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人类历史发展过程中,数学作为一门研究现实世界数量关系和空间形式的科学,一直伴随着人类的发展和进步。在人类科学发展历史上像欧几里得的平面几何,牛顿力学定律等,均是人类科学发展史上成功的数学建模范例。
电子计算机的出现与飞速发展使人们进入了信息社会,定量化和数字化技术得到了迅速发展,数学以空前的广度和深度向一切领域渗透,数学建模越来越受到人们的重视。
《普通高中数学课程标准》明确提出,在各模块和专题教学中要渗透数学探究、数学建模的思想。数学建模虽然没有具体固定的模式和方法,但有时可简单地把数学建模的全过程分为表述、
求解、解释、验证四个阶段。通过这些阶段完成从现实对象到数学模型,再从数学模型到现实对象的循环。再具体点可把数学建模分为以下六个步骤:明确问题、合理假设、建立模型、模型求解、模型的检验和修正、模型的应用。在日常教学中如果能够通过某些简单的问题情境让学生了解数学建模的步骤,体会数学建模的方法,
那么对提高学生数学建模的能力和水平有很大的作用。如,在函数复习课上给学生出示了这样一个问题:
经过调查某地区不同身高的未成年男性的体重平均值如
下表:
若体重超过相同身高男性平均值的1.2倍为偏胖,低于0.8被为偏瘦,那么这个地区一名学生身高为175 cm,体重为78 kg的在校男生的体重是否正常?
下面是学生对于这一问题的探究过程:
学生1:对于这道题所问的问题“身高175 cm,体重为78 kg体重是否正常”的关键在于我们能否知道175 cm身高男生的平均体重。
老师:能否获得学生身高为175 cm时的平均体重。
学生2:题目中给出的表格是一个二元表格,两个变量分别是体重和身高,从表格上看两者之间应该存在某种对应的函数关系,我们只需求出身高和体重的函数关系,就可把身高175 cm代入到函数关系式中求出身高为175 cm时的平均体重,再和78 kg进行比较,即可得出结论。
老师:很好,下面请大家仔细研究一下身高和体重之间的函数关系如何表示?
学生3:我认为身高和体重之间是二次函数关系。
学生4:为什么?
学生3:我把表格中的每一组数都看作一个点的坐标。把这些点在直角坐标系中画出来发现这些点构成的曲线是抛物线,故此我认为身高和体重之间满足二次函数关系。
老师:大家有没有问题?
学生5:我同意他的想法,但是我觉得他的说法不妥,不应该说是曲线而是散点图,这个散点图上的点可以看作在某一条抛物线上。
老师:说得很好,还有没有其他问题?如果没有请大家来算一算。
学生6:我用待定系数法先设出二次函数,再分别把前三组数据代入进去,求得a=0.0016,b=-0.031,c=2.23,即函数解析为y=0.0016-0.031x+2.23,并且代入当x=100时y=15.13,和表中数值很接近。故所确定方程能够反应身高和体重之间的函数关系。
老师:大家是否都和他的想法一致?
学生6:我和他想的一样但是我有点疑惑?
老师:什么疑惑?说给大家听听?
学生6:当x=100时,求出y的值是15.13,和实际值误差不大。
但是x取其他值时所求y的值和实际值相差较大。如x=160时,二次函数能真的体现出身高和体重这两个变量之间的关系吗?有没有更好的函数来更为准确地表示这两个变量的关系?
老师:大家对他的疑惑怎么看?有同感吗?
学生:有。
老师:有没有更好的函数关系表示这两个变量关系,大家想一想?
学生7:刚才我们是通过散点图发现这些点可构成抛物线,所以确定为二次函数,这些点我们也可以构成指数函数的图象。但是y=ax必然经过(0,1)这一定点,而在散点图中曲线的趋势并不经过(0,1)这点,好像又不对?
学生8:我们可把他看作y=ax图象变化后的图象?例如向上、向下平移变化或伸缩变化。
老师:这几种图象变化的函数关系如何表示?
学生9:可表示为:y=ax+b或y=bax
老师:哪一个更能比较准确地体现身高和体重之间的函数关系呢?
