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關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;概率模型;數(shù)學(xué)教育
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2014)51-0178-02
一、概率理論與數(shù)學(xué)建模
隨著數(shù)學(xué)教育的發(fā)展,通過數(shù)學(xué)建模的教學(xué)實(shí)踐,可以看到作為數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用橋梁的數(shù)學(xué)建?;顒?dòng),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題、歸結(jié)問題、建立數(shù)學(xué)模型、使用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)軟件解決實(shí)際問題的能力,起到了其他數(shù)學(xué)課程無法替代的作用;對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和表述數(shù)學(xué)問題和解法的能力,有其獨(dú)到之處.國際數(shù)學(xué)教育界對(duì)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的共識(shí)和重視的程度也隨之提高,數(shù)學(xué)建模是指根據(jù)具體問題,在一定假設(shè)下找出解這個(gè)問題的數(shù)學(xué)框架,求出模型的解,并對(duì)它進(jìn)行驗(yàn)證的全過程.數(shù)學(xué)模型從影響實(shí)際問題的因素是確定性還是隨機(jī)性的角度上可以分為確定性的數(shù)學(xué)模型和隨機(jī)性的數(shù)學(xué)模型.如果影響建模的主要因素是確定的,并且其中的隨機(jī)因素可以忽略,或是隨機(jī)因素的影響可以簡單地表現(xiàn)為平均作用,那么所建立的模型應(yīng)當(dāng)是確定的數(shù)學(xué)模型;相反地,如果隨機(jī)因素對(duì)實(shí)際問題的影響是主要的,不能忽略,并且在建模過程中必須考慮到,此時(shí),建立的模型應(yīng)是隨機(jī)性數(shù)學(xué)模型.本文主要討論了簡單的隨機(jī)問題中的概率模型,通過舉例說明概率基本知識(shí)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用.建立概率模型的過程主要有如下特點(diǎn):
1.隨機(jī)性.隨機(jī)性體現(xiàn)在整個(gè)概率模型的建立中,由于隨機(jī)因素對(duì)實(shí)際問題的影響不能忽略,在建模初期的模型分析與模型假設(shè)中必須考慮到隨機(jī)性的影響,在模型建立環(huán)節(jié)也會(huì)用到分析隨機(jī)問題的思想.
2.基礎(chǔ)性.在概率模型中,用到的概率知識(shí)基本上是期望、方差、概率分布等基本知識(shí),所以對(duì)這些基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握是建立概率模型的關(guān)鍵.
3.啟發(fā)性.在概率模型中,如何全面地考慮建模中的不確定因素具有探索性與啟發(fā)性,而且對(duì)這些隨機(jī)因素的考慮可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)造能力.
4.可轉(zhuǎn)化性.有很多確定性模型在考慮了隨機(jī)性的影響后,都可以轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的隨機(jī)性模型.
二、概率基礎(chǔ)知識(shí)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用
客觀世界中,事物的產(chǎn)生、發(fā)展變化往往具有隨機(jī)性,它的特點(diǎn)是條件不能完全確定結(jié)果.例如某地區(qū)的降雨量、某流水生產(chǎn)線上的次品數(shù)、某商場一天中顧客的流量,某射手在射擊中命中靶心的次數(shù),等等.這就要求學(xué)生在分析和求解模型中運(yùn)用隨機(jī)性的思想.在此情況下,概率知識(shí)在模型中的應(yīng)用也就成為必然,而且概率知識(shí)的引入也能極大地豐富了數(shù)學(xué)建模活動(dòng)中數(shù)學(xué)方法的使用.
從概率模型的特點(diǎn)可以看出,有很多確定性的模型,當(dāng)考慮了其中隨機(jī)因素的影響之后,它們都可以轉(zhuǎn)化成概率模型來求解.例如,人口模型中的指數(shù)增長模型和阻滯模型,在給定了生育率、死亡率和初始人口等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上預(yù)測了未來人口,但事實(shí)上人口的出生與死亡是隨機(jī)的,當(dāng)考慮到這一點(diǎn)時(shí),我們所建立的應(yīng)當(dāng)是隨機(jī)人口模型;再如確定性存貯模型可以轉(zhuǎn)化為隨機(jī)存貯模型等.
為了更好地將概率知識(shí)應(yīng)用到數(shù)學(xué)建模中,我們應(yīng)當(dāng)做到以下幾點(diǎn):(1)熟練地掌握概率的基本知識(shí);(2)全面地理解所研究的實(shí)際問題;(3)充分地考慮到實(shí)際問題中的隨機(jī)性影響,并在建立模型過程中體現(xiàn)出隨機(jī)性;(4)對(duì)所建立的模型能作出準(zhǔn)確地檢驗(yàn).下面舉例說明.
案例1 機(jī)票預(yù)售問題.
航空公司采用超額預(yù)訂機(jī)票的對(duì)策來應(yīng)付某些旅客可能不能按時(shí)乘機(jī)的情況,以增加航空公司的收入.但預(yù)訂機(jī)票數(shù)超出座位數(shù)太多,不僅影響航空公司的信譽(yù),而且損失過多的付給旅客的補(bǔ)貼.因此存在一個(gè)適度超額預(yù)訂機(jī)票的問題.
我們首先通過分析、假設(shè),來簡化、明確問題:設(shè)f表示某航班飛行一次的固定費(fèi)用,包括燃料費(fèi)和維護(hù)費(fèi)、機(jī)組人員的工資和報(bào)酬,以及租用機(jī)場的設(shè)施等費(fèi)用.以N記飛機(jī)的座位數(shù),以g記每位旅客所付機(jī)票費(fèi).設(shè)一個(gè)已訂票的旅客按時(shí)到達(dá)機(jī)場的概率為p,設(shè)航空公司已訂出的機(jī)票數(shù)為m,在已訂機(jī)票的m人中有k人未能按時(shí)到達(dá)機(jī)場的概率為pk,則pk=C(1-p)kpm-k. (1)
下面計(jì)算一次飛行的利潤S.
(i)如果飛機(jī)滿座,且訂票數(shù)恰好等機(jī)的座位數(shù),即m=N,那么S=Ng-f.
(ii)如果實(shí)際訂票數(shù)大機(jī)的座位數(shù),即m>N,而且m人中有k人未按時(shí)到達(dá),在不考慮補(bǔ)償已定票而未能乘上飛機(jī)的旅客的情況下,一次飛行的利潤為:S(m-k)g-f,若m-k≤NNg-f,若m-k>N
由于“m人中有k人未按時(shí)到達(dá)”是隨機(jī)事件,其概率可由(1)表示,于是一次飛行的平均利潤應(yīng)該用S的數(shù)學(xué)期望表示,記作,因此我們有:
為了獲得最大利潤,從(2)式可看出:唯一的辦法是減小一切0≤j≤N時(shí)Pj+m-N之值,使它盡可能接近零.由二項(xiàng)式分布性質(zhì)可知,當(dāng)m增大時(shí)Pj+m-N減小,因此增大可增加利潤.
但是,增大m會(huì)導(dǎo)致過多預(yù)訂了票的旅客乘不上飛機(jī)的情況發(fā)生.因此航空公司對(duì)超額預(yù)訂機(jī)票應(yīng)采取一定的補(bǔ)救措施,如支付給這些旅客一定的補(bǔ)貼以消除影響.
(iii)如果實(shí)際訂票數(shù)大機(jī)的座位數(shù),即m>N,而m人中有k人未按時(shí)到達(dá),在考慮給每一位已訂票而未能乘上飛機(jī)的旅客補(bǔ)償費(fèi)b的情況下,航班飛行的利潤公式應(yīng)改為S(m-k)g-f,若m-k≤NNg-f-(m-k-N)b,若m-k>N
于是一次飛行的平均利潤即S的期望利潤為
由上式可以看到期望利潤與g、b、f、N、m、p諸因子有關(guān).如果固定其他因子不變,僅考慮求m使得S達(dá)到最大,這就是航空公司希望解決的問題.
上面所舉的例子是概率模型中常見的素材,其中概率的思想和方法都體現(xiàn)在了建模過程中,因此概率知識(shí)在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用極大地豐富了建模方法,推動(dòng)了數(shù)學(xué)建模的發(fā)展.
在教育向素質(zhì)教育全面發(fā)展的過程中,要求學(xué)生不但要掌握知識(shí),同時(shí)還要學(xué)會(huì)應(yīng)用知識(shí),數(shù)學(xué)建模毫無疑問是應(yīng)用知識(shí)的一種很好的方式.所以在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)注重知識(shí)的應(yīng)用性,以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展.
