淺談數(shù)學(xué)建模教育在高職院校中的應(yīng)用論文
數(shù)學(xué)是一切科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)，它的產(chǎn)生與發(fā)展都是為了推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。因此，數(shù)學(xué)在社會(huì)生活中的地位是不可動(dòng)搖的。然而，很多人都習(xí)慣把數(shù)學(xué)知識(shí)說成理論性的知識(shí)，覺得數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)的發(fā)展起不到促進(jìn)作用，故從心底對(duì)數(shù)學(xué)產(chǎn)生了數(shù)學(xué)無用論的思想。20世紀(jì)70年代，數(shù)學(xué)建模進(jìn)入了一些西方國(guó)家大學(xué)，它的出現(xiàn)帶動(dòng)了數(shù)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，也駁斥了數(shù)學(xué)無用論的思想，使得數(shù)學(xué)理論很好地實(shí)踐于生活當(dāng)中的各個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代開始，隨著改革開放，我國(guó)的數(shù)學(xué)建模教學(xué)和數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)也日益蓬勃地發(fā)展起來。1982年復(fù)旦大學(xué)首先在應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生中開設(shè)了數(shù)學(xué)模型課程，隨后很多院校也相繼開設(shè)。由于數(shù)學(xué)建模在各個(gè)高校中成功地引入，1994年教育部高教司決定每年在全國(guó)舉行全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)數(shù)模競(jìng)賽。隨著每年數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的發(fā)展，目前數(shù)學(xué)建模課程和競(jìng)賽在本科院校得到了普及，從而推動(dòng)了數(shù)學(xué)教學(xué)的發(fā)展。
隨著數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽在本科院校的普及，1999年開始增設(shè)了高校大專組的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的引入，提高了高職院校數(shù)學(xué)課程的重視度，改變了古板、簡(jiǎn)單地傳授數(shù)學(xué)理論知識(shí)給學(xué)生的課程方式。另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)學(xué)的應(yīng)用不僅在工程技術(shù)、自然科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，而且以空前的廣度和深度向經(jīng)濟(jì)、金融、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、地質(zhì)、人口、交通等新的領(lǐng)域滲透，數(shù)學(xué)建模和與之相伴的科學(xué)計(jì)算正在成為眾多領(lǐng)域中的關(guān)鍵工具。
一、數(shù)學(xué)建模的概念及競(jìng)賽模式
用數(shù)學(xué)方法解決科技生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)際問題，關(guān)鍵第一步是建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。也就是說，當(dāng)需要從定量的角度分析或者探究一個(gè)實(shí)際問題時(shí)，就要在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，充分了解對(duì)象信息，做出合理的假設(shè)，分析其內(nèi)部規(guī)律等，運(yùn)用數(shù)學(xué)的符號(hào)或者語言表示出來，這就是數(shù)學(xué)模型。通過計(jì)算得到的模型結(jié)果來解釋實(shí)際問題，并接受實(shí)際的檢驗(yàn)，這個(gè)建立數(shù)學(xué)模型的全過程就稱為數(shù)學(xué)建模。
一般來說，數(shù)學(xué)建模過程按照以下步驟來進(jìn)行:
為了激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，提高學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問題的綜合能力，鼓勵(lì)廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，開拓知識(shí)而，培養(yǎng)創(chuàng)造精神及合作意識(shí)，同時(shí)推動(dòng)大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革，國(guó)家教育部高教司和中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)共同主辦而向全國(guó)大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，即全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽遵循的模式:
1)參賽隊(duì)由三名大學(xué)生和一名指導(dǎo)教師組成，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)學(xué)生的訓(xùn)練，競(jìng)賽時(shí)指導(dǎo)教師不得參與。
2)參賽者從所給的題目當(dāng)中選擇一道題目來進(jìn)行競(jìng)賽，競(jìng)賽期間可以運(yùn)用各種方式進(jìn)行查閱自己所需要的資料，如:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)校圖書館等等。
3)競(jìng)賽時(shí)間為三天，到時(shí)參賽者須提交一篇有關(guān)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的論文，其中論文內(nèi)容包括:摘要，問題的重述，問題的分析，模型的假設(shè)，符號(hào)說明，模型的建立，模型的求解，模型評(píng)價(jià)，參考文獻(xiàn)等。
4)競(jìng)賽期間，時(shí)間由參賽者自由安排，但是不允許參賽者與其他組的參賽者進(jìn)行討論、交流。
二、高職院校進(jìn)行數(shù)學(xué)建模教育存在不足
高職院校教育以培養(yǎng)實(shí)用型、技能型人才為目標(biāo)，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。數(shù)學(xué)建模正是運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)建立數(shù)學(xué)模型的方式，解決實(shí)際問題。因此，數(shù)學(xué)建模的目的與高職院校教育的目的不謀而合。在高職院校推廣數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，不但可以提高高職院校的競(jìng)爭(zhēng)力，而且符合它的辦學(xué)理念。然而，在許多高職院校中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)建模能力培訓(xùn)重視的力度不夠。
在學(xué)生方面，高職院校的學(xué)生認(rèn)知水平低下，擁有的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較差、應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件能力不強(qiáng)、解決實(shí)際問題的意識(shí)不強(qiáng)等種種因素，導(dǎo)致了學(xué)生害怕數(shù)學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)只是為了應(yīng)付考試，對(duì)數(shù)學(xué)產(chǎn)生了恐懼感，同時(shí)心里也產(chǎn)生了數(shù)學(xué)無用論的思想。
在教師方面，師資不足，數(shù)學(xué)教學(xué)方法單一，教學(xué)方式陳舊，只是采取填鴨式的教學(xué)方法。大部分?jǐn)?shù)學(xué)教師對(duì)數(shù)學(xué)建模課程的研究不是很滲透，只是簡(jiǎn)單地了解數(shù)學(xué)建模課程的初等模型.對(duì)于較為深入的模型沒有深入地進(jìn)行研究，以致在教學(xué)方面，沒有能夠很好地帶動(dòng)學(xué)生去學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模課程，使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模課程產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣。
在學(xué)校方面，由于學(xué)生數(shù)學(xué)底子較差，有些學(xué)校不開設(shè)高等數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)建模課程。高職院校學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目較多，很多競(jìng)賽都與本專業(yè)鉤掛，導(dǎo)致學(xué)校較重視與相關(guān)專業(yè)競(jìng)賽的項(xiàng)目，而忽略了數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽。學(xué)校對(duì)數(shù)學(xué)建模選修課給予課時(shí)不足，使得學(xué)生只能了解數(shù)學(xué)建模選修課的皮毛，且學(xué)校對(duì)全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽支持的力度不夠。
三、數(shù)學(xué)建模對(duì)高職院校的影響
(一)對(duì)課程教改方面的影響
數(shù)學(xué)教育本質(zhì)上是一種素質(zhì)教育，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)方法僅僅介紹數(shù)學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)問題的應(yīng)用背景等方面介紹較少，另外高職院校學(xué)生的數(shù)學(xué)底子相對(duì)薄弱，單純地向他們灌輸數(shù)學(xué)的理論知識(shí)，不但沒有提升他們的數(shù)學(xué)理論水平，反而使他們對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)失去了學(xué)習(xí)的興趣。然而，在數(shù)學(xué)教學(xué)課程中引入數(shù)學(xué)建模思想，將數(shù)學(xué)建模的思想和方法融入數(shù)學(xué)教學(xué)課程中，為數(shù)學(xué)與外部世界打開了一個(gè)通道，打造了一種以學(xué)生為中心的全新的、有效的數(shù)學(xué)教學(xué)模式，為學(xué)生提供將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)，給學(xué)生以更大的思維空間，提高學(xué)生的思維能力和數(shù)學(xué)素質(zhì)，也大大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)理論知識(shí)的興趣。
隨著數(shù)學(xué)建模的概念以及電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用已經(jīng)以空前的廣度和深度向其他各個(gè)行業(yè)滲透。數(shù)學(xué)模型這個(gè)詞越來越多地出現(xiàn)在現(xiàn)代人的生產(chǎn)、工作和社會(huì)活動(dòng)中。例如:公司要根據(jù)產(chǎn)品的需求狀況、生產(chǎn)成本等信息，建立一個(gè)投資方案模型，認(rèn)真核準(zhǔn)投資的收益率和風(fēng)險(xiǎn)損失率，在投資前較好地對(duì)投資進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，確定投資方案，以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益;氣象工作者為了得到準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)，一刻也離不開根據(jù)氣象衛(wèi)星匯集的氣壓、雨量、風(fēng)速等數(shù)據(jù)建立起來的數(shù)學(xué)模型等等。高職院校的各個(gè)專業(yè)都是以實(shí)踐性為主要目標(biāo)，在各個(gè)專業(yè)教學(xué)中輸入數(shù)學(xué)建模的思想，不但能夠增加學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)理論知識(shí)的興趣，而且還可以提高他們對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解能力.同時(shí)提升他們分析以及解決問題的能力;另外，數(shù)學(xué)建模思想的引入，改變了原專業(yè)課程的授課方式，相當(dāng)于向?qū)I(yè)課程注入了一個(gè)新鮮的血液，其教學(xué)方式也達(dá)到了促進(jìn)的作用。因此，引入數(shù)學(xué)建模思想，可以有效地?cái)U(kuò)大數(shù)學(xué)的實(shí)用性更好地為專業(yè)課程服務(wù)，達(dá)到雙贏的目的`。
例如:求汽車在公路上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的路程。
相對(duì)于這道題來說，估計(jì)每個(gè)人都會(huì)求解，都知道答案應(yīng)該為:路程等于速度乘以時(shí)間，即S=V*T。
然而，對(duì)于這樣答案理解的人，也僅僅局限于初中階段。對(duì)于大學(xué)階段，我們還能單一地這樣認(rèn)為嗎?汽車在做直線運(yùn)動(dòng)過程中，每時(shí)每刻的速度都會(huì)一樣嗎?顯然，汽車在做直線運(yùn)動(dòng)過程中，每時(shí)每刻的速度肯定不會(huì)一樣的，上述問題只是一種理想的狀態(tài)，它忽略了空氣阻力等其他因素，即在求解汽車在公路上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的路程的模型中，首先假設(shè)空氣阻力忽略不計(jì)，公路上的阻力都是一致的，這樣我們才可以得出汽車在公路上做勻速直線運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型:S=V*T。通過學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模課程，經(jīng)過這樣地處理，既向?qū)W生灌輸了數(shù)學(xué)建模的概念，增加了他們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，又使得學(xué)生對(duì)問題的來龍去脈產(chǎn)生了清晰的認(rèn)識(shí)。因此，在高職院校各個(gè)專業(yè)課中引入數(shù)學(xué)建模思想，不但使得學(xué)生對(duì)知識(shí)有了更清晰的認(rèn)識(shí)，而且也可以促進(jìn)專業(yè)課程的改革。
(二)對(duì)學(xué)生的影響
開展數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)，能擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)而。數(shù)學(xué)建模所涉及的內(nèi)容廣泛，用到的知識(shí)而寬廣，運(yùn)用涉及的領(lǐng)域在物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等各方面。學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模課程的培訓(xùn)，可以學(xué)習(xí)到多種類型的數(shù)學(xué)模型，比如:線性規(guī)劃模型、人口預(yù)測(cè)模型、層次分析法模型等等。這些模型都是擁有實(shí)際的背景，使得學(xué)生不僅對(duì)問題的實(shí)際背景來源有了更深地認(rèn)識(shí)，而且增加了他們課外知識(shí)的知識(shí)面。其次，建立和解決數(shù)學(xué)建模模型，一般都會(huì)運(yùn)用到數(shù)學(xué)編輯器和數(shù)學(xué)軟件;開展數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)，使得學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)編輯器Mathtype和數(shù)學(xué)軟件 Matlab、Lingo產(chǎn)生了了解，熟悉它們基本的運(yùn)用，擴(kuò)展他們的模型解決能力。