学生:计算比较。
以下略。
老师:请大家谈一下在解决这个问题过程的收获。
学生10:通过这个问题可以确定,解决函数问题一般经过以下几个步骤:(1)作散点图;(2)根据散点图的特征,联想具有类似图象特征的函数,找几个比较接近的函数模型进行尝试;(3)求出函数模型;(4)检验:将几个函数模型进行比较验证,得出最合适的函数模型;(5)利用函数模型解决实际问题,这样五个步骤来解决。
在这个问题情境中,没有明显的数学模型,因此,需要进行模型假设:学生通过由“身高”和“体重”的“数对”,想到要建立直角坐标系,描出各点位置,观察连线接近的函数图象。“由数到形”,再“由形到数”,用几个点的坐标找出与之相近的模拟函数,利用函数模型来解决问题。由于选取的模拟函数不同,求解结果也各不相同。所以,对这个问题还需进行模型分析和模型检验。通过这个例子让学生对于数学建模的过程和方法有了深刻的了解。
在上面的教学过程中,通过现实情境统计数据研究学生体重问题,不仅让学生体会到用数学解决实际问题的过程,更让学生了解了数学建模的过程。数学模型不是确定的,需要我们去探究找到最适合的模型。确定函数模型过程一般是:(1)作散点图;(2)根据散点图的特征,联想具有类似图像特征的函数,找几个比较接近的函数模型进行尝试;(3)求出函数模型;(4)检验:将几个函数模型进行比较验证,得出最合适的函数模型;(5)利用函数模型解决实际问题。学生在经历了这一简单的数学建模过程后对数学建模活动有了深刻的理解。对于这一过程的回顾和总结,有助于解决其他函数问题,如三角函数模型问题:
已知某海滨浴场浪高y(米)是时间t(0≤t≤24单位小时)的函数,记作:y=f(x),下表是某日各时的浪高数据:
(1)根据以上数据求出y与t的函数关系;
(2)根据规定浪高超过1米才对冲浪爱好者开放,请你判断从上午8:00到晚上20:00之间,有多少时间可供冲浪爱好者进行运动?
绝大多数学生都能想到这节课数学建模的过程,并利用这一
数学建模过程:(1)作散点图;(2)根据散点图的特征,联想具有类似图象特征的三角函数;(3)求出三角函数模型;(4)检验;(5)利用函数模型解决实际问题,从而解决这一数学问题。因此,让学生经历简单的数学建模过程有助于提高学生的数学建模能力和水平。
一、?在“说”中感知“模型”
数学建模首先要将现实生活中发生的与数学学习有关的素材及时引入课堂,为学生提供一个熟悉的感兴趣的完整情境,通过让学生“说”清楚具体情境的意思并提出问题,激活学生头脑中已有的生活经验,使学生用积累的经验来感受其中隐含的数学问题。教学时,教师先利用电脑动画设计例题的情境:“校园里原来3个小朋友在浇花,又来了2个小朋友”。学生看了情境变化的过程,在相互补充下逐步发现并完整地说出情境中的信息:“原来有3个小朋友浇花,又来了2个小朋友”;再在教师的启发下提出问题:“现在一共有几个小朋友在浇花?”这时有很多学生会“插嘴”:3+2=5,这说明学生已经有了求“一共有多少”就要用加法计算的感知;最后,再让学生完整地说出情境的意思。由于学生第一次接触“二条件一问题”,在这可以让学生多说,指名说、相互说、一起说……让更多的学生会“说”。
二、?在“摆”中体验“模型”
低年级学生由于其年龄特点,具体形象思维仍占优势,学习新知识在很大程度上还要靠具体形象或表象、动作进行思维。在教学过程中,充分利用学具,能满足儿童好动、好奇、好胜的天性,集知识性、科学性、趣味性于一体,也调动了学生学习的积极性。在学生完整说出情境的意思后,让学生利用手中的学具,自己动手将刚才例题的情境“摆”出来。学生有的用小棒摆、有的用圆片摆、有的用五角星摆……学生在摆的过程中,不仅兴趣盎然,热情很高,而且又一次亲历“求一共有多少”,就要用加法计算的感知过程。视频展示学生“摆”的作品时,再让学生说一说怎么摆的,适当引导学生“能提出一个数学问题”,这样摆一摆、说一说,从动作思维回到语言思维,进而促进具体形象思维。
三、?在“画”中建立“模型”
如果说“摆”是借助实物表达数学思维的话,那“画”可以说是用“符号语言”代替“文字语言”来表达数学思维,这其实就是数学的抽象概括。“画”能较好地展示出自己的数学思维过程,“画”的过程也能点燃学生思维的火花。“同学们,你们能将这个情境的意思用简单的图形画下来吗?”教师的一句话,学生们立刻动笔画起来,经过了“说”情境、“摆”情境,再来“画”情境,学生已经得心应手、非常兴奋,很快摆出来,并顺利地说出算式及结果(教师在黑板上板书:3+2=5)。视频展示学生“画”的作品时,教师示范、带领学生一起边说边做手势,“把两部分合起来,求一共是多少?可以用加法来计算”。学生经历的“说”、“摆”、“画”等非常充分的“过程”,并在教师及时、到位的点拨引导下,能够认识到“把两部分合起来,求一共是多少,就要用加法算”及“加法是解决一类问题的模型。”