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:建模思想 ;高等數(shù)學(xué);必要性;可行性
一、高等數(shù)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)
1.1 高等數(shù)學(xué)的總體目標(biāo)
高等數(shù)學(xué)課程在高等學(xué)校非數(shù)學(xué)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中是一門重要的基礎(chǔ)理論課。它是為培養(yǎng)適應(yīng)我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高質(zhì)量專門人才服務(wù)的,在培養(yǎng)高素質(zhì)科學(xué)技術(shù)人才中具有其獨(dú)特的、不可替代的作用。通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí),為今后學(xué)習(xí)其它基礎(chǔ)課及多數(shù)專業(yè)課打下必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),為這些課程提供所必需的數(shù)學(xué)概念、理論、方法和運(yùn)算技能。作為未來的工程技術(shù)或研究人員,也需要通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí),獲得必不可少的數(shù)學(xué)方面的修養(yǎng)和素質(zhì)。
通過本課程的學(xué)習(xí),要使學(xué)生獲得:1.函數(shù)、極限、連續(xù);2.一元函數(shù)微分學(xué)及應(yīng)用;3.一元函數(shù)積分學(xué)及應(yīng)用; 4.空間解析幾何與向量代數(shù);5.多元函數(shù)微分學(xué)及應(yīng)用; 6.多元函數(shù)積分學(xué)及應(yīng)用;7.無窮級(jí)數(shù); 8.微分方程等方面的基本知識(shí)(基本概念、基本理論、基本方法)和基本運(yùn)算技能,為今后學(xué)習(xí)后續(xù)課程及進(jìn)一步獲得數(shù)學(xué)知識(shí)奠定必要的連續(xù)量方面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
在傳授知識(shí)的同時(shí),要通過各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)算能力、空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力,培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去分析問題和解決問題的能力以及較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力,逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。
1.2 數(shù)學(xué)建模教學(xué)的背景與狀況分析
美國國家科學(xué)研究會(huì)在一份提交給美國政府的研究報(bào)告中也明確指出:“在經(jīng)濟(jì)競爭中數(shù)學(xué)科學(xué)是必不可少的,數(shù)學(xué)科學(xué)是一種關(guān)鍵性的、普遍的、能夠?qū)嵭械募夹g(shù)?!?1世紀(jì)是工程數(shù)學(xué)技術(shù)的時(shí)代。與我們所處的時(shí)代相適應(yīng),理工科數(shù)學(xué)教育應(yīng)當(dāng)包括如下三個(gè)方面的內(nèi)容:基本知識(shí)的傳授,自學(xué)能力鍛煉,應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。然而,舊的理工科數(shù)學(xué)體系存在一個(gè)很大弊端:大多數(shù)學(xué)生畢業(yè)后不懂得如何運(yùn)用學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題,甚至有人因此認(rèn)為學(xué)數(shù)學(xué)無用。形成時(shí)代要求培養(yǎng)掌握和運(yùn)用技術(shù)的新型人才與現(xiàn)行理工科數(shù)學(xué)教育脫離實(shí)際的矛盾。錢學(xué)森同志 1989 年曾就數(shù)學(xué)教育改革問題指出:“理工科大學(xué)的數(shù)學(xué)課是不是要改造一番”,以“應(yīng)付現(xiàn)在的實(shí)際”。改革理工科數(shù)學(xué)內(nèi)容需要找到一個(gè)突破口。
二、在我校高職高專高等數(shù)學(xué)教學(xué)中融入建模思想的必要性與可行性
2.1 建模思想融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)的必要性
我們知道微積分的發(fā)明起源于物理學(xué)與幾何學(xué)等實(shí)際問題的推動(dòng),并且微積分也極大地推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步,直到今天,微積分仍在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但是今天的高等數(shù)學(xué)教學(xué)往往是過分強(qiáng)調(diào)理論的系統(tǒng)性,結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性,而輕視了基本概念的實(shí)際背景,基本定理、基本理論的物理、幾何等實(shí)際意義的解釋,割裂了微積分與外部世界的密切聯(lián)系,沒能充分顯示微積分的巨大生命力與應(yīng)用價(jià)值,使學(xué)生學(xué)了一大堆的定義、定理和公式,卻不知道對(duì)實(shí)際問題有什么用。而數(shù)學(xué)建模是通過調(diào)查、收集數(shù)據(jù)、資料,觀察和研究其固有的特征和內(nèi)在的規(guī)律,抓住問題的主要矛盾,運(yùn)用數(shù)學(xué)的思想、方法和手段對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行抽象和合理假設(shè)、創(chuàng)造性地建立起反映實(shí)際問題的數(shù)量關(guān)系,即數(shù)學(xué)模型,然后運(yùn)用數(shù)學(xué)方法輔以計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)模型加以求解,再返回到實(shí)際中去解釋、分析實(shí)際問題,并根據(jù)實(shí)際問題的反饋結(jié)果對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證、修改、并逐步完善,為人們解決實(shí)際問題提供科學(xué)依據(jù)和手段。因此數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)與客觀實(shí)際問題聯(lián)系起來的紐帶,是溝通現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)學(xué)世界的橋梁,是解決實(shí)際問題的強(qiáng)力工具。然而在實(shí)踐中能夠直接運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題的情況還是很少的,而且對(duì)于如何使用數(shù)學(xué)語言來描述所面臨的實(shí)際問題也往往不是輕而易舉的,而使用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的第一步就是要從實(shí)際問題的看起來雜亂無章的現(xiàn)象中抽象出恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)關(guān)系,即數(shù)學(xué)模型,數(shù)學(xué)模型的組建過程不僅要進(jìn)行演繹推理而且還要對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行歸納、總結(jié)和提煉,這是一個(gè)歸納、總結(jié)和演繹推理相結(jié)合的過程。這就要求我們必須改變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)只重視推理的教學(xué)模式,突出對(duì)數(shù)學(xué)結(jié)論的理解與應(yīng)用,精簡一些深?yuàn)W的數(shù)學(xué)理論,簡化復(fù)雜的抽象推理,強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)學(xué)結(jié)果的說明、直觀解釋和應(yīng)用舉例等。逐步訓(xùn)練學(xué)生不僅掌握了數(shù)學(xué)知識(shí)而且學(xué)會(huì)“用數(shù)學(xué)”,學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)的知識(shí)與方法解決實(shí)際問題,因此,在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透建模思想的訓(xùn)練是十分必要的。
2.2 建模思想融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)的可行性
我校的高職高專教育是一種職業(yè)技術(shù)教育,其目標(biāo)是培養(yǎng)能夠解決生產(chǎn)中實(shí)際問題的人才,這一點(diǎn)與數(shù)學(xué)建模競賽活動(dòng)“提高學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問題的綜合能力”的目的是一致的。首先,計(jì)算機(jī)高職的學(xué)生對(duì)一些實(shí)際生產(chǎn)問題的流程要比傳統(tǒng)大專和本科的學(xué)生更加清楚.而數(shù)學(xué)建模的題目通常是與一些實(shí)際生產(chǎn)問題的流程結(jié)合在一起的,只有對(duì)這些實(shí)際生產(chǎn)問題的流程有了比較具體的了解后,才能夠比較好地完成題目的解答,從這一點(diǎn)來看,計(jì)算機(jī)高職的學(xué)生更有優(yōu)勢。其次,由于計(jì)算機(jī)高職的學(xué)生要掌握一些理論知識(shí)(如微積分初步、線性代數(shù)、概率初步等),并具備一定的運(yùn)用所掌握的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,使得將數(shù)學(xué)建模引入計(jì)算機(jī)高職數(shù)學(xué)教學(xué)成為可能。
1.?dāng)?shù)學(xué)建模競賽有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。數(shù)學(xué)建模是對(duì)現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行合理假設(shè),適當(dāng)簡化,借助數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)化處理的過程。數(shù)學(xué)建模競賽的選題都是源于真實(shí)的,受社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題[2]。例如:小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響(2016年賽題),2010上海世博會(huì)影響力的定量評(píng)估(2010年賽題),題目有著明確的背景和要求,鼓勵(lì)參賽者選擇不同的角度和指標(biāo)來說明問題,整個(gè)數(shù)學(xué)建模的過程力求合理,鼓勵(lì)創(chuàng)新,沒有標(biāo)準(zhǔn)答案,沒有固定方法,沒有指定參考書,甚至沒有現(xiàn)成數(shù)學(xué)工具,這就要求學(xué)生在具備一定基本知識(shí)的基礎(chǔ)上,獨(dú)立的思考,相互討論,反復(fù)推敲,最后形成一個(gè)好的解決方案,參賽作品好壞的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是模型的思路和方法的合理性、創(chuàng)新性,模型結(jié)論的科學(xué)性。同一個(gè)實(shí)際問題從不同的側(cè)面、角度去思考或用不同的數(shù)學(xué)知識(shí)去解決就會(huì)得到不盡相同的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模競賽不僅是培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的新途徑,也是將數(shù)學(xué)理論知識(shí)廣泛應(yīng)用于各科學(xué)領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的有效切入點(diǎn)和生長點(diǎn)。
2.?dāng)?shù)學(xué)建模競賽有利于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善。高校的理工科專業(yè)都開設(shè)很多基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課,例如:高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、運(yùn)籌學(xué)、微分方程等,目前這些課程基本上還是理論教學(xué),主要以考試、考研為主要目標(biāo)。由于缺少實(shí)際問題的應(yīng)用,知識(shí)點(diǎn)相對(duì)分散,很多學(xué)生不知道學(xué)了有什么用,怎么用。那么如何將所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)高效的立體組裝起來,并有針對(duì)性拓展和延伸,是一個(gè)重要的研究課題[3]。實(shí)踐表明:數(shù)學(xué)建模競賽對(duì)于促進(jìn)大學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)完善是一個(gè)極好的載體。例如在解決2009年賽題———眼科病床的合理安排的問題時(shí),學(xué)生不僅要借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,找到醫(yī)院安排不同疾病手術(shù)時(shí)間的不合理性,還要結(jié)合運(yùn)籌學(xué)給出新的病床安排方案,并結(jié)合實(shí)際情況評(píng)估新方案合理性;2014年賽題嫦娥三號(hào)軟著陸軌道設(shè)計(jì)與控制策略,參賽學(xué)生首先根據(jù)受力分析和數(shù)據(jù),判斷出可能的變軌位置,再結(jié)合微分方程和控制論構(gòu)建模型,并借助計(jì)算機(jī)軟件求解,找到較好的軌道設(shè)計(jì)方案。整個(gè)數(shù)學(xué)建模過程中,參賽學(xué)生將所學(xué)分散的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)拼裝集成化,在知識(shí)體系上,數(shù)學(xué)建模實(shí)現(xiàn)了知識(shí)性、實(shí)踐性、創(chuàng)造性、綜合性、應(yīng)用性為一體的過程;在知識(shí)結(jié)構(gòu)上,數(shù)學(xué)建模實(shí)現(xiàn)了學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)從單一型、集中型向復(fù)合型的轉(zhuǎn)變。
