数学建模融入数学教学的一些想法

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  摘要:数学建模是数学与实际密切结合的一门课程,有利于数学理论方法和实际应用的有机结合,有利于学生更加充分地把专业提高到更高的水平,有利于提高学生的综合素质和实践能力。所以把它融入到数学教学中是十分必要的。
  关键字:数学建模,数学模型
  一、数学建模的发展史
  在上世纪70年代,英国剑桥大学的教授们将项目分解成学生可以解决的问题,这就成为最原始的数学建模。英国为学生打开了数学建模的大门,这导致许多国家纷纷效仿。
  随后,1983年,国际数学建模与应用数学大会首次举行。1985年,美国数学与应用联合会举办了美国大学生数学建模竞赛。在1988年第六届国际数学教育大会在匈牙利布达佩斯举行“技术在数学教学中的作用”为主题的讨论。这是一场全球比赛,每个比赛都有中学生参加。在1989年的“未来数学教育报告”将数学建模纳入中学,被列为最迫切需要的数学教育改革项目。
  在80年代我国也有几所大学开始把数学建模搬进了课堂,1992年创办了全国大学生数学建模竞赛。每年一届,成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛,也是世界上规模最大的数学建模竞赛。1993年1994年在北京举办了两次“方正杯中学生数学应用知识竞赛”。1997年3月“北京高中数学知识应用大赛”经北京市教育委员会正式批准.第一届应用数学知识竞赛首次成功举办。这项活动得到了许多省市的响应和参与。
  2018年,教育部颁布的“高中数学课程标准(2017年版)”将数学的核心素养定义为:“学生应具备的数学思维素质和关键能力,以满足终身发展和社会发展的需要”,并澄清数学抽象,逻辑推理,数学建模,数学运算,直觉想象和数据分析作为数学的核心素养.[1]
  二、数学建模的具体含义
  数学建模本身并不是真的是上世纪才有的,实际上数学建模几乎是一切应用科学的基础。但凡是要用数学来解决的实际问题,,几乎都要通过数学建模过程。然而,由于运算量大,运算的速度精度等长期没有解决,所以数学建模一直不被重视。但随着计算机运算速度和精度的飞速发展,以及其他技术突飞猛进,这给了数学建模走到了科学的前台。同时数学建模的发展也扩大了数学的应用范围。从而大家也越来越认识到数学建模的重要性。
  本质上数学建模就是运用数学语言和方法,对现实问题加以翻译、归纳转化为数学问题,再通过简化成数学模型,再经过演绎、求解以及推断等手段预报、决策或控制,再经过演绎和解释,回到现实世界中,最后,这些推论或结果必须经受实际的检验,完成实践——理论——实践这一循环。[2]
  从方法论的角度来看,数学建模是一种化归方法,它具有联系实际、案例丰富等特点,它是数学知识与应用能力的最佳结合点,是培养学生能力的一条有效途径。
  从教学的角度来看,数学模型是一种新的学习方式。它能让学生在实际生活中能应用所学知识来帮助解决问题。它使学生体验综合运用相关知识和数学方法解决实际问题的全过程,有助于发展学生的解决实际问题的能力。
  数学建模过程中的数学模型从解决方法上看,到统计分析、层次分析、组合概率、插值拟合、几何理论、图论、差分方法、微分方程、模糊数学、随机决策、神经网络等诸多方法。从而对数学建模的参与者有很高的要求,当然一旦参与者能熟练应用数学建模的话,他自身的能力也将有很大的提高。
  三、从以下几个方面融入到数学教学中
  1、从数学概念中融入
  数学概论很多初看非常抽象,但在它的形成过程中,有具体的实际原型。比如积分概念,它实际上与曲边梯形的万利,旋转体的体积,蛮力所作的功等具体实际问题密切相关。因此在概念的讲授过程中,适当地选取好背景材料,能引导学生积极主动地参与到教学活动中来,这样比抽象的数学符号、公式、定理展现给学生,更容易让学生理解掌握,从而得到较好的学习效果。
  2、从数学证明过程中融入
  数学中很多定理,在历史上发明它的时候,大部分都有它自身的背景,面课本上的都是经过抽象总结得到的,学生学起来经常是一头雾水。实际上发明者的原始想法很可能就隐藏在推理过程中,因此在教学中应把来龙去脉也介绍给学生,这样不仅能让学生更好地理解发明的思维过程,还从中培养了学生推理能力,同时还激发了学生的求知欲。著名数学教育家波利亚指出:“一个长的证明常常取决于一个中心思想,面这个思想本身却是直观和简单的。”因此对于一引起定理的证明也可采取“变化形式,注重实质”进行“粗”处理,往往会收到事半功倍的教学效果。
  3、在作业和习题里融入
  传统的习题课,一般只会讲教材所设置的内容,涉及实际应用的问题不多,这对培养学生的数学应用能力很不利。因此可以把课本上的题目适当改编成应用类的问题。另外可以精选些典型而又符合学生当前实际能力,挖掘一些实际生活中的素材补充到习题和作业中去。这样不仅丰富了教学内容,还能让学生真正进入到数学建模过程中来,从而提高学生的数学应用能力。
  四、融入过程中的几个注意点
  由于数学建模对教师的要求也是相当高,所以学校也要组织教师参加相应的培訓,模拟数学建模比赛,甚至参与全国建模比赛。这样不仅提高教师的教学水平,还可以带动部分对数学建模有兴趣的学生。
  由于数学建模对计算机有很大的要求,所以对于常用的一些软件比如Matlab、Mathematica学校需要增设相关的课程,或者开设选修课程对有兴趣的学生加以必要的培训。
  同时还就增加数学实验的课程,比如函数图形的描绘、定积分重积分的计算等。开设课程的过程中,可以取用记分制,实验报告独立完成合格,每次加起来为数学实验的成绩。这与物理实验课基本上是算不多的。唯一的区别只是所用的物质手段不同。数学实验用的是是数学软件。
  领导对数学建模的重视程度也是数学建模是否能够融入数学教学的重要环节。因为上面很多环节的正常实施,都离不开领导的支持。
  五、结论
   把数学建模融入到数学教学中去,有利于数学理论方法和实际应用的有机结合,有利于学生更加充分地把专业提高到更高的水平,有利于提高学生的综合素质和实践能力。
  参考文献
  [1] 史宁中 高中数学课程标准修订中的关键问题[J]数学教育学报,2018,27(1):8-10
  [2] 姜启源、谢金星 数学模型[M]北京,高等教育出版社,2003
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