四、?在“想”中拓展“模型”
从具体的问题经历抽象提炼的过程,初步构建起相应的数学模型,还要组织学生将数学模型还原为具体的数学直观或可感的数学现实,使已经构建的数学模型不断得以拓展。教师指着“3+2=5”提问:“这里3、2、5指的是什么?+又表示什么意思呢?”学生很快回答出:“3是原来有3个小朋友浇花,2是又来了2个小朋友,5是现在一共有5个小朋友”“+是合起来的意思。”接着追问:“这里的3、2、5,生活中还可以表示什么呢?”有学生说:“3枝铅笔和2枝铅笔,合起来一共有5枝铅笔。”有学生说:“3个苹果和2个苹果,合起来一共有5个苹果”……再追问:“想想生活中有哪些事情可以用加法表示?”语音刚落,学生便自发地开始热烈讨论,并纷纷举手回答:“树上有2只小鸟,又飞来1只,一共有几只小鸟?2+1=3。”“我本来有3个玩具手枪,爸爸又买1个,一共有几个玩具手枪?3+1=4。”……大量生活情景的联想,不仅将数学与生活紧密联系在一起,更是将抽象的“模型”生动化、形象化。
五、?在“练”中深化“模型”
将建立的数学模型运用到实际生活中,从数学的角度解决学生熟悉的生活问题,让学生能体会到数学模型的实际应用价值,体验到“模型”在数学学习的价值所在。不同层次的练习,让学生再次经历“形象――实物――符号――算式”的过程,在“练”中深化“模型”。如摆一摆、说一说,将摆说结合,将动作和语言相连接;看算式,摆一摆,则是数形的结合;算一算、填一填,用“数的组成”直接写出得数;说一说、填一填,让学生观察情境图,说意思、提问题、列算式,并通过情境的变化,发现算式中的规律;设计创新练习:(??)+(??)=5,先让学生自己找算式,再引导比较、发现“加号前后交换位置的得数不变”。再如,出现整幅综合图,让学生自己从图中找信息,列出相应的加法算式,学生能够充分说图意,列出不同形式的加法算式,说明学生不但会计算,还能通过加法来解决实际问题。
关键词: 德国应用技术大学 工程管理 教学模式 校企合作 应用型本科教育
现代大学制度起源于欧洲,从欧洲到美国,最后在美国成型。随着高等教育的大众化,应用型职业技术教育层次的不断上升,欧美的技术院校(Polytechnic)也逐渐被纳入大学(University)范畴。
德国作为世界职业教育领先的国家,在上世纪70年代的德国教育改革进程中,将中等专业学校升格为德国的应用技术大学。经过四十年的发展,已经建立了相对成熟、规范的体系结构。2002年1月,作为刚刚走出校门的一个本科生,笔者带着亲人的嘱托和希望,怀揣梦想,踏上了飞往德国的求学之路。通过几年亲身经历,对中德高等职业院校的教育模式和理念进行比较和分析,笔者认为在职业教育推广转型的历史进程中,我国应用型院校应借鉴德国应用技术大学体系中的可取之处,在现代大学制度下加强院校制度建设,为高等职业教育和高等职业院校的可持续健康发展奠定坚实的制度基础。
一、德国基础教育
德意志联邦共和国是一个划分为16个州的联邦国家,联邦首都及政府所在地是柏林,德国的教育和文化艺术事业由联邦和各州共同负责,联邦政府主要负责教育规划和职业教育,并通过各州文教部长联席会议协调全国的教育工作,在中小学教育、高等教育及成人教育和进修(Fortbildung)方面,主要立法和行政管理权归属于各州。全国性的文化艺术活动由联邦政府予以资助,对外文化交流由外交部负责协调。
以巴登符腾堡州(Baden Wuertternberg)教育体系为例说明德国的教育体制,巴登符腾堡州实行13年的义务教育,年满6岁的儿童必须依法上小学,学制为4年,之后经过5年级或6年级的过渡阶段进入“分流的中学阶段”,学生根据自己的学习情况可以选择进入初中学校(5年级到9年级)、实科中学(5年级到10年级)和文理中学(5年级到13年级)。
图为巴登符腾堡州教育系统
初中学校毕业的学生绝大部分开始职业培训,同时进入职业学校,接受“双元制”职业教育。初级中学是德国中等教育的主要学校类别,但目前这类学校正在萎缩,学生人数下降,主要原因是家长希望孩子上更好的学校,如文理中学(Gymnasium)。这部分初中毕业生从“双元制”职业学校毕业后获得工匠证书,可进入工厂工作,也可以到职业培训学院再继续进行培训,培训结束后可获得高级职业教育证书,此后还可以继续升入大学或参加工作。
实科中学学制6年,相当于中等教育程度,完成实科中学的学业,就可以获得中级证书,学生毕业后可以进入职业学校,也可以进入高级技术学校学习,为以后应用技术大学的学习做准备。在高级技术学校毕业后,可获得高级普通职业教育证书,之后还可以继续升入大学读书,一般只可以选择应用技术大学。
