高等数学教学中体现数学建模思想的案例探索

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  摘 要: 数学建模是理论知识与现实问题的桥梁,数学建模思想与高等数学的教学进行恰当融合,是优化教学质量和教学效果的有效方法.本文初步探讨了在高等数学课程教学中,较好地融入数学建模思想的几个实例,培养学生的创新与应用能力.
  关键词: 高等数学 数学建模 教学方法
  一、引言
  随着科技和社会的快速发展,当今社会对应用型人才的需求也愈发明显,这对高等院校教师提出了新的挑战.高等数学是多数高职高专类院校开设的公共必修基础课程,这门课程的教学效果直接关系到学生后继专业方面课程的学习,在高等数学教学中融入数学建模思想,为培养学生创新能力提供了思路,适合目前高职高专类院校“应用型”的要求,同时也不失为教学改革的一种有效方法。
  二、关于数学建模思想融入高等数学教学的实例探索
  1.鼓励学生自己动手探索,加深对理论本质的理解.
  例如在讲解基本初等函数时,可通过布置些开放性题目,让学生以小组论文形式完成,理解基本初等函数概念.
  案例1:下表为广州市历年人口增长的情况,请根据所学知识,建立数学模型,并预测2020年广州市人口.
  从表格经过简单计算可知,每年人口约以1.011的比例增长.由指数函数的概念,从2010年开始,可建立初步数学模型:R(n)=8061370*(1.011)n,
  预测2020年约为:R(10)=8061370*(1.011)10=8993328.
  表格中的人口数量只是一些相对离散的数据,经过简单的指数函数拟合,所得结果误差较大.但是能够让学生认识到“数学是有用的”,初步培养了学生运用知识解决问题的能力.
  2.充分发挥固定数学模型的用途.
  通过例1,可进一步介绍数学模型中人口增长的Logistic模型,指出上述预测模型的不足之处,且可向学生介绍函数变化率的概念,并说明Logistic模型的延伸应用,如病毒繁殖、非典等传染病传播.在教学过程中,可设计一些开放性的建模案例题型,促进学生对运用知识解决实际问题的思考.案例的设计最好满足以下原则。
  (1)贴近生活.所给案例需能够与时代相结合,并尽量真实.能够给学生以挑战性和趣味性、科学性和真实性相结合.有助于高职学生职业素养和分析解决问题能力的培养.例如在复习函数的最值时,可给出以下案例。
  案例2:某人每天从邮局购进报纸零售,进价0.5元,售价1元,晚上卖不出的可退回,退回价格为0.2元.问如何安排购进数量,才能他收入最大?
  (2)真实性.结合问题所给的资料与相关数据应真实可靠,比如统计年鉴,政府机关单位、统计局等,都可以作为数学建模有关问题数据的主要来源.亦可鼓励学生亲自调查研究,搜集所需资料.
  (3)创新性.数学建模问题的设计应与建模本质相结合,即注重学生创新能力的培养,因此教师对问题的设计应注重模型的多样化,比如对同一问题,可用多种模型求解.发散式思维更有利于学生创新能力的培养.
  3.将数学教学中抽象的理论具体化.
  工程数学课程本身并不是数学建模,但是数学建模的思维可使工程数学相关知识点得到更好的应用体现.例如在学习函数连续定义时,大多数学生不理解为什么连续会与极限有关.那么我们可考虑将连续的定义具体化、通俗一点再教学.
  案例3:函数连续的概念是什么?
  4.教学中注重计算机技术的应用.
  无尘化教学已经成为当代课堂教学的主流形式,多媒体辅助教学能够优化教学效果,改革以往陈旧的教学模式.比如在学习傅立叶级数时,学生基本上都搞不清楚为什么要学这个知识点,有什么用处?如果利用数学软件比如Matlab、mathematica等软件作函数图形的动画演示,就能够形象地展示三角級数与周期函数的逼近过程,从而让学生更全面地理解和认识到级数与周期函数之间的逼近过程,进一步了解到该知识点的用途.
  通过动态图形的展示,使抽象难以理解的书本概念变得更直观,在教学中既能激发学生的学习积极性,又能培养学生的创造性.数学建模的能力,从一方面来说,其实是利用计算机求解模型的能力,因此在大学数学课程教学中,融入数学实验或数学建模中常用数学软件,为学生运用数学解决实际相关问题创造基础性条件.
  三、结语
  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教学中,不失为一种推动数学教学改革的有效途径,亦可达到以赛促教之目的,与教学相辅相成,使教学改革得以有效开展.
  参考文献:
  [1]何伟.在高等数学教学中如何体现数学建模思想[J].数学的实践与识,2003(10):142-144.
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