3.?dāng)?shù)學(xué)建模競賽有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,提高溝通能力?,F(xiàn)代社會(huì)競爭日趨激烈,具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力的優(yōu)秀人才越來越受到社會(huì)的青睞。數(shù)學(xué)建模競賽也需要三個(gè)隊(duì)員組成一個(gè)團(tuán)隊(duì),因?yàn)橐谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)完成確定選題,分析問題、建立模型、求解模型,結(jié)果分析,單靠一個(gè)人是很難完成的,這就必須要由團(tuán)隊(duì)成員之間相互尊重、相互信任、互補(bǔ)互助,并且發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,才能讓團(tuán)隊(duì)的工作效率發(fā)揮到最大。同時(shí),數(shù)學(xué)建模作為一種創(chuàng)造性腦力活動(dòng),不僅要求團(tuán)隊(duì)成員之間學(xué)會(huì)傾聽別人意見,還要善于提出自己的想法和見解,并清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)出來。團(tuán)隊(duì)成員間良好的溝通能力,不僅可激發(fā)團(tuán)隊(duì)成員的競賽熱情和動(dòng)力,還可以形成更加默契、緊密的關(guān)系,從而使競賽團(tuán)隊(duì)效益達(dá)到最大化。
二、依托數(shù)學(xué)建模競賽,提升大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的對(duì)策
1.以數(shù)學(xué)建模競賽為抓手,構(gòu)建分層的數(shù)學(xué)建模教學(xué)體系,拓寬學(xué)生受益面。不同專業(yè)和年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力和培養(yǎng)的側(cè)重點(diǎn)都存在較大差異,構(gòu)建數(shù)學(xué)建模層次化教學(xué)課程體系有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)和使用數(shù)學(xué)的興趣,讓更多的學(xué)生了解數(shù)學(xué)建模以及競賽,通過自己動(dòng)手解決實(shí)際問題,更加真切感覺到數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值,切實(shí)增強(qiáng)數(shù)學(xué)的影響力,擴(kuò)大學(xué)生的受益面。南京郵電大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)和南京理工大學(xué)等高校這些方面相關(guān)工作和經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。因此,構(gòu)建數(shù)學(xué)建模分層課程體系,在課程內(nèi)容設(shè)置上,結(jié)合專業(yè)特色,有針對(duì)性設(shè)置教學(xué)方案和內(nèi)容,逐步完善具有不同專業(yè)特色的數(shù)學(xué)建模教材,講義和數(shù)據(jù)庫、并保持定期更新,不斷深入推進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)理念[4];在課程時(shí)間的安排上,遵循循序漸進(jìn)的基本思路,一、二年級(jí)大學(xué)生開設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課,介紹數(shù)學(xué)建模的基本理論和一些基本建模方法,三年級(jí)、四年級(jí)和研究生階段開設(shè)創(chuàng)新性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的動(dòng)手能力,并通過參加建模培訓(xùn)、數(shù)學(xué)建模競賽以及課外科研活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)解決實(shí)際問題的能力;在課程目標(biāo)的定位上,數(shù)學(xué)建模有別于其他的數(shù)學(xué)課程,集中體現(xiàn)在數(shù)學(xué)的應(yīng)用、實(shí)踐與創(chuàng)新,因此,數(shù)學(xué)建模不僅是一門課程,同時(shí)也是一門集成各種技術(shù)來解決實(shí)際問題的工具[6]。
2.以數(shù)學(xué)建模競賽為載體,搭建橫縱向科技服務(wù)平臺(tái),擴(kuò)大數(shù)學(xué)建模影響力。數(shù)學(xué)建模競賽的理念是“一次參賽,終身受益”,這就要求數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)要立足高遠(yuǎn),不斷向縱深推進(jìn)與發(fā)展,將數(shù)學(xué)建模應(yīng)用融入服務(wù)國計(jì)民生。因此,選擇優(yōu)秀本科學(xué)生、研究生和畢業(yè)生,結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃,科研課題以及企事業(yè)單位關(guān)注的問題等,讓他們自己動(dòng)手去調(diào)查數(shù)據(jù),查閱相關(guān)建模問題的文獻(xiàn)資料,建立數(shù)學(xué)模型,借助軟件進(jìn)行模型求解,最后獨(dú)立撰寫出建??萍颊撐幕驔Q策咨詢報(bào)告。全程參與“課外實(shí)習(xí)與科技活動(dòng)”的方式,不僅實(shí)現(xiàn)了因需施教、因材施教的目標(biāo),還搭建了連接企業(yè)和學(xué)生的橋梁,不僅讓大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)落到實(shí)處,為企事業(yè)單位提供了智力支撐,真正實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)服務(wù)社會(huì)。
3.以數(shù)學(xué)建模競賽為平臺(tái),加強(qiáng)教師的隊(duì)伍建設(shè),提升教師教育教學(xué)能力。數(shù)學(xué)建模授課和指導(dǎo)教師的教育教學(xué)能力直接影響著學(xué)生的創(chuàng)新能力。教育教學(xué)能力是指教師從事教學(xué)活動(dòng)、完成教學(xué)任務(wù)、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)所需要的各種能力和素質(zhì)的總和。數(shù)學(xué)建模的教學(xué)與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)相比,對(duì)教師的動(dòng)手能力、教學(xué)內(nèi)容駕馭能力、教學(xué)研究和創(chuàng)新能力等有較高的要求,因此,數(shù)學(xué)建模指導(dǎo)教師可以通過自主研修,網(wǎng)絡(luò)研修,參與集體備課、聽評(píng)課、教學(xué)研討等方式提高自身業(yè)務(wù)水平,同時(shí)積極參與賽區(qū)、全國組織的學(xué)習(xí)和培訓(xùn),加強(qiáng)交流,開闊視野,不斷地提高自我認(rèn)知、認(rèn)識(shí)水平。只有建成一支高素質(zhì)、實(shí)力雄厚、結(jié)構(gòu)合理、富有創(chuàng)新能力和協(xié)作精神的學(xué)科梯隊(duì),數(shù)學(xué)建模整體水平才能有較大提升,才能適應(yīng)數(shù)學(xué)建模發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要,切實(shí)有利于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的提高[6,7]。
三、我校數(shù)學(xué)建模教學(xué)和競賽改革的實(shí)踐
1.構(gòu)建模塊化教學(xué)體系。針對(duì)我校輕工特色,結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)需求,構(gòu)建模塊化教學(xué)體系。針對(duì)食品、生工、醫(yī)藥、化工和輕化等實(shí)驗(yàn)科學(xué)為主的專業(yè),重點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測分析等內(nèi)容模塊化;針對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好的物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、信息計(jì)算和自動(dòng)化等專業(yè),構(gòu)建微分方程,運(yùn)籌優(yōu)化和控制論等內(nèi)容模塊化;偏于社科類的管理、會(huì)計(jì)、金融和國貿(mào)等專業(yè),重點(diǎn)將概率模型、優(yōu)化等內(nèi)容模塊化。再結(jié)合數(shù)學(xué)建模競賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃,構(gòu)建“專業(yè)基礎(chǔ)模塊+知識(shí)拓展模塊+競賽需求模塊+科研論文寫作模塊”的實(shí)踐教學(xué)體系。
目前,我國13所民族院校中,基本上都開設(shè)了數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計(jì)算科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)或相關(guān)數(shù)學(xué)專業(yè)。由于數(shù)學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)性較強(qiáng),因此在專業(yè)基礎(chǔ)課的設(shè)置方面,民族院校與普通高校沒有本質(zhì)區(qū)別。然而,由于民族院校師生結(jié)構(gòu)的特殊性及理工類專業(yè)設(shè)置的滯后性等原因,導(dǎo)致大部分學(xué)校在數(shù)學(xué)教學(xué)方面仍存在一些問題。民族院校是在人文學(xué)科的基礎(chǔ)上增設(shè)理工類學(xué)科的,除張大林提到的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較薄弱、教師教學(xué)方法較傳統(tǒng)等問題外,還存在專業(yè)課程的設(shè)置不合理、課程銜接不當(dāng)、教師不能較好地把握因材施教原則等問題。隨著素質(zhì)教育理念的推廣,在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想已普遍達(dá)成共識(shí)。然而,受師資力量和水平的限制,在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中很難做到引進(jìn)與專業(yè)相關(guān)的數(shù)學(xué)建模案例。當(dāng)前大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)基本分為文科類、經(jīng)濟(jì)管理類、理工科類和數(shù)學(xué)類幾個(gè)層次,為了便于同步教學(xué),教師在教學(xué)過程中一般只從這幾個(gè)層次上加以區(qū)分。因此,結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)、社會(huì)需求和專業(yè)特點(diǎn)開展教學(xué)是今后大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的一個(gè)方向。
何偉等在闡述關(guān)于民族院校數(shù)學(xué)教育的思考中提到,自然科學(xué)沒有民族性,但自然科學(xué)的掌握者有民族性,對(duì)其進(jìn)行的教學(xué)可以有民族特點(diǎn)。因此,民族院校的數(shù)學(xué)教育可以結(jié)合民族特性開展。在完成基礎(chǔ)數(shù)學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)上,應(yīng)以數(shù)學(xué)建模系列課程教學(xué)為載體,根據(jù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求,選擇有利于發(fā)展民族經(jīng)濟(jì)的教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)模式,大力開展具有民族特性的數(shù)學(xué)教育。在教學(xué)過程中,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生把握民族地區(qū)發(fā)展的前景分析能力和項(xiàng)目開發(fā)能力。在地方民族院校中,應(yīng)結(jié)合地方實(shí)際,針對(duì)民族旅游開發(fā)、民族工藝品設(shè)計(jì)、民族藥品研制過程中涉及的數(shù)學(xué)模型展開教學(xué),探索合適的具有地方特色的創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式。
