【摘要】建模作为一种形象直观的辅助教学手段,在初中数学教学过程中发挥着举足轻重的作用。本文根据笔者实践教学经验,主要就如何通过建立数学模型来提升初中生数学应用题解题能力问题进行了浅要探讨与分析。
关键词初中数学;应用题;建立模型;解题能力
引言
在课改的推动下,数学教学要以创新的模式进行讲解,其中数学建模就是方法之一。教师应利用数学建模的方式,把抽象的现象和过程形象化、直观化。在教学过程中,不断向同学们渗透数学建模的意识,有意识的利用数学建模的方法来解决应用题,以切实提升学生应用题的解题能力。
1.什么是数学建模
数学建模就是对一特定的对象做出简化和假设来达到某种目的。例如运用数学工具得到数学模型,再用数学模型来解决特定的现象或状况,常见的数学模型为:实际问题模型假设模型建立模型求解模型分析检验与评价应用。利用数学模型解决实际问题,可以解决很多理论很难让同学们理解的问题。例如欧几里得几何和万有引力定律都是数学建模的典范。如今,计算机的广泛应用,使数学建模的应用就显得更加容易,更加有意义。
针对初中生,教师要从课本知识出发,并对教学知识进行创新,不断渗透建模意识。教师可以从学生理解的日常生活入手。例如:小明买四支铅笔和五本练习本的钱不到二十二元,而买六支铅笔和三本练习本的钱就超过了二十四元。问同学们,两支铅笔和三本练习本哪种更贵?
解析:教师让同学们根据自己的理解进行讨论,然后再由教师引入课本知识“不等式”的概念,设铅笔的价钱为X元,练习本的价钱为Y元。将实际问题转化为不等式组4X+5Y<22,6X+3Y>24。这样,既加深了同学们对课本知识的理解,也学会了如何用理论解决实际问题的方法。
2.数学建模的特点
初中数学建模教学的特点比较突出:一、它的起点比较低,且容易掌握。教师可以从生活中选取学生比较容易接受的素材。这样根据学生的认知水平而选取的事例,可以更容易让学生接受。二、它具有非常大的趣味性。玩是孩子的天性,孩子的这个特点决定了他们对于有趣味性的知识还是乐于接受的。教师可以利用数学建模教学来摒弃以往课堂中的那种枯燥的模式。用恰当、有趣的素材来构建生动、有趣的课堂。让学生在学到知识的同时,也得到快乐。三、教师在教授知识的同时,还应该教授方法。不仅让学生学到知识,更应该让他们掌握学习方法。教师应摒弃那种填鸭式的教学方式,让课堂充满活泼的氛围,让好的教学方法贯穿整个课堂。四、在数学教学过程中,教师应注重教学与其他学科的联系,让学生学会将各科知识之间相联系。以此,来提高学生的科学素养。
3.数学应用题解题建模方法分析
3.1以课本知识为基础,联系生活实际问题建立数学模型
教学离不开课本,教师要以课本知识为指导,并把数学融入到现实生活中去。比如给同学们列举投资买卖,银行存取,车程计费,商品批发等方面的生活常识。合理选材,建立模型解决应用问题。即创设问题情境,建立数学模型,导入学习课题,研究解决问题。
例题:某工厂将成本为八元的商品按每件十元批发出去,每天可批发出去二百件,现在改变批发策略,提高批发价格,降低批发量。已知这种商品每涨价0.5元,批发量就下降10件。问应将商品的批发价格定为多少元时,才能使工厂的利润最大?
解析:这道题利用方程解决实际问题,设提高了X元,则每件商品的利润为(2+X)元,而每天的批发量就变为(200-10X/0.5)件,所得利润为W=(2+X)(200-10X/0.5)=-20(X-4)(X-4)+720,此方程为一元二次方程,可以引入直角坐标系,画出图像。同学们可以直观的发现X=4时,工厂所得利润最大。
3.2联系社会热点,渗透建模方法
教师可以紧密联系社会,在课堂上引入同学们感兴趣的社会问题,比如成本、利润、股票、、保险、投资、旅游等,这些都是建模很好的素材。教师可以适当选材,融入教学。教师要有意识的去给同学们灌输数学建模的思想,逐渐培养同学们的自主建模能力。
例如:八年级同学组织去划船,有甲乙两种方案,两种方案的票价一样,但是优惠政策不一样,甲方案为每五人中有一人可以免费,乙方案为所有人均按三分之二票价计算。问选择哪种方案更划算。
解析:这是一道和旅游十分接近的题目,同学们很容易接受,但是此题具有一定的难度,因为未知量较多,题目没有给出具体票价,也没有给出具体人数。这就需要同学们动脑筋了。教师最好让同学们进行分组讨论,假如以本班为例,试着做出划算的选择。然后,教师再进行理论分析。
4.数学建模的阻碍因素
(1)长期以来的应试教育决定了教学一直在使用“填鸭式”教学。这不仅降低了课堂效率,也限制了学生的思维创造力。培养学生的标准变成简单的升学率和分数。当学校、教师将升学率作为教学的成果时,学生便失去了很多创造能力。虽然现在情况有所改善,但实现数学建模教学还远远不够。
(2)对于一些年龄比较大的老师来说,建模教学将是一个不小的挑战。他们没有系统学过数学建模课程。一个非常令他们困惑的问题是:如何开展数学建模教学。这就要求教师不断再学习。以此来提高自身的知识面和教学理论。
(3)相对高中而言,初中的数学建模的经典课例不多,一节好的课例不仅包含了诸如趣味性,可操作性等,还能激发学生对学习的兴趣,从中学习到建模的思想,让学生学会用知识来解决生活中的问题。
为此,在今后的教学工作开展过程中,应对以上几种阻碍因素进行认真考虑分析,以提出有针对性的应对措施,切实通过建立数学应用模型来提升学生的综合解题能力。
结语
总之,开展数学建模,既使学生的应用能力和创新能力得到提升,又使学生学会用知识来解决日常问题。数学建模会使课堂变得生动、有趣,使学生更易于接受。为此,教师应在顺应新课程标准要求的同时,加强对于建模方法的深入研究与分析,以更好的对其充分利用来提升初中数学教学实效。
参考文献
[1]王凯.在初中数学教学中培养学生的建模思想[J].广西教育,2013,(22):74.
关键词:SQLServer2008;案例教学;一案到底
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2013)04-0817-03
ResearchofSQLServer2008DatabaseCaseTeaching
LIUBing
(DepartmentofInformationEngineering,NanchangBranchofJiangxiUniversityofScienceandTechnology,Nanchang330013,China)
Abstract:ThisarticleputsforwardthestudyofSQLServer2008database,adopting"bigcase,onecasetotheend"thought.Usingdesignandmanagementofone"studentchooseclasssystem"case,stringswholeknowledgepoints.Whetheratknowledgesystemorteachingpattern,strivestobreakthroughtraditionalteachingframe.Ingrainusinginstanceandcaseteachingmode,standsouthumancultivateobjectofskillandability.
Keywords:SQLServer2008;caseteaching;onecasetotheend
SQLServer2008是微软数据库管理系统的最新版本,它简化了企业数据分析与应用程序的创建、部署和管理,并在解决方案的扩展性、可用性和安全性等方面有了重大改进,其高效的数据处理能力、强大的功能和简单统一的界面操作得到了用户一致的肯定和好评。案例教学是具有启发性、实践性和创造性的教学方法。在教学过程中,学生能充分发挥他们在学习中的主体地位,通过阅读、分析、讨论和实践等一系列的活动,提出相关解决方案。这对于学生丰富和发展数据库的理论知识、启发创新思维、提高应用能力和综合素质非常有帮助,也是培养应用型人才的需要[1-3]。
1SQLServer2008数据库案例教学
1.1总体结构
SQLServer2008数据库的学习,可以采用“大案例,一案到底”的思路,以一个“学生选课系统”数据库的设计与管理为主线串起全部知识点。围绕该系统数据库的应用与维护,将大案例分为10个项目,每个项目又分成若干个任务,通过任务的实现过程,详细介绍SQLServer2008数据库应用技术。同时,为了加强学习效果,在每个项目后都配备有相应的项目实训,使学习者能够运用所学知识完成实际的工作任务,达到学以致用的目的。
大案例分为的10个项目分别为:1)系统数据库建模;2)安装与配置SQLServer2008;3)创建数据库与数据表;4)查询数据;5)数据的查询优化;6)面向数据库编程;7)实现数据的完整性;8)维护数据的安全性;9)维持数据库的高可用性;10)自动执行学生选课系统的管理任务。SQLServer2008数据库案例教学结构如图1所示。
2.2详细阐述系统数据库建模项目内容
第一个项目,系统数据库建模,又可分为3个任务。1)理解系统需求;2)建立系统实体关系模型;3)使用PowerDesigner建立系统模型。
学生选课系统是学校进行信息化建设的重要部分,主要完成学校教师申请授课、学生选择课程、学生选择教师、课程成绩填报、课程教学评价及学生和课程信息的维护等功能。第1个任务通过对系统各部分功能的介绍,使学习者对学生选课系统有一个初步的了解。
学生选课系统功能主要面向教务人员、教师和学生3类用户。
教务人员:负责学生选课系统中各类基本信息的维护,包括学生、教师、课程、专业等基本信息,并生成各类选课和教学统计报表。该类用户可以看成是系统的管理人员。
教师:可以申报开设课程,评定学生课程学习成绩,查看课程被选情况。
学生:可以查询课程信息、教师信息,可根据选课规则进行课程选择,并可对任课教师进行课程评价。
学生选课系统的系统用例图如图2所示。
要实现学生选课系统的数据库管理,必须在系统需求分析的基础上建立该系统的数据模型。第2个任务在阐述关系数据库基本概念的同时,详细描述学生选课系统实体关系模型的设计过程。
根据学生选课系统的需求说明,可以画出系统的E-R图,如图3所示。
第3个任务是在学生选课系统E-R模型设计完成后,需要将E-R模型转换成相应的逻辑模型和物理模型,并生成数据库。PowerDesigner是现今数据库建模市场中最为流行的工具之一,通过它能够方便地实现概念模型、物理模型和数据库之间的转换。
学生选课系统部分概念模型,如图4所示。
2.3简略提要其它项目内容
第二个项目,安装与配置SQLServer2008,又可分为2个任务。1)安装SQLServer2008;2)管理和使用SQLServer2008。
第三个项目,创建数据库与数据表,又可分为3个任务。1)使用SSMS操作数据库;2)使用T-SQL操作数据库;3、操作数据表。
第四个项目,查询数据,又可分为4个任务。1)查询单表数据;2)连接查询多表数据;3)嵌套查询多表数据;4)修改系统数据。
第五个项目,数据的查询优化,又可分为2个任务。1)规划并创建索引;2)使用视图优化系统查询性能。
第六个项目,面向数据库编程,又可分为3个任务。1)T-SQL程序的流程控制;2)使用函数访问数据;3)利用存储过程访问数据。
第七个项目,实现数据的完整性,又可分为3个任务。1)实现系统数据的域完整性;2)实现系统数据的实体和引用完整性;3)利用触发器实现数据完整性。
第八个项目,维护数据的安全性,又可分为4个任务。1)系统数据库账号管理;2)系统数据库用户权限管理;3)系统数据库角色管理;4)实现学生选课系统数据加密。
第九个项目,维持数据库的高可用性,又可分为5个任务。1)备份和恢复数据库;2)数据文件的转移;3)从数据库快照恢复数据;4)实现数据库镜像;5)实现数据库日志传送。
第十个项目,自动执行学生选课系统的管理任务,又可分为2个任务。1)使用作业自动执行数据库的维护;2)使用SQLServer实现邮件发送。
3结束语
案例教学法,结构紧凑,形式新颖,示例丰富,注重理论联系实践,语言浅显易懂,具有较强的实用性和可操作性。案例教学法是推进素质教育,培养教育职业化人才的重要途径。案例教学过程中,理论与实践结合性强,学生的参与性强,师生互动性、灵活性强,富有创造性和启发性,既达到教学目的,又可以培养和锻炼学生[4-5]。
参考文献:
[1]刘畅.案例法和项目驱动法在“数据库原理”教学实践中的应用探索[J].计算机教育,2009(19):77-79.