从以上可以看出,德国的教育体制是一个很完善、很灵活的体系结构。学生在不同时期选择适合自己学习能力的学校,也可以对学校进行调整,这样可以保证人才的合理流动,有利于学生的成才,并在社会上找到自己相应的岗位。
二、德国双元制职业教育
所谓“双元制职业教育”,就是整个培训过程在企业和职业学校同时进行,且以企业培训为主,企业中的实践和在职业学校中的理论教学密切结合。德国的学生完成9年基础教育后,由教育局和劳动部帮助进入职业学校学习。进校后,首先签订两份合同:第一份是与学校签的培训合同。合同规定了经过3年的培训学生应达到的水平;第二份合同学生与企业签订的,合同规定,学生边学习边在企业中实习,从10年级开始拿工资,每月由企业发给学生800欧左右。由于学生在学习期间能拿到一些钱,因此吸引了大量的学生上职校。
学生在职业学校上课的时间也随年级的升高而逐渐减少:第一学年,每周有2天时间到校上课,每天上9节课,其中有3节文化课,6节专业课;第二、三学年每周在校学习时间只有1天,其余时间均在企业实习。由此可见,德国的职业学校十分注重学生专业知识的实践,而对于文化知识,则是需要什么学什么。这种强化学生技能的培训所产生的作用是不可估量的。
学生在职业学校毕业的基础上,可以选择就业,也可以申请应用技术大学,或者更加灵活一些,先工作几年,积累经验,再根据个人情况进入大学学习,所以说,同一个班级,学生的年龄差距较大,最多将近十岁。
三、德国应用技术大学(FH)教学模式
德国应用技术大学是典型的应用型高校,是区域经济发展的产物。1968年,为消除高校过度集中的情况,使高校的区域布局更趋合理,德国各州达成建立专科大学的协议。1969至1971年,原联邦德国工程师学校、学院及工业设计高级专科学校、社会服务专科学校、经济高级专科学校改建为专科大学,其三大任务是:为区域经济发展作贡献,为技术成果转化作贡献,为培养接受过科学方法训练的高素质职业人才作贡献。因此,应用技术大学是在职业教育机构的基础上,通过改变其法律地位和培养目标而产生的一种大学。
1.授课学期
学生在进入应用技术大学学习期间,基本学制3-4年。以工程管理专业为例,学制安排为8个学期,其中在校学习为6个授课学期,每周二十四个课时左右(一节课50分钟)。每个教学班在20人左右,以教授授课为主,没有教材,借助多媒体和实验室等相关手段进行教学,学生在听课的同时做好笔记。作业形式一般多采用工程实际案例,每名学生利用1-2周的时间,或实际计算,或制定方案,完成作业。作业量多在3-4个小时左右。课下学生大多自愿结合成小组,共同讨论,集思广益,既可以解决实际学习问题,又可以互相沟通,交流感情,培养团队精神。授课学期当中,每个学期也会组织学生到工地现场进行参观1-2次,提高学生的感性认识。期末的考试均为开卷考试,学生在考试期间可以使用任何相关复习资料,包括讲义,参考资料,图纸,作业,等等。但是电子设备,除了工程用的计算器可以使用外,如手机、笔记本电脑是不允许在考试时使用的。
2.实习学期
第三和第六学期为实习学期,学生需要自己寻找工作岗位,一般在第二学期和第五学期就开始通过各种渠道申请顶岗实习的机会。针对工程管理专业,学校要求实习期间,第二学期到工地现场工作,实践动手,由企业进行安排和管理,每月支付相应的工资,500欧元―800欧元左右。第六学期在管理部门,一般企业都会制订好实习生相应的岗位培训计划,2―3个星期轮换一个部门。从工程的规划、设计、与业主接洽,到施工现场的管理、人员调配、工程成本控制等各方面。由于各个企业每个学期招收的实习生数量不多,1―2人,各个部门的主管都会在每周安排1―2次对实习生的单独培训时间。培训方式很灵活,可以根据主管的工作情况安排,如:与业主进行方案沟通,或者到工地现场检查施工情况,并解决工程上的实际问题。每个实习学期实习时间最少为20周,每周工作40个小时。每周结束,学生要填写相应的实习报告,总结一周学习的内容、相关的问题和解决方法,在主管部门负责人填写评价之后,签字盖章,交给学校负责校企培训的教授,作为实习学期考核的依据。每个实习学期结束,一般安排在接下来的学期第一周,每名学生利用10分钟左右的时间,针对自己的实习学期做出相关的报告(纸质文件和多媒体文件)并在课堂上向全班展示,负责实习考核的教授必须到场,听取汇报并提出相关问题。通过者方可获得相应的学分,进入新学期学习。
通过几年的学习,学生的专业技能有很大的提高。在完成应用技术大学的学业之后,有很多在自己之前做过实习的企业找到了工作,达到了无缝对接,顺利走上了工作岗位。
由此看来,在我国应用型本科教育转型的道路上,一方面可以借鉴德国应用技术大学的教学模式,另一方面要针对国情在校企合作上探索一条成功之路。
参考文献:
[1]姜大源.德国教育体系的基本情况,2005.10.13.
