能使学生体会到学习数学的意义所在,极大地调动了学生学习的主动性。
第二,数学建模竞赛的开展也推动了教学与科研的发展,促进教师队伍的成长。
近年来,我国有大批数学教师在从事数学建模教学工作或赛前培训的辅导工作,为此他们也要通过不断学习来拓宽自己的知识面,提高运用数学工具分析解决实际问题的意识和能力,这样可以增强他们的创新精神和加速对数学建模这个学科的研究。数学建模竞赛指导工作也培养了他们热爱学生、不重名利、无私奉献的精神。所以说,开展数学建模教育可以提高教师的整体素质。
三 高职高专院校开展数学建模竞赛的困难
1.高职学生在校学习时间短、理论基础相对薄弱、学习习惯差
下表是重庆市近三年文理科最低控制分数线,从下表中看到高职分数线低于本科分数线50分以上,最多的时候甚至相差158分(如2011年),且录取分数线呈逐年递减的趋势,这就充分反映了高职学生的中学基础知识差,理论功底较薄弱,学习中非常排斥理论的讲授,学习效率普遍较低。面对这种现状学生们并没有变压力为动力,究其原因,不是智力问题,而是自身学习习惯的问题,主要表现为:自学能力弱、学习缺乏韧性、知难而退、不求甚解,久而久之导致学习积极性不高,如此恶性循环造成学习效果欠佳。
2.数学课程不受重视
当前许多高职院校都积极进行教育模式的改革,压缩了理论教育课时数,作为公共必修课的数学教学学时不断减少,有的专业数学课程学时只有30节,最多的也只有120节左右。而教学内容要涵盖微积分、常微分方程、线性代数、级数等,教学学时相对不足。同时我国的高职数学教育,课程结构、现行教材单一,不能同时满足不同层次学生的需求。
3.数学建模活动发展不平衡
数学建模活动在综合性大学和理工院校开展的较为普遍,而在高职高专院校还不够重视,而且大部分高职院校只是为了竞赛而参与这项活动,这不利于建模活动的长期良性的发展。有些高职院校也在努力实践,在数学建模的教学、培训模式、竞赛方式上都取得了良好的效果,但对于基础薄弱的学生来说还是很难。因此,需要在实践过程中不断探索适用于高职院校所有学生的数学建模活动。
四 如何开展数学建模教育和竞赛
1.加强对数学建模指导教师的培训
对指导教师的培训主要围绕以下几个方面展开:了解数学建模课程的开设和教学改革的最新理念与动态;提高数学建模科研能力与技术的平台建设;熟悉数学建模竞赛培训内容、方法和技巧与典型赛题分析;掌握校级数学建模竞赛的命题与组织方法;开展适合本校的数学建模精品课建设;着手本校数学建模教学建设及师资队伍建设;提高数学工具软件应用与数学实验教学案例开发的能力;展开数学建模、数学实验、数学实验室的建设;促进指导教师数学建模科研论文的整理与发表。
2.把建模思想融入数学教学过程
现在很多高职院校,由于学生在校时间短,为了提高学生专业技能等方面的原因,不断地压缩高等数学的教学课时,所以最好的办法是把建模思想融入到平常的教学过程中去。
第一,开展案例教学创新。教师应紧密联系学生所学专业收集、编制、改造和他们所学专业的建模实例,从而进一步贴近学生生活实际。这样,学生在理论与实践融合的氛围中,学习兴趣会相对高涨,对数学建模的应用更具有好奇感,更容易使学生理解数学理论概念的本质和应用。在教学活动中,教师注意课堂讨论板块的穿插,让学生在受到教师启发性授课的同时,也能够参与互动,表达各自的看法和建议,这有助于高职学生创新思维的开发。
第二,开展小组讨论教学法,开发独立思维,发扬团队协作。教学方法的改革与适用,首先要让学生意识到自己是学习的参与者和探索者,在发挥教师主导作用的同时,发挥学生的主体作用,为学生的积极参与创造条件,引导学生去思考、发现、创新,改变过去传统的教学方法。
第三,使用先进的教学手段。目前,越来越多的课程采取多媒体与板书相结合的授课方法,提高了授课效率。比如,部分教师专门制作的PPT细致、方便、灵活、有针对性,使用效果好。数学类课程还可使用Matlab的优点。