[2]葛瀛龙,龚晓君,涂利明.场景式案例教学在Oracle数据库教学中的实施[J].中国教育信息化,2010(3):59-61.
[3]王立新,章曙光.数据库原理的案例导向教学研究[J].电脑知识与技术,2010(22):37-39.
关键词:数学建模高等数学
一、数学建模在高等数学教学中的重要作用
数学是在实际应用的需求中产生的,要解决实际问题就必需建立数学模型,即数学建模。数学建模是指对现实世界的一些特定对象,为了某特定目的,做出一些重要的简化和假设,运用适当的数学工具得到一个数学结构,用它来解释特定现象的现实性态,预测对象的未来状况,提供处理对象的优化决策和控制,设计满足某种需要的产品等。从此意义上讲数学建模和数学一样有古老历史。例如,欧几里德几何就是一个古老的数学模型,牛顿万有引力定律也是数学建模的一个光辉典范。今天,数学以空前的广度和深度向其它科学技术领域渗透,过去很少应用数学的领域现在迅速走向定量化,数量化,需建立大量的数学模型。特别是新技术、新工艺蓬勃兴起,计算机的普及和广泛应用,数学在许多高新技术上起着十分关键的作用。因此数学建模被时代赋予了更为重要的意义。
二、数学建模思想在高等数学教学中的运用
高等数学教学的重点是提高学生的数学素质,学生的数学素质主要体现为:抽象思维和逻辑推理的能力;如今在一些教材中也渐渐的补充了与实际问题相对应的例子,习题。如:人大出版社中的第四章第八节所提到的边际分析与弹性分析,以及几乎各种教材中对于函数极值问题的实际应用的例子。其实这就是实际应用中的一个简单的建摸问题。但仅仅知道运算还是不够的,我们还要从具体问题给出的数据建立适用的模型。下面我们就具体的例子来看看高等数学对经济数学的应用。例:有资料记载某农村的达到小康水平的标准是年人均收入为2000元,据调查该村公400人,其中一户4人年收入60万,另一户4人20万,其中70%的人年收入在300元左右,其余在500左右。对于该村是否能定位在已经达到了小康水平呢。首先我们计算平均收入:60万,20万各一户共8人,300元共400×70%=280人,500元共400-288=112人。
平均收入为元
从这个数据我们可以看出该村的平均收入超过2000元,所以认为达到了小康水平,但我们在来看一下数据,有99.5%的人均收入低于2000千,所以单从人均收入来衡量是不科学的,那么在概率论中我们利用人均年收入的标准差a来衡量这个标准。
我们可以看出标准差是平均水平的六倍多,标准差系数竟超过100%,所以我们不能把该村看作是达到了小康水平。因此我们要真正的把高等数学融入到实际应用当中是我们高确良等教育的一个重点要改革的内容。为了在概念的引入中展现数学建模,首先必须提出具有实际背景的引例。下面我们就以高等数学中导数这一概念为例加以说明。
(1)引例
模型i:变速直线运动的瞬时速度
1、提出问题:设有一物体在作变速运动,如何求它在任一时刻的瞬时速度?
2、建立模型
分析:我们原来只学过求匀速运动在某一时刻的速度公式:s=vt那么,对于变速问题,我们该如何解决呢?师生讨论:由于变速运动的速度通常是连续变化的,所以当时间变化很小时,可以近似当匀速运动来对待。假设:设一物体作变速直线运动,以它的运动直线为数轴,则在物体的运动过程中,对于每一时刻t,物体的相应位置可以用数轴上的一个坐标s表示,即s与t之间存在函数关系:s=s(t)。称其为位移函数。设在t0时刻物体的位置为s=s(t0)。当在t0时刻,给时间增加了t,物体的位置变为s=(t0+t):此时位移改变了s=s(t0+t)-s(t0)。于是,物体在t0到t0+t这段时间内的平均速度为:v=当t很小时,v可作为物体在t0时刻瞬时速度的近似值。且当—t—越小,v就越接近物体在t0时刻的瞬时速度v,即vt0=[(1)式];(1)即为己知物体运动的位移函数s=s(t),求物体运动到任一时刻t0时的瞬时速度的数学模型。
模型ii:非恒定电流的电流强度。己知从0到t这段时间流过导体横截面的电
量为q=q(t),求在t0时刻通过导体的电流强度?通过对此模型的分析,同学们发现建立模型ii的方法步骤与模型i完全相同,从而采用与模型i类似的方法,建立的数学模型为:it0=要求解这两个模型,对于简单的函数还容易计算,但对于复杂的函数,求极限很难求出。为了求解这
两个模型,我们抛开它们的实际意义单从数学结构上看,却具有完全相同的形式,可归结为同一个数学模型,即求函数改变量与自变量改变量比值,当自变量改变量趋近于零时的极限值。在自然科学和经济活动中也有很多问题也可归结为这样的数学模型,为此,我们把这种形式的极限定义为函数的导数。
(2)导数的概念
定义:设函数y=f(x)在点x0的某一领域内有定义,当自变量x在x0处有增量x时,函数有相应的增量y=f(x0+x)-f(x0)。如果当x0时yx的极限存在,这个极限值就叫做函数y=f(x)在x0点的导数。即函数y=f(x)在点x0处可导,记作f′(x0)或f′|x=x0即f′(x0)=。有了导数的定义,前面两个问题可以重述为:(1)变速直线运动在时刻t0的瞬时速度,就是位移函数s=s(t)在t0处对时间t的导数。即vt0=s′(t0)。(2)非恒定电流在时刻t0的电流强度,是电量函数q=q(t)在t0处对时间t的导数。即it0=q′(t0)。
如果函数y=f(x)在区间(a,b)内每一点都可导,称y=f(x)在区间(a,b)内可导。这时,对于(a,b)中的每一个确定的x值,对应着一个确定的导数值f′(x),这样就确定了一个新的函数,此函数称为函数y=f(x)的导函数,记作y′或f′(x),导函数简称导数。显然,y=f(x)在x0处的导数f′(x0),就是导函数f′(x)在点x0处的函数值。由导函数的定义,我们可以推导出一系列的求导公式,求导法则。(略)有了求导公式,求导法则后,我们再反回去求解前面的模型就容易得多。现在我们就返回去接着前面模型i的建模步骤。
3、求解模型:我们就以自由落体运动为例来求解。设它的位移函数为s=gt2,求它在2秒末的瞬时速度?由导数定义可知:v(2)=s′(2)=*2gtlt=2=2tg
4、模型检验:上面所求结果与高中物理上所求得的结果一致。从而验证了前面所建立模型的正确性。
5、模型的推广:前面两个模型的实质,就是函数在某点的瞬时变化率。由此可以推广为:求函数在某一点的变化率问题都可以直接用导数来解,而不须像前面那样重复建立模型。除了在概念教学中可以浸透数学建模的思想和方法外,还可以在习题教学中浸透这种思想和方法。在这里就不一一列举。
通过数学建模的思想引入高等数学的教学中,其主要目的是通过数学建模的过程来使学生进一步熟悉基本的教学内容,培养学生的创新精神和科研意识,提高学生应用数学解决实际问题的思想和方法。
参考文献:
关键词:数学建模定位实施
随着高中新课标对数学建模在高中课程设置中的要求的逐渐加强,如何更好地在高中实施数学建模成为很多一线老师面临的问题,部分老师积极地展开探索,对数学建模的教学原则,教学方式,数学建模活动的方式和模式等进行了探讨,但是大多数一线教师对培养学生的数学建模的重视不够,认为高中课本中适合与数学建模结合的内容现成的不多,缺少教材,而数学建模的问题常常是未经数学抽象和转化的非数学领域的问题,教师的背景知识储备不足,所以,有部分老师就照搬别人的案例,忽视自己学生的实际情况,数学建模的教学效果不佳。尤其是对于大多数的学生来说,他们的数学基础一般,怎么培养他们的数学建模意识和能力,更值得我们探讨。“高中数学建模”绝不是在“数学建模”前面加上“高中”二字,它与高中数学知识、高中生、高中数学教师、教学等有着密切的关系。准确地给高中数学建模教学定位,有利于指导数学教学以及更好地开展高中数学建模话动,而不至于陷入盲目及极端地处理数学应用。
1高中数学建模的特点分析
1.1问题具有一定的创新性
高中数学建模好与劣的一个重要标准是问题选取的好与劣,或者说问题的选取是否具有创新之处。比如,问题的选取有较好的生产、生活背景,所得出的结论具有一定的应用参考价值或者具有一定的延拓性等。学生的生活环境不同,家庭背景不同,与社会的接触面不同,知识水平和对问题的洞察力也存在着很大的差异。只要学生特别感兴趣,即使是别人做过的题目,也可以让学生在了解别人工作的基础上继续做下去。高中数学建模解决的问题应该是学生身边的实际问题,所涉及的背景应该是学生所了解的,贴近学生的生活和学习。问题的选择应该避免涉及学生比较陌生的领域,或者学生平时无法接触的领域。
1.2问题解决用的主要是高中阶段的数学知识
高中数学建模是学生用所学过的数学知识来解决身边发生的各种事情,增强应用数学解决问题的意识和能力,但是,由于高中阶段所学习的知识的局限性与高中学生的认知水平等原因,决定了高中数学建模所涉及的实际背景不能太复杂,所用到的主要是高中阶段的数学知识。这些知识包括函数与数列、方程与不等式、线性规划、立体几何和解析几何、三角函数、线性方程组等比较初等的数学知识。但是,高中数学建模所用到的数学知识也不会呆板地局限在高中阶段。应该注意的是,高中数学建模所涉及的知识必须以高中阶段所学习的数学知识为主,不鼓励学生大量学习所谓的高等数学知识。
1.3“过程比结果更重要”
由于高中数学建模的目的是“为学生提供自主学习的空间,使学生体验数学在解决实际问题中的价值和作用,体验数学与日常生活和其他学科的联系,体验综合运用知识和方法解决实际问题的过程,增强应用意识;激发学生学习数学的兴趣,发展学生的创新意识和实践能力”,因此,高中数学建模重在“建”,强调学生的参与和经历,强调使学生经历较为完整的数学建模。可以说,如果学生没有经历一个较为完整的数学建模过程,就不能算参加了数学建模活动。
2高中数学建模教学的三个层次
根据学生数学建模水平的不同,和教学目标的不同,在不同的阶段教学内容也有所不同。
2.1简单建模
这一阶段的目的是使同学们认识数学建模,会用简单的建模法解决简单的问题。故其主要内容包括:数学建模的含义;简单的建模法;相关的数学知识。学生们大部分是初次接触数学建模,问题不宜过于隐蔽,也不宜过于繁琐,最好是稍加分析就可以找到问题的数学背景,然后就能解决的问题。此时可以选择一些比较简单的问题,直接用数学知识就能解决,例如:函数、数列、线性规划、不等式、统计等内容中就可以根据应用题改编来进行简单建模的教学。
2.2典型案例建模
这一阶段的主要内容就是典型案例的建模方法和完整的建模程序。这时的问题需要比第一阶段更有深度,但是综合性不宜过强。这就是打基础的阶段,只有先把典型案例建模理解并掌握了,才能进行下一步的综合建模。如果现在就用综合性很强的案例,会使学生感觉接受很困难,从而影响学生学习数学建模的积极性,也不利于下一步综合建模活动的进行。此时的案例可以来源于大学数学建模中的初等模型,或者中学生数学建模竞赛,例如:四足动物身长与体重关系模型、建筑物的震动研究模型、新产品销售模型、土地承包问题、均衡价格与市场稳定模型、不允许缺货的存储问题、代表名额分配问题等。
2.3综合建模
数学模型的难点在于建模的方法和思路,目前学术界已经有各种各样的建模方法,例如概率论方法、图论方法、微积分方法等,本文主要研究的是如何利用方程思想建立数学模型从而解决实际问题。实际生活中的很多问题都不是连续型的,例如人口数、商品价格等都是呈现离散型变化的趋势,碰到这种问题可以考虑采用差分方程或差分方程组的方式进行表示。有时候人们除了想要了解问题的起因和结果外还希望对中间的速度以及随时间变化的趋势进行探索,这个时候就要用到微分方程或微分方程组来进行表示。以上只是简单的举两个例子,其实方程的应用极为广泛,只要有关变化的问题都可以考虑利用方程的思想建立数学模型,例如常见的投资、军事等领域。利用方程思想建立的数学模型可以更为方便地观察到整个问题的动态变化过程,并且根据这一变化过程对未来的状况进行分析和预测,为决策的制定和方案的选择提供参考依据。利用方程建立数学模型时就想前文所说的那样,如果是离散型变化问题可以考虑采用差分思想建模,如果是连续型变化问题可以考虑采用常微分方程建立模型。对于它们建模的方式方法可以根据几个具体的实例说明。
2方程在数学建模中的应用举例
2.1常微分方程建模的应用举例
正如前文所述,常微分方程的思想重点是对那些过程描述的变量问题进行数学建模,从而解决实际的变化问题,这里举一个例子来说明。例1人口数量变化的逻辑斯蒂数学方程模型在18世纪的时候,很多学者都对人口的增长进行了研究,英国的学者马尔萨斯经过多年的研究统计发现,人口的净相对增长率是不变的,也就是说人口的净增长率和总人口数的比值是个常数,根据这一前提条件建立人口数量的变化模型,并且对这一模型进行分析研究,找出其存在的问题,并提出改进措施。解:假设开始的时间为t,时间的间隔为Δt,这样可以得出在Δt的时间内人口增长量为N(t+Δt)-N(t)=rN(t)Δt,由此可以得出以下式子。dN(t)dt=rN(t)N(t0)=N{0(1)对于这种一阶常微分方程可以采用分离变量法进行求解,最终解得N(t)=N0er(t-t0)而后将过去数据中的r、N0带入上述式子中就可以得出最后的结果。这个式子表明人口数量在自然增长的情况下是呈指数规律增长的,而且把这个公式对过去和未来的人口数量进行对比分析发现还是相当准确的,但是把这个模型用到几百年以后,就可以发现一些问题了,例如到2670年的时候,如果仍然根据这一模型,那么那个时候世界人口就会有3.6万亿,这已经大大的超过了地球可以承受的最大限度,所以这个模型是需要有前提的,前提就是地球上的资源对人口数量的限制。荷兰的生物学家韦尔侯斯特根据逻辑斯蒂数学方法和实际的调查统计引入了一个新的常数Nm,这个常数就是用来控制地球上所能承受的最大人口数,将这一常数融入逻辑斯蒂方程可以得出以下的式子。dN(t)dt=rN(t)(1-N(t)Nm)N(t0)=N{0(2)该方程解为N(t)=Nm1+NmN0e-r(t-t0)一个新的数学模型建立后,首先要做的就是验证它的正确性,经过研究发现在1930年之前的验证中还是比较吻合的,但是到了1930年之后,用这个模型求出的人口数量就与实际情况存在很大的误差,而且这一误差呈现越来越大的变化趋势。这就说明当初设定的人口极限发生了变化,这是由于随着科学技术的不断进步,人们可以利用的资源越来越多,导致人口极限也呈现变大的趋势。
2.2差分方程建模的应用举例
如前文所言,对于离散型问题可以采用差分方程的方法建立数学模型。例如以25岁为人类的生育年龄,就可以得出以下的数学模型。yk+1-yk=ryk(1-ykN),k=0,1,2,…即为yk+1=(r+1)yk[1-r(r+1)Nyk]其中r为固有增长率,N为最大容量,yk表示第k代的人口数量,若yk=N,则yk+1,yk+2,…=N,y*=N是平衡点。令xk=r(r+1)Nyk,记b=r+1。xk+1=bxk(1-xk)这个方程模型是一个非线性差分方程,在解决的过程中我们只需知道x0,就可以计算出xk。如果单纯的考虑平衡点,就会有下面的式子。x=f(x)=bx(1-x),则x*=rr+1=1-1bx因为f''(x*)=b(1-2x*)=2-b,当|f''(x*)|<1时稳定,当|f''(x*)|>1时不稳定。所以,当1<b<2或2<b<3时,xkk∞x*.当b>3时,xk不稳定。2.3偏微分方程建模的应用举例在实际生活中如果有多个状态变量同时随时间不断的变化,那么这个时候就可以考虑采用偏微分方程的方法建立数学模型,还是以人口数量增长模型为例,根据前文分析已经知道建立的模型都是存在一定的局限性的,对于人类来说必须要将个体之间的区别考虑进去,尤其是年龄的限制,这时的人口数量增长模型就可以用以下的式子来表示。p(t,r)t+p(t,r)r=-μ(t,r)p(t,r)+φ(t,r)p(0,r)=p0(r);p(t,r0)=∫r2r1β(r,t)p(t,r)d{r其中,p(t,r)主要表示在t时候处于r岁的人口密度分布情况,μ(t,r)表示的r岁人口死亡率,φ(t,r)表示r岁人口的迁移率,β(r,t)表示r岁的人的生育率。除此之外,式子中的积分下限r1表示能够生育的最小岁数,r2表示能够生育的最大岁数。根据人口数量增长的篇微分方程可以看出实际生活中的人口数量与年龄分布、死亡率和出生率都有着密不可分的关系,这与客观事实正好相吻合,所以这一个人口增长模型能够更为准确地反应人口的增长趋势。当然如果把微分方程中的年龄当做一个固定的值,那么就由偏微分方程转化成了常微分方程。另外如果令μ(t,r)=-r,p(t,r)=N(t),N(0)=N0,φ=rN2(t)/Nm,那么上述偏微分方程就变成了Verhulst模型。偏微分方程在实际生活中的应用也相当广泛,物理学、生态学等多个领域的问题都可以通过建立偏微分方程来求解。
3结束语
【关键词】高等数学;数学建模;教学改革;教学方法
0引言
随着总理的大众创业、万众创新时代的到来,应用型人才的培养的需求愈加突显,社会与各企业对人才的运用知识能力和实践能力提出了新的要求,作为培养职业人才的高职高专类院校,不仅需要培养学生专业方面的理论知识,更需要着力培养较强的实践能力与动手能力,培养其成为适应社会需要的、能够在不同条件下创造性地用所学知识解决实际问题的能力。与此同时,为了实现应用型人才培养的目标,对我们教师也提出了新的要求与挑战。数学建模是大学数学课程与现实问题的桥梁,全国大学生数学建模竞赛是目前国内规模最大,影响力比较大的科技类竞赛,逐步成为在校大学生展现自己创新能力、解决实际问题能力的舞台,通过数学建模竞赛,不仅展示了学生的综合能力和创新能力,同时也提高了教师的教学能力,为高校数学教学改革提供了新的思路与方法。数学建模竞赛的试题案例涉及面广,与现实问题贴切,适合“应用型”的要求。将数学建模的思想与方法融入到高等数学课程的教学中去,是高职高专类院校教学改革的一大措施。
1教学过程融入建模思想的具体方法
数学建模是对实际问题进行抽象简化,并构造出数学模型来求解该问题。事实上高等数学与其它学科与专业领域的联系非常密切,利用数学来解决实际问题的思路与方法涉及了很多专业领域。笔者通过多年和数学建模竞赛指导与培训,积累了一定的经验,并认识到建模的本质是数学理论与实际问题相融合的结果。而因为许多的现实问题都牵涉到众多实际因素,因此在建立数学模型时,往往都需要进行适当的模型假设,简化模型来计算。尽管众多建模问题不尽相同,但其内在联系都是把问题中相关变量的关系通过数学方法来抽象出其具体形式。在教学过程融入建模思想可从如下几点着手:
1.1教材的选用应重点突出数学建模方法的应用
在高等数学教学中融入数学建模思想与方法,教材选用至关重要。目前来说高等数学相关教材达到上百种,可是能够体现数学建模思想与方法的高数教材较少,大部分高职高专类院校所选用的教材大多是借鉴或参照综合性大学的本、专科高等数学教材,使得大部分的教学内容都没有体现自己的“应用型人才”培养的特色。个人认为,教材应达到理论知识贴近生活且易于理解,所涉及专业方面知识不能过多,把渗透数学建模思想作为首要参考标准,从根源上提高学生利用数学知识来解决现实问题的兴趣,让学生初步认识到“数学原来是有用的”。
1.2以应用型例题为突破口,教学中体现建模思想
众所周知,传统的数学课堂讲授方式较为呆板,大多数的数学教师都习惯与把数学看成是一种墨守成规的工具,而往往忽视了大学数学在培养学生的创造力与创新性能力方面的主要作用,教师不注重或不擅于去搜集一些体现学生创新能力培养相关的素材与实例,使得教学与现实严重脱节,学生在课堂学习中失去主动积极性,培养出来的学生也只会考试而不会用理论联系实际来解决问题。数学在我们的生活中无处不在,众多实际问题大多都能在数学的知识点中找到相关联系,多采纳一些与教学内容结合紧密的例题。而一般选取的实例要尽量贴近教材,接近高职高专类层次学生的认知水平与他们的实际生活,培养学生初步的建模能力,比如一次函数模型,指数函数模型等,达到在数学的教学中融入数学建模思想的目的。所以除了选用适用的教材之外,教师平时应注意搜集一些注重学生创新能力培养的素材与实例,提高课堂教学的趣味性与学生学习的主动性。
1.3在相关定义、定理等内容的讲解中渗透数学建模思想
从本质上说,数学来源于现实生活,高等数学教材里的相关定义比如函数极限、导数与微分、无穷级数等都是从现实问题中抽象出来的数学模型。教师在教学过程中,可以通过对原型问题的再现,从学生所熟知的生活实例引入,使其认识到书本中的定义并不是“死”的,而是与实际生活密切联系的。在讲授相关概念的时候,可尽量结合实际提供有关于数学建模基本方法方面的丰富而直观的问题背景。例如在讲解数列极限的概念时,可引入刘徽的割圆术、几何图形、坐标系中点的动画演示等较为直观的背景材料,尽可能地使学生直观地理解定义,使其了解现实问题中的规律与数学理论知识的联系,初步学习、掌握数学建模的思想。又比如在讲解定积分的概念时,可把变力作功、曲边梯形的面积、旋转体体积等问题的求解与之相结合,通过“微元法”求解这类实际问题,从中抽象出定积分的定义,让学生认识到数学原来还有这么深厚的现实背景,相对于枯燥乏味的纯理论的填鸭式教学来说,这样更能激起学生的学习兴趣,无形中培养他们挖掘生活与理论之联系的建模能力。
1.4可结合高等数学相关知识面向学生开展专题的数学建模活动
目前越来越多的高职高专类院校也开始参与数学建模竞赛活动,与“应用型”人才的培养相互映衬。在教学过程中,教师可适当地让学生多参与,培养动手能力,使学生们能够在实践中体验数学的乐趣。改变传统的教学方式,针对所学知识开展专题类建模活动,使他们能够对实际问题中的各因素间的相互关系进行抽象并建立数学模型。例如请学生们以小组为单位,通过利用网络资源或去有关部门查询本市2000年之后的常住居民数,通过所学的数学知识,建立数学模型解决以下问题:①该市的人口年增长率;②通过你所计算出的人口增长率,预测出2017年初该市的人口总数。并以小组专题论文的形式进行探讨交流。这样的活动其实很多,比如等比数列教学中,关于银行贷款利息的计算。可请学生关注利率变化的基础上,考虑如果向银行贷款50万元15年还清的情况下,采用如下两种不同的还款方式:①等额本金法还款;②等额本息还款。利用所学知识,通过建立数学模型解决月还款额问题,并对比两种还款方式不优劣与不同。
2结束语
在数学建模竞赛的推动之下,高等数学的教学改革也有了更快速的发展,把数学建模思想融入到高等数学的教学中,不失为一种推动数学教学改革的一种的有效途径,亦可达到以赛促教之目的,与教学相辅相成,使教学改革得到长足的进展。
【参考文献】
【关键词】高职;与专业结合;数学课程建设;资源建设
高职教育的培养目标是适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高等技术应用型专门人才。因此,高职教育不仅要培养会“干活”的人,更重要的是培养懂得“如何干好活”的人,而要“干好活”就要会正确地运用思维。所以,教师在教会学生知识与技能的同时,培养学生的应用意识与应用能力、创新意识与创新能力是十分重要的。高职数学作为高职院校各专业开设的一门公共基础课,不仅要为各专业学生进一步学习专业知识与技能打下扎实的数学基础,也要让学生亲历运用数学解决实际问题的探索与实践。高职数学如何面向专业,做到与专业人才培养要求有机结合,从而有效地培养学生的数学应用能力与思维品质,是高职数学教学改革的重点和难点,也是高职人才培养中急需解决的问题。
1与专业结合建设数学课程的必要性
教育部、财政部《关于实施国家示范性高等职业院校建设计划》和《加快高等职业教育改革与发展的意见》提出,国家示范性高职院校建设的目标之一就是要发挥示范院校的示范作用,带动高职教育加快改革与发展。在此精神指引下,以就业为导向的专业课程教学改革已初见成效。不过,目前高职公共课程教学改革尚处于“自发、零散、随意”的状态,数学作为公共基础课程的核心课程,在相当多的高职院校中定位模糊,甚至个别学校将数学置于可有可无的地位。也有一些高职院校属于中专升格或民办的性质,师资水平整体较低,所用教学资源大多是本科教学资源经过修改的简略版,像是“压缩饼干”,内容陈旧,形式单一,体系不清,缺乏规划和标准,没有与先进技术接轨,脱离行业和职业发展实际,缺乏职业衔接和高职特色,没有从根本上反映出高职人才培养目标的要求。为改变这种局面,数学课程的建设必须与专业结合,这样才能促进数学教师更新教学理念,提高教学水平,才能深化高职数学教学改革,真正培养学生工学结合的能力。
2与专业结合建设数学课程的途径
专业调研应采取专业咨询、抽样问卷调查、座谈会、个别访谈等形式开展专业调研与课程分析,包括各专业数学课程开设情况、高职各专业人才培养方案中对高职数学课程的要求、学生数学基础情况与思想状况分析、专业与数学相关程度分析等内容。通过各种调研形式和有效的组织方式,进行数据整理和数据分析,掌握学生数学学习状况的第一手资料,了解各专业对数学知识、能力、素质的不同需求,分析各专业对数学课程要求的相关程度,梳理出数学在专业课程体系中(含专业技能项目)相关联和应用突出的显性素材及案例,挖掘出对数学课程的隐性需求,分类形成调研报告,为数学课程开发与教学资源建设提供逻辑依据。
整合专业需求课程内容,挖掘有效资源建设素材高职数学如何面向专业,做到与专业人才培养要求有机融合,从而有效地培养学生数学应用能力与思维品质,是高职数学课程建设的重点和难点。在开展专业和社会调研与分析的基础上,应根据工学结合人才培养模式的需要,与专业教师和行业、企业专家共同研究数学在不同专业中的应用,制定各类专业数学课程标准,设计模块化、分层次的教学内容,以“结合专业、注重能力、突出应用”的思想为指导,梳理出专业课程体系中(含专业技能项目)数学应用的显性素材及案例,挖掘出对数学的隐性需求,为高职数学课程建设提供逻辑起点和有效资源素材。
创新整体资源建设设计,多元开发优质资源应围绕“服务专业需求、突出技术应用、体现素质教育”的思想,以课程的专业调研为切入点,以启发学生学习数学和应用数学的各类资源建设为重点,搭建面向学习者、教育者,对接各类专业,展示应用的共享性网络平台。
1)公共基础模块与专业需求模块资源。以专业学习与职业岗位够用为原则设计公共基础模块内容,依据内容教学适度开展数学思维训练,提升学生的思维品质,依据内容精心设计贴近生活、贴近专业的案例,培养学生应用数学的能力。专业需求模块资源建设主要体现高职各类各专业的学生应该学会哪些数学知识,掌握哪些数学能力,如何理解相关专业背景的数学问题,并在此基础上,更好地运用数学解决相关的专业实际问题,即引导学生怎样学,怎样用。(1)专业案例。每大类专业搜集与数学相关的素材,设计编制出用于数学概念引入、数学思想方法解读、简单数学应用的专业案例。专业案例主要包括案例来自何种专业学习领域以及专业背景材料、案例设计及分析、案例涉及的知识点等内容。(2)动画素材。结合专业学习情境和生活情境,利用动画技术实现点、线、面的连续动作,帮助所有学习者直观地理解数学概念、思想和方法。(3)实物图片。每大类专业搜集专业学习中及生活中与数学相关的实物图片,并配上文字说明,用以帮助学生认识身边的数学和专业中的数学。(4)专业应用实践题。按照大类专业,编制与每个学习单元配套的、能引发学生进一步思考的、难度不大的应用实践题,并给出解答,形成应用实践题资源库。(5)专业实际问题的数学实验。面向专业的职业岗位与数学紧密相关的工作任务,与专业教师合作优选出相对完整的专业实际问题,进而编制包括数学问题提出、数学问题解决、应用于实际问题等主要内容的专业实际问题数学实验。专业实际问题的数学实验资源是引导学生学用数学的一种新探索,应强调从专业中来、到专业中去的理念,侧重数学技术的运用。
2)素质拓展模块资源。素质拓展模块资源主要体现所有高职专业的学生学习广泛需要掌握的数学技术和数学文化的相关资源,并能通过这些资源借助网络进行在线测试和交流,组织全国高职院校数学应用能力竞赛活动。(1)数学技术。数学也是一门应用型学科,数学的应用手段主要体现在数学软件上。应以数学软件为基础,建设适合高职学生学习和掌握的数学技术资源。数学技术资源主要有数学软件、数学实验、数学建模、赛题解答、经验交流(含获奖论文、建模心得)、应用案例等。(2)数学文化。从构建数学文化资源也是高职教育文化建设应有之义的角度,建设适合高职学生探寻数学的源与流,启发理性思维,培养严谨素质,追求创新精神,懂得欣赏数学之美的数学文化资源。数学文化资源包括身边数学、趣味数学、数学游戏、古今数学、数学欣赏、好书推荐等。
总之,分析各专业对数学教学要求的相关程度,与专业教师和行业、企业专家共同研究数学在不同专业中的应用,认真分析高职数学课程教学改革与建设中存在的问题,明确数学课程在高职各专业人才培养中的地位与作用,面向专业、突出应用,是高职数学课程开发建设的正确思路。
【参考文献】
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[3]张海峰.高职教育校企合作联盟的系统研究[J].教育与职业,2009(7).
