淺談數(shù)學建模教育在高職院校中的應(yīng)用論文
數(shù)學是一切科學與技術(shù)的基礎(chǔ)，它的產(chǎn)生與發(fā)展都是為了推動社會的發(fā)展。因此，數(shù)學在社會生活中的地位是不可動搖的。然而，很多人都習慣把數(shù)學知識說成理論性的知識，覺得數(shù)學知識對社會的發(fā)展起不到促進作用，故從心底對數(shù)學產(chǎn)生了數(shù)學無用論的思想。20世紀70年代，數(shù)學建模進入了一些西方國家大學，它的出現(xiàn)帶動了數(shù)學領(lǐng)域的發(fā)展，也駁斥了數(shù)學無用論的思想，使得數(shù)學理論很好地實踐于生活當中的各個領(lǐng)域。20世紀80年代開始，隨著改革開放，我國的數(shù)學建模教學和數(shù)學建模競賽活動也日益蓬勃地發(fā)展起來。1982年復旦大學首先在應(yīng)用數(shù)學專業(yè)學生中開設(shè)了數(shù)學模型課程，隨后很多院校也相繼開設(shè)。由于數(shù)學建模在各個高校中成功地引入，1994年教育部高教司決定每年在全國舉行全國大學生數(shù)學數(shù)模競賽。隨著每年數(shù)學建模競賽的發(fā)展，目前數(shù)學建模課程和競賽在本科院校得到了普及，從而推動了數(shù)學教學的發(fā)展。
隨著數(shù)學建模競賽在本科院校的普及，1999年開始增設(shè)了高校大專組的數(shù)學建模競賽。數(shù)學建模競賽的引入，提高了高職院校數(shù)學課程的重視度，改變了古板、簡單地傳授數(shù)學理論知識給學生的課程方式。另外，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)學的應(yīng)用不僅在工程技術(shù)、自然科學等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，而且以空前的廣度和深度向經(jīng)濟、金融、生物、醫(yī)學、環(huán)境、地質(zhì)、人口、交通等新的領(lǐng)域滲透，數(shù)學建模和與之相伴的科學計算正在成為眾多領(lǐng)域中的關(guān)鍵工具。
一、數(shù)學建模的概念及競賽模式
用數(shù)學方法解決科技生產(chǎn)領(lǐng)域的實際問題，關(guān)鍵第一步是建立相應(yīng)的數(shù)學模型。也就是說，當需要從定量的角度分析或者探究一個實際問題時，就要在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，充分了解對象信息，做出合理的假設(shè)，分析其內(nèi)部規(guī)律等，運用數(shù)學的符號或者語言表示出來，這就是數(shù)學模型。通過計算得到的模型結(jié)果來解釋實際問題，并接受實際的檢驗，這個建立數(shù)學模型的全過程就稱為數(shù)學建模。
一般來說，數(shù)學建模過程按照以下步驟來進行:
為了激勵學生學習數(shù)學的積極性，提高學生建立數(shù)學模型和運用計算機技術(shù)解決實際問題的綜合能力，鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，開拓知識而，培養(yǎng)創(chuàng)造精神及合作意識，同時推動大學數(shù)學教學體系、教學內(nèi)容和方法的改革，國家教育部高教司和中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學學會共同主辦而向全國大學生的群眾性科技活動，即全國大學生數(shù)學建模競賽。數(shù)學建模競賽遵循的模式:
1)參賽隊由三名大學生和一名指導教師組成，指導教師負責學生的訓練，競賽時指導教師不得參與。
2)參賽者從所給的題目當中選擇一道題目來進行競賽，競賽期間可以運用各種方式進行查閱自己所需要的資料，如:計算機網(wǎng)絡(luò)，學校圖書館等等。
3)競賽時間為三天，到時參賽者須提交一篇有關(guān)數(shù)學建模競賽的論文，其中論文內(nèi)容包括:摘要，問題的重述，問題的分析，模型的假設(shè)，符號說明，模型的建立，模型的求解，模型評價，參考文獻等。
4)競賽期間，時間由參賽者自由安排，但是不允許參賽者與其他組的參賽者進行討論、交流。
二、高職院校進行數(shù)學建模教育存在不足
高職院校教育以培養(yǎng)實用型、技能型人才為目標，側(cè)重于培養(yǎng)學生的應(yīng)用能力。數(shù)學建模正是運用數(shù)學知識建立數(shù)學模型的方式，解決實際問題。因此，數(shù)學建模的目的與高職院校教育的目的不謀而合。在高職院校推廣數(shù)學建模競賽，不但可以提高高職院校的競爭力，而且符合它的辦學理念。然而，在許多高職院校中，對學生進行數(shù)學建模能力培訓重視的力度不夠。
在學生方面，高職院校的學生認知水平低下，擁有的數(shù)學基礎(chǔ)比較差、應(yīng)用數(shù)學軟件能力不強、解決實際問題的意識不強等種種因素，導致了學生害怕數(shù)學，學習數(shù)學只是為了應(yīng)付考試，對數(shù)學產(chǎn)生了恐懼感，同時心里也產(chǎn)生了數(shù)學無用論的思想。
在教師方面，師資不足，數(shù)學教學方法單一，教學方式陳舊，只是采取填鴨式的教學方法。大部分數(shù)學教師對數(shù)學建模課程的研究不是很滲透，只是簡單地了解數(shù)學建模課程的初等模型.對于較為深入的模型沒有深入地進行研究，以致在教學方面，沒有能夠很好地帶動學生去學習數(shù)學建模課程，使學生對數(shù)學建模課程產(chǎn)生學習的興趣。
在學校方面，由于學生數(shù)學底子較差，有些學校不開設(shè)高等數(shù)學和數(shù)學建模課程。高職院校學生競賽項目較多，很多競賽都與本專業(yè)鉤掛，導致學校較重視與相關(guān)專業(yè)競賽的項目，而忽略了數(shù)學建模競賽。學校對數(shù)學建模選修課給予課時不足，使得學生只能了解數(shù)學建模選修課的皮毛，且學校對全國大學生數(shù)學建模競賽支持的力度不夠。
三、數(shù)學建模對高職院校的影響
(一)對課程教改方面的影響
數(shù)學教育本質(zhì)上是一種素質(zhì)教育，傳統(tǒng)的數(shù)學教學方法僅僅介紹數(shù)學的理論知識，對問題的應(yīng)用背景等方面介紹較少，另外高職院校學生的數(shù)學底子相對薄弱，單純地向他們灌輸數(shù)學的理論知識，不但沒有提升他們的數(shù)學理論水平，反而使他們對數(shù)學知識失去了學習的興趣。然而，在數(shù)學教學課程中引入數(shù)學建模思想，將數(shù)學建模的思想和方法融入數(shù)學教學課程中，為數(shù)學與外部世界打開了一個通道，打造了一種以學生為中心的全新的、有效的數(shù)學教學模式，為學生提供將所學的知識應(yīng)用于解決實際問題的機會，給學生以更大的思維空間，提高學生的思維能力和數(shù)學素質(zhì)，也大大增加了學生學習數(shù)學理論知識的興趣。
隨著數(shù)學建模的概念以及電子計算機的出現(xiàn)，數(shù)學知識的應(yīng)用已經(jīng)以空前的廣度和深度向其他各個行業(yè)滲透。數(shù)學模型這個詞越來越多地出現(xiàn)在現(xiàn)代人的生產(chǎn)、工作和社會活動中。例如:公司要根據(jù)產(chǎn)品的需求狀況、生產(chǎn)成本等信息，建立一個投資方案模型，認真核準投資的收益率和風險損失率，在投資前較好地對投資進行預測和評估，確定投資方案，以取得最佳經(jīng)濟效益;氣象工作者為了得到準確的天氣預報，一刻也離不開根據(jù)氣象衛(wèi)星匯集的氣壓、雨量、風速等數(shù)據(jù)建立起來的數(shù)學模型等等。高職院校的各個專業(yè)都是以實踐性為主要目標，在各個專業(yè)教學中輸入數(shù)學建模的思想，不但能夠增加學生學習數(shù)學理論知識的興趣，而且還可以提高他們對專業(yè)知識的理解能力.同時提升他們分析以及解決問題的能力;另外，數(shù)學建模思想的引入，改變了原專業(yè)課程的授課方式，相當于向?qū)I(yè)課程注入了一個新鮮的血液，其教學方式也達到了促進的作用。因此，引入數(shù)學建模思想，可以有效地擴大數(shù)學的實用性更好地為專業(yè)課程服務(wù)，達到雙贏的目的`。
例如:求汽車在公路上做勻速直線運動的路程。
相對于這道題來說，估計每個人都會求解，都知道答案應(yīng)該為:路程等于速度乘以時間，即S=V*T。
然而，對于這樣答案理解的人，也僅僅局限于初中階段。對于大學階段，我們還能單一地這樣認為嗎?汽車在做直線運動過程中，每時每刻的速度都會一樣嗎?顯然，汽車在做直線運動過程中，每時每刻的速度肯定不會一樣的，上述問題只是一種理想的狀態(tài)，它忽略了空氣阻力等其他因素，即在求解汽車在公路上做勻速直線運動的路程的模型中，首先假設(shè)空氣阻力忽略不計，公路上的阻力都是一致的，這樣我們才可以得出汽車在公路上做勻速直線運動的數(shù)學模型:S=V*T。通過學習數(shù)學建模課程，經(jīng)過這樣地處理，既向?qū)W生灌輸了數(shù)學建模的概念，增加了他們學習數(shù)學的興趣，又使得學生對問題的來龍去脈產(chǎn)生了清晰的認識。因此，在高職院校各個專業(yè)課中引入數(shù)學建模思想，不但使得學生對知識有了更清晰的認識，而且也可以促進專業(yè)課程的改革。
(二)對學生的影響
開展數(shù)學建模活動，能擴大學生的知識而。數(shù)學建模所涉及的內(nèi)容廣泛，用到的知識而寬廣，運用涉及的領(lǐng)域在物理學、經(jīng)濟學、管理學等各方面。學生參加數(shù)學建模課程的培訓，可以學習到多種類型的數(shù)學模型，比如:線性規(guī)劃模型、人口預測模型、層次分析法模型等等。這些模型都是擁有實際的背景，使得學生不僅對問題的實際背景來源有了更深地認識，而且增加了他們課外知識的知識面。其次，建立和解決數(shù)學建模模型，一般都會運用到數(shù)學編輯器和數(shù)學軟件;開展數(shù)學建模競賽活動，使得學生對數(shù)學編輯器Mathtype和數(shù)學軟件 Matlab、Lingo產(chǎn)生了了解，熟悉它們基本的運用，擴展他們的模型解決能力。
開展數(shù)學建模活動，有利于培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新和實踐能力。數(shù)學建模是一個富有創(chuàng)造性思維的活動，它不等同于簡單的應(yīng)用題目。對于給予一道數(shù)學建模應(yīng)用題目，它沒有絕對統(tǒng)一的答案，這給予了很大的思維空間。將數(shù)學建模的方法和思想融入教學課程中，有助于激發(fā)學生的原創(chuàng)性沖動，喚醒學生對工作的創(chuàng)造性意識。通過建立模型，學生要從錯綜復雜的實際問題中，抓住問題的本質(zhì)，明確問題的要求，將問題與實際聯(lián)系在一起，做出合理的假設(shè)，運用所給問題的條件尋求解決問題的最佳方案和途徑，這一過程能充分發(fā)揮學生豐富的想象力和創(chuàng)新能力。另一方面，數(shù)學建模是科學運用到實踐的過程，高職院校當中開展數(shù)學建模活動可以有效地培養(yǎng)高職學生的實踐能力和動手能力以及分析問題和解決問題的能力，為學生今后從事技術(shù)性工作奠定良好的基礎(chǔ)。
開展數(shù)學建模活動，有助于激發(fā)學生學習的興趣。數(shù)學建模的主要目的是把所學到的知識運用到實踐中，數(shù)學建模的很多題目都與我們自身息息相關(guān)的。例如:2012年的C題目，問題針對腦卒中(俗稱腦中風)是目前威脅人類生命的嚴重疾病之一，為了進行疾病的風險評估，對腦卒中高危人群能夠及時采取干預措施，也讓尚未得病的健康人，或者亞健康人了解自己得腦卒中風險程度，進行自我保護。題目給出了中國某城市各家醫(yī)院2007年1月至2010年12月的腦卒中發(fā)病病例信息以及相應(yīng)期間當?shù)氐闹鹑諝庀筚Y料，讓我們建立數(shù)學模型研究腦中風的發(fā)病率與什么因素有關(guān)，我們?nèi)绾晤A防腦中風的發(fā)生。因此，這樣的題目貼近生活，很容易激發(fā)學生想去進一步研究的興趣，想知道究竟何種原因產(chǎn)生這種疾病，這種疾病有何危害，如何去預防等等。
開展數(shù)學建模競賽活動，有助于增強學生之間的團結(jié)合作精神。在當今世界上，團結(jié)合作是每個人應(yīng)該具備的一種品質(zhì)。在團結(jié)合作過程中，我們可以學會如何與人相處，如何尊重他人，如何寬容他人，如何培養(yǎng)我們的責任心。數(shù)學建模競賽由三個人組成一個小組，在競賽期間，我們要順利、完整地完成一道題目，成員間必須擁有合作的意識，以及分工要合理。因此，學生參加數(shù)學建模競賽，不僅可以培養(yǎng)同組隊員之間的默契，而且也可以增強學生之間的團結(jié)合作精神。
四、結(jié)論
數(shù)學建模已是當今時代所需要的，數(shù)學建模競賽是全國各個學科大競賽當中參賽者人數(shù)最多的一項比賽。高職院校開設(shè)數(shù)學建模課程以及參加數(shù)學建模競賽，不但可以提高課程的教學效果和質(zhì)量，而且還可以有效地提升學生的基本素質(zhì)，激發(fā)他們的潛能。
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