第四,增加信息检索方面的教学。在现有数学建模情境中,往往由涉及多学科、多方面的知识点融汇成一个复杂的知识网络体系。这就要求学生在较短时间内尽可能搜索到有用的知识,所以在教学过程中教会学生利用互联网等手段进行信息检索是现今社会的需要,也是高职院校数学建模教育的当务之急。
3.鼓励学生参加数学建模竞赛
要求学生积极参与,通过竞赛对建模有创意并具有合理性的小组进行鼓励,使建模更加深入人心,更重要的是使学生得到锻炼。鼓励学生参加每年一次的大学生数学建模大赛,展示和拓展自己的能力。
在高校开展建模竞赛,既有助于对大学生创新思维、动手实践能力、竞争意识、团队合作精神的培养,也有助于完善大学生的知识结构,此外还有助于提高大学生的综合素质。在这项赛事的推动下,相关理论的研究不断开展并日趋深入,大量相关出版物陆续出版发行,许多高等院校也相继开设了数学建模课程。随着竞赛逐年开展,参赛队伍越来越庞大,目前数学建模竞赛已位于教育部四大学科竞赛之首,其规模最大,影响力也最大。
4.开设数学建模选修课
当然,由于公选课的授课对象都是非数学专业的学生,因而所选的模型要贴近生活,讲述与生活实际密切相关的模型。此外,在数模教学环节中增加了一定的实践环节,让学生有实际操作的机会,使有兴趣的学生结合日常生活或专业,选择一些由易到难的建模课题。在教师的指导下,每学期完成1~2个建模课题,使建模活动更加有目的、有计划地开展,培养他们动手解决实际问题的能力,让更多的学生参与建模。
5.搭建功能齐全的网络教学平台
网络教学将网络技术作为构成新型学习环境的有机因素,利用网络的特性和资源来创造一种有意义的学习环境,向学生提供丰富的教学资源,提供有利于改善学习效果的条件,让学生自主探索、主动学习,充分体现学习者的主体地位;同时也为师生提供了互动平台。
五 关于数学建模活动的注意事项
1.开展建模时一定要遵循学生的认知规律,切勿急功近利
由于高职院校数学基础相对薄弱,几乎未接触过数学建模培训,所以在开展数学建模活动时,应考虑到学生掌握的知识和现有能力,切勿盲目进行。在建模过程中,要将过去以教师为中心变为以学生为主体;以课堂讲授为主变为以问题发现、解决为主;以知识传授为主的教学模式变为以培养能力为目标的教学活动。整个过程要遵循学生的认知规律,结合学生的实际水平。
2.对选拔竞赛队员的思路
第一,要充分考虑学生的数学素质、计算机应用能力、数学软件应用能力、论文写作能力等,尽量选出能力较强的学生。
第二,开设数学建模选修课。一方面吸引调动学生学习数学的积极性获得更广泛的数学知识;另一方面注意选拔出各方面素质较强的竞赛苗子。
第三,通过学生的数学成绩和上课表现,同时结合任课教师和班主任的意见,初选出大名单,再由建模指导教师逐一挑选,确定最终名单。
第四,所有入围的学生都参加建模集中培训,培训结束时组织校内竞赛,进行第二次考查和筛选,这样既调动了学生的积极性,又吸引了更多学生参与建模学习,更为选出优秀的队员做好了铺垫。
最后,在进行第二次选拔时,指导教师往往会遇到难以取舍的情况,而那些校内竞赛后被淘汰的学生,他们之前以极大的热情投入到培训中,落选使他们既难过又不服气,所以学院可以考虑设立校内奖励制度,使本校的数学建模竞赛工作进入良性循环。
参考文献
[1]北京师范大学数学科学学院采用Matlab为教学课程以及全国大学生数学建模竞赛的参赛队伍提供支持[J].国外电子测量技术,2011(10)
[2]郭思乐、喻玮著。数学思维教育论[M].上海:上海教育出版社,1997
关键词:数学建模教学工程理论实践应用
中图分类号:G623文献标识码: A
1、数学建模教学工程的理论
数学建模是应用数学模型来解决各种实际问题的过程,它通过对实际问题的抽象、简化并确定变量和参数,再利用数字、公式、图表、符号等数学语言描述事物的内在规律,借助计算机求解数学问题,并解释、检验、评价所得的解,从而确定能否将其用于解决实际问题的多次循环、不断深化的过程。而对在校大学生系统进行数学建模思想及方法的教育过程则称之为数学建模教学工程。建立和完善数学建模教学工程有利于学生全面素质的培养,既可以丰富、活跃大学生的课外活动,也可以为发现、培养优秀学生创造机会和条件,对提高学生学习数学的积极性,学好难度相对较大的大学数学有非常重要的促进作用。
数学建模在教学工程中的实践应用
2.1.在定积分中的应用
定积分是大学数学教学的重要组成部分,其在理论教学和实际生活中都有所运用。比如某地方矸石不允许堆放在未征用的土地上,那么如何根据下拨经费、设计年产量和预期开采年限这三个变量确定征地与堆放矸石方案呢?首先我们分析问题的关键地方就是征地费与堆积矸石用电这两方面,这时候就可以运用定积分来分析堆积矸石的电费,建立数学模型,从而合理地按照预期开采量来征地和堆放煤矸石。
2.2在微分方程中的应用
在我们生活中会经常运用到微分方程来解决实际问题,比如目前在社会上引起广泛关注的减肥问题,如何利用数学建模思想确定合理的减肥方式呢?对于这个问题可以将减肥的两个主要方法:控制饮食与加强体育锻炼作为变量建立模型,运用微分方程分析不同变量对减肥效果的影响,进而对减肥者提供参考,帮助人们树立科学的减肥理念,取得满意的减肥效果。
2.3在概率统计中的应用
日常生活中会经常遇到概率统计问题。比如某种植物有AA、Aa、aa三种基因类型,如何使这种植物的基因实现纯种化呢?可以利用全概率公式建立若用AA型基因和不同基因类型进行繁殖后第n代与第n-1代基因之间的递推关系式,通过计算极值来预测基因分布趋势,进而分析如何进行纯种化的问题。
3.如何培养大学生数学建模能力
在大学数学教学中,帮助学生去发现问题、分析问题并想方设法利用数学建模思想解决问题是非常重要的。针对不同阶段,笔者认为应采取相应的教学方法来培养学生的数学建模能力。
3.1 感知学习阶段
该阶段主要分布在大一期间,以培养应用意识与简单应用能力为主要目的。这期间的教学结构主要包括以下四个方面:学习初步阶段的应用数学;对数学建模的入门学习;数学软件的入门学习;实际应用高等数学、线性代数思想的例子或者是一些数学小实验。与之相适应的教学方法有:(1)参与一些数学建模协会的活动;(2)参与一些数学知识应用竞赛;(3)开设一些具有针对性的讲座;(4)在高等数学、线性代数学习中应用相关软件并配合实验。
3.2 理论应用阶段
该阶段主要是分布在大二、大三期间,以培养按数学建模思想解决理论的、抽象的问题为主要目的。这期间的教学结构主要有:学习经济、管理学中的数学模型,机电工程技术中的数学模型,生物、化学中的数学模型,金融学中的数学模型,物理学中的数学模型;相应的教学内容主要包括以下五个方面:(1)开设有关的数学建模课程;(2)开设群组选修课程;(3)开展校园文化活动和社会实践活动;(4)学生做专题报告;(5)参与MCM(大学生数学建模竞赛)活动。
3.3 实际应用阶段
该阶段主要是分布在大四期间,以培养解决实用问题的综合应用能力与研究意识为主要目的。这期间的教学结构主要有:学习数学建模特殊方法、特殊建模软件,建立综合解决实际问题的思维方式。相应的教学内容主要包括以下五个方面:(1)参与数学建模竞赛;(2)参与C-MCM(全国大学生数学建模竞赛)活动集训;(3)完成毕业设计与毕业论文;(4)参加相关的校园文化活动(小论文、报告会、协会工作等);(5)参与相关的社会实践活动(课题工作的参加研究、课件制作等)。
结论
数学建模在大学数学教学过程中扮演着非常重要的角色,它既能够培养学生的思维转换能力和空间想象能力,也能够培养学生综合运用数学知识解决实际问题的能力。因此在大学教学过程中,应重视对学生数学建模能力的培养,不断引导、循序渐进,积极鼓励学生参与数学建模实践活动,培养国家紧缺的开拓性、创造性人才。
参考文献:
【1】韦程东 在常微分方程教学中融入数学建模思想的探索与实践[期刊论文]-数学的实践与认识2008(20)