关键词:中职数学教学建模学习实施构想具体实践应用能力
一、问题的提出
对于中职学生而言,学习数学的主要目的是利用所学的数学知识去解决生产和生活中所遇到的问题,而应用的关键是数学应用能力的培养。现行的中职数学课程多是“掐头去尾烧中段”,也就是说数学主要着眼于内部的理论结构和它们之间的逻辑关系,着重训练学生的逻辑思维能力,而没有着重讨论和训练如何从实际问题中提炼出数学问题,到头来还是不会解决实际问题。没有充分的有意识的训练,学生的应用意识是不会形成和提高的。数学建模是运用数学思想、方法和知识解决实际问题的过程,也是连接应用问题与发展学生数学应用意识的纽带。如果学生能将与所学数学知识相关的实际问题自觉模型化,就说明学生的数学应用意识和应用能力很强了。根据长期的教学实践,我认为开展数学建模学习能够有效培养中职学生的数学应用能力。
二、中职数学教学开展建模活动的实施构想
第一阶段(一年级实施):结合教材,以应用题为突破口,培养学生运用数学建模方法的意识,以简单建模为主要目标。例如:暑假考虑全家外出旅游,找两家旅行社联系,甲社的收费标准为:家长一人购全票,其余成员全部可购半票;乙社的收费标准为:家庭旅行按团体票优惠,照标价的三分之二计算。已知旅行社的原价是一样的,试就家庭成员的多少分析哪家旅行社更实惠。本题解法其实很简单,只不过要将现实世界的问题经简化转换成现实模型,然后翻译成数学模型,再采用数学方法和计算工具求解模型,接着将此解翻译成实际问题的解,最后分析此解是否符合实际,是否需要修改、深化、拓展等。经过这样一段时间训练之后,学生的建模能力将逐渐提高,同时运用数学知识解决实际问题的兴趣也会逐渐提高,享受到数学学习的乐趣,增强学好数学建模的信心。但要注意的是由于刚开始接触这一新的思想方法,因此选取的例子要贴近教材内容,要考虑到中职生的数学基础,贴近学生的认知水平,贴近学生的生活实际,涉及的专业知识不能太多,且要易于理解。此阶段的重点是站在提高学生素质的高度,把渗透数学建模的意识作为首要任务,并注重培养学生的阅读理解能力和数学语言的转换能力。同时,此阶段师生共同讨论,分析寻找等量关系或函数关系,将实际问题数学化,本阶段主要是落实简单建模的教学目标。
第二阶段(二年级实施):安排与教材内容有关的典型案例,落实典型案例教学目标,让学生初步掌握建模的常用方法。到了中职二年级阶段,学生所学知识逐渐增多,教师应结合教材内容精心挑选典型案例,有计划地让学生参与建模过程。例如:某零售商店对甲商品的需求量为每天一个单位,而前置时间(订货至到货的时间)是两天。如果甲商品成本为每单位500元,存货1单位每年的存贮费为成本的20%,每次订货所付订货费为20元。(1)决策S:每2天订货一次,每次订货2个单位;决策:S每20天订货一次,每次订货20个单位。试比较哪种决策为优?(2)能否找出更好的订货决策?在解决这类决策问题时可适宜介绍数学建模方法,以激发学生进一步学好数学的热情,拓宽学生视野,接触更多的社会知识和科学知识。此阶段主要落实典型案例教学目标。为此,教师应该改变传统教学方式,精心指导学生自己独立完成,然后由学生汇报并写报告,使他们能对经过提炼加工、忽略了次要因素保留下来的诸因素之间的数量关系比较清楚的实际问题,构建其数学模型。
第三阶段(三年级实施):由于中职三年级不再开设数学课,在此阶段数学建模的学习主要以讲座和专题活动的形式开展。此阶段重点培养学生的对各种能力的综合应用,它涉及文字理解能力,对实际的熟悉程度,对相关知识的掌握程度,良好的心理素质,创新精神和创造能力,以及观察、分析、综合、比较、概括等各种科学思维方法的综合应用。为此,师生应组成“共同体”,在活动时结合中职生的实际情况,以建模为核心,在老师的点拨指导下,以小组为单位开展建模活动,同时为提高学生独立工作和相互合作的能力,小组成员最好是优、良、中、差均衡搭配,并轮流担任组长负责召集、记录和写报告,然后师生共同讨论评定并总结,教师重点在科学的思维方法上给予点拨和总结。此时,有关课题可由教师提供,亦可由学生提供,并可让学生去实践,增强应用意识和经济观念,增长生活、生产知识,提高学生的应用能力和创新能力,为今后的工作和就业做好准备。比如下文具体举例阐述的投资方案选择研究课题。
三、开展建模学习的具体实践
数学应用和建模应与平时的数学教学有机结合,把应用和数学课内知识的学习更好地结合起来。这样的结合可以向两个方向发展,一是向“源”的方向展开,即教师应特别注意向学生介绍知识产生、发展的背景;二是向“流”的方向深入,即教师要引导学生了解知识的功能,以及在实际生活中的应用,了解数学应用、数学建模与学生现实所学知识的切入点,引导学生在学中用,在用中学。在每学完一单元有关数学知识后,应安排该单元知识的应用专题,重点是渗透数学建模思想,提高学生的创新意识和化归等能力。根据大纲要求和现行教材内容,主要有:函数的应用,等差数列和等比数列的应用,不等式的应用,线性规划的应用,排列与组合和概率统计应用,导数的应用,等等。此外,结合时展的特点,涉及现代生活的经济统计图表(识别、分析、绘制),矩阵对策,股票、发行模型,风险决策,市场预测,存贮原理,供求模型,就业与失业,广告与税款,等等,亦可以专题讲座等形式向学生作介绍,以适应时展的要求。在此基础上,应对上述内容结合专业需要,对其建模的主要类型进行化归,以适应教学的需要,减轻学生负担。
比如建立或化归为函数模型,可以选择现实生活中普遍存在着最优化问题――最佳投资、最小成本等,归结为函数的最值问题,通过建立相应的目标函数,确定变量的限制条件,运用函数知识和方法解决。
例如,我对财会专业三年级学生提出投资方案选择研究课题:假设你有一笔资金用于投资,现有三种投资方案供你选择,这三种方案的回报如下:方案一:每天回报40元;方案二:第一天回报10元,以后每天比前一天多回报10元;方案三:第一天回报0.4元,以后每天的回报比前一天翻一番。请问:你会选择哪种投资方案?
1.分析问题,激发思考。
学生已经在初中学过一次函数、二次函数,在前面两年又学习了指数函数、对数函数及幂函数,对函数的知识已有一定的认识。虽然在前面已初步了解了指数函数、对数函数及幂函数的概念及其基本性质,本课题的内容只是对这些知识进行实际应用。但是在解决实际问题时,学生经常会面临着如何选择恰当的函数模型来刻画一个实际问题,这对学生来说不是轻易能做到的。多数学生选择方案三,我反问:“一定是这样吗?”学生陷入沉思,引起不同的思考。我引导学生分析本例中的数量关系,并思考应当选择怎样的函数模型来描述,鼓励学生猜想,更引导学生确认,进而提出用数学方法解决该问题――建立相应的函数模型。
2.建立模型,求解作答。
解:设第x天所得回报为y元,则
方案一:每天回报40元;y=40(x∈N)
方案二:第一天回报10元,以后每天比前一天多回报10元;y=10x(x∈N)
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方案三:第一天回报0.4元,以后每天的回报比前一天翻一番;y=0.4×2(x∈N)
提供备选方案:
(1)投资方案选择原则:投入资金相同,回报量多者为优,比较三种方案每天回报量。
(2)比较三种方案一段时间内的总回报量,哪个方案在某段时间内的总回报量最多,我们就在那段时间选择该方案。
师生合作:利用计算工具列出三种投资方案对应的表格。
引导学生观察表格,获取信息,体会三种函数的增长差异,特别是指数爆炸,说出自己的发现,并进行交流。
引导学生观察表格中三种方案的数量变化情况,对于“增加量”进行比较,体会“直线上升”、“指数爆炸”等。
根据上表我们可以先建立三种投资方案所对应的函数模型,再通过比较它们的增长情况,为选择投资方案提供依据。
利用几何画板画出上述三种函数的图像。
引导学生利用函数图像分析三种方案的不同变化趋势。学生对三种方案的不同变化趋势作出描述,并为方案选择提供依据。
累积回报表
学生往往是将每天的回报量当作选择的依据,因此会得出错误的结论,需要修正。我引导学生分析影响方案选择的因素,使学生认识到要作出正确选择,除了要考虑每天的收益,还要考虑一段时间内的总收益。学生通过自主活动,分析整理数据,并根据其中的信息作出推理判断,获得累计收益并给出本题的完整解答,然后全班进行交流。
3.修正错误,完善结论。
从每天的回报量来看:第1―4天,方案一最多;第5―8天,方案二最多;第9天以后,方案三最多。有人认为投资:1―4天选择方案一;5―8天选择方案二;9天以后选择方案三。其实不然。
结论:投资8天以下(不含8天),应选择第一种投资方案;投资8―10天,应选择第二种投资方案;投资11天(含11天)以上,应选择第三种投资方案.当然投资时间越长,我们越会选择第三种投资方案――指数爆炸型。
由问题1的解决,我们可以得到解决实际问题的一般步骤:(1)实际问题;(2)读懂问题抽象概括;(3)数学模型;(4)演算推理;(5)数学问题的解;(6)还原说明;(7)实际问题的解。
从投资方来说,总希望利润越高越好,但实际上是不可能的,还需要受很多因素的制约,利润不可能无限制增长,说明了理论与实际的距离。问题的分析与解决都遵循求解函数问题的一般方法,通过师生合作、生生合作的互动方式,提取各种信息,综合运用所得的信息,转化问题、体会过程,从而获得结论。
我有效指导学生把实际问题转化为函数模型,选择合适的数学模型分析解决实际问题,进而在探究中比较常数函数、一次函数、指数函数、对数函数模型的增长差异,结合实例使学生体会到直线上升、指数爆炸、对数增长等不同函数类型增长的含义,使学生体验到数学源于生活,又应用于生活,学好数学、用好数学可以提升我们自身的品位。
当然,现实世界中广泛存在着数量之间的相等或不等关系,如投资决策、生产规划、交通运输等问题中涉及的有关数量问题,常归结为方程或不等式求解,因此我们可以指导学生建立或化归为方程或不等式模型。许多经济问题,如增长率、利息(单利、复利)、分期付款等与时间相关的实际问题,常通过建立相应的数列模型求解,我们可以指导学生建立或化归为数列模型。其他如建立或化归为几何模型,建立或化归为概率模型等都可以结合学生所学专业开展建模学习,既培养了学生的数学应用能力,又为专业课教学作好了铺垫。
总之,实际问题数学化是过程,数学问题生活化是目的。数学建模就是应用数学的语言和方法对一个实际问题所作的设计。中职数学建模教学的主要目标是培养学生运用数学的意识、切实提高学生运用数学知识解决解决实际问题的应用能力,让数学服务于学生的发展。
参考文献:
[1]涂荣豹.新编数学教学论[M].华东师范大学出版社,2006.
[2]徐稼红.中学数学应用与建模[M].苏州大学出版社,2007.
[3]王尚志.数学教学研究与案例[M].高等教育出版社,2006.
[4]李延林.数学建模引导高中学生进入用数学的新阶段[J].数学通报,2005,(10).
0引言
计量经济学是一门研究经济变量之间的统计关系及其规律的科学,广泛应用于经济学的各个领域。通过课程的学习,要求学生建立合适的计量经济学模型,能够使用软件估计模型参数,并能够对估计结果进行检验,且正确解释模型的经济意义。在本科阶段参数估计的方法为普通最小二乘法,为了使得其估计参数有良好的统计性质,需要使计量经济学模型满足经典假设。在对参数进行经济意义检验和统计检验之外,需要考察模型是否满足经典假设及不满足经典假设的修正方法。授课内容主要围绕参数估计与检验展开,教师需要深入浅出的讲解普通最小二乘法的经典假设,经典假设是理解课程后续内容的基础。我国《高等教育法》指明了培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才的培养目标,且市场更需要应用型、创新型的高层次经济学人才,由此计量经济学教学内容、教学方式、考核方式改革已迫在眉睫。笔者将结合多年的教学实践,分析经济类学生在学习计量经济学时的知识构建及授课中遇到的问题,提出有利于提高学生创新能力的教改方案。
1计量经济学教改的探索
经济类教师和学生已普遍认识到计量经济学的重要性,但是该课程涉及到经济理论、统计学、数学相关知识的综合运用,讲授难度较大。很多学者从教学内容、课程设置等角度,对计量经济学教学改革做了有益的探索。李子奈指出目前计量经济学教学内容上没有体现出经济学科特点,应将计量经济学模型的设定、数据的分析作为计量经济学教学内容[1]。案例教学和实验教学的重要性也被许多学者认识到。李芝倩提出计量经济学在教学中应以应用为导向,在理论讲解的基础上,注重案例教学和实践环节[2]。张长青认识到计量经济学教学中存在重理论、轻应用等问题,忽视对学生实践应用能力的培养,建议建立具有专业特色的案例库,使课程理论教学与实验教学合理衔接[3]。也有学者比较研究国内外计量经济学课程体系设置,如谭砚文等,比较了中美计量经济学课程设置,发现美国计量经济学课程内容丰富、课程衔接紧密、注重学生实践能力的培养,而我国计量经济学教学体系、教学理念、课程设置都明显落后[4]。
2课程的衔接问题
2.1计量经济学课程设置问题计量经济学作为一门重要的专业基础课,在微观经济学、宏观经济学、概率论与数理统计、统计学、高等数学、线性代数等课程之后开设,一般设置在大三第一学期。大多数高校没有针对不同类型的学生开设不同层次的计量经济学课程。由于我国经济类专业同时向文科和理科招生,学生数理基础差异较大,不适合按照统一的教学目标来授课。国外许多高校已经开设不同层次的计量经济学课程,不同基础及不同研究方向的学生可以自主选择有关课程。例如,麻省理工分别开设初级计量经济学、中级计量经济学、时间序列分析、非线性计量分析、现代计量经济学方法等近10门课,构成了不同层次的计量经济学课程体系[2]。而国内大多数高校计量经济学课程课时安排较少,不能很好体现计量经济学的学科地位。含上机实验课在内计量经济学仅有48课时左右,教师没有充分的时间讲解计量经济学的相关理论。在实践中应用较多的时间序列模型、面板数据模型、二元选择离散模型没有时间讲授。学生在工作或论文写作中,若需要建立计量经济学模型,仍需要花费大量时间进行后续学习。计量经济学软件为学生理解计量经济学方法提供了一个视窗,是计量经济学理论和实践结合的桥梁。教师在上机实验授课环节讲授软件的使用,可使学生认识到繁琐的计算过程可由计算机来完成,对提高学生学习积极性和实践能力起着重要作用。而大多数高校上机实验教学环节没有得到应有的重视,仅有4至10课时。计量经济学软件多为国外开发,学生很难在这么短的时间内掌握软件的使用方法,直接影响到学生在实践环节对数据的分析能力。
2.2数学基础课程衔接问题现代经济学已经从思辨哲学转向数理实证,经济理论均要经过严格的数理逻辑证明及经验检验,经济学研究中对数学知识的运用已经超过物理等自然学科。我国经济学专业学生的数学基础课程仅有高等数学、线性代数、概率论与数理统计这三门,其教学授课难度较低。且这些课程由理学院数学专业教师讲授,他们对经济学了解较少,不知道经济学中会用到哪些知识,授课内容与经济学专业需要脱节,学生在这些课程上花费了大量的时间,并不能取得良好的效果。计量经济学建模中涉及到微分方程、动态最优方法、拓扑学、实变函数等知识,在高等数学中均没有讲授;多元回归分析中需要对矩阵求偏微,需要学生有空间思维能力,而这些知识在线性代数教学中却没有涉及;统计量的构建及统计性质的证明的相关基础知识,在概率论与数理统计中往往是一笔带过,并没有作为重点讲授。没有数学基础课程的教学改革支撑,经济学专业创新人才的培养难以取得突破性进展。计量经济学教学过程中普遍注重数理模型的推导、统计量的构建及统计性质的证明等基本原理的讲授,学生在经济学、高等数学、线性代数、数理统计等课程中若存在知识缺陷,均会影响到该课程的学习。由于大多数经济类学生数理基础较弱,不能很好地理解枯燥抽象的证明及公式的推导,课堂往往成为教师的独角戏。
2.3经济学专业课程衔接问题许多高校课程设置上,缺少与计量经济学有效衔接的其他经济类课程,不利于计量经济学的学习及创新人才的培养。西方国家经济学专业一般在学习计量经济学课程前,讲授中级微观经济学、中级宏观经济学。在学习了初级微、宏观经济学及数学基础课程后,再学习中级微、宏观经济学,使得学生能从数学逻辑上理解经济学,为经济学模型的理解及计量经济学建模打下坚实的基础。我国在本科阶段仅讲授初级水平的经济学,没有中级经济学的学习,学生很难理解经济学模型,计量经济学建模的授课环节会遇到较大困难。大部分高校缺少计量经济学后续课程的教学,只有少数高校增设了金融计量经济学、时间序列分析、计量经济学方法讲座等后续课程。计量经济学课程中学习了建模、估计参数、检验的一般方法,可以应用到经济学各分支内,如结合各分支开设后续课程,会加强对这门工具课的理解。
3计量经济学教材建设的问题
教材是教师课堂授课和学生课下复习的依据,教材的选用一定程度上决定了授课内容及授课效果。计量经济学的建模基于经济思想及理论,对于计量经济学模型过程的学习,有助于学生体会经济学理论在计量经济学中的作用,有利于学生创新能力的培养。案例分析教学是培养学生利用计量经济学模型分析和解决经济问题能力的有效途径。计量经济学教材建设需要与时俱进,寻找紧密联系实际的丰富案例。案例应尽可能选取国内外实证研究的热点经济问题,尽可能体现经济分析、经济模型的建立、软件的使用、回归结果的分析整个过程。目前高校普遍使用的计量经济学教材并没有体现对学生建模思想的培养[5],没有使学生深切体会到计量经济学的重要性。流行的国内教材侧重计量经济学理论的数学推导,虽然也有部分案例,但案例均为宏观经济案例且普遍忽视计量经济学模型的建模过程的说明。由于文化差异,中国学生很难接受国外的案例,使用国外经典教材效果有限。例如,A.H.施图德蒙德著的《应用计量经济学》被视为美国近30年来最具重要性的新版教材之一”,该教材结合美国大学生的生活选取了丰富的案例,而中国学生并不能理解其案例中所讨论的变量间的关系。#p#分页标题#e#
4计量经济学教学改革方案建议
4.1设置多层次的教学目标因材施教,区别对待文科、理科类别的学生。根据经济类各专业不同的文理招生类别,制定不同的培养目标。文科生的培养目标定位于思想创新,能够应用计量经济学工具即可;教学目标应注重经济理论,培养学生依据经济理论分析经济变量之间的因果关系。文科生对经济学理论掌握程度要远远好于数学和数理统计,授课中应淡化数理推导,强调计量经济学软件的应用。注重培养文科生的思想创新,引导学生发现经济问题,试图用经济理论进行解释,并能够使用计量经济学方法对其进行经验检验。理科生的培养目标定位于理论创新,注重计量经济学理论的讲授,引导学生创新计量经济学理论。理科生数理基础较好,应扎实基础、提高其培养层次,计量经济学不能仅仅局限于应用,要提高到计量经济学相关理论的推导及证明层面上。
4.2配套改革课程体系计量经济学良好的教学效应需要配套改革经济学类的基础课程。以计量经济学课程为核心的课程体系改革,促使经济学各门课程有效衔接,学生的理论抽象和实证分析能力会得以提高。增设中级微观经济学、中级宏观经济学、数学建模等先修课程,这些课程的开设有助于学生理解经济学模型,提高学生建立经济学模型的能力。根据经济学专业的需要,调整高等数学、概率论与数理统计、线性代数课程的授课内容。例如,高等数学课程中强调泰勒级数展开式等相关内容;概率论与数理统计课程中强调统计量构建及其性质、假设检验等内容;线性代数课程中加入矩阵的求导、矩阵的期望值、随机变量方差-协方差矩阵等相关内容。适时开设金融计量学、时间序列分析、中级计量经济学、高级计量经济学等后续课程。
4.3注重案例教学,从模仿到创新案例教学有助于激发学生的学习兴趣、调动学生的学习热情和探索精神,选择或编著案例丰富、注重分析建模思想的教材授课。例如,研究家庭收入对消费支出的影响,教师首先引导学生分析影响家庭消费支出的因素。学生根据经济理论,可能提出价格和收入是影响家庭支出的两大因素,价格和收入增加会导致家庭消费支出增加,他们是正相关关系。在因变量和自变量确定后,引导学生选择合适的计量经济学模型。不同的计量经济学模型,待估参数的经济意义不同。如果直接以家庭消费支出为因变量,价格和家庭收入为自变量,那么待估参数分别表示价格对支出的边际影响、家庭的收入边际支出;如果选择双对数模型,待估参数分别表示价格支出弹性、家庭收入支出弹性。之后就要搜集数据,可以组织学生抽样调查也可以寻找相关数据,使用软件估计参数。参数估计出来要检验其经济意义、判断其统计性质、检验是否违背高斯假设,若违背高斯假设再用修正后的方法估计参数。通过案例教学巩固了学生对理论知识的理解,使学生充分认识到计量经济学这门课程在实际工作或经济学研究中的重要性。精选经济学各专业方向的计量经济学案例丰富课堂内容,结合案例让学生了解计量经济学的建模过程及软件的使用。引导学生结合自己的专业,运用经济学理论分析具体的经济问题,建立计量经济学模型,经验检验经济学相关理论。