數(shù)學(xué)建模教學(xué)與競賽活動(dòng),是一項(xiàng)成功的高等教育改革實(shí)踐。從13所民族院校的人才培養(yǎng)方案中不難看出,隨著數(shù)學(xué)建模競賽活動(dòng)影響力的擴(kuò)大,各民族院校也加大了對(duì)數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)系列課程的教學(xué)力度。然而,縱觀各民族院校數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)、信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)、統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)等數(shù)學(xué)相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案,不難發(fā)現(xiàn)其課程體系中與數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課相關(guān)的課程之間不能較好地銜接。因此,在公共課擠壓專業(yè)課學(xué)時(shí)的情況下,只有科學(xué)有效地開設(shè)數(shù)學(xué)建模系列課程,將擬開設(shè)的課程有機(jī)地銜接起來,才能讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的思想和方法。綜合各高校課程設(shè)置情況與教學(xué)實(shí)踐,我們認(rèn)為數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)系列課程可以按下圖的關(guān)系加以銜接。另外,因?yàn)檫@一系列課程中均包含數(shù)學(xué)建模的思想和方法,所以在教學(xué)過程中可以將課程之間交叉的內(nèi)容著重放在一門課中展開,從而突破各門課程的學(xué)時(shí)限制。
例如,線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可以放在運(yùn)籌學(xué)課程中進(jìn)行教學(xué),而在數(shù)學(xué)模型課程教學(xué)中不再重復(fù)這部分內(nèi)容。這種將數(shù)學(xué)模型課程中涉及的具體模型放到相關(guān)課程里進(jìn)行教學(xué),是將數(shù)學(xué)建模思想融入其他課程教學(xué)的最好體現(xiàn)。當(dāng)然,教學(xué)的內(nèi)容除覆蓋基本知識(shí)點(diǎn)外,應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)展開。只有靈活選取有利于學(xué)生就業(yè)的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué),才能讓學(xué)生學(xué)以致用。教學(xué)的形式應(yīng)多樣化,可以開展專題講座,也可以引導(dǎo)學(xué)生從簡單課題入手,將實(shí)驗(yàn)室交給學(xué)生,讓學(xué)生自己去思考、去實(shí)踐。
高等教育的發(fā)展趨勢更強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育,而強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)踐性是素質(zhì)教育的內(nèi)涵之一,從實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí),更容易產(chǎn)生沉淀而成為人的素質(zhì)。應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析和解決一些問題的實(shí)踐活動(dòng)統(tǒng)稱為數(shù)學(xué)建?;顒?dòng),它是一種小型的科研活動(dòng)。通過參加這項(xiàng)活動(dòng),學(xué)生可以對(duì)科研活動(dòng)的全過程有一個(gè)初步的了解,在科研的各個(gè)環(huán)節(jié)均可得到訓(xùn)練,這些環(huán)節(jié)包括:分析和理解問題背景、收集相關(guān)信息、明確主攻目標(biāo)、方案比較與抉擇、模型建立與求解、仿真檢驗(yàn)與模型改進(jìn)等。數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)作為全國高校規(guī)模最大的課外科技活動(dòng),它可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面,培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)和其他各專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合能力。
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模思想;高職數(shù)學(xué);滲透研究
1在高職數(shù)學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想的意義
在高職數(shù)學(xué)的教學(xué)中逐漸滲透數(shù)學(xué)建模思想,能夠潛移默化地影響學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和思考方式,并且提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作能力,能夠更好地幫助高職學(xué)生成為高質(zhì)量、高技能的專門應(yīng)用型人才。數(shù)學(xué)建模就是將生產(chǎn)生活和學(xué)習(xí)工作中遇到的各種實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,讓學(xué)生能夠在解決數(shù)學(xué)問題的基礎(chǔ)上更多地考慮到實(shí)際情況。從實(shí)際問題出發(fā),將問題類比規(guī)劃并且通過抽象形式的表達(dá)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,在數(shù)學(xué)公式的變化中將實(shí)際問題解決,并且能夠更好地理解實(shí)際問題和數(shù)學(xué)之間的緊密聯(lián)系,這就是數(shù)學(xué)建模思想的重要意義。數(shù)學(xué)建模思想能夠更好地幫助學(xué)生提高中職數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)能力,并且在中職數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中能夠獨(dú)辟蹊徑,尋找出新的解決問題的方法,能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)中職數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中更具有積極性和主觀能動(dòng)性。
2數(shù)學(xué)建模思想和高職數(shù)學(xué)的結(jié)合
高職數(shù)學(xué)教學(xué)中加入數(shù)學(xué)建模的思想能夠在學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過程中慢慢地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力產(chǎn)生影響,主要作用是在潛移默化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,在實(shí)際高職教學(xué)中能夠?qū)?shù)學(xué)建模思想和實(shí)際的高職數(shù)學(xué)教育目標(biāo)結(jié)合在一起,是高職數(shù)學(xué)改革的主要目標(biāo)。高職數(shù)學(xué)教育更多地趨向于理論知識(shí)的教學(xué),而數(shù)學(xué)建模思想則更好地將實(shí)際問題推送到數(shù)學(xué)面前,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,在長久的數(shù)學(xué)建模思想和高職數(shù)學(xué)教學(xué)的結(jié)合培養(yǎng)下,學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力能夠得到有效的培養(yǎng),這種長時(shí)間潛移默化的影響更能幫助學(xué)生提升創(chuàng)新實(shí)踐能力,完成高職數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)。
3數(shù)學(xué)建模思想在高職數(shù)學(xué)中滲透方法研究
3.1在高職數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容上引入數(shù)學(xué)建模思想
以往的高職數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容更趨向于對(duì)理論數(shù)學(xué)知識(shí)和公式概念的教學(xué),這些基本知識(shí)都不能很好地和實(shí)踐應(yīng)用相聯(lián)系,不能很好地讓高職學(xué)生明白數(shù)學(xué)的意義和數(shù)學(xué)在生活中的應(yīng)用,而將數(shù)學(xué)建模思想滲透到高職數(shù)學(xué)中則能夠更好地幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)和實(shí)際工作學(xué)習(xí)生活的聯(lián)系,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)高職數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也更能加深學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)理論知識(shí)的理解。在高職數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容中函數(shù)是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),學(xué)生往往在這部分?jǐn)?shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)上掌握得不夠好,函數(shù)是個(gè)非常抽象的概念,而如果將數(shù)學(xué)建模思想滲透到函數(shù)的教學(xué)內(nèi)容中,通過數(shù)學(xué)建模思想將實(shí)際生產(chǎn)生活中的問題應(yīng)用到函數(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用中,能夠更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解函數(shù)知識(shí)。比如在高職學(xué)生參加工作后最常見的問題就是工時(shí)和工作任務(wù)量的關(guān)系,如何在有限的工作時(shí)間T內(nèi)完成最大的工作量X,則需要學(xué)生利用函數(shù)關(guān)系得出最大工作效率Y,這些應(yīng)用都加深了高職學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解。
3.2在高職數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用上加以滲透數(shù)學(xué)建模思想
高職教育的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)就是為社會(huì)培養(yǎng)更多的專門性技能人才,他們更多地和實(shí)際操作工作相接觸,而數(shù)學(xué)建模思想在高職數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用上的滲透則很好地幫助學(xué)生提升實(shí)際操作能力,幫助學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí),利用數(shù)學(xué)的知識(shí)和方法解決實(shí)際技能型工作中的問題。在高職數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用上滲透數(shù)學(xué)建模思想就是將具體的生產(chǎn)工作中遇到的各類問題類比抽象為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)中的問題,數(shù)學(xué)模型的建立則更好地幫助高職學(xué)生解決生產(chǎn)工作中的問題,并且能夠加深學(xué)生對(duì)理論公式的理解和記憶。數(shù)學(xué)建模思想在中職教學(xué)中知識(shí)內(nèi)容應(yīng)用上的滲透則更注重于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力,而不僅僅是數(shù)學(xué)知識(shí)的死記硬背和大量的數(shù)學(xué)計(jì)算。例如,在飲料工廠的生產(chǎn)中如何設(shè)計(jì)飲料瓶使工廠達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益,在生活中我們很少見到方形的瓶子,而更多的是圓形飲料瓶,這就是通過裝等體積的飲料,如何設(shè)計(jì)才能使得飲料瓶的面積最小,也就在最大程度上達(dá)到節(jié)約物料、節(jié)約成本的目的。通過面積和直徑,體積和直徑的關(guān)系來設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)的飲料瓶外形,則是對(duì)數(shù)學(xué)建模思想在高職數(shù)學(xué)內(nèi)容應(yīng)用上比較好的案例。
3.3在高職數(shù)學(xué)考試中運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想
