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培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的思維是提高教師數(shù)學(xué)教學(xué)能力的重要途徑,也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要舉措。在數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)過程中,合理地培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模思維,充分地將數(shù)學(xué)抽象的定理與概念通過數(shù)學(xué)建模的方法,讓學(xué)生樹立起正確的、直觀的數(shù)學(xué)概念。
一、數(shù)學(xué)建模的本質(zhì)
數(shù)學(xué)建模的本質(zhì)就是從現(xiàn)實(shí)的問題建立數(shù)學(xué)模型的過程,通俗來講就是將現(xiàn)實(shí)中遇到的問題進(jìn)行抽象提煉之后,用一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)符號(hào),式子以及圖形來進(jìn)行表述,使其變成易于研究的數(shù)學(xué)問題,通過研究這些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問題來分析一些客觀上的現(xiàn)象,預(yù)測(cè)發(fā)展規(guī)律,或者是提供最優(yōu)策略。數(shù)學(xué)建模的一般步驟包括:
1.對(duì)生活中遇到的原始問題分析,假設(shè),將其抽象為簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問題;2.選擇合適的數(shù)學(xué)工具,方法,選擇適當(dāng)?shù)哪P筒⑦M(jìn)行分析;3.對(duì)相應(yīng)的模型進(jìn)行實(shí)際求解,驗(yàn)證,分析,修改,驗(yàn)證等等的步驟來進(jìn)行模型的確定。
數(shù)學(xué)建模的過程不僅僅能夠提高學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,還能夠培養(yǎng)學(xué)生不怕苦,不怕累,堅(jiān)持不懈的精神;還能夠培養(yǎng)學(xué)生正確的數(shù)學(xué)觀。數(shù)學(xué)建模能夠培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的分析能力,證明能力以及計(jì)算推理能力;能夠培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)語(yǔ)言的表達(dá)能力等等。
二、當(dāng)前高中生數(shù)學(xué)建模的能力以及意識(shí)
就現(xiàn)在的情況看來,當(dāng)前我們國(guó)家高中生的數(shù)學(xué)建模能力以及建模意識(shí)還不是很強(qiáng),建模能力以及建模意識(shí)還存在很大的問題:
1.數(shù)學(xué)理解能力差,對(duì)題意的把握能力不足;
2.數(shù)學(xué)建模的方法還不完善,建模方法比較低;
3.學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)建模意識(shí)不是很強(qiáng),對(duì)其的應(yīng)用意識(shí)也不高。
新課改對(duì)高中數(shù)學(xué)的教學(xué)提出了新的任務(wù),對(duì)于數(shù)學(xué)建模能力的培養(yǎng)也提出了更高的要求。
三、從數(shù)學(xué)建模中優(yōu)化數(shù)學(xué)的教學(xué)方法
從數(shù)學(xué)建模過程中,優(yōu)化教學(xué)方法的途徑有很多,但是主要還是通過培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思維,讓學(xué)生能夠正確地面對(duì)一些數(shù)學(xué)抽象的問題。
(一)教師精心設(shè)計(jì)教案
教師進(jìn)行精心的備案,也就是想要更好地開展案例教學(xué),所謂的案例教學(xué),就是在教師進(jìn)行教學(xué)過程中以具體的案例作為教學(xué)的主要內(nèi)容,也就是通過各種具體實(shí)例的展示來介紹數(shù)學(xué)建模的思想。在高中數(shù)學(xué)課堂的教學(xué)過程中,不僅需要教師進(jìn)行講解,還需要教師與學(xué)生進(jìn)行一定的互動(dòng),也就是學(xué)生提出自己不理解的問題,然后教師具有針對(duì)性的來解決這些問題,這樣在很大程度上可以提高學(xué)生的思維能力,因?yàn)樵诮虒W(xué)過程中,學(xué)生先思考,然后再提出自己困惑的問題,這有利于學(xué)生加深對(duì)問題的理解,同時(shí)也可以加深學(xué)生對(duì)這種問題的記憶。
這其中需要注意的是,教師選取的案例應(yīng)該是具有代表性的,同時(shí)也是需要適應(yīng)高中學(xué)生的思維發(fā)展的現(xiàn)狀的,只有教師選取的案例與學(xué)生相適應(yīng),那么學(xué)生才可以積極地投入到教師選取的案例當(dāng)中,積極的進(jìn)行學(xué)習(xí)與理解。
(二)把握好課后學(xué)生的建模訓(xùn)練
教師在課堂上充分地培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模的能力,那么想要使學(xué)生進(jìn)一步地提高數(shù)學(xué)建模能力,從而提高數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的效率,那么就必須課下的時(shí)候,根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況來進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)建模的訓(xùn)練,以此來達(dá)到鞏固和深化課堂的目的。
這其中主要有以下的幾種形式。第一種就是:教師布置課堂上已經(jīng)講解過的練習(xí)題,讓學(xué)生重新進(jìn)行推導(dǎo)與理解,讓學(xué)生可以在這個(gè)問題上進(jìn)一步的思考,這是為了達(dá)到學(xué)生鞏固課堂的目的。還有一種就是:教師布置與課堂講解過的題目相類似的練習(xí)題,讓學(xué)生獨(dú)立的完成這些題目,因?yàn)樵谡n堂上教師已經(jīng)講解過這類的題目,所以再讓學(xué)生練習(xí)這一部分題目,就可以在很大程度上轉(zhuǎn)變學(xué)生的思想,從而達(dá)到讓學(xué)生舉一反三的目的,通過這個(gè)過程的強(qiáng)化訓(xùn)練,能夠使學(xué)生認(rèn)識(shí)問題與解決問題的能力得到充分的鍛煉與提高。
(三)不斷的提高教師的自身水平
在數(shù)學(xué)建模教學(xué)過程中,教師起到關(guān)鍵的作用,教師教學(xué)水平的高低直接決定了數(shù)學(xué)建模教學(xué)能否達(dá)到預(yù)期的效果,也就決定了數(shù)學(xué)建模教學(xué)能否提高數(shù)學(xué)教學(xué)的效率。在數(shù)學(xué)建模過程中,不僅需要教師具有較高的專業(yè)知識(shí),同時(shí)還需要教師具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與很強(qiáng)的解決問題的能力,所以從這個(gè)方面來看,數(shù)學(xué)教師自身的水平?jīng)Q定著能否提高數(shù)學(xué)教學(xué)的效率。
(四)主體是學(xué)生,老師為輔
數(shù)學(xué)建模的教學(xué)過程是一個(gè)不斷探索,不斷創(chuàng)新,不斷完善以及提高的過程,其與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)相比有著很大的不同,其教學(xué)的方針就是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),學(xué)生為中心,問題為主線,目的是在于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。這種數(shù)學(xué)教學(xué)的方式,能夠讓學(xué)生將理論與實(shí)際結(jié)合起來,利用所學(xué)的數(shù)學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際中遇到的問題,這樣能夠很有效的提高學(xué)生的問題分析以及問題解決的能力,不斷的提高學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣以及數(shù)學(xué)應(yīng)用的能力與意識(shí)。
數(shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的一種實(shí)踐,即通過抽象、簡(jiǎn)化、假設(shè)、引進(jìn)變量等處理過程后,將實(shí)際問題用數(shù)學(xué)方式表達(dá),建立起數(shù)學(xué)模型,然后運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解。在中學(xué)建立起數(shù)學(xué)模型教學(xué)的思想是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,是新形勢(shì)下中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的必然要求。數(shù)學(xué)建模如何去實(shí)施,這在教學(xué)中要把握好,在備課時(shí)要把教學(xué)內(nèi)容歸類,看實(shí)際內(nèi)容適合建立哪種模型,然后在課堂中大膽引導(dǎo)學(xué)生去設(shè)想,然后動(dòng)手完成。
1.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模思想
興趣是積極主動(dòng)地探索事物的心理傾向,它能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感知、記憶、想象、思維等功能進(jìn)入學(xué)習(xí)的最佳狀態(tài)。在教學(xué)中我們可利用小學(xué)生好奇心的特點(diǎn),通過設(shè)疑制造懸念,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,讓學(xué)習(xí)的內(nèi)容成為學(xué)習(xí)自身的需要。例如在教學(xué)盈虧問題時(shí),學(xué)生對(duì)屢做屢錯(cuò)的題目已無信心再做,這時(shí)筆者這樣鼓勵(lì)學(xué)生:想不想找到一種方法以后做這類問題不再出錯(cuò)?學(xué)生的興趣來了,筆者就讓學(xué)生先去嘗試,然后總結(jié)出規(guī)律。
2.重視課本知識(shí)的功能,形成學(xué)生數(shù)學(xué)建模思想