4.4结合生产实习,培养实践能力生产实习环节是培养学生实践能力的最好时机。企业要预测销售量,证券部门要分析影响股票价格的因素,政府部门要分析政策对经济的宏观影响等等,都要应用到计量经济学。在学习计量经济学这门课程后,组织学生到不同部门实习,让学生体会到计量经济学不仅是枯燥的理论,确实可以解决现实中各种问题。学生可以在实习中观察经济现象,发现经济问题,根据自己掌握的经济学理论,分析变量之间的因果关系,建立合适的计量经济学模型。利用实习部门提供的数据,使用计量经济学软件估计模型参数,并做相关预测,为实习部门决策提供依据。另外,通过生产实习,不仅会提高学生对计量经济学后续课程的学习兴趣和热情,学生分析问题、解决问题的实践能力也会大幅提升。
4.5改革对课程的考核模式,激发学生创新大多高校计量经济学课程考核由实验成绩和考试成绩两部分构成[6]。实验环节要求学生根据教师给定的案例和数据,模拟建模撰写实验报告;考试一般为闭卷考试,考核内容多为考察学生对相关知识点的掌握程度。在这种传统考核模式下,学生可能疲于应付考试,并没有真正去分析经济问题,缺少建立计量经济学模型的激励,不能很好的激发学生的创新能力。建议改革考核模式,要求学生根据自己的专业方向或兴趣爱好选择经济学问题,建立计量经济学模型,撰写经济学论文。根据学生经济学论文的完成情况,评定学生计量经济学成绩。学生通过撰写经济学论文,有助于提高其创新及处理实际问题的能力[7]。
关键词:美国PHM数学教材例题设计特点
例题是数学教材的重要组成部分,它一方面能起到加深概念与知识的理解作用,另一方面是培养学生数学能力的重要载体。因此,研究教材例题的设置规律和特点具有重要意义。本文试对美国Person公司出版的数学教材《PrenticeHallMathematics》的例题设置进行文本分析研究,探讨该教材例题设置特点,以期对我国数学教材编制及广大数学教师在教材例题的处理方面起到一定的借鉴作用。
一、例题演示详细,采用“一例一练”模式
该教材的例题编排注意学生的理解,不仅教会学生怎样做,还注重让学生明白为什么要这样做。例题的演示过程十分详细,不仅减轻了教师的教学负担,而且有利于学生预习、自主学习和复习,感受数学的规范和严谨,提高学生提出问题、解决问题的能力,发展数学逻辑思维能力。教材采用“一例一练”的样例学习方式,每个例题后面紧接一个练习,通过类比实现迁移,利于学生真正理解和巩固新知识。
二、算法多样化,利于发展学生创造性思维
很多数学问题可以用不同的方法来解决,而且不同的人有不同的方法选择。算法多样化就是指在计算教学中,鼓励学生独立思考,鼓励学生用自己的方法解题,这样在班级的群体中就有可能出现不同的算法。提倡算法多样化,就是尊重学生的选择,尊重学生的独立思考成果,尽量让学生获得成功体验。美国的这套数学教材中的例题设置充分体现了数学方法的多样化思想,将不同的解决方法列举出来,方便学生自主选择。
【案例3】
教材中通过列举Elena和Leon的方法,清楚地表明比较小数大小的两种方法。这两种方法都简便易行,学生可以选择数位比较的方法,也可以选择建立数轴模型比较大小的方法,学生的自主选择将有利于学生的个性发展。不仅如此,积极提倡算法多样化,还有利于学生主动地参与,有利于实现教学民主,有利于学生体验成功感,树立学习的自信心。算法多样化同样为学生提供了交流的机会,有利于促进学生的思维活动。需要注意的是,提倡算法多样化,并非要求学生一定要掌握多种计算方法;也并不是要求学生生硬地套出多种算法。算法多样化应是学生在探索算法的过程中自然形成的。
三、鼓励运用建模方法解决问题,重视建模思想的培养
在例题呈现中,该教材善于采用建立具体的模型将抽象的数学符号变得具体化,有利于学生理解、接受和掌握。
【案例4】
此案例中,将小数0.4和0.36用方格模型和数轴模型呈现出来,学生根据阴影部分面积的大小和数轴上的数字特点,很容易就可以理解0.4>0.36。这种方法直观具体,适合初学小数时使用。在我国的教材中,小数的大小比较这部分内容只有介绍数位比较的方法,没有建立直观模型。
四、对我国数学教材编写和教学的启示
透过美国数学教材,我们发现许多值得借鉴的地方,获得诸多启示。
首先,对于例题的素材选择应尽可能做到多样化、新颖化,不拘泥于小范围,开阔学生视野。我们可以从生活小事着手编题,让学生感受数学与生活的紧密联系,也可以联系地理、历史、社会、工商业等多方面,使得学生感知到数学应用的广泛性。
其次,“一例一练”的模式值得学习。在讲授完例题之后马上让学生进行相应的练习,这有利于巩固学生所学知识,培养学生类比的学习思想。还有,在教材中插入【预习思考】模块,在其中放置一些简单的练习题,这样既能培养学生的自学意识,又能让学生对上课内容有初步的了解,有利于提高教学效率。
再者,例题的选择应该简单、少量,可以尝试在教材上多设置一些一题多解的例题,培养学生的发散性思维。当然,这对实现算法的多样化教学也很有帮助,可以使教学面向全体学生,为学生搭建起交流的平台,有利于因材施教,促进学生个性发展。
最后,数学模型是数学学习内容中的重要部分。小学生学习数学知识的过程,实际上就是对一系列数学模型的理解、把握的过程。我国《全日制义务教育数学课程标准》提出,在“数与代数”的教学中,应帮助学生建立数感和符号意识,发展运算能力和推理能力,初步形成模型思想。模型思想的建立是帮助学生体会和理解数学与外部世界联系的基本途径。数学建模是数学学习的一种新的方式,它为学生提供了自主学习的空间,有助于学生体验数学在解决实际问题中的价值和作用,体验数学与日常生活和其他学科的联系,体验综合运用知识和方法解决实际问题的过程,增强应用意识;有助于激发学生学习数学的兴趣,发展学生的创新意识和实践能力。但是,我国小学阶段对学生模型思想的培养重视还不够,教材中更是没有多少体现。因此,加强小学数学教材中模型思想的体现及学生模型思想的培养应是深化数学课程改革的重要内容。
参考文献:
关键词数学建模思想医药数理统计教学模式改革
1数学建模思想概述
1.1数学建模内涵
数学建模可以描述为针对一个特定目标或者一个特定对象,按照其特有的内在规律,给出必要的问题假设,以适当辅助工具作为支撑,最终架构起数学框架。数学建模在解决实际问题中扮演重要角色,将其转化为数学问题,达到解决实际问题的目的。数学建模实施的规范化步骤是模型准备阶段———模型假设阶段———模型建立阶段———模型求解阶段———模型分析阶段———模型检验阶段———模型应用阶段。这一系列数学建模过程主要从表述、解答及验证等方面开展,在应用过程中重复演示从现实对象到数学模型,然后再回归现实对象等循环流程[2]。数学建模和传统数学有所区别,数学建模和生活联系密切,其涉及的对象也都是生活中常见事物及现象。但是传统数学主要解决纯理论数学问题,重视发展学生的逻辑思维能力,培养其抽象性思维。因此数学建模在高等数学教育中具有独特价值,有着很强的应用性和实践性。尤其是对于药学院校,如果能在医药数理统计中渗透数学建模思想,有助于向社会传输高质量综合型人才。
1.2数学建模思想渗透于医药数理统计中的重要性
首先激发了学生学习的主动性和积极性,调动学生兴趣。医药数理统计作为一门应用性较强的学科,理论内容相对抽象,学生学习难度大,因此如何调动学生学习的自主性和参与性是教师需要思考的重点问题。数学建模围绕解决问题为中心,体现出学生思考应用数学的过程,加强了数学和医药数理之间的联系,加深了学生对数理统计的认知,扩大学习的广度和深度,让学生充满学习动力。其次数学作为辅助工具,培养学生应用能力。基于数学建模思想来对医药数理统计教学模式进行改革,可以让学生感受到不同数学模型解决不同问题,转变数学角度、数学思维,就会有不同模型的求知求解,有效培养了学生解决问题的能力。最后激发学生的创新精神和科研意识。医学院校培养出来的人才大多是在一线工作,在改革中高校必须富有勇于创新、勇于进取的先锋精神。数学建模本质是一种创造性思维活动[3],只有灵活、深刻和广泛的思维才是当今时代所需要的,因此教师在医药数理统计教学中渗透数学建模思想,将数学建模思想转移到医药数理统计教学中,培养起学生的创新精神和科研意识。
2基于数学建模思想的医药数理统计教学模式改革方法
2.1运用数学建模思想优化教学内容
数学建模思想渗透于教学改革内容中主要是深化理解数学概念、公式等内容,这是一个渐变的过程,最终让明确数学思想,达到解决实际问题的目的。首先对医药数理统计课程内容进行增删,在不影响课程体系完整性的前提下,压缩概率知识内容,减少缩短教学课时。同时转变以往教学中重理论轻实践的教学现象,训练学生掌握计算技巧,减少大量理论讲授时间,注重统计思想和统计方法解决实际问题部分,突显其应用性。其次在教学内容中渗透数学建模思想,尤其是在概念、原理内容来源背景上渗透数学建模思想,培养起学生应用数学的意识。最后加强数学建模思想与医药数理统计之间的密切联系,主动向学生展示数学建模在医药学中应用的现实案例,建模思想在医药数理统计中应用的真实案例较多,优化了数理统计的效率,解决了更多的现实性问题,促进了社会的发展,让学生感受到社会中的价值,因此一定要不断优化教学内容,调整教学课时,尤其是有关数理统计在社会中应用广泛及和数学建模联系密切的内容,提高对数学建模思想的认识,激发出学习兴趣。
2.2运用数学建模思想改革医药数理教学方式和手段
传统医药数理统计课堂教学中以满堂灌和填鸭式教学为主,不利于培养学生的创造性思维,忽视了学生学习主体的地位,同时打击了学生解决实际问题的积极性。数学建模思想内涵在于用数学知识来解决实际问题,我们在改革中重视通过鲜活案例来教学,养成学生解决实际问题的能力[4]。案例式教学首先选取有关医药数理统计的真实案例,然后利用现代化信息技术展示给学生,学生分别给出解决问题的方法,这一过程要注意教师引导的作用,积极从数学建模思想来启发学生。例如在讲解假设检验内容时,查找数据库资料文献,在案例中阐释假设检验的基本原理及推理方法,然后向学生一点点渗透数学建模思想,让学生深刻体会数学和医药数理统计相结合的必要性,激发出数学学习的兴趣,让学生培养起解决实际问题的能力。例如应用SPSS、MATLAB软件来辅助医药数理统计实验课教学,在询问中毒患者与正常人脉搏次数是否存在统计学意义时,直接简化了复杂的统计计算。
2.3改革医药数理统计考核评价方式
由于向学生渗透数学建模思想是一个渐变的过程,因此对于以往医药数理统计课程的考核评价方式也要进行改革,避免学生养成临时抱佛脚的习惯。在内容上调整理论知识和应用能力部分的考查比例,减少大量考试记忆能力内容,重视实际问题的解决。在考试方式上将平时上课出勤、课下作业完成质量、小测验及课堂表现等指标纳入到考核体系中,考查学生灵活运用的能力。在开始题型上,减少客观性试题比例,增加应用能力等综合性思考分析题目,在题型中渗透数学建模思想[5]。
在这里,以几个中学教材以及高考题为例,探讨中学数学建模与大学数学建模的区别和联系.
例1北师大版数学必修1函数一章引例中的加油站储油罐储油量v与高度h、油面宽度w的函数关系(北师大版数学必修1第24页)与2010年全国大学生数学建模竞赛A题[1](CUMCM2010A:储油罐的变位识别与罐容表标定)不谋而合,体现了中学数学建模与大学建模目的的统一,即应用数学知识解决实际问题.这里将两个题目摘要如下:
2010年全国大学生数学建模竞赛A题储油罐的变位识别与罐容表标定”:为加油站储存燃油的地下储油罐设计油位计量管理系统”,采用流量计和油位计来测量进/出油量与罐内油位高度等数据,通过预先标定的罐容表(即罐内油位高度与储油量的对应关系)进行实时计算,以得到罐内油位高度和储油量的变化情况.图1是一种典型的储油罐尺寸及形状示意图,其主体为圆柱体,两端为球冠体。图1储油罐正面示意图教材例题:图2是某高速公路加油站储油罐的图片(见北师大版必修一第24页),加油站常用圆柱体储油罐储存汽油.储油罐的长度d、截面半径r是常量;油面高度h、油面宽度w、储油量v是变量.储油量v与油面高度h和油面宽度w存在着依赖关系.在这里,主要讨论变量之间的依赖关系和函数关系.
图2加油站圆柱形储油罐示意图可以看出,这道大学生建模竞赛题与中学教材的例题殊途同归,具有异曲同工之妙.二者都是研究加油站储油罐储油量与油面高度和油面宽度的关系,从而给出储油量v与油面高度h和油面宽度w之间的对应关系,而在大学生建模中更深入的要求给出地下储油罐油位计量管理系统”的罐容表(即罐内油位高度与储油量的对应关系)的实时变化情况,并且深入研究罐体变位后对罐容表的影响.显然中学教材中出现的例题只是要求研究简单的函数关系,符合中学生的能力水平;大学生数学建模竞赛则根据大学生的实际能力,考虑实际问题的需求,直接设计可供加油站应用的罐容对照表.
例2引用一道高考题叙述高中数学模型思想在概率统计中的应用,并分析与大学生数学建模的联系.
(2012年高考北京文)近年来,某市为了促进生活垃圾的分类处理,将生活垃圾分为厨余垃圾、可回收物和其他垃圾三类,并分别设置了相应的垃圾箱,为调查居民生活垃圾分类投放情况,现随机抽取了该市三类垃圾箱中总计1000吨生活垃圾,数据统计如表1.
表1:某市垃圾统计数据单位:吨
厨余垃圾”箱可回收物”箱其他垃圾”箱厨余垃圾400100100可回收物3024030其他垃圾202260
(Ⅰ)试估计厨余垃圾投放正确的概率;
(Ⅱ)试估计生活垃圾投放错误的概率;
(Ⅲ)假设厨余垃圾在厨余垃圾”箱、可回收物”箱、其他垃圾”箱的投放量分别为a,b,c,其中a>;0,a+b+c=600.当数据a,b,c的方差S2最大时,写出a,b,c的值(结论不要求证明),并求此时S2的值.
殊不知,这道题目取材于2011年全国大学生数学建模夏令营题目垃圾分类处理与清运方案设计”[2].作为新课标的高考题,题目结合概率统计模型的思想,考查学生基本能力,立意贴近生活.
例3(2012年高考陕西卷理科第20题)银行服务窗口的业务办理过程中的等待时间问题,现实生活气息浓厚,它对应用数学模型分析问题与解决问题能力的考查,起到良好的示范作用.同时,这道题目借用运筹学排队论[3]的思想,解决服务系统的排队问题.具体题目如下:
某银行柜台设有一个服务窗口,假设顾客办理业务所需的时间互相独立,且都是整数分钟,对以往顾客办理业务所需的时间统计结果如表2.
表2:银行顾客办理业务时间统计
办理业务所需的时间/min12345频率0.10.40.30.10.1
注:从第一个顾客开始办理业务时计时.
(Ⅰ)估计第三个顾客恰好等待4分钟开始办理业务的概率;
(Ⅱ)X表示至第2分钟末已办理完业务的顾客人数,求X的分布列及数学期望.
排队论模型[4]是大学生数学建模的基本模型之一,模型基于概率论以及数理统计课程,通过建立一些数学模型,以对随即发生的需求服务提供系统预测.现实生活中诸如排队买票、病人排队就医、轮船进港等等问题服务系统.
这道高考题基于银行服务窗口的排队问题,出于排队论思想命题,同时又考虑中学生实际能力,结合考点,成功地将题目适当的简化为一道具有实际背景的概率问题.体现了中学建模与大学建模同样是出于解决实际问题的需求,却又需要考虑题目使用对象,做出适当改编.在全国大学生数学建模竞赛(CUMCM)中应用排队论思想的题目也很多,例如CUMCM2009B题眼科病床的合理安排:医院就医排队是大家都非常熟悉的现象,它以这样或那样的形式出现在我们面前,例如,患者到门诊就诊、到收费处划价、到药房取药、到注射室打针、等待住院等,往往需要排队等待接受某种服务.考虑某医院眼科病床的合理安排,建立数学模型解决该问题;又如CUMCM2007D题体能测试时间安排:根据学生人数和测试仪器数安排体能测试时间,使得学生等待时间最小。2结论和建议
2.1一些结论
通过以上几个例题以及对中学数学建模和大学数学建模的分析,可以得到二者各自的特点:
中学数学建模问题或者建模竞赛:
①问题背景涉及的知识领域的专业性比较基本、初级,问题在专业和数学上都已经做了较大的简化和提炼.
②要解决的主题比较具体,比较单纯,容易理解,子问题深入程度的层次少、扩展小,学生容易找到切入点.
③所用的数学知识或专业知识的层次符合中学生的知识结构水平和学习能力.
④问题的难度不大,远低于大学生数学建模.
⑤数学模型或解决方案往往比较简单、现成,对信息查询能力的要求不很高,模型计算不太复杂.
⑥学生的考虑及其实现都需要切合数学建模的基本模式,较高的数据处理及数据分析的能力,而在建模的整体性、系统性方面的综合分析思维能力是不强调的.
全国大学生数学建模问题或建模竞赛
①问题背景取材比较广阔,例如:
有当时社会或科学关注问题:CUMCM1998B灾情巡视路线、2002B中的数学、2003ASARS的传播、2004A奥运会临时超市网点设计、2010B2010年上海世博会影响力的定量评估;
有源于生物医学环境类的:DNA序列分类、中国人口增长预测、血管的三维重建、SARS的传播、艾滋病疗法的评价及疗效的预测、眼科病床的合理安排、长江水质的评价和预测;还有源于交通运输管理类的、源于经济管理与社会事业类的、源于工程技术设计类的等.
②强调对问题的建模和求解,对模型或方案设计的质量、计算能力、建模仿真实现、模型及结果检验的要求比较高.
③开放性问题逐渐增多,不好入手.
④从数学建模解决问题的思维层次角度看,在深度和广度上都有一定的要求.
产生以上特点的原因可以总结如下:
第一,中学生和大学生起点不同.中学建模和大学建模是分别基于各自对应的数学以及其他知识基础进行的.对数学知识的要求差异很大.大学生数学建模需要具有数学分析、数值分析、离散数学、运筹学以及常(偏)微分方程等高等数学知识,甚至在建模过程中还需要快速学习其他方面的知识;而对中学生则以初等数学知识为主,适合中学生的认知水平,在建模过程中一般不需要大量的知识补充;
第二,需要研究的问题不同.大学生数学建模涉及的范围较为广泛,其表述形式较为隐晦,对数学化的要求较高;而中学生数学建模的问题大多贴近中学生的生活实际,具有一定的实践性和趣味性,学生较易入手;
第三,二者侧重点不同.中学生数学建模更多的是渗透建模思想、树立建模观念,学会处理实际问题的思考方法和解决途径;大学生数学建模则强调建立模型的实用性以及对问题实质性的分析和求解,对科学计算(计算机编程)的要求较高;
另外,一个客观的原因,即二者组织形式不同.大学数学建模以课程形式走进学生,同时开展三级数学建模竞赛(校内竞赛、部级竞赛、国际竞赛)引导学生参与.而中学数学建模竞赛活动尚未普及,只是在一些地方开展过,因此只能从课堂教学和以教师为引导的实践活动展开.
当然,同样作为数学在实际问题中的应用,二者都是对实际问题分析简化,基于数学知识,应用计算机进行科学计算,最终得出对实际问题的最优解.而且二者在很多问题上可以建立姊妹题的形式,上述几个例题也证实了这一点。
2.2几点建议
中学数学教材中多处体现的数学模型的应用预示着数学模型思想在中学数学中越来越重要,同时引用的几个例题不但说明了大学建模与中学建模的区别与联系,还体现了中学教材中数学建模思想的广泛应用.近年来,数学建模竞赛作为全国开展的最为广泛的学生科技活动,备受广大师生关注,因此,这几道例题也为平时的教育教学发出信号:
1.中学数学建模的教学以创新性、现实性、真实性、合理性、有效性等几个方面作为标准,对建模的要求不可太高,重在参与.
2.数学建模问题难易应适中,千万不要搞一些脱离中学生实际的建模教学,题目难度以跳一跳可以把果子摘下来”为度.
3.广大师生日常中应该注意以教材为蓝本的知识挖掘,特别是对中学数学教材中出现的实际应用型问题深入分析,以课题学习或者探究活动形式开展数学建模.主动关注大学生数学建模竞赛的动向,甚至大胆对大学生建模竞赛题目做出改编,作为中学建模题目或者考试试题.
4.建模教学对高考应用问题应当有所涉及.鉴于当前中学数学教学的实际,保持一定比例的高考应用问题是必要的,这样更有助于调动师生参与建模教学的积极性,保持建模教学的活动,促进中学数学建模教学的进一步发展。
参考文献
[1]教育部高等教育司.全国大学生数学建模竞赛题目[OL].http://mcm.edu.cn/html_cn/block/8579f5fce999cdc896f78bca5d4f8237.html.2012.8.8.