在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中,不僅要在數(shù)學(xué)知識(shí)內(nèi)容和數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用上滲透數(shù)學(xué)建模思想,更要在實(shí)際的學(xué)習(xí)中應(yīng)用到數(shù)學(xué)建模思想。比如在高職數(shù)學(xué)的教學(xué)考核上,采用更多的方法對(duì)學(xué)生的能力進(jìn)行判斷,可以利用小組同學(xué)間合作與競爭的關(guān)系,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模思想在數(shù)學(xué)應(yīng)用中的理解,利用考試中數(shù)學(xué)建模方法和思想幫助學(xué)生提升獨(dú)立思考能力和探索創(chuàng)新能力。
4結(jié)語
數(shù)學(xué)建模思想在高職數(shù)學(xué)中的應(yīng)用符合高職教育的培養(yǎng)目標(biāo),為社會(huì)提供了更多高能力、高素質(zhì)的專門技能型人才,數(shù)學(xué)建模思想在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力,同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)高職數(shù)學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用,進(jìn)而幫助學(xué)生能夠?qū)?shù)學(xué)知識(shí)更好地應(yīng)用到以后的生產(chǎn)實(shí)踐工作中,利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決工作的實(shí)際問題,進(jìn)而為社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
[1]鐘國富,郭宗慶.關(guān)于在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的思考[J].教育與職業(yè),2011,(04):143-150
(一)縮短課時(shí),讓學(xué)生能迅速掌握知識(shí)
高職院校高等數(shù)學(xué)課時(shí)普遍較本科院校少。項(xiàng)目教學(xué)法不僅解決了課時(shí)少的難題,更提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與效率,讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中積極、主動(dòng)、輕松地掌握知識(shí)。當(dāng)然,課時(shí)的減少,并不代表教師的工作量減少。任務(wù)的選取、布置、指導(dǎo)和評(píng)價(jià)都對(duì)教師提出了更高的要求。
(二)拓展學(xué)生的知識(shí)面,掌握數(shù)學(xué)建模方法
因?yàn)轫?xiàng)目任務(wù)往往是跨學(xué)科、跨專業(yè)的。學(xué)生在項(xiàng)目的完成過程中自然拓寬了知識(shí)面,當(dāng)然更主要的是掌握了數(shù)學(xué)建模的方法,這種方法正是教師“授之以漁”中的“漁”。
(三)在實(shí)踐中培養(yǎng)綜合職業(yè)能力
由于從項(xiàng)目的計(jì)劃、實(shí)施、完成及評(píng)價(jià)均由學(xué)生自主完成,對(duì)學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)提出了更高的要求。學(xué)生在項(xiàng)目的完成中要真正地走入社會(huì),學(xué)會(huì)收集資料,學(xué)會(huì)調(diào)研,學(xué)會(huì)與人溝通,學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié)與分工合作,在實(shí)踐中鍛煉自己。
二、高職數(shù)學(xué)建模項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施對(duì)象
由于數(shù)學(xué)建模教學(xué)面對(duì)的是全院學(xué)生。學(xué)生的水平參差不齊。本著因材施教的教學(xué)基本原則,大部分學(xué)院數(shù)學(xué)建模的教學(xué)均采取分層教學(xué)模式,一般分為基礎(chǔ)普及層、能力提高層和優(yōu)秀拔尖層。針對(duì)基礎(chǔ)普及層的學(xué)生,一般教師會(huì)通過啟發(fā)式教學(xué)法和案例教學(xué)法,在高等數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中融入簡單數(shù)學(xué)建模案例,讓學(xué)生初步體會(huì)數(shù)學(xué)建模的思想。如在函數(shù)最值應(yīng)用中可引入易拉罐形狀的最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題、綠地噴澆設(shè)施的節(jié)水設(shè)想和競爭性產(chǎn)品生產(chǎn)中的利潤最大化等模型;在常微分方程中引入人口問題、刑事偵查中死亡時(shí)間的鑒定和名畫偽造案的偵破問題等模型;在線性代數(shù)中引入矩陣密碼、投入產(chǎn)出等模型;在概率統(tǒng)計(jì)中引入考試成績的標(biāo)準(zhǔn)分、保險(xiǎn)問題、風(fēng)險(xiǎn)分析等模型,使學(xué)生從各類建模問題中逐步領(lǐng)悟到數(shù)學(xué)建模的廣泛應(yīng)用,從而激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模的興趣。針對(duì)能力提高層和優(yōu)秀拔尖層的學(xué)生一般采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)法與項(xiàng)目教學(xué)法,可通過開設(shè)選修課《數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》和數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)班的形式進(jìn)行。另外,針對(duì)這類學(xué)生,一般院校還會(huì)積極組織他們參加各類數(shù)學(xué)建模競賽,申報(bào)省大學(xué)生科研項(xiàng)目等。事實(shí)證明,經(jīng)歷過數(shù)學(xué)建模錘煉后的學(xué)生,自主學(xué)習(xí)、科研能力、實(shí)踐能力、自信心等都明顯增強(qiáng),而且大部分同學(xué)都會(huì)進(jìn)入本科院校繼續(xù)學(xué)習(xí)深造。
三、高職數(shù)學(xué)建模項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過程
(一)項(xiàng)目選取
首先,教師根據(jù)課程特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知水平,設(shè)計(jì)相應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)并下達(dá)給學(xué)生。項(xiàng)目可分為初等模型、微分方程模型、預(yù)測類模型、圖論模型、規(guī)劃類模型、評(píng)價(jià)類模型、概率類模型和多元統(tǒng)計(jì)分析這八類,每一類設(shè)計(jì)不同專業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目。學(xué)生可根據(jù)自身專業(yè)和興趣選擇不同的任務(wù),也可根據(jù)實(shí)際自選任務(wù)。項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)要具有示范性、覆蓋性、實(shí)用性、綜合性和可行性。
(二)項(xiàng)目分析
為使項(xiàng)目活動(dòng)順利開展,教師可將與任務(wù)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念或內(nèi)容呈現(xiàn)出來,供學(xué)生參考。指導(dǎo)學(xué)生將任務(wù)細(xì)化,明確任務(wù)目標(biāo)。對(duì)于一些較復(fù)雜的項(xiàng)目,可以指導(dǎo)學(xué)生將其階段化,分為若干子項(xiàng)目加以完成。
(三)制定計(jì)劃
學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo),制定實(shí)施計(jì)劃,具體到時(shí)間與人員分工,在制定計(jì)劃時(shí)可兼顧學(xué)生自身特點(diǎn),如計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生可以以程序的編寫和運(yùn)行為主。
(四)自主學(xué)習(xí)
知識(shí)的理解和運(yùn)用、軟件的學(xué)習(xí)和使用、算法的編寫與運(yùn)行等,這些具體細(xì)節(jié)都需要學(xué)生自主地去學(xué)習(xí)和探究。
(五)完成任務(wù)
根據(jù)實(shí)施計(jì)劃,分階段、分步驟、分工合作完成數(shù)據(jù)的收集與整理、模型的建立與求解以及論文的寫作。
(六)評(píng)價(jià)、修改與推廣
在這一環(huán)節(jié),主要以學(xué)生代表展示成果的方式進(jìn)行,對(duì)已建立的模型進(jìn)行講解與分析,對(duì)已完成的任務(wù)開展自評(píng)和互評(píng),最后由教師總評(píng)。學(xué)生再根據(jù)教師和學(xué)生的意見對(duì)模型進(jìn)行修改與推廣。
四、高職數(shù)學(xué)建模項(xiàng)目教學(xué)的評(píng)價(jià)體系
(一)過程性評(píng)價(jià)
主要指項(xiàng)目進(jìn)行過程中學(xué)生的全方面表現(xiàn),主要包括八個(gè)方面:1.認(rèn)真,自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng);2.有創(chuàng)新性,敢于挑戰(zhàn);3.團(tuán)結(jié)友好,善與人溝通;4.考慮問題全面;5.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)厚實(shí);6.編程能力強(qiáng);7.寫作能力強(qiáng);8.有領(lǐng)導(dǎo)才能。評(píng)價(jià)結(jié)果綜合學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)三方面。這樣的評(píng)價(jià)方式,不僅要求學(xué)生們對(duì)自己能力的了解以及相互之間相互了解,更需要教師對(duì)每個(gè)學(xué)生的了解,要求教師與學(xué)生的零距離接觸,充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)性作用。
(二)終結(jié)性評(píng)價(jià)
主要指對(duì)最終成果的評(píng)價(jià),以數(shù)模論文假設(shè)的合理性、建模的創(chuàng)造性、結(jié)果的正確性和文字表述的清晰程度為主。
五、高職數(shù)學(xué)建模項(xiàng)目教學(xué)案例
下面以圖論模型的項(xiàng)目教學(xué)為例說明具體實(shí)施過程。圖論是用點(diǎn)和邊來描述事物和事物之間的關(guān)系,是對(duì)實(shí)際問題的一種抽象,能夠把紛雜的信息變得有序、直觀、清晰。自然界和人類社會(huì)中的大量事物以及事物之間的關(guān)系,??捎脠D形來描述。例如,物質(zhì)結(jié)構(gòu)、電氣網(wǎng)絡(luò)、城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、信息傳輸、工作調(diào)配、事物關(guān)系等等都可以用點(diǎn)和線連起來所組成的圖形來模擬并轉(zhuǎn)化為圖論的問題,再結(jié)合圖論算法,計(jì)算機(jī)編程,從而解決實(shí)際問題。本教學(xué)單元從圖論的實(shí)際應(yīng)用中選取“物流線路與管網(wǎng)設(shè)計(jì)”這兩個(gè)典型應(yīng)用作為項(xiàng)目任務(wù)導(dǎo)入。
項(xiàng)目1:(物流線路問題)物流運(yùn)輸作為重要的物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題,其方案的設(shè)計(jì)直接影響企業(yè)的運(yùn)輸成本和運(yùn)輸時(shí)間等。請以實(shí)際城區(qū)主干線為例,構(gòu)建圖論模型,利用圖論算法,給出城區(qū)主干線上的結(jié)點(diǎn)間最短路徑,并通過構(gòu)建歐拉回路,給出最優(yōu)巡回運(yùn)輸路徑。相關(guān)知識(shí):無向連通圖,一筆畫問題,歐拉回路,歷遍性最短路,最大流,Dijkstra、Floyd、Edmonds、Fleury等算法。教師活動(dòng):布置任務(wù),提供必要的知識(shí)和軟件指導(dǎo),協(xié)助組員分工,引導(dǎo)學(xué)生順利完成任務(wù)。學(xué)生活動(dòng):明確任務(wù)目標(biāo),根據(jù)自身特點(diǎn)組隊(duì),制定實(shí)施計(jì)劃并分工合作,完成任務(wù)。(1)基本知識(shí)與軟件的學(xué)習(xí)階段;(2)數(shù)據(jù)的收集與整理階段;(3)城區(qū)主干線圖論模型的構(gòu)建;(4)利用Dijkstra和Floyd算法計(jì)算出結(jié)點(diǎn)間最短路徑;(5)利用Edmonds和Fleury求最小權(quán)理想匹配和歐拉巡回。項(xiàng)目推廣:車載導(dǎo)航儀、中心選址問題、最佳災(zāi)情巡視路線等。
六、結(jié)束語
【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模 高職數(shù)學(xué)