數(shù)學(xué)建模應(yīng)結(jié)合正常的教學(xué)內(nèi)容切入。把培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)落實(shí)到平時(shí)的教學(xué)過程中。從課本的內(nèi)容出發(fā),聯(lián)系實(shí)際,以教材為載體,擬編與教材有關(guān)的建模問題或把課本的例題、習(xí)題改編成應(yīng)用性問題,逐步提高學(xué)生的建模能力。如初二下學(xué)期一次函數(shù)內(nèi)容可以構(gòu)造一實(shí)際模型:例.電信部門規(guī)定,某長(zhǎng)途電話,開通3分鐘內(nèi)收2.4元,3分鐘后每分鐘收1元,某人現(xiàn)有20元錢,他最多能通多長(zhǎng)時(shí)間的電話。現(xiàn)在初中生社會(huì)閱歷較差,無法把實(shí)際問題與數(shù)學(xué)原理進(jìn)行聯(lián)系。許多實(shí)際題目學(xué)生連看都看不懂,因而建模無法成功。我們要讓學(xué)生學(xué)會(huì)建模,就必須從一些學(xué)生比較熟悉的實(shí)際問題出發(fā),讓他們有獲得成功的機(jī)會(huì),享受成功的喜悅,從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,轉(zhuǎn)化問題的能力。逐步培養(yǎng)他們的建模能力。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;高中數(shù)學(xué);解題策略
引言
我國(guó)中學(xué)的數(shù)學(xué)教育歷來只重視學(xué)生對(duì)書面知識(shí)的掌握,而忽視了學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。數(shù)學(xué)的教育并未培養(yǎng)出學(xué)生獨(dú)立解決問題以及創(chuàng)造性思考的能力,為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,建立能夠培養(yǎng)學(xué)生自主能力的教學(xué)模式。在此背景下,數(shù)學(xué)建模在中學(xué)階段數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用將成為未來的一種趨勢(shì)。
一、數(shù)學(xué)建模的定義和方法
1.1數(shù)學(xué)建模在中學(xué)中的定義
通過使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言把現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行精簡(jiǎn)加工得到的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),就是現(xiàn)實(shí)問題的數(shù)學(xué)模型,相關(guān)的概念、公式、方程、數(shù)量關(guān)系等都是它的表現(xiàn)形式。而數(shù)學(xué)建模就是把現(xiàn)實(shí)問題抽象加工成數(shù)學(xué)模型,并對(duì)模型進(jìn)行求解,驗(yàn)證模型是否合理的過程。中學(xué)階段的數(shù)學(xué)建模,就是運(yùn)用中學(xué)生所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí),把現(xiàn)實(shí)中遇到的問題簡(jiǎn)化抽象成數(shù)學(xué)模型,對(duì)模型進(jìn)行求解并解釋實(shí)際問題的過程。
1.2數(shù)學(xué)建模的方法
中學(xué)階段有關(guān)數(shù)學(xué)建模的研究更加側(cè)重于將建模作為一種解題的方法,而不是研究建模的完整過程,要求學(xué)生運(yùn)用建模的思想及相關(guān)理論來求解數(shù)學(xué)問題目。具體操作要簡(jiǎn)單的多,可以把運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想來解題的方法,簡(jiǎn)單的分為以下幾個(gè)步驟:(1)通過分析已知條件,歸納出實(shí)際問題中隱含的數(shù)學(xué)關(guān)系,確定模型的類型,建立起數(shù)學(xué)模型;(2)使用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識(shí),對(duì)模型進(jìn)行求解;(3)把求到的解代入到問題中來進(jìn)行檢驗(yàn)。
二、模型列舉、分析及解題策略
2.1高中階段數(shù)學(xué)模型的列舉與分析
當(dāng)前高中教育階段,在數(shù)學(xué)知識(shí)體系中所涉及的數(shù)學(xué)模型按照類型及與問題的相關(guān)性來分,可以分為:(1)與數(shù)量有關(guān)的模型,包括:函數(shù)、方程、不等式、數(shù)列、概率等模型;(2)與形狀有關(guān)的模型,包括:平面幾何、立體幾何模型;(3)與位置有關(guān)的模型,包括:解析幾何、極坐標(biāo)等模型;(4)與最值有關(guān)的模型:線性規(guī)劃模型。對(duì)以上部分模型的分析如下:
(1)函數(shù)模型:
函數(shù)模型是對(duì)實(shí)際問題通過運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納加工建立相關(guān)量之間的函數(shù)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)其中的變化規(guī)律,進(jìn)而建立起函數(shù)模型。在中學(xué)的數(shù)學(xué)中函數(shù)模型有多種,而實(shí)際問題中包含的函數(shù)知識(shí)也十分普遍,如:一次函數(shù),在現(xiàn)實(shí)中解決成比例關(guān)系的問題;二次函數(shù),可以應(yīng)用在利潤(rùn)、成本、產(chǎn)量等問題的解決;冪函數(shù),可以應(yīng)用在求最值方面;指數(shù)函數(shù),則可以解決增長(zhǎng)率、利率等方面:對(duì)數(shù)函數(shù),可以應(yīng)用在產(chǎn)品的產(chǎn)量、人口增長(zhǎng)等方面;分段函數(shù),可以應(yīng)用與稅費(fèi)的分段繳納、出租車票價(jià)等方面。
(2)方程與不等式模型
現(xiàn)實(shí)的問題中含有許多等量或不等量的關(guān)系,方程和不等式模型就是用未知數(shù)對(duì)這些等量與不等量關(guān)系的表示。高中階段的方程主要被用來求解函數(shù)或不等量關(guān)系式,涉及的不等式模型主要有:高次不等式,可以解Q增長(zhǎng)率、商品銷售以及黃金分割等現(xiàn)實(shí)問題;分式不等式,多用于工程或行程問題;均值不等式,多用于求最值以及證明其它不等式等問題。
(3)概率模型
概率模型是對(duì)隨機(jī)現(xiàn)象發(fā)生規(guī)律描述的一種數(shù)學(xué)模型,用于對(duì)事件可能性的預(yù)測(cè)。在現(xiàn)實(shí)生活中概率模型的應(yīng)用隨處可見,如對(duì)天氣、中獎(jiǎng)概率、次品出現(xiàn)概率的預(yù)測(cè)等,概率模型又分為隨機(jī)事件概率和對(duì)立試驗(yàn)?zāi)P汀?/p>
2.2運(yùn)用數(shù)學(xué)建模解題的策略
通過對(duì)高中階段常見數(shù)學(xué)模型的分析,我們可以得到一些建立模型的方法和求解模型的技巧。
(1)建立模型的方法:通過分析變量的變化規(guī)律來確定模型的關(guān)系分析法;利用獲得的數(shù)據(jù)或信息,畫出變量的有關(guān)圖形,確定模型的圖像分析法;通過對(duì)特殊結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)規(guī)律的數(shù)學(xué)歸納法,還有示意圖分析法和數(shù)量關(guān)系式等
(2)模型求解的技巧:通過待定系數(shù)法求函數(shù)模型的參數(shù);使用特殊值法對(duì)抽象模型求解;通過對(duì)數(shù)據(jù)關(guān)系列表格來尋找相關(guān)關(guān)系式;另外,對(duì)問題要先做歸類,判斷變量的離散屬性,在建模;還要考慮模型的取值范圍,建模要有實(shí)際意義。
三、在課堂中融入建模方法的建議
3.1有關(guān)學(xué)校方面的建議
(1)在學(xué)校老師自己編制的校本課程中多設(shè)置與數(shù)學(xué)建模的思想和方法相關(guān)的課程,在根據(jù)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的需求在選修課中加入相關(guān)的課程,激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的興趣。
(2)加強(qiáng)對(duì)學(xué)校數(shù)學(xué)教師進(jìn)行建模方面的培訓(xùn),提升教師對(duì)數(shù)學(xué)建模的認(rèn)識(shí)和實(shí)際運(yùn)用的能力,只有老師熟練掌握使用數(shù)學(xué)建模來解題的方法,才能為學(xué)生進(jìn)行有效的指導(dǎo)解決學(xué)生在建模運(yùn)用中的困惑。
(3)學(xué)校還要重視數(shù)學(xué)建模在日常中的學(xué)習(xí),多安排一些與數(shù)學(xué)建模有關(guān)的活動(dòng)和講座,訂閱相關(guān)的期刊和雜志,豐富學(xué)生課外獲得知識(shí)的途徑,普及相關(guān)的理論知識(shí)。
3.2有關(guān)數(shù)學(xué)課堂上的建議
(1)目前,有部分老師沒有意識(shí)到數(shù)學(xué)建模在教學(xué)中的作用,認(rèn)為不需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行專門的數(shù)學(xué)建模應(yīng)用能力的培養(yǎng),因此,老師應(yīng)該首先轉(zhuǎn)變自己的觀念,重視運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法解題的教學(xué)方式。
(2)在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,以學(xué)生為主體運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的思想來引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考的能力,實(shí)現(xiàn)教學(xué)的目標(biāo);運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的方法來講解習(xí)題的解題過程,在習(xí)題中加入一些背景知識(shí),讓學(xué)生理會(huì)題目背后的實(shí)際意義;在課下的作業(yè)中可以設(shè)計(jì)一些能夠體現(xiàn)數(shù)學(xué)建模思想的開放性的題目,讓學(xué)用獨(dú)立思考或分組討論的方式來建模求解,使學(xué)生與數(shù)學(xué)建模的方法有更多的接觸。
【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模生物信息學(xué)教學(xué)
【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2014)05-0214-01
1. 引言
生物信息學(xué)是融合生命科學(xué)與數(shù)理科學(xué)的一門新興學(xué)科[1]。1995年在人類基因組計(jì)劃第一個(gè)五年總結(jié)報(bào)告中對(duì)生物信息學(xué)的定義是: “它是一門研究包括生物信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、分發(fā)、分析和解釋等在內(nèi)的所有方面,并綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的各種工具,來闡明和理解大量數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義的新興的交叉學(xué)科?!彪S著人類基因組計(jì)劃的完成,生物信息學(xué)的研究進(jìn)入了后基因組時(shí)代,它已廣泛的滲透到生物、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等各個(gè)相關(guān)研究領(lǐng)域中,成為生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一。目前,國(guó)內(nèi)很多高等院校已經(jīng)開設(shè)了生物信息學(xué)本科專業(yè)。
數(shù)學(xué)建模是一門綜合多門學(xué)科知識(shí),集應(yīng)用與能力培養(yǎng)為一體,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造意識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐能力的學(xué)科[2]。生物信息學(xué)專業(yè)的本科生在學(xué)習(xí)完基本的數(shù)理知識(shí)以及生物信息學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課后,通過數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)習(xí),能夠使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題,實(shí)現(xiàn)了從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐應(yīng)用的跨越;使學(xué)生深刻體會(huì)到理論指導(dǎo)實(shí)踐,實(shí)踐進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善理論的過程。本文對(duì)數(shù)學(xué)建模在醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)的開展及具體的教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐探索,目的是培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和創(chuàng)新能力,為學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題以及今后的科研打下良好的基礎(chǔ)。
2. 教學(xué)實(shí)踐與探索
在醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)的數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,我們旨在通過體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)的模型的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的建模思維、實(shí)際動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。
2.1 精選模型,體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)
在數(shù)學(xué)建模的教學(xué)中,我們主要通過學(xué)習(xí)已有的數(shù)學(xué)模型來完成整個(gè)課程的學(xué)習(xí),包括問題的分析、模型的假設(shè)、模型的建立、模型的求解與分析以及后續(xù)的模型檢驗(yàn)與應(yīng)用等。因此如何選擇適當(dāng)?shù)哪P统蔀榻虒W(xué)中的首要問題。
在選擇數(shù)學(xué)模型時(shí),除了注重模型需具有簡(jiǎn)潔性和趣味性[3]以外,我們特別選擇了能夠體現(xiàn)醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)特點(diǎn)的模型,與學(xué)生所學(xué)的專業(yè)緊密結(jié)合。如DNA序列分類模型、人類癌癥基因預(yù)測(cè)模型、人類疾病網(wǎng)絡(luò)模型等。此外,在選擇這些模型時(shí)注意建立的模型具有階梯性,即由淺入深,由簡(jiǎn)到繁,以符合學(xué)生的邏輯思維。對(duì)于給定的實(shí)際問題,我們首先想到的是最簡(jiǎn)單的模型,然后分析模型的局限性及產(chǎn)生的原因,進(jìn)而尋找策略改進(jìn)模型,如此形成一種階梯式的建模過程,最終使得建立的模型越來越接近實(shí)際問題,達(dá)到完善的地步。例如,對(duì)于DNA序列分類模型(2000年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽試題),我們可以先后構(gòu)建特征密碼子概率分布判別模型、圖論最小生成樹模型以及向量空間直觀判別模型,這三個(gè)模型體現(xiàn)了模型逐步升級(jí)的過程。
2.2 逐步引導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生建模思維
數(shù)學(xué)建模需要綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí),這對(duì)于剛剛接觸建模的學(xué)生來說是比較困難的,需要逐步引導(dǎo)他們,培養(yǎng)建模思維。我們主要借助于具有階梯性的數(shù)學(xué)模型、多媒體教學(xué),通過講解和討論穿插的教學(xué)模式來引導(dǎo)學(xué)生。
仍以DNA序列分類模型為例,對(duì)于給定的已知類別的序列和待分類的人工序列(序列較短)及自然序列(序列較長(zhǎng)),首先想到的是從已知類別中提取特征,用特征對(duì)未知序列進(jìn)行分類。通過討論,大部分學(xué)生很自然的想到選取序列中ATGC四個(gè)堿基的含量作為特征,但是這個(gè)特征很粗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多序列用這個(gè)特征無法分類。接下來學(xué)生想到用密碼子,對(duì)64個(gè)密碼子進(jìn)行分析提取特征,結(jié)果顯示此種特征對(duì)人工序列得到較好的分類效果,但不適用于自然序列。隨后基于上面的結(jié)果,進(jìn)一步應(yīng)用圖論中的最小生成樹模型解決問題,發(fā)現(xiàn)分類效果較好。此外,在討論中,有學(xué)生也提到了應(yīng)用“與已知類別特征相近的物質(zhì)歸到一類”的思想,運(yùn)用二維向量夾角余弦進(jìn)行分類,結(jié)果表明分類效果優(yōu)于前兩種方法。在學(xué)習(xí)模型的過程中,我們邊講解邊引導(dǎo)學(xué)生思考問題,討論問題,并結(jié)合多媒體演示,環(huán)環(huán)相扣,這樣的學(xué)習(xí)方式往往引人入勝,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,培養(yǎng)了學(xué)生的建模思維。
2.3 教研結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力
理論用于指導(dǎo)實(shí)踐,沒有實(shí)踐的理論是空洞的。在學(xué)習(xí)完別人建立的模型之后,我們要求學(xué)生自己動(dòng)手解決實(shí)際問題,建立模型,正所謂的“依葫蘆畫瓢”。我們本著寓研于教,教研結(jié)合的思想,將科研中遇到的一些實(shí)際問題融入教學(xué)中,充分發(fā)揮學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力。我們精選具有生物信息學(xué)專業(yè)特點(diǎn)、體現(xiàn)學(xué)科前沿的兩個(gè)實(shí)際問題作為建模試題,讓學(xué)生三人一組以論文形式完成。如我們選取了給藥方案(較簡(jiǎn)單)和人類癌癥miRNA預(yù)測(cè)(較復(fù)雜)兩個(gè)實(shí)際問題作為建模試題。較簡(jiǎn)單的問題讓學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間進(jìn)行完成,較復(fù)雜的問題以作業(yè)形式讓學(xué)生利用課余時(shí)間完成,并將兩次建模的成績(jī)作為學(xué)生本門課程的最后成績(jī)。
這種考核方式不僅培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力,而且讓他們體會(huì)到之前所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)課的意義所在。此外,學(xué)生們對(duì)科研問題創(chuàng)造性的思維往往超乎我們的想象,為我們生物信息專業(yè)的發(fā)展注入新的力量,也為學(xué)生后續(xù)從事相關(guān)領(lǐng)域的研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3. 小結(jié)
筆者根據(jù)自己在醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)實(shí)踐,提出了幾點(diǎn)可行性的措施。本著寓研于教,教研結(jié)合的思想,通過精選體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)的模型,采取講解和討論穿插的教學(xué)模式逐步培養(yǎng)學(xué)生的建模思維,利用建模試題培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力,取得了較好的教學(xué)效果。隨著生物信息學(xué)以及相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展,生物信息專業(yè)的數(shù)學(xué)建模課程將更加富有挑戰(zhàn)性,我們將根據(jù)科學(xué)發(fā)展以及學(xué)生的反饋意見不斷修訂教學(xué)內(nèi)容,豐富教學(xué)方法,提高生物信息學(xué)專業(yè)數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)質(zhì)量,真正培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
參考文獻(xiàn):
[1]李霞,李亦學(xué),廖飛.生物信息學(xué)[M],北京:人民衛(wèi)生出版社,2010.