[2]黄亚妮.德国基础教育特点分析,外国中小学教育,2002.3.
论文摘要: 本文从我校数学建模竞赛推进数学建模课程开设的成功经验,浅淡了数学建模促进大学生能力的培养。
随着科学技术的迅速发展和计算机的日益普及,数学的应用越来越广泛和深入,数学科学的地位发生了巨大的变化,它正在从国民经济和科技的后台走到了前沿。
把数学与客观问题联系起来的纽带,首先是数学建模。应用数学去解决各类实际问题,首先是建立数学模型。数学建模是联系数学与实际问题的桥梁,是数学在各个领域广泛应用的媒介,是数学科学技术转化的主要途径,数学建模在科学技术发展中的重要作用越来越受到数学界和工程界的普遍重视,它已成为现代科技工作者必备的重要能力之一。
一、 以竞赛推进数学建模课程化
数学建模作为一门崭新的课程在20世纪80年代进入我国高校,萧树铁先生1983年在清华大学首次为本科生讲授数学模型课程,他是我国高校开设数学模型课程的创始人,1987年由姜启源教授编写了我国第一本数学建模教材。在八十年代后期开设数学建模选修课或必修课只是少数老牌大学。但自1992年由中国工业与应用数学学会举办全国大学生数学建模竞赛( 94年起由国家教委高教司和中国工业与应用数学学会共同举办)以来,随着参加竞赛高校的学生增加,各高校相继开设了数学建模课程。2008 年全国有31个省/市/自治区(包括香港)1023所院校、12846个队(其中甲组10384队、乙组2462队)、3万8千多名来自各个专业的大学生参加竞赛。目前,在本科院校根据自己学校特点基本上开设数学课程。
我校从95年开始开设数学建模选修课,到97年学校决定在原有的基础上,从97级学生开始,在部分专业开设数学建模必修课,并同时对其他专业开设数学建模选修课。最初开设选修课是因为参加数学建模竞赛的需要,选修的学生数较少,而且必须是往年成绩较优的学生才允许选修。我们通过以竞赛为平台, 加强引导与指导, 充分激发学生的学习兴趣和热情。而且通过数学建模竞赛,促进了我校教学内容、教学方法、教学手段的创新,参加过训练和竞赛的学生们普遍感到,以往学多门课程的知识不如参加一次竞赛集训学得全面和扎实。因为数学建模竞赛需要全面掌握本领域相关知识, 在深入理解、领会前人智能精髓的基础上, 敢于提出自己的想法和观点。只有善于进行创造性地学习和运用知识, 善于对已知知识进行融会贯通, 注意知识积累的同时更注重对知识的处理和运用, 才能取得成功。随着数学建模竞赛在我校影响的增加,同时参加竞赛过的学生能力的提高,要求选修数学建模课程的学生逐年增加?,使得开设数学建模必修课有了一定的群众基础,同时开设数学建模课程的目的也转向了竞赛与普及相结合,以提高大学生的综合素质和实践能力作为一个重要目标。目前,已在自动化、信息管理、统计、电子信息科学与技术、计算机、软件、通信等专业的学生开设不同层次的数学建模必修课与限选课,同时仍然在全校开设不同层次的数学建模选修课。对于不同层次,理论教学学时分别为34、50、66学时,并辅以上机实践训练,每年从当初几十名学生到目前每年近2000名学生修读此课。为了进一步提高实践动手能力,在软件工程、网络工程、信息与计算科学、应用数学专业开设数学建模课程设计,取得了比较明显的效果。
为了让信息与计算科学、应用数学专业的学生能更好的应用计算机工具和数学软件来解决各种实际问题,从2001年开始我们开设了数学实验课作为数学建模课程的补充和完善,并且目前面向全校开设数学实验选修课。为了进一步推广和普及数学建模,让更多的学生了解和参与数学建模,在原开设多种课程基础上,在学校以及教务部门的支持下,课程组于2000年起结合课程教学安排,在每年五月底举办全校大学生数学建模竞赛。该项活动得到了全校学生的积极响应,2009年有152个组,456人参赛。我校数学建模教学已经形成了多个品种、多种层次、多种方式的教学格局。
二、数学建模促进大学生能力的培养
