數(shù)學(xué)建模思想與大學(xué)數(shù)學(xué)類課程教學(xué)融合的探討

李浩

摘 要 隨著社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)學(xué)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，使數(shù)學(xué)建模思想在解決社會各個領(lǐng)域中的實際問題的應(yīng)用越來越深入。本文筆者簡要談?wù)剶?shù)學(xué)建模思想融入大學(xué)數(shù)學(xué)類課程的意義和方法。

關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)建模思想 大學(xué)數(shù)學(xué)課程 融合

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Discussion on Integration of Mathematical Modeling Teaching

Thoughts and University Mathematics Courses

LI Hao

（Baoding Radio & Television University， Baoding， Hebei 0710000）

Abstract With the continuous development of society and the progress of science and technology， especially the development of computer technology and extensive application of the idea of mathematical modeling are used in solving the practical problems in various fields of the society more deeply， mathematics is applied more and more widely in real life. In this paper， the author briefly talks about the significance and methods of the idea of mathematical modeling into university mathematics courses.

Key words mathematical modeling teaching thoughts; university mathematics courses; integration

1 什么是數(shù)學(xué)建模思想

所謂數(shù)學(xué)建模就是指構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的過程，也就是說用公式、符號和圖表等數(shù)學(xué)語言來刻畫和描述一個實際問題，再經(jīng)過計算、迭代等數(shù)學(xué)處理得到定量的結(jié)果，從而供人們分析、預(yù)報、決策與控制。那么數(shù)學(xué)模型就是利用數(shù)學(xué)術(shù)語對一部分現(xiàn)實世界的描述。數(shù)學(xué)建模思想是指理論聯(lián)系實際，將實際的事物抽象成數(shù)學(xué)模型，然后利用所學(xué)的理論來解決問題的一種思想。

在新形勢下，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)方法已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)在大學(xué)數(shù)學(xué)教育改革的需求，數(shù)學(xué)建模思想與大學(xué)數(shù)學(xué)類課程教育融合成為目前高等院校數(shù)學(xué)教學(xué)改革的突破口。

2 數(shù)學(xué)建模思想融入大學(xué)數(shù)學(xué)類課程的意義

（1）數(shù)學(xué)知識在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。如今數(shù)學(xué)知識在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在經(jīng)濟(jì)學(xué)中的應(yīng)用最為顯著。自從1969年創(chuàng)設(shè)諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎以來，就有不少理論成果來自利用數(shù)學(xué