高職教育是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)的高等教育,以凸顯實(shí)用技能為原則的教學(xué)理念也滲透到了專業(yè)課程的教育進(jìn)程中,充分強(qiáng)調(diào)課程內(nèi)容的實(shí)用性和學(xué)生解決實(shí)際問題的自覺性。作為一門在社會(huì)生活中應(yīng)用極廣的學(xué)科,數(shù)學(xué)課程亦需要與實(shí)踐土壤相結(jié)合,方能顯出其教學(xué)職能。然而不少高職學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱、興趣低沉,僅僅將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)看作是應(yīng)付考試的枯燥過程。應(yīng)試化的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)模式顯然與高職教育階段的教學(xué)理念相悖,而要改變這一局面,則應(yīng)當(dāng)在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中引入新型的教學(xué)手段。
一、數(shù)學(xué)建模的涵義
數(shù)學(xué)建模是將一個(gè)實(shí)際問題,根據(jù)其特有的內(nèi)在規(guī)律,作出一些必要的簡化和假設(shè),運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具將其轉(zhuǎn)化成一個(gè)明確的數(shù)學(xué)問題,用數(shù)學(xué)方法精確或近似地解決該問題,并將求得的數(shù)量結(jié)果返回到實(shí)際問題,檢驗(yàn)結(jié)果是否與實(shí)際現(xiàn)象符合,這樣的過程多次反復(fù)進(jìn)行,直至能較好地解決實(shí)際問題為止?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特征是科學(xué)技術(shù)日益精確化、定量化,許多問題的解決,都必須建立其模型,數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用已滲透到各個(gè)領(lǐng)域,如工程、經(jīng)濟(jì)、管理、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)、體育、人文等。
二、數(shù)學(xué)建模應(yīng)用于高等數(shù)學(xué)教學(xué)的必要性
目前,高等數(shù)學(xué)課教師主要采用傳統(tǒng)的“粉筆加黑板”為主的教學(xué)方法來授課。在教學(xué)過程中,基本上采取統(tǒng)一上課進(jìn)度、統(tǒng)一的輔導(dǎo)和作業(yè)批改、統(tǒng)一的課程考試的方式進(jìn)行教學(xué),只是簡單地把知識(shí)灌輸給學(xué)生,而且過于注重演繹證明、運(yùn)算技巧,忽視了應(yīng)用理解和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),學(xué)生的潛在能力不但沒有得到挖掘。數(shù)學(xué)建模教學(xué)具有緊密結(jié)合多領(lǐng)域?qū)嶋H問題,將實(shí)際案例分析作為教學(xué)內(nèi)容等特點(diǎn),因此有助于克服傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)中知識(shí)與能力脫節(jié)的弊端,可以啟迪學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)、興趣和能力。數(shù)學(xué)建模教學(xué)中所采用的多為研討班模式,可以充分發(fā)揮學(xué)生的參與意識(shí);在研討過程中,教師和學(xué)生地位平等,通過共同討論,能讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí),從而極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生自覺參與的積極性。數(shù)學(xué)建模教學(xué)中,可采用分層次、模塊式的教學(xué)體系,運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)和方法改造傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系,從而探索出高等數(shù)學(xué)教學(xué)的新路子。
三、高職數(shù)學(xué)課程與數(shù)學(xué)建模的結(jié)合路徑
(一)在數(shù)學(xué)概念教學(xué)中應(yīng)用數(shù)學(xué)建模思想
在數(shù)學(xué)概念的教學(xué)中,運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想能取得較好的實(shí)效。比如,在講授導(dǎo)數(shù)的概念時(shí),可以給出兩個(gè)模型:模型一是變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度,模型二則是非恒定電流的電流強(qiáng)度。在模型的建立過程中,可以運(yùn)用簡單的物理知識(shí),由師生一起來共同進(jìn)行分析討論。通過對(duì)問題展開分析,對(duì)于以上兩個(gè)不同的模型,一旦拋開其實(shí)際意義,單純地從數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)上來看待,它們都有相同的形式,都能歸結(jié)為同一個(gè)數(shù)學(xué)模型,也就是函數(shù)的改變量和自變量改變量的比值。當(dāng)自變量改變量趨于零時(shí)的極限值,這種形式的極限,在數(shù)學(xué)上即定義為函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。在有了導(dǎo)數(shù)的定義之后,前面的兩個(gè)模型很容易就能得到解決。這樣既得出了導(dǎo)數(shù)的概念,又能讓學(xué)生體驗(yàn)到數(shù)學(xué)的魅力。
(二)構(gòu)建問題情境,以建模為方式加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)問題的解釋與應(yīng)用
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn),教師可以利用數(shù)學(xué)建模來講復(fù)雜的原理、抽象的概念與實(shí)際理解領(lǐng)域相結(jié)合,比如引入多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù),將趣味故事、史料、圖片、影像資料作為知識(shí)導(dǎo)入環(huán)節(jié),用計(jì)算機(jī)來操作模型來化解課本上數(shù)學(xué)知識(shí)的平面性,從而讓一個(gè)個(gè)數(shù)學(xué)問題融入到具體教學(xué)情境中,變得形象豐滿起來。要讓學(xué)生們樹立起數(shù)學(xué)問題意識(shí),需要教師在數(shù)學(xué)建模中注重材料的多樣性以及與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系性。例如,在函數(shù)章節(jié)中可以分析銀行存款復(fù)利問題;學(xué)習(xí)完極值問題后可以引入最優(yōu)價(jià)格設(shè)計(jì)、最佳訂貨周期問題、最大收益問題等案例;在介紹了線性方程組求解后,可以引進(jìn)投資組合問題;在學(xué)習(xí)微分方程概念后引進(jìn)人口問題的馬爾薩斯人口模型(英國人口學(xué)家馬爾薩斯于1798年提出了著名的人口指數(shù)增長模型)。教師可以設(shè)計(jì)出相關(guān)的問題情境,然后讓學(xué)生們在模型演練中對(duì)這些問題加以分析和解決。這種以建模為方式的問題情境可以打破以往對(duì)數(shù)學(xué)的片面化認(rèn)識(shí),釋放學(xué)生們的多維度數(shù)學(xué)思維。
(三)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容作為數(shù)學(xué)建模的載體
高職數(shù)學(xué)內(nèi)容歷來要求“以應(yīng)用為目的,以必需、夠用為度”,其知識(shí)范圍廣、線條粗、深度淺。教師應(yīng)積極開展課程論研究,在教學(xué)中要善于挖掘教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生所學(xué)專業(yè)及實(shí)際生活中實(shí)例的聯(lián)系,根據(jù)學(xué)生專業(yè)的實(shí)際需求編排高等數(shù)學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)。同時(shí)適當(dāng)增加數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)等輔的教學(xué)內(nèi)容,建立知識(shí)、趣味、實(shí)用和現(xiàn)代化技術(shù)為一體的內(nèi)容體系。這樣既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓寬視野,又能突出高職應(yīng)用性的培養(yǎng)目標(biāo),提高學(xué)生利用所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí),結(jié)合數(shù)學(xué)模型的思想和方法,借助計(jì)算方法和數(shù)學(xué)軟件解決問題的能力。例如,機(jī)械類專業(yè)可以將微積分作為教學(xué)重點(diǎn),電氣類專業(yè)可以適當(dāng)加入線性代數(shù)、積分變換等內(nèi)容,信息類專業(yè)則可加入概率論、計(jì)算初步和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)等。
值得注意的是,數(shù)學(xué)建模在課堂教學(xué)中僅是建模思想和方法的滲入,是在掌握必要的數(shù)學(xué)基本知識(shí)和基本能力基礎(chǔ)上,通過建模的思想將所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于專業(yè)和生活實(shí)際,使學(xué)生具備數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)和初步建模的能力,而不是要學(xué)習(xí)和掌握數(shù)學(xué)建模的專門知識(shí),因此不能改變高等數(shù)學(xué)教學(xué)的主要要求和基本目標(biāo),要協(xié)調(diào)好二者的關(guān)系,既要相互促進(jìn),又要主次分明
總之,數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用,對(duì)于高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革具有非常重要的意義。將數(shù)學(xué)建模思想引入高等數(shù)學(xué)教學(xué),其目的是更好地促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),提高他們運(yùn)用數(shù)學(xué)思想分析問題、解決問題及抽象思維的能力。教師要通過數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用,使學(xué)生初步掌握從實(shí)際問題中概括數(shù)學(xué)內(nèi)涵的方法,激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣,并為高校學(xué)生的專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[關(guān)鍵詞] 數(shù)學(xué)建模; 管理會(huì)計(jì); 教學(xué)改革
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 15. 069
[中圖分類號(hào)] G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194(2013)15- 0105- 02
管理會(huì)計(jì)是高職會(huì)計(jì)專業(yè)的核心課程和工商管理專業(yè)的必修課程,其理論和方法已經(jīng)成為企業(yè)管理必須掌握的基本知識(shí)。管理會(huì)計(jì)越來越多地應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法來進(jìn)行分析研究。具體地說,管理會(huì)計(jì)中數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用是以廣泛地應(yīng)用數(shù)學(xué)模型為重要標(biāo)志。管理會(huì)計(jì)中所用的數(shù)學(xué)模型具有多種表現(xiàn)形式,包括一般代數(shù)模型、數(shù)學(xué)分析模型、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、矩陣代數(shù)模型及概率模型等。所以,管理會(huì)計(jì)教學(xué)中突出數(shù)學(xué)思想方法,特別是數(shù)學(xué)建模思想的滲透就顯得十分重要。如何將數(shù)學(xué)建模思想和管理會(huì)計(jì)課程的教學(xué)改革有機(jī)地結(jié)合起來,是對(duì)管理會(huì)計(jì)教學(xué)改革的大膽探索和有益嘗試。
1 管理會(huì)計(jì)教學(xué)融入數(shù)學(xué)建模思想的意義
1.1 符合管理會(huì)計(jì)的學(xué)科特點(diǎn)