開展數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新和實(shí)踐能力。數(shù)學(xué)建模是一個(gè)富有創(chuàng)造性思維的活動(dòng)，它不等同于簡(jiǎn)單的應(yīng)用題目。對(duì)于給予一道數(shù)學(xué)建模應(yīng)用題目，它沒有絕對(duì)統(tǒng)一的答案，這給予了很大的思維空間。將數(shù)學(xué)建模的方法和思想融入教學(xué)課程中，有助于激發(fā)學(xué)生的原創(chuàng)性沖動(dòng)，喚醒學(xué)生對(duì)工作的創(chuàng)造性意識(shí)。通過建立模型，學(xué)生要從錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問題中，抓住問題的本質(zhì)，明確問題的要求，將問題與實(shí)際聯(lián)系在一起，做出合理的假設(shè)，運(yùn)用所給問題的條件尋求解決問題的最佳方案和途徑，這一過程能充分發(fā)揮學(xué)生豐富的想象力和創(chuàng)新能力。另一方面，數(shù)學(xué)建模是科學(xué)運(yùn)用到實(shí)踐的過程，高職院校當(dāng)中開展數(shù)學(xué)建模活動(dòng)可以有效地培養(yǎng)高職學(xué)生的實(shí)踐能力和動(dòng)手能力以及分析問題和解決問題的能力，為學(xué)生今后從事技術(shù)性工作奠定良好的基礎(chǔ)。
開展數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。數(shù)學(xué)建模的主要目的是把所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，數(shù)學(xué)建模的很多題目都與我們自身息息相關(guān)的。例如:2012年的C題目，問題針對(duì)腦卒中(俗稱腦中風(fēng))是目前威脅人類生命的嚴(yán)重疾病之一，為了進(jìn)行疾病的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)腦卒中高危人群能夠及時(shí)采取干預(yù)措施，也讓尚未得病的健康人，或者亞健康人了解自己得腦卒中風(fēng)險(xiǎn)程度，進(jìn)行自我保護(hù)。題目給出了中國(guó)某城市各家醫(yī)院2007年1月至2010年12月的腦卒中發(fā)病病例信息以及相應(yīng)期間當(dāng)?shù)氐闹鹑諝庀筚Y料，讓我們建立數(shù)學(xué)模型研究腦中風(fēng)的發(fā)病率與什么因素有關(guān)，我們?nèi)绾晤A(yù)防腦中風(fēng)的發(fā)生。因此，這樣的題目貼近生活，很容易激發(fā)學(xué)生想去進(jìn)一步研究的興趣，想知道究竟何種原因產(chǎn)生這種疾病，這種疾病有何危害，如何去預(yù)防等等。
開展數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)，有助于增強(qiáng)學(xué)生之間的團(tuán)結(jié)合作精神。在當(dāng)今世界上，團(tuán)結(jié)合作是每個(gè)人應(yīng)該具備的一種品質(zhì)。在團(tuán)結(jié)合作過程中，我們可以學(xué)會(huì)如何與人相處，如何尊重他人，如何寬容他人，如何培養(yǎng)我們的責(zé)任心。數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽由三個(gè)人組成一個(gè)小組，在競(jìng)賽期間，我們要順利、完整地完成一道題目，成員間必須擁有合作的意識(shí)，以及分工要合理。因此，學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，不僅可以培養(yǎng)同組隊(duì)員之間的默契，而且也可以增強(qiáng)學(xué)生之間的團(tuán)結(jié)合作精神。
四、結(jié)論
數(shù)學(xué)建模已是當(dāng)今時(shí)代所需要的，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是全國(guó)各個(gè)學(xué)科大競(jìng)賽當(dāng)中參賽者人數(shù)最多的一項(xiàng)比賽。高職院校開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程以及參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，不但可以提高課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，而且還可以有效地提升學(xué)生的基本素質(zhì)，激發(fā)他們的潛能。
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