關(guān)鍵詞:最優(yōu)化理論;數(shù)學(xué);建模
一、在體現(xiàn)數(shù)學(xué)應(yīng)用的方式中,數(shù)學(xué)建模是不可忽視的一種
所謂數(shù)學(xué)建模,指的是以數(shù)學(xué)語(yǔ)言為工具,對(duì)實(shí)際現(xiàn)象進(jìn)行描述的過程。在這一過程中,要以“建”為中心,使學(xué)生的創(chuàng)造性思維在“建”的過程中被激發(fā)出來??梢越⒉煌膶?shí)際模型來對(duì)同一個(gè)問題進(jìn)行解決,從而可以得到不同的“最優(yōu)解”,所以說,模型的獨(dú)特之處是建立模型的關(guān)鍵,在數(shù)學(xué)模型中沒有最好,只有更好。
以下是數(shù)學(xué)模型建立的大致步驟:
第一、模型準(zhǔn)備。對(duì)問題的實(shí)際背景進(jìn)行了解,使建模的目的得到明確,從而使必要的數(shù)據(jù)資料被收集、掌握到。
第二、模型假設(shè)。提出假設(shè),這些假設(shè)必須與客觀實(shí)際相符合。
第三、模型建立。進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型的建立,以實(shí)際問題的特征為依據(jù),決定使用的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)工具的類型。通常,以能夠達(dá)到預(yù)期的目的為前提,選擇的越簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行建模越好。
第四、模型求解。模型建立者需要對(duì)上述過程中獲取的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行利用,計(jì)算模型中的參數(shù),對(duì)模型進(jìn)行求解。在必要時(shí),可以使用計(jì)算機(jī)為輔助工具。
第五、模型分析、檢驗(yàn)。對(duì)模型的結(jié)果在數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)上與實(shí)際情形進(jìn)行比較,從而對(duì)模型的合理性、準(zhǔn)確性、適用性進(jìn)行驗(yàn)證。如果吻合,則進(jìn)行解釋、應(yīng)用,如果不吻合,則修改、重建。
現(xiàn)實(shí)中的問題是錯(cuò)綜復(fù)雜的,必然的因果關(guān)系與偶然的因果關(guān)系都存在其中,所以,我們必須將主要原因從雜亂無章的現(xiàn)象中尋找出來,對(duì)變量進(jìn)行確定,并使變量之間的內(nèi)在聯(lián)系顯現(xiàn)出來。
二、以最優(yōu)化理論看待數(shù)學(xué)建模
數(shù)學(xué)建模的關(guān)鍵在于一個(gè)“建”字,但一旦數(shù)學(xué)模型建立起來之后,對(duì)于它的求解就顯得很重要了。一般的數(shù)學(xué)模型所涉及的問題都是一個(gè)最優(yōu)化問題,即在一些約束的條件下,如何使得模型的解達(dá)到最優(yōu)?一般的數(shù)學(xué)模型中抽象出來的最優(yōu)化問題具有如下的形式:
min f(X)
s. t. AX≥b.
這種問題根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的特點(diǎn)可分為很多類,都是運(yùn)籌學(xué)的分支,如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、圖論、目標(biāo)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題等等。無論怎樣,如果一個(gè)數(shù)學(xué)模型不能用初等的數(shù)學(xué)理論解決,也不能用常微分方程理論解決的話,那它一定就是用最優(yōu)化的理論來解決。
最優(yōu)化理論廣泛地應(yīng)用于管理科學(xué)、科學(xué)技術(shù)和生活實(shí)踐中,而線性規(guī)劃問題因?yàn)橛衅毡檫m用的單純形法,故而其理論和應(yīng)用都非常完善。所以目前研究較多的當(dāng)屬非線性規(guī)劃理論和其它的優(yōu)化問題。類似于高等數(shù)學(xué)中一切非線性的函數(shù)都盡量對(duì)它進(jìn)行局部線性化的思想使問題簡(jiǎn)單化,非線性規(guī)劃問題求解的總體思想也是如此。盡量將非線性規(guī)劃問題局部線性化來解決。
下面我們?cè)倏匆粋€(gè)用匈牙利算法求解指派問題的例子。
例:有甲、乙、丙、丁四人完成A、B、C、D四項(xiàng)任務(wù),他們完成各項(xiàng)任務(wù)的時(shí)間見右表,問應(yīng)如何安排,使所需總時(shí)間最少?
A
B
C
D
甲
2
15
13
4
乙
10
4
14
15
丙
9
14
16
13
丁
7
8
11
9
這類問題一建立模型后,我們應(yīng)清楚地知道我們遇到了一個(gè)指派問題,而求解指派問題的最簡(jiǎn)單的方法就是匈牙利算法。否則,若不能認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn),用一般的方法建立模型求解,可能會(huì)用到求解整數(shù)規(guī)劃的分枝定界法或是求解0-1規(guī)劃的隱枚舉法,那都將是很復(fù)雜的。下面我們用匈牙利算法求解:
這樣很快得到最優(yōu)的安排是甲D、乙B、丙A、丁C。
以上通過兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子,我們討論了求解數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)單方法。數(shù)學(xué)建模的“建”完成之后,關(guān)鍵一步就是模型的求解,而最優(yōu)化理論的掌握程度,是否具有厚、博、精的優(yōu)化理論知識(shí)對(duì)能否完整地求解此模型起到了非常重要的作用。
綜上所述,在數(shù)學(xué)建模和最優(yōu)化理論之間,二者是相輔相成的關(guān)系。生活和實(shí)踐是數(shù)學(xué)模型的源泉,在實(shí)際生活中,模型將會(huì)隨著層見疊出的問題而越來越龐大、越來越復(fù)雜,因而,最優(yōu)化理論的發(fā)展會(huì)不斷地在模型的建立過程中挑戰(zhàn)、發(fā)展。從另外一個(gè)角度看,在這個(gè)不斷得到豐富、完善的最優(yōu)化理論的影響下,數(shù)學(xué)模型的求解也會(huì)得到不斷地促進(jìn)而越來越優(yōu)化,為實(shí)際問題的發(fā)展帶來突破性。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:大學(xué)數(shù)學(xué);建模思想;滲透;策略
二十世紀(jì)以前,數(shù)學(xué)主要由分析、幾何、代數(shù)、算數(shù)等幾門經(jīng)典學(xué)科構(gòu)成,二十世紀(jì)以后,數(shù)學(xué)開始以前所未有的深度與廣度向其他技術(shù)與科學(xué)領(lǐng)域滲透,數(shù)學(xué)的應(yīng)用范圍正在逐漸擴(kuò)大。二十一世紀(jì),是工程數(shù)學(xué)與科學(xué)化的時(shí)代,做好大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)工作相當(dāng)重要。
一、在定理公式證明中滲透數(shù)學(xué)建模思想
結(jié)合數(shù)學(xué)建模思想,在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中將公式與定理的條件作為模型假設(shè),按照提前設(shè)定的問題情境,逐步指導(dǎo)學(xué)生探索、發(fā)現(xiàn)這些公式與定理。這種教學(xué)方式有別于傳統(tǒng)死記硬背公式定理的教學(xué)方式,學(xué)生更容易理解與記憶。
二、在概念教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想
大學(xué)數(shù)學(xué)中的定積分、不定積分、導(dǎo)數(shù)以及極限等等概念都非常抽象,學(xué)生理解起來異常困難。而傳統(tǒng)的教學(xué)方式便是針對(duì)所有專業(yè)講授同樣的數(shù)學(xué)理論,這樣學(xué)生不但不能很好地理解知識(shí),反而更加困惑了。針對(duì)這樣的問題,筆者建議根據(jù)不同的專業(yè)進(jìn)行授課。結(jié)合不同專業(yè)的實(shí)際情況,先給出問題,而后構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,并通過解決問題抽象得出數(shù)學(xué)概念。如此,學(xué)生便能夠很好地理解知識(shí)。
三、在習(xí)題練習(xí)中滲透數(shù)學(xué)建模思想
當(dāng)前大學(xué)數(shù)學(xué)教材的許多習(xí)題中,極少有應(yīng)用題,即便有也僅是一些條件充分、結(jié)果明確的練習(xí)題,不能幫助學(xué)生提升創(chuàng)造性思維以及培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的意識(shí)。因此,筆者建議在練習(xí)題中滲透數(shù)學(xué)建模思想,可以“就地取材”,改換或者減弱課本教材中一些習(xí)題的條件,轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚣ぐl(fā)學(xué)生的探索熱情且符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)建模習(xí)題。如此,學(xué)生便能夠在習(xí)題解答中得到思維的拓展、提升應(yīng)用能力。
在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想,能夠幫助學(xué)生更好地理解知識(shí),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。本文筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)論述了在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想的策略,分別從定理公式的證明中、概念教學(xué)中以及習(xí)題練習(xí)中進(jìn)行了一一論述,希望能給予教育工作者一點(diǎn)兒建設(shè)性意見。
數(shù)學(xué)建模思想在數(shù)學(xué)教學(xué)中原則
大多數(shù)高中階段的學(xué)生具備了數(shù)學(xué)推理能力和邏輯抽象思維能力,故數(shù)學(xué)建模思想在客觀上存在了在學(xué)校平時(shí)的教學(xué)中生根發(fā)芽、茁壯成長(zhǎng)的優(yōu)良土壤,如果這時(shí)數(shù)學(xué)教師在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中給學(xué)生有意識(shí)地傳播數(shù)學(xué)建模思想的種子,數(shù)學(xué)建模的思想很快就會(huì)在學(xué)生的頭腦里成長(zhǎng)起來,從此以后,學(xué)生就會(huì)多方位、寬視角來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí),將知識(shí)在實(shí)踐中運(yùn)用、在實(shí)踐中把知識(shí)升華,讓理論和實(shí)踐相互結(jié)合、相互促進(jìn)。故數(shù)學(xué)建模思想在數(shù)學(xué)教學(xué)中實(shí)施必須遵循一定的原則。
(一)可行性原則
讓學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)知識(shí)和掌握必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是學(xué)校數(shù)學(xué)教育的首要目的,也就是說為學(xué)生將來接受高等教育和在工作中自學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)作一定的準(zhǔn)備工作。數(shù)學(xué)是一門源于生活并能較好地適用于生活、指導(dǎo)生活的學(xué)科,所以教師在平時(shí)的課堂教學(xué)里將生活中的實(shí)際問題與所授數(shù)學(xué)知識(shí)相結(jié)合更能有效地提高課堂教學(xué)效率?,F(xiàn)代社會(huì),網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遍及我們生活的方方面面,當(dāng)然我們的學(xué)生也具備了一定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)水平。學(xué)生完全可以借助網(wǎng)絡(luò)海量的知識(shí)儲(chǔ)備和強(qiáng)大的引擎搜索能力對(duì)某一方面的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行初步的了解和深入的探究,而數(shù)學(xué)建模一般都需要一定程度地了解生活中的某些問題,再根據(jù)具體實(shí)際問題產(chǎn)生的原因及其性質(zhì)建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型來使問題得到解答的過程,學(xué)生時(shí)代是一個(gè)人了解世界、認(rèn)識(shí)世界的剛起步階段,故在課堂中引入數(shù)學(xué)建模的思想也是為了學(xué)生更好地加深對(duì)世界的了解[2]。再者,高中階段的學(xué)生從小學(xué)就開始了對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的積累,具備了一定的數(shù)學(xué)理論,如等比數(shù)列、集合、簡(jiǎn)單的導(dǎo)數(shù)和初步的積分等,但總體而言,學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)還僅僅停留在數(shù)學(xué)知識(shí)只可以用來應(yīng)對(duì)考試上,如果數(shù)學(xué)教師在課堂上能夠及時(shí)地引入生活中的一些問題,并運(yùn)用該數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際的生活問題進(jìn)行建模,使實(shí)際問題得到完美的解答,這不僅能讓學(xué)生知曉數(shù)學(xué)的強(qiáng)大威力更能極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情和引起學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。比如教師在講授等比數(shù)列知識(shí)時(shí),完全可以引入居民銀行儲(chǔ)蓄問題,講解線性規(guī)劃時(shí)引入卡車運(yùn)輸最優(yōu)方式問題。這樣不僅讓學(xué)生體會(huì)到了擁有知識(shí)的成就感,還能反過來加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的深度理解并在深度理解的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)。故在學(xué)校的數(shù)學(xué)教學(xué)中引入數(shù)學(xué)建模的思想和方法是可行的。
(二)必要性原則
學(xué)生高中階段所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)大多數(shù)是比較基礎(chǔ)的知識(shí),但正是這種最為基礎(chǔ)的知識(shí)才給高大的“數(shù)學(xué)大廈”的建立奠定了堅(jiān)實(shí)牢固的地基,它是學(xué)習(xí)各種高級(jí)數(shù)學(xué)知識(shí)、發(fā)展各種科學(xué)技術(shù)的必要條件,故高中階段數(shù)學(xué)知識(shí)和相關(guān)數(shù)學(xué)思想的重要性是不言而喻的。但當(dāng)前的學(xué)校數(shù)學(xué)教育模式仍然存在著忽略數(shù)學(xué)基本定理及基本數(shù)學(xué)概念形成的實(shí)際過程、基本理論的幾何意義,過分強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)知識(shí)體系的嚴(yán)謹(jǐn)性以及數(shù)學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的完整性等問題。學(xué)生在數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)中必然要面對(duì)形形的數(shù)學(xué)定義及概念、各種各樣的數(shù)學(xué)定理和許多復(fù)雜抽象的數(shù)學(xué)公式,因?yàn)樵跀?shù)學(xué)教學(xué)過程中教師忽略了數(shù)學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活之間的密切關(guān)聯(lián)性,所以特別容易造成學(xué)生迷茫和厭學(xué)的情緒,最后喪失對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。故教師在數(shù)學(xué)的授課中要十分注意加強(qiáng)數(shù)學(xué)理論與生活實(shí)踐的巧妙結(jié)合,使學(xué)生喜歡學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)建模恰好就是能巧妙地將數(shù)學(xué)理論與實(shí)際問題聯(lián)系起來的紐帶[3]。數(shù)學(xué)建模是學(xué)生通過對(duì)所研究的實(shí)際問題進(jìn)行廣泛地收集資料和數(shù)據(jù),在經(jīng)過仔細(xì)的研究觀察事物的固有規(guī)律和內(nèi)在特征,知曉問題的主要矛盾,在這個(gè)基礎(chǔ)上運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)理論知識(shí)、數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)思想對(duì)該問題合理建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,再運(yùn)用計(jì)算機(jī)等工具求解建立起來的數(shù)學(xué)模型,把得到的數(shù)學(xué)結(jié)果再拿回到實(shí)際問題中驗(yàn)證、分析,根據(jù)誤差出現(xiàn)的原因?qū)?shù)學(xué)模型進(jìn)行修改和完善使實(shí)際問題得到徹底解決的過程。故對(duì)實(shí)際問題數(shù)學(xué)建模的過程也是一個(gè)充分加強(qiáng)數(shù)學(xué)理論與數(shù)學(xué)實(shí)踐的過程。學(xué)生數(shù)學(xué)建模的過程不僅需要對(duì)實(shí)際的問題進(jìn)行分析、提煉、歸納和總結(jié),還必須對(duì)該問題所涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行推理演繹,使之徹底唯理化。這個(gè)過程將對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有極大地提高。故在學(xué)校教學(xué)中引入數(shù)學(xué)建模思想是相當(dāng)必要的。
(三)教師高素質(zhì)化原則
教師是學(xué)校課堂教學(xué)的主導(dǎo)者,能否在數(shù)學(xué)課堂中順利向?qū)W生滲透數(shù)學(xué)建模的思想,關(guān)鍵在于任課教師的素質(zhì)。故教師強(qiáng)大的知識(shí)結(jié)構(gòu)就自然而然地成了數(shù)學(xué)建模成功實(shí)施的保障?,F(xiàn)在學(xué)校的一些教師由于傳統(tǒng)教育思想的根深蒂固,將數(shù)學(xué)教學(xué)簡(jiǎn)單粗糙地認(rèn)為數(shù)學(xué)知識(shí)的唯一功能就是應(yīng)付數(shù)學(xué)考試,造成學(xué)生數(shù)學(xué)的含義理解不清、定位不準(zhǔn),只能勉強(qiáng)識(shí)記一些數(shù)學(xué)公式及解題技巧,全然談不上對(duì)數(shù)學(xué)意義和實(shí)際運(yùn)用的探究。還有一些教師“只見樹木,不見森林”,認(rèn)為數(shù)學(xué)教學(xué)只是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問題,只要具備了“淵博”的數(shù)學(xué)知識(shí)就一定可以把學(xué)生的數(shù)學(xué)教好,全然不顧數(shù)學(xué)學(xué)科與其他許多學(xué)科相融合關(guān)聯(lián),這類教師也因知識(shí)面不很開闊或教學(xué)思想不夠開闊不能勝任數(shù)學(xué)建模的重任。故要想數(shù)學(xué)建模思想之花在校園教學(xué)的熱土中綻放光彩,就必須對(duì)學(xué)?,F(xiàn)行教學(xué)模式進(jìn)行深化改革以讓教師樹立新式的教學(xué)價(jià)值觀。只有教師具備了廣闊的知識(shí)面和眼界、對(duì)數(shù)學(xué)擁有足夠深刻的理解、一定的數(shù)學(xué)建模意識(shí)和數(shù)學(xué)建模能力才能在課堂上順利引進(jìn)并成功實(shí)施,否則的話,實(shí)踐數(shù)學(xué)建模思想就是無源之水、無本之木。故在課堂上實(shí)施數(shù)學(xué)建模思想必須有高素質(zhì)的數(shù)學(xué)教師來保駕護(hù)航。
在學(xué)校教學(xué)中應(yīng)用數(shù)學(xué)建模思想的一般步驟
我國(guó)著名數(shù)學(xué)家李大潛院士曾這樣描述數(shù)學(xué)建模思想———“數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)應(yīng)該將數(shù)學(xué)建模的方法和思想融入教學(xué)的過程中”[4]。在李大潛院士的影響下,一些學(xué)校都一定程度地將數(shù)學(xué)建模思想和方法引進(jìn)到平時(shí)課堂的數(shù)學(xué)教學(xué)中。那么如何在堂課數(shù)學(xué)教學(xué)中引入數(shù)學(xué)建模思想呢?其步驟一般如下:
第一,教師要結(jié)合課本,把應(yīng)用題作為數(shù)學(xué)建模方法的起始點(diǎn)。在這一步驟中,教師要結(jié)合課本內(nèi)容將課本中的知識(shí)與生活實(shí)際問題相聯(lián)系,加強(qiáng)對(duì)應(yīng)用題的分析與解答,讓學(xué)生充分感受數(shù)學(xué)知識(shí)在實(shí)際生活中的價(jià)值,激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)動(dòng)力,享受數(shù)學(xué)知識(shí)運(yùn)用的樂趣,并加深學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的初步認(rèn)識(shí)[5]。在這一步驟中,教師在應(yīng)用題的選取上要拿捏得當(dāng),選擇的太簡(jiǎn)單容易使學(xué)生產(chǎn)生一種“數(shù)學(xué)建模特別簡(jiǎn)單,不學(xué)都會(huì)”的錯(cuò)覺,進(jìn)而態(tài)度浮躁;相反,如果選取的太過困難,會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的積極性造成重大打擊,失去對(duì)數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的興趣。在應(yīng)用題的情景中,應(yīng)選擇比較貼近現(xiàn)實(shí)生活的例子,比如運(yùn)用數(shù)列知識(shí)來計(jì)算電影院的座位個(gè)數(shù)。這一步的首要任務(wù)是將數(shù)學(xué)建模思想順理成章地引入到數(shù)學(xué)建模的實(shí)際操作中,重點(diǎn)是有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生的文字閱讀理解水平和培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)語(yǔ)言轉(zhuǎn)化的能力。在這個(gè)過程中教師要積極指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)該如何確定實(shí)際問題的性質(zhì)與具體數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)應(yīng)性關(guān)系以使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模思想有一個(gè)相對(duì)深刻的認(rèn)識(shí)和理解。第二,教師在數(shù)學(xué)教學(xué)課堂上舉辦一定量的數(shù)學(xué)建模專題活動(dòng)。通過對(duì)第一步驟的認(rèn)真執(zhí)行,學(xué)生已經(jīng)對(duì)數(shù)學(xué)建模思想有了較為深刻的認(rèn)識(shí)并擁有了初步的數(shù)學(xué)建模能力。這一
步主要是讓學(xué)生親自動(dòng)手對(duì)所要研究的實(shí)際問題進(jìn)行摸索探究,在實(shí)際問題的練習(xí)中學(xué)習(xí)知識(shí)、使用知識(shí)??傊?,讓學(xué)生在實(shí)踐中體味數(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、運(yùn)用數(shù)學(xué)。教師可以針對(duì)某一具體問題專門組織一次數(shù)學(xué)建?;顒?dòng),將班級(jí)的同學(xué)分為不同的小組,各個(gè)小組各司其職、協(xié)同合作,最終完成一個(gè)相對(duì)完善的數(shù)學(xué)建模報(bào)告。
【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新思維;數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽;高職數(shù)學(xué)教學(xué)
近年來,高等職業(yè)教育蓬勃發(fā)展,為服務(wù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)培養(yǎng)了大量高層次技術(shù)技能人才.據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年全國(guó)獨(dú)立設(shè)置的高職院校達(dá)1341所,招生數(shù)348萬,畢業(yè)生數(shù)322萬,在校生數(shù)1048萬,占高等教育的41.2%.高等職業(yè)教育已經(jīng)占據(jù)中國(guó)高等教育的半壁江山,為實(shí)現(xiàn)高等教育大眾化發(fā)揮了基礎(chǔ)性和決定性作用,成為加快推進(jìn)現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)的中堅(jiān)力量.加強(qiáng)高職學(xué)生的創(chuàng)新能力,對(duì)增強(qiáng)高職院校競(jìng)爭(zhēng)力,提高高職教育教學(xué)質(zhì)量都顯得十分重要.
一、加強(qiáng)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)對(duì)提高高職學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性
培養(yǎng)創(chuàng)新性思維是提高創(chuàng)新能力的核心環(huán)節(jié).創(chuàng)新性思維既可以推進(jìn)理論發(fā)展,又可以促進(jìn)實(shí)踐變革,是帶有開拓性和挑戰(zhàn)性的新鮮、新奇、新穎的創(chuàng)造活動(dòng).創(chuàng)新性思維不僅具有創(chuàng)新性、突破性,而且具有開拓性和綜合性的特點(diǎn).不管是個(gè)人、集體還是國(guó)家,創(chuàng)造意識(shí)越強(qiáng),創(chuàng)造性思維越活躍,創(chuàng)新能力就越強(qiáng).當(dāng)今是創(chuàng)造力空前活躍的時(shí)代.國(guó)際上日趨激烈的科技競(jìng)爭(zhēng)、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的核心要素就是創(chuàng)造性思維的競(jìng)爭(zhēng),各國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)說到底是人才的競(jìng)爭(zhēng).而衡量人才的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)就是是否具有創(chuàng)造性思維的能力.在科技革命迅猛發(fā)展的新世紀(jì),科技創(chuàng)新越來越成為當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)力解放和發(fā)展的重要基礎(chǔ)和標(biāo)志,越來越?jīng)Q定一個(gè)民族和國(guó)家的發(fā)展進(jìn)程和國(guó)際地位.在這樣的形勢(shì)面前,敢不敢創(chuàng)新,能不能創(chuàng)新,關(guān)鍵在于是否善于培養(yǎng)創(chuàng)新性思維,是否能夠培養(yǎng)出一批具有創(chuàng)新性思維的人才進(jìn)而抓住新一輪科技革命的機(jī)遇[1].
二、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)高職學(xué)生創(chuàng)新思維的作用
數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)大不相同,不是傳統(tǒng)的以教師講授為主的滿堂灌的學(xué)習(xí)方式,而是真正的以學(xué)生為主,利用所學(xué)的知識(shí),并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料去分析問題,從而建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,最終利用合理的數(shù)學(xué)計(jì)算方法并結(jié)合計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解的創(chuàng)新型科研活動(dòng).因此,通過數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,不僅能豐富高職學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí),鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力,而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也有十分重要的意義.結(jié)合我校近五年來培訓(xùn)及組織學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的經(jīng)歷,數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽對(duì)高職學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.(一)賽題內(nèi)容的多樣性和實(shí)際性可激發(fā)學(xué)生的求知興趣,培養(yǎng)高職學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.興趣是最好的老師,只有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,他們才能集中注意力去學(xué)習(xí)和探索,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的求知欲望和探索精神.激發(fā)學(xué)生的求知興趣是培養(yǎng)創(chuàng)新性思維能力的前提.?dāng)?shù)學(xué)建模競(jìng)賽是一種創(chuàng)新型的科研活動(dòng),競(jìng)賽題目來自于實(shí)際問題,例如,2012年高職組的賽題分別是機(jī)器人的避障問題和腦卒中發(fā)病問題的研究,2014年的賽題分別是藥品柜的設(shè)計(jì)和養(yǎng)豬場(chǎng)的設(shè)計(jì)的分析等等.由此可見數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽題目與傳統(tǒng)的競(jìng)賽題目不同,它源于生活領(lǐng)域的各個(gè)方面,需要學(xué)生了解和查閱相關(guān)的知識(shí)并利用數(shù)學(xué)的方法建立模型.由于題目都是實(shí)際生活中的問題,這也能讓學(xué)生產(chǎn)生熟悉和親功的心理,從而激發(fā)學(xué)生的求知興趣,讓學(xué)生有意識(shí)地進(jìn)行探索和分析.(二)賽題組織形式的獨(dú)特性可有效地開拓學(xué)生的知識(shí).領(lǐng)域,培養(yǎng)高職學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的組織形式不同于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)競(jìng)賽,它是由三個(gè)人組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)參與競(jìng)賽,且可以在互聯(lián)網(wǎng)上自主地搜索各種相關(guān)資料的競(jìng)賽.大多數(shù)高職學(xué)生都沒有參加競(jìng)賽的經(jīng)歷,且對(duì)于參加競(jìng)賽十分不自信.然而數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的團(tuán)隊(duì)合作的形式能夠增強(qiáng)他們的自信心,且三個(gè)人在討論交流的過程中也能擦出新火花,產(chǎn)生新思想,從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維.同時(shí)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽需要結(jié)合實(shí)際問題查閱大量的相關(guān)資料,把握問題的特點(diǎn),分析問題并建立數(shù)學(xué)模型.學(xué)生在查閱資料的過程中,不僅能學(xué)到很多知識(shí),而且必須對(duì)查閱的相關(guān)資料進(jìn)行有針對(duì)性的選擇和重組,這一過程也能有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.(三)賽題結(jié)果的開放性有利于鼓勵(lì)學(xué)生探索求異,培養(yǎng)高職學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.?dāng)?shù)學(xué)建模競(jìng)賽要解決的是一名學(xué)生從未見過的實(shí)際問題,沒有現(xiàn)成的模型和方案.解決的方案不同,得到的結(jié)果也不相同.但只要解決的方法切合實(shí)際且有創(chuàng)新性,都能在競(jìng)賽中取得好成績(jī).因此在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中,學(xué)生必須合理地利用查閱到的資料,準(zhǔn)確地分析問題的實(shí)際背景,把握問題的關(guān)鍵,揭示問題的本質(zhì)并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型.這些都對(duì)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維能力提出了很高的要求.通過三天三夜的競(jìng)賽,學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維能力都能得到較好的鍛煉[2].
三、結(jié)合數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,探索高職數(shù)學(xué)教學(xué)改革,培養(yǎng)高職學(xué)生創(chuàng)新思維,提高高職學(xué)生的創(chuàng)新能力
(一)結(jié)合數(shù)學(xué)建模思想,大力推進(jìn)教材改革.通過對(duì)150名了解數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的高職學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查顯示,有74.12%(比重排第二)的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽賽題的實(shí)際性有利于培養(yǎng)高職學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.高職學(xué)生錄取分?jǐn)?shù)較低,學(xué)習(xí)能力差,特別是對(duì)于數(shù)學(xué),理論基礎(chǔ)差,計(jì)算能力弱,且大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為學(xué)數(shù)學(xué)沒用,早已放棄對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí).而在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中引入數(shù)學(xué)建模案例,能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓他們體驗(yàn)到數(shù)學(xué)的實(shí)用性,從而進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)和探索,培養(yǎng)其創(chuàng)新思維.在高職教學(xué)中引入數(shù)學(xué)建模案例,主要體現(xiàn)在教材的改革中.教材是教師備課的主要依據(jù),也是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要工具.在教材中引入適量的數(shù)學(xué)建模案例,不僅能弱化理論知識(shí),還能增強(qiáng)知識(shí)的趣味性和實(shí)用性.案例的選擇要注意以下幾個(gè)方面.首先,案例要盡可能的貼近學(xué)生的實(shí)際生活.只有貼近學(xué)生實(shí)際生活的例子才能吸引大多數(shù)學(xué)生的注意力,引發(fā)他們的興趣,從而激發(fā)他們進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí).例如,人口增長(zhǎng)模型、減肥模型、雨中行走模型等等.其次,案例中知識(shí)點(diǎn)要盡可能的簡(jiǎn)單易懂.高職學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)極不自信,利用原理簡(jiǎn)單的案例進(jìn)行分析,有利于增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的自信心,從而激發(fā)他們進(jìn)行更深層次的思考,例如,易拉罐的設(shè)計(jì).(二)積極開展第二課堂,普及數(shù)學(xué)建模思想.近年來,高職院校為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,加大專業(yè)建設(shè)力度,進(jìn)行了大量的改革.然而,由于總學(xué)時(shí)的嚴(yán)重缺乏,導(dǎo)致公共基礎(chǔ)課被不斷地壓縮.?dāng)?shù)學(xué)課時(shí)的大量縮減,使得數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容不斷地被刪減.?dāng)?shù)學(xué)建模思想的學(xué)習(xí)需要循序漸進(jìn),有限的課時(shí)顯然不能滿足這一需求,需要大力開展第二課堂.目前第二課堂的形式主要有數(shù)學(xué)建模選修課和數(shù)學(xué)建模社團(tuán).公選課不僅補(bǔ)充了課時(shí)不足的特點(diǎn),更重要的是授課方式靈活,內(nèi)容豐富多彩,還可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況因材施教.社團(tuán)活動(dòng)可加強(qiáng)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的交流,同時(shí)通過不定期的專家講座也能提升學(xué)生的知識(shí)面.第二課堂的開展首先必須面向所有學(xué)生,讓大多數(shù)學(xué)生了解數(shù)學(xué)建模思想,學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)思想分析簡(jiǎn)單的生活問題.其次,第二課堂應(yīng)該提供必需的實(shí)訓(xùn)條件.?dāng)?shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是數(shù)學(xué)建模的一部分,問題的求解必須利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程求解,實(shí)訓(xùn)條件是必不可少的.第三,社團(tuán)活動(dòng)必須由建模經(jīng)驗(yàn)豐富的教師進(jìn)行全程指導(dǎo).?dāng)?shù)學(xué)建模社團(tuán)是以學(xué)習(xí)和競(jìng)賽為主的社團(tuán),而學(xué)習(xí)和競(jìng)賽是高職學(xué)生的弱項(xiàng),為了社團(tuán)活動(dòng)有效順利地開展,需要經(jīng)驗(yàn)豐富的教師全面計(jì)劃和組織.(三)鼓勵(lì)和組織學(xué)生積極參與各種數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,讓越來越多的高職學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的全過程,從而促進(jìn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng).通過對(duì)150名了解數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的高職學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查顯示,75.29%(比重排第一)的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)合作的形式有利于培養(yǎng)高職學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.團(tuán)隊(duì)合作是數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽不同于傳統(tǒng)競(jìng)賽的一大特點(diǎn).團(tuán)隊(duì)合作的形式能夠增強(qiáng)高職學(xué)生的自信心和參賽熱情.然而,全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽只是少數(shù)學(xué)生的競(jìng)賽,大多數(shù)學(xué)生都沒有機(jī)會(huì)體驗(yàn)這一過程.只有讓學(xué)生參與到競(jìng)賽中,才能讓他們體會(huì)到數(shù)學(xué)建模的全過程,通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作、共同探討,促進(jìn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng).因此,除了全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽以外,學(xué)校應(yīng)該多組織和鼓勵(lì)學(xué)生參加各種數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽.例如,校級(jí)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、華中杯數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、網(wǎng)絡(luò)杯挑戰(zhàn)賽等.指導(dǎo)教師在競(jìng)賽前應(yīng)對(duì)賽題進(jìn)行把關(guān),盡量為高職學(xué)生選擇適合他們的賽題,超出他們能力范圍的題目會(huì)嚴(yán)重打擊他們的積極性.其次賽后應(yīng)對(duì)學(xué)生的模型進(jìn)行有針對(duì)性的分析和講解,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行后續(xù)的研究,以此激勵(lì)學(xué)生繼續(xù)探索,進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新思維.
作者:胡芬 單位:長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院公共課部
【參考文獻(xiàn)】
一、小學(xué)數(shù)學(xué)模型思想
在整數(shù)的運(yùn)算中,學(xué)生掌握的整數(shù)四項(xiàng)基本單向運(yùn)算的方法是小學(xué)接觸的數(shù)學(xué)模型,十進(jìn)制是表示數(shù)的基本模型,是日常生活中使用最多的計(jì)數(shù)方法。一年級(jí)學(xué)生接觸的“湊十法”與“破十法”就是以其為基礎(chǔ)“一看(看大數(shù))、二拆(拆小數(shù))、三湊十、四連加”的思考過程,實(shí)際上就是學(xué)生在教師指導(dǎo)下建立的較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。因此,在小學(xué)生的數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,不可避免地要用到數(shù)學(xué)建模思想。
二、開展數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)的途徑
數(shù)學(xué)建模活動(dòng)的開展是為了培養(yǎng)學(xué)生的思維能力以及創(chuàng)新能力,因此,在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中要革新思想,用數(shù)學(xué)建模的思想去進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)。開展數(shù)學(xué)建模活動(dòng)需要老師和學(xué)生的共同努力,老師要加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)建模的重視,在教學(xué)過程中滲透建模思想,學(xué)生要積極配合老師,團(tuán)結(jié)合作共同完成建模過程。
數(shù)學(xué)建模的過程離不開資料的收集,因此,教師可以結(jié)合教材創(chuàng)造數(shù)學(xué)情境,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中獲得“搜集資料、建立模型、解答問題”的體驗(yàn)。例如,西師版教材中三年級(jí)上的第九章的總復(fù)習(xí)――數(shù)學(xué)文化:中國(guó)的四大發(fā)明之一――指南針,四面八方,平年、閏年的來歷,可以通過讓學(xué)生收集資料,并解答相應(yīng)的問題,通過合作、收集資料、解答的過程體驗(yàn)數(shù)學(xué)建模。
上好實(shí)踐活動(dòng)課程對(duì)學(xué)生模仿建模有很好的指引作用,老師在教學(xué)過程中給學(xué)生提供信息資料,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析以及資料的收集,提高學(xué)生的思維能力。結(jié)合教材內(nèi)容,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,并融入生活中。例如,西師版教材中實(shí)踐活動(dòng)――做一個(gè)家庭年歷,結(jié)合生活實(shí)際,同時(shí)在要求學(xué)生理解年、月、日概念的情況下,考慮當(dāng)下的問題背景:今年是什么年份,有幾月,一月有幾天,并對(duì)年歷進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃,是一個(gè)很好的建模過程。
改編教學(xué)習(xí)題,使數(shù)學(xué)建模成為一種自覺行為。例如,在西師版小學(xué)數(shù)學(xué)中關(guān)于圓柱體和正方體體積的計(jì)算中,通過建立數(shù)學(xué)關(guān)系,探討圓柱與正方體的關(guān)系,在體積相同時(shí),圓柱的底面半徑、周長(zhǎng)、高與長(zhǎng)方體的長(zhǎng)寬高的聯(lián)系(圓柱的底面半徑等于長(zhǎng)方體的高,底面周長(zhǎng)等于長(zhǎng)方體的長(zhǎng),圓柱的高等于長(zhǎng)方體的寬),進(jìn)而解決練習(xí)題中關(guān)于圓柱和長(zhǎng)方體體積的轉(zhuǎn)變計(jì)算。
三、數(shù)學(xué)建模思想在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
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