管理會(huì)計(jì)的學(xué)科特點(diǎn)之一是數(shù)學(xué)方法的廣泛應(yīng)用。財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法的范圍較小,一般只涉及初等數(shù)學(xué)。而現(xiàn)代管理會(huì)計(jì)越來越廣泛地應(yīng)用許多高等數(shù)學(xué)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,生產(chǎn)經(jīng)營的日趨復(fù)雜,企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,整個(gè)企業(yè)管理正朝著定量化的方向發(fā)展。現(xiàn)代管理會(huì)計(jì)為適應(yīng)企業(yè)管理的這一重大轉(zhuǎn)變,要求用高等數(shù)學(xué)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法來“武裝”自己,使其與企業(yè)管理的發(fā)展相適應(yīng)。把高等數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中的數(shù)量方法吸收、引進(jìn)、應(yīng)用到現(xiàn)代管理會(huì)計(jì)中來,可以將復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)用簡明的數(shù)學(xué)模型表述出來,揭示有關(guān)變量間的內(nèi)在聯(lián)系及變化規(guī)律,以便為管理人員正確地進(jìn)行經(jīng)營決策提供依據(jù)。所以,一方面,管理會(huì)計(jì)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程,教學(xué)中的許多案例,包括根據(jù)實(shí)際問題改編的案例都可以充實(shí)數(shù)學(xué)建模的內(nèi)容。另一方面,數(shù)學(xué)思想方法,特別是數(shù)學(xué)建模思想運(yùn)用于管理會(huì)計(jì)教學(xué)不僅是教學(xué)方法的改變,而且可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)和能力。因此,管理會(huì)計(jì)課程的教學(xué)改革和數(shù)學(xué)建模能力的培養(yǎng)是相得益彰的關(guān)系,而不是魚和熊掌不可兼得的關(guān)系。
1.2 改善管理會(huì)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀
目前,管理會(huì)計(jì)教學(xué)中存在許多問題,如教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫離嚴(yán)重,教學(xué)方法單一,教學(xué)手段落后,學(xué)時(shí)少,考核制度不完善等。這些問題直接導(dǎo)致課堂上學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確,積極性不高,課堂參與程度低。如何改善這種狀況呢?在管理會(huì)計(jì)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想是一個(gè)有效的辦法。首先,傳統(tǒng)教學(xué)中,以基本概念和基本理論的講授為主,而數(shù)學(xué)建模思想從解決實(shí)際問題出發(fā),在課堂上引入實(shí)際的管理案例,或者根據(jù)實(shí)際問題改編的案例容易引起學(xué)生的興趣。其次,傳統(tǒng)教學(xué)以教師為中心,而數(shù)學(xué)建模思想采用分組討論的形式,學(xué)生各抒己見,每個(gè)人都有參與的機(jī)會(huì)。再次,可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。在數(shù)學(xué)建模時(shí),常常需要數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用、良好的專業(yè)背景和一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及文字表達(dá)能力。由于數(shù)學(xué)建模教學(xué)本身是一個(gè)不斷探索、不斷創(chuàng)新、不斷完善的過程,所以在這個(gè)過程中,教師可以通過實(shí)際教學(xué)案例的設(shè)計(jì)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的抽象概括能力、洞察力、想象力、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。
1.3 推動(dòng)高職課程改革的進(jìn)程
管理會(huì)計(jì)教學(xué)融入數(shù)學(xué)建模思想是高職教學(xué)改革的新思路。首先,它密切了公共基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的聯(lián)系,更好地推動(dòng)基礎(chǔ)課教學(xué)改革。以經(jīng)濟(jì)管理類專業(yè)為例,管理會(huì)計(jì)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、財(cái)務(wù)管理和經(jīng)濟(jì)學(xué)等課程不但與數(shù)學(xué)課之間有著直接的關(guān)系,而且也與公共英語、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等公共基礎(chǔ)課有著密切的聯(lián)系。分析這些聯(lián)系,更有利于將公共基礎(chǔ)課的改革落到實(shí)處。其次,它密切了專業(yè)課之間的聯(lián)系,提高了專業(yè)課的教學(xué)實(shí)效。目前,在高職教學(xué)中,不同程度地存在著專業(yè)課內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象。如管理會(huì)計(jì)與財(cái)務(wù)管理、成本會(huì)計(jì)之間的內(nèi)容都有交叉。數(shù)學(xué)建模思想融入專業(yè)課教學(xué)不僅是教學(xué)方法的改變,更有利于打破專業(yè)課之間界限,有利于解決專業(yè)課教學(xué)理論學(xué)時(shí)減少與學(xué)科門類繁雜,內(nèi)容重復(fù)等矛盾。再次,它密切了高職教師之間的聯(lián)系,有利于打造復(fù)合知識(shí)結(jié)構(gòu)的教師隊(duì)伍或教學(xué)團(tuán)隊(duì)。目前,高職院校不同程度地存在輕視基礎(chǔ)課、重視專業(yè)課,輕視理論教學(xué)、重視專業(yè)實(shí)訓(xùn)的現(xiàn)象。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因主要是高職教師缺乏對(duì)課程體系的整體認(rèn)識(shí),割裂了學(xué)科之間的聯(lián)系。解決這一問題的有效途徑是,一方面要求教師之間增加互動(dòng),特別是公共基礎(chǔ)課教師與專業(yè)課教師之間的經(jīng)常性互動(dòng),另一方面教師通過進(jìn)一步學(xué)習(xí)不斷豐富和調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)。
總之,在管理會(huì)計(jì)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想,不僅是對(duì)管理會(huì)計(jì)教學(xué)方法改革的大膽探索,也是對(duì)高職課程體系改革的有益嘗試。
2 管理會(huì)計(jì)教學(xué)融入數(shù)學(xué)建模思想的原則
2.1 循序漸進(jìn),體現(xiàn)教學(xué)過程的“活動(dòng)”特點(diǎn)
數(shù)學(xué)建模思想融入管理會(huì)計(jì)教學(xué)首先應(yīng)體現(xiàn)“活動(dòng)”的特點(diǎn),教學(xué)過程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)應(yīng)考慮怎樣讓學(xué)生更多地參與進(jìn)來,讓他們做什么,怎么做,或者怎樣讓他們自己悟出該做什么,該怎樣去做。而要體現(xiàn)這一特點(diǎn)需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。首先,教師的思想準(zhǔn)備和知識(shí)儲(chǔ)備問題。教師必須樂于探索這一教改活動(dòng),從觀念上更新,從知識(shí)結(jié)構(gòu)上做必要的準(zhǔn)備,要有比較合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)。其次,為了更好地突出“活動(dòng)”特點(diǎn),必須對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面了解,比如學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)水平和已有的專業(yè)背景等。從教學(xué)內(nèi)容上看,哪部分適宜進(jìn)行課改,哪部分適宜首先進(jìn)行課改。
2.2 找好“切入點(diǎn)”,與正常教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合
“切入”是指教師通過一定的方式把一個(gè)較復(fù)雜的問題進(jìn)行分解,或者根據(jù)實(shí)際情況把建模的某一環(huán)節(jié)(如問題分析,假設(shè),模型求解等)放到正常的局部環(huán)節(jié)上,并且注意要經(jīng)常這樣做。我們可以用“化整為零”、“細(xì)水長流”來描述這種做法。比如,在講授成本性態(tài)時(shí),讓同學(xué)們搜集有關(guān)行業(yè)的成本構(gòu)成情況,分析哪些是變動(dòng)成本,哪些是固定成本,哪些是混合成本。在講解混合成本的分解前,讓大家了解Excel軟件關(guān)于數(shù)據(jù)擬合的方法等。在講解存貨管理時(shí),引導(dǎo)學(xué)生考慮存貨管理的目標(biāo)是什么,影響存貨成本有哪些因素,哪些是相關(guān)成本,哪些是非相關(guān)成本。課堂上重點(diǎn)介紹基本模型的建立,把模型的求解和模型的拓展通過設(shè)計(jì)實(shí)際問題交給學(xué)生去完成。教師也可以向?qū)W生布置一些開放性的、有一定難度的題目,放在課后以小組的形式完成,或者撰寫小論文作為期末考核的一部分??傊?,“切入”的內(nèi)容應(yīng)該和正常的教學(xué)環(huán)節(jié)相協(xié)調(diào),以便于學(xué)生更好地理解和掌握專業(yè)知識(shí)。
2.3 突出重點(diǎn),反映管理會(huì)計(jì)的學(xué)科特點(diǎn)
目前, 數(shù)學(xué)建模思想教學(xué)得到越來越多的關(guān)注。有些高校正在探索在數(shù)值分析、離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、電動(dòng)與拖動(dòng)和物理學(xué)等課程教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想,并取得一定的成效。自2003年起,中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)杯全國大學(xué)生電工數(shù)學(xué)建模競賽已經(jīng)成功舉辦10年,產(chǎn)生了一定的影響。管理會(huì)計(jì)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)該注意精選教材內(nèi)容,針對(duì)核心概念,不搞遍地開花,不追求自成體系,自我完善,在與教材內(nèi)容結(jié)合時(shí),要自覺當(dāng)好配角??傊瑢?shù)學(xué)建模思想融入管理會(huì)計(jì)教學(xué),對(duì)管理會(huì)計(jì)的教學(xué)改革應(yīng)是錦上添花,而不是喧賓奪主。
3 管理會(huì)計(jì)教學(xué)融入數(shù)學(xué)建模思想的基本思路
3.1 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際問題數(shù)學(xué)化的能力——突出模型假設(shè)的講解
所謂實(shí)際問題數(shù)學(xué)化就是數(shù)學(xué)模型的建立過程。數(shù)學(xué)模型的建立過程一般要經(jīng)過問題分析、合理的簡化假設(shè)、建立模型、求解模型和對(duì)模型解的分析、檢驗(yàn)、修改與推廣等環(huán)節(jié)。這里模型的假設(shè)很重要,有時(shí)也很復(fù)雜。管理會(huì)計(jì)課程中有許多數(shù)學(xué)模型,這些模型都是建立在一定假設(shè)基礎(chǔ)上的,如存貨控制的基本模型有“七大假設(shè)”,很多教材根本不提及,有的教材把確定性存貨控制模型分解成若干種情況,直接給出結(jié)論。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差的學(xué)生面對(duì)大量復(fù)雜的公式望而生畏,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的學(xué)生也只是盲目套用公式,知其然而不知其所以然,形成了基礎(chǔ)課做題,專業(yè)課也套用公式做題的局面。在管理會(huì)計(jì)教學(xué)中,分析、強(qiáng)調(diào)這些假設(shè)非常重要,一是可以體驗(yàn)問題分析的過程,了解結(jié)論形成的前提條件,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。二是通過對(duì)已有模型假設(shè)的分析提高自身解決問題的能力。在具體問題中,合理的假設(shè)不僅要求有一定的數(shù)學(xué)功底,比如能夠捕捉經(jīng)濟(jì)變量之間的關(guān)系,數(shù)學(xué)符號(hào)的使用要簡潔、通用等,同時(shí)也需要具備良好的專業(yè)背景,如在存貨管理中,要明確哪些是決策需要考慮的相關(guān)成本,哪些是可以不考慮的非相關(guān)成本,存儲(chǔ)費(fèi)用和進(jìn)貨費(fèi)用包括哪些內(nèi)容,等等。在建立模型時(shí),如果考慮的假設(shè)過少,特別是遺漏關(guān)鍵性假設(shè),就不能建立起高質(zhì)量的模型,考慮的假設(shè)過多,往往難以將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型,有時(shí)即使能轉(zhuǎn)化成功,也可能是一個(gè)復(fù)雜的難以求解的模型,從而使建模失敗。所以模型假設(shè)可以直接影響所建模型的質(zhì)量。
3.2 提高數(shù)學(xué)模型求解能力——加大Excel軟件的使用力度