数学建模活动包括数学建模课程、数学建模竞赛和数学实验课程等方面。建模活动本身就是一项创造性的思维活动,它既具有一定的理论性又具有较大的实践性;既要求思维的数量,还要求思维的深刻性和灵活性。著名数学家丁石孙副委员长对数学建模活动给予了很高的评价,他说:“我们教了几十年的数学,曾经花了很多力气想使大家能够认识到数学的重要性,但是我们没有找到一个合适的方法,数学建模活动是一个很好的方法,使很多的学生包括他们的朋友都能够认识到数学的真正用处”。李大潜院士也曾说过:“数学建模活动具有强大的生命力,并必将不断发展、日臻完善”。很多高校从当初为了竞赛的需要,但随着对数学建模对学生能力培养的认识,数学教学改革的深入发展,许多普通高校都在积极思考,大胆探索,取得了许多可喜的成果。特别是对数学教学改革以数学建模为突破口,在教学体系、方法和内容上都进行了实质性的改革,已取得了突破性的成果。如改革教学内容,教学与计算机结合,实行研讨式教学等,这也为数学建模网络教学奠定了很好的基础。我校从1997年开始,我校将数学建模的教育从面向少数优秀学生转变为面向更多的普遍学生。越来越多的学生从数学建模的学习中获得了进步,使数学建模教学在大学生素质培养中日益发挥着巨大的作用。
1.促进大学生逻辑思维能力与抽象思维能力的提高。建模是从实际问题到数学问题,从数学问题到数学解,从数学解到实际问题的解决,这一过程提高了大学生逻辑思维能力与抽象思维能力。
2. 促进大学生的适应能力增强的。通过数学建模的学习及竞赛训练,他们不仅受到了现代数学思维及方法的熏陶,更重要的是对于不同的实际问题,如何进行分析、推理、概括以及利用数学方法与计算机知识,还有各方面的知识综合起来解决它。因此,他们具有较高的素质,无论到什么行业,都能很快适应需要。
3. 促进学生自学能力。由于数学模型实际问题的广泛性,大学生在建模实践中要用到的很多知识是学生以前没有学过的,而且也没有时间再由老师作详细讲解来补课,只能由教师讲一讲主要的思想方法,同学们通过自学及相互讨论来进一步掌握。这就培养了学生的自学能力和分析综合能力。他们走上工作岗位之后正是靠这种能力来不断扩充和更新自己的知识。
4. 促进大学生相互协作能力。在数学建模学习过程中,有大量的数学模型不是单靠数学知识就能解决的,它需要跨学科、跨专业的知识综合在一起才能解决,当今科学的发展也使得一个人再也没有足够精力去通晓每一门学科,这就需要具有不同知识结构的人经常在一起相互讨论,从中受到启发。数学建模集训、竞赛提供了这一场所。三位同学在学习、集训、竞赛过程是彼此磋商、团结合作、互相交流思想、共同解决问题,使得知识结构互为补充,取长补短。这种能力、素质的培养对他们的科学研究打下了良好的基础。
5. 促进大学生分析、综合和解决实际问题能力的培养。这是由数学建模的任务,目的所决定的。建模过程大体都要经过分析与综合、抽象与概括、比较与类比、系统化与具体化的阶段,其中分析与综合是基础,抽象与概括是关键。而从数学解答与模型检验而言,要求大学生所学的数学知识与计算机知识还有其它方面知识综合起来,动手去解决, 根据计算结果作出合理的解释。通过实践,明白学以致用,提高了分析、综合与解决实际问题的能力。
6. 促进大学生的创造能力的提高。在数学建模实践中,大多问题没有现成的答案、没有现成的模式,要靠充分发挥自己(和队友)的创造性去解决。而面对一大堆资料、计算机软件等,如何用于解决问题,也要充分发挥自己的创造性。数学建模对大学生的创造性的培养是很有好处的。
三、开设数学建模课程取得的效应
数学建模活动十分有利于达到培养高素质创新人才的育人目标。我校开设的数学建模课程,在师资水平、普及程度、特色内容建设、校内竞赛以及全国竞赛等几个方面,在国内同类院校中处于领先地位,特别是每年全国大学生数学建模竞赛中,我校都取得了良好的成绩,而且在全国也有一定的影响,得到全国竞赛组委会专家的充分肯定。
在教学团队建设方面取得明显成效。从最初的4名教师,逐步扩大到涉及运筹与优化、微分方程、概率论与数理统计、计算科学、最优控制、计算机应用等在数学建模中常用的学科方向的十多名教师,不仅解决了课程教学的需要,也促进了教师教学科研水平的提高。