管理會(huì)計(jì)是以定量計(jì)算為主的學(xué)科,涉及大量的數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)學(xué)模型,選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算工具或計(jì)算軟件非常重要。與Matlab、Mathematics等專業(yè)數(shù)學(xué)軟件相比,Excel是一款特別值得關(guān)注的軟件。首先,操作簡單。Excel軟件漢化水平非常高,而Matlab、Mathematics等軟件都是英文的;Matlab、Mathematics等軟件需要記住一些命令和編程,而Excel軟件以菜單操作為主,所見即所得,直觀易操作。所以,Excel軟件相比其他軟件更容易挖掘其功能。其次,功能強(qiáng)大。Excel軟件具有豐富的函數(shù)、強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)分析和繪圖等功能,所以特別適合于作為管理會(huì)計(jì)中的計(jì)算和模型求解工具。再次,轉(zhuǎn)換成本低。Excel軟件不需要專門購買和學(xué)習(xí)。目前幾乎每一臺(tái)電腦都安裝Excel軟件,作為公共基礎(chǔ)課計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的重要內(nèi)容,每個(gè)學(xué)生對(duì)Excel軟件都有一定的了解,而其他軟件需要專門購買和從頭學(xué)起。
3.3 模型結(jié)論實(shí)踐化的能力——提高管理決策能力
所謂模型結(jié)論的實(shí)踐化能力就是將數(shù)學(xué)模型求解得出的結(jié)論,經(jīng)過整理和組織,再應(yīng)用于實(shí)際問題中的能力,它是一種解決問題能力的延伸,強(qiáng)調(diào)“從實(shí)踐中來,回到實(shí)踐中去”的能力,是數(shù)學(xué)建模的高要求,這也符合高職教育和管理會(huì)計(jì)教學(xué)改革的方向。如在本量利模型中得出的結(jié)論都是基于單位變動(dòng)成本和產(chǎn)品單價(jià)與產(chǎn)量或銷量保持線性關(guān)系、產(chǎn)銷平衡和品種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等假設(shè)的基礎(chǔ)之上的,這些假設(shè)與某些企業(yè)的實(shí)際情況接近,但與多數(shù)企業(yè)的實(shí)際情況并不相同,這時(shí)就要修正假設(shè),進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際情況建立模型,得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。管理實(shí)踐中有時(shí)為了獲得滿意的數(shù)學(xué)模型,常常需要經(jīng)歷幾次建模過程,包括由簡到繁,也包括由繁到簡,這符合人們認(rèn)識(shí)問題的規(guī)律。教師在設(shè)計(jì)教學(xué)案例時(shí),要注意問題的開放性,不要搞“唯一正確答案”。在這個(gè)過程中,教師要計(jì)劃地培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和問題解決能力,提高他們的總結(jié)歸納能力和知識(shí)遷移能力等。
主要參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:高中數(shù)學(xué);學(xué)習(xí)障礙;高中生
高中數(shù)學(xué)思維能力是指對(duì)高中數(shù)學(xué)感性認(rèn)知的能力,突破數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙是要求學(xué)生充分理解并掌握基本知識(shí),根據(jù)具體的數(shù)學(xué)問題進(jìn)行推論和判斷,從而實(shí)現(xiàn)解答數(shù)學(xué)問題、升華數(shù)學(xué)知識(shí)規(guī)律的認(rèn)知。高中數(shù)學(xué)突破學(xué)習(xí)障礙可以給我們提供廣闊的四維空間,對(duì)具體的數(shù)學(xué)問題可以延伸出多種思維方式,提高數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的針對(duì)性和實(shí)效性。
一、突破高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙重要性
首先,突破高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙有助于高中生樹立良好的數(shù)學(xué)思維,同時(shí)幫助高中生增強(qiáng)其發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力,突破高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙是學(xué)生學(xué)習(xí)素養(yǎng)的標(biāo)志,其擴(kuò)展了學(xué)生思維,幫助我們更好駕馭數(shù)學(xué)問題,并強(qiáng)化自我的解題能力和數(shù)學(xué)推理能力。再者,突破高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙可以提高高中生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力,更好的把數(shù)學(xué)知識(shí)和實(shí)際問題結(jié)合在一起,數(shù)學(xué)問題解決能力可以強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),并有助于其形成全面科學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)框架,同時(shí)鞏固了高中生對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)識(shí),促使高中生用數(shù)學(xué)的眼光看待世界。最后突破學(xué)習(xí)障礙可以提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)信心,并激發(fā)其數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣,體會(huì)到成功解決數(shù)學(xué)問題的樂趣,同時(shí)初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。
二、高中生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙產(chǎn)生的原因
(一)基礎(chǔ)知識(shí)不牢固?;A(chǔ)知識(shí)是數(shù)學(xué)問題解決的關(guān)鍵,只有把基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)知識(shí)全部融會(huì)貫通之后,才能熟練的解答數(shù)學(xué)問題,但是部分高中生的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)不扎實(shí),對(duì)新學(xué)的知識(shí)缺乏深刻的理解,從而不能靈活的運(yùn)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),一旦遇到較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題,就會(huì)分不清各種概念之間的關(guān)系,從而造成了數(shù)學(xué)問題解決障礙。例如在函數(shù)問題的學(xué)習(xí)上,要求我們掌握函數(shù)公式,并對(duì)函數(shù)區(qū)間有明確的界定,但是很多同學(xué)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不足,各種基礎(chǔ)概念和轉(zhuǎn)化關(guān)系不明確,從而形成了學(xué)習(xí)障礙。
(二)數(shù)學(xué)問題背景的存在。數(shù)學(xué)問題是一個(gè)系統(tǒng)性的問題,其中涉及的關(guān)系變量較多,對(duì)一定語境下的數(shù)學(xué)問題,通常會(huì)蘊(yùn)藏著相應(yīng)的問題背景條件,如果不能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)其中的蘊(yùn)含條件,就會(huì)感覺數(shù)學(xué)問題的給定信息不足,從而造成數(shù)學(xué)問題解決障礙。數(shù)學(xué)問題來源于現(xiàn)實(shí)生活,其題目語境也受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生活、物理、化學(xué)等方面的影響,如果缺乏相應(yīng)的生活常識(shí),很難抓住數(shù)學(xué)問題隱含的條件,從而對(duì)數(shù)學(xué)問題感覺到無從下手。
(三)數(shù)學(xué)思想方法的缺失。數(shù)學(xué)問題的解決需要建立數(shù)學(xué)模型,并對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化,再進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的解答,但是部分高中生的數(shù)學(xué)解決思想缺失,對(duì)抽象化的數(shù)學(xué)模型理解不深刻,從而造成數(shù)學(xué)模型的混淆,同時(shí)也不能有效對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化,從而影響了數(shù)學(xué)問題解決。例如在數(shù)學(xué)思路的建立中,學(xué)生不能靈活運(yùn)用簡化、歸納、一般化、特殊化等數(shù)學(xué)處理,就會(huì)阻礙解題思路的擴(kuò)展。
三、數(shù)學(xué)問題解決障礙的解決方法
(一)加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)是正確解題的“鑰匙”,因此我們在學(xué)習(xí)中要強(qiáng)化數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué),例如要熟練掌握數(shù)學(xué)概念、性質(zhì)、定理、公式、公理等,培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)串聯(lián)的能力,幫助學(xué)生建立基礎(chǔ)知識(shí)條件反射。同時(shí)要設(shè)置相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題來強(qiáng)化其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),只有進(jìn)行大量的重復(fù)性訓(xùn)練才能加強(qiáng)高中生對(duì)基礎(chǔ)的理解和記憶,并幫助其靈活的應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)。
(二)加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模能力培養(yǎng)。數(shù)學(xué)建模是解決數(shù)學(xué)問題的工具,數(shù)學(xué)建模能力是衡量學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的標(biāo)志之一。數(shù)學(xué)建模要求學(xué)生把實(shí)際數(shù)學(xué)問題進(jìn)行歸納,并構(gòu)建出相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模模型,然后再進(jìn)行數(shù)學(xué)問題的解答,因此,在加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模能力的培養(yǎng)時(shí),要重視建模方法的基礎(chǔ)教學(xué),突出建模方法的具體步驟,同時(shí)要注重研究建模的應(yīng)用范圍,利用給定條件對(duì)數(shù)學(xué)建模進(jìn)行相應(yīng)的歸納簡化。再者要在實(shí)際數(shù)學(xué)問題的背景下應(yīng)用數(shù)學(xué)建模,強(qiáng)化對(duì)建模方法的理解和應(yīng)用。
(三)克服數(shù)學(xué)思維定勢。數(shù)學(xué)思維定勢是數(shù)學(xué)問題解決障礙的原因之一,因此在學(xué)習(xí)中我們要勇于突破思維定時(shí),對(duì)數(shù)學(xué)問題進(jìn)行反思,準(zhǔn)確尋找到解題錯(cuò)誤的原因,并突破解題思維定勢,樹立正確的解題思維。此外,要通過舉一反三的解題方式來鍛煉高中生的思維靈活性,培養(yǎng)自我的逆向思維方式,巧妙利用反證法、逆命題、公式逆用的數(shù)學(xué)思維,培養(yǎng)自己的數(shù)學(xué)思維能力。
結(jié)語:總而言之,高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)是整個(gè)高中階段的關(guān)鍵,良好的數(shù)學(xué)思維能力有助于我們提高數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效率,當(dāng)前在學(xué)習(xí)過程中很多同學(xué)都會(huì)陷入到數(shù)學(xué)障礙中,從而影響了學(xué)習(xí)成績提升。因此,我們應(yīng)當(dāng)重視數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的夯實(shí),培養(yǎng)適合自己的學(xué)習(xí)方法,克服數(shù)學(xué)思維定勢,突破高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙。
參考文獻(xiàn):
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級(jí)別:北大期刊
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級(jí)別:省級(jí)期刊
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