在课程设置研究方面。根据我们这样一类学校的实际情况,我们在不同专业的学生中开设了多种不同课时不同程度要求的数学建模课,满足了各种不同程度不同水平的学生的需要。并在个别专业开设数学实验必修课,同时面向全体开设了数学实验选修课,把数学理论教学与数学软件以及计算机实现进行了很好的结合,进一步丰富了数学建模教学的内涵。以及在几个不同专业中开设了数学建模课程设计环节,有效地解决了大量一般学生如何加强数学实践动手能力培养的问题。
在加强教学内容与方法的研究与实践方面,并取得明显成效。除了选用合适的优秀教材作为参考资料,更是投入精力编写了适合我校的教学用书(即将在高教出版社出版)以及学生自主学习材料。数学建模教学的目的是能够让学生知道到什么地方找什么工具来解决什么样的问题,我们坚持努力把研究式讨论式的教学方法应用到数学建模教学中去。2000年开始,每年结合春季的数学建模教学工作,在五月底进行校内大学生数学建模竞赛。该项活动推广普及了数学建模教学,使更多学生的研究能力和实践动手能力得到了锻炼,同时也有力促进了数学建模竞赛活动在地方性普通院校中的开展,促进了竞赛水平的提高。
在教学改革方面。将数学建模思想融入到其他工科数学课程中去,并且在教学中注意强调讨论式教学以及学生的自主学习。
在同类院校树范性方面。2003年,该课程被确定为浙江省首批省级精品课程。通过几年的建设,已初步建成较有特色的课程资源。充分提升了网络工具的辐射作用,一方面加强了我校数学建模教学和竞赛工作,以及数学建模课外活动的开展,另一方面对其他同类高校能起到较好辐射作用。另外,我校数学建模课程教师曾多次作为讲课教师参加浙江省数学建模教练培训工作,多次应邀到兄弟院校讲课,也曾有多所院校到我校参观调研。
通过几年努力,完成数学建模教改研究项目《数学建模提高大学生综合知识能力的探索与实践》、《在工科院校中开设数学建模必修课和选修课的实践》与《以学科竞赛促进学生创新能力培养的“四维互动”模式研究与实践》,三项成果皆获得浙江省教学成果二等奖。组织学生数学建模课外活动的开展,申报“新苗人才计划”、“创新杯”并取得成功。自1995 年组织学生参加全国大学生建模竞赛以来,共获全国一等奖25项,全国二等奖41项,浙江省奖一等奖42项,二等奖48项,三等奖41项。2006年至今共获国际一等奖8项,国际二等奖14项。取得了省参赛高校与全国高校中的优异成绩。
通过参加数学建模活动,很多学生的自主学习和科研能力得到了显著提高,在毕业设计、实习和研究生阶段的学习中表现出了明显的优势,得到用人单位和研究生导师的普遍认可。从2001年至今获得“计算机世界奖学金”十几位学生中,清一色在数学建模竞赛中取得优异成绩。而且随着数学建模活动的不断深入开展,各级领导和各行业的用人单位逐渐对数学建模在实际中的应用和人才培养中的地位和作用都有了新的认识。目前,数学建模活动在我校的开展,得到了越来越多同学的欢迎。数学建模活动不断走向深入,由阶段性转向日常教学活动。在教学方面,由初期的只在优秀学生与部分专业学生开设选修课,发展形成了多个品种、多种层次、教学格局;在竞赛方面,由初期的只参加全国竞赛,发展到既参加全国竞赛,又将参加国际竞赛,同时每年举办校内竞赛;在撰写论文方面,由初期的只研究如何撰写竞赛论文,发展到现在与教师做课题与一般学术论文写作,参加新苗人才计划与创新杯等。
参考文献
关键词:数学建模;模式;教学;策略;方法
数学建模是指用数学的方法解决实际问题,要求从实际错综复杂的关系中找出其内在规律,然后用数字、图表、符号和公式将其表示出来,再经过数学与计算机的处理,得出供人们进行分析、决策、预报或控制的定量结果。这种将实际问题进行简化、归结为数学问题并求解的过程就是数学建模[1]。
在高师中开展数学建模教育是提高学生应用数学知识解决实际问题能力的有效途径、是培养学生学习数学兴趣的有效手段、也是提升学生数学素养的必然要求。怎样才能更好地开展数学建模教育已引起了越来越多研究者的兴趣。
本文在数学建模教学方法方面进行探讨,提出了“做、学、教――合作探讨”的数学建模教学新模式,以求能够更好地开展数学建模教学。
一、数学建模教学的现状分析
在数学建模课堂上,许多教师可能会有这样的感受:我们课前精心备课,课上力求把数学建模讲解的精彩生动,以期望学生能够有较大的收获,但学生在课堂上却无精打采、一片茫然、收获甚微。究其原因是因为在整个课堂上学生没有自己的思考、没有探索新知的热情和激情、也没有获得成功后的兴奋感和成就感。这会使原本对数学建模充满好奇、带着极大兴趣走进数学建模课堂的学生逐渐对数学建模失去兴趣并产生畏惧感。因此,有必要对数学建模教学方法进行探讨。
二、在高师开展数学建模教学的方法
成就动机理论认为,学生最主要的学习动机就是学业成就动机,它至少包括三方面的内驱力,即认知内驱力、自我提高的内驱力和附属内驱力[2]。教师要充分考虑学生现有知识水平和认知能力,精心设计教学内容,注意问题坡度,分阶段进行教学,让学生获得数学建模成就,形成学习数学建模的成就动机。
1.初级阶段
在这个阶段,教师应通过一系列高质量、连贯性的问题引导学生分析问题是什么、思考问题应该怎样解决,解题方法能否进一步改进。这会促使学生主动思考问题、感悟问题。当学生思考、感悟的结果得到教师和同学的认可时便获得了成就感、兴奋感。
例如,把如下问题展示给学生:
A、B两点都在河的对岸(不可到达),怎样才能测量出A,B两点间的距离?
首先让学生思考如下问题:
这是哪一类问题?要知道哪些条件才能解决?
你打算用什么办法解决?怎么解决?
学生在充分思考、交流后,向全班同学展示自己对该问题的思考过程与解决问题的方法。
教师在学生发表自己的看法后应给予及时、科学评价。然后,接着问如下问题:
还有其他解决该问题的办法吗?
如果有,应该怎样解决?如果没有,请说明理由。
如果A、B两点分别在山顶和山脚,那么必须知道哪些条件才能解决?你打算如何解决?
如果A、B是球面上的两点,那么必须知道哪些条件才能解决?怎样解决?
在这个“做、学、教――合作探索”的课堂中,由于学生会不断受到获得成功的兴奋的刺激,所以,也不会感到疲倦与数学建模课堂的枯燥。同时,学生通过这种方式得到的知识会在脑子中留下深刻的印象,从而提升了数学建模课堂的教学质量。
2.中级阶段
建构主义认为:学习是学习者以自己原有的知识和经验为基础积极建构新知识的行为。
认知结构迁移理论认为:一切有意义的学习,都是把先前获得的经验迁移到新问题中。
由以上理论可知,学生在数学建模课堂上不应该是被动接受书本和教师讲解知识的过程,而应该是自觉将新知识与原有知识、经验进行对比、批判、迁移、重建的过程。因此,教师在数学建模课堂上,应采用“做、学、教――合作探索”的课堂教学模式进行教学。
例如,把如下题目展示给学生:
某企业,2013年1月份、2月份、3月份销售产品分别为10万吨、12万吨、13万吨。另外,经调查4月份的销量为13.6万吨。请以前几个月的产量为依据,预测10月份该企业产量应定为多少万吨?
首先,让学生在独立思考的基础上,合作探索、充分讨论后可能会有如下几种探究成果:
(1)用一次函数模型y=kx+b进行预测;
(2)用二次函数模型y=px2+ax+r进行预测;
(3)用指数函数模型y=a・xb+c进行预测;
(4)用幂函数模型y=b・lgax+c进行预测。
其次,利用投影仪展示各小组的成果,并请小组代表简述本小组探索的结果并与其他小组交流,分析哪个数学模型最好,是否还能继续改进。
然后,根据交流的结果,各小组继续改进自己的数学模型,再进行交流,最后确定一个较好的数学模型。
学生只有通过这种方式获取知识时,才能够更好地进行知识正迁移,才能够更快地提高学生的思维品质。
3.高级阶段
在学生掌握了一些基本的数学建模思想、方法后,应让学生利用周末或节假日时间走进超市、企业等部门去发现问题、并用数学建模的方法解决问题。例如:可以让学生走进移动营业厅,了解各种业务、套餐的收费情况,通过数学建模的方法为自己选择最适合自己的套餐。在这个过程中,学生不仅可以体会到数学知识的应用价值,还可以享受到成功的快乐。
教师进行数学建模教学的方法对数学建模教育质量的高低有着重要的影响。因此,本文就开展数学建模教学的方法进行了一些有益的探讨,得出若采用“做、学、教――合作探索”的课堂教学方法进行教学,可以有效提高数学建模课堂的教学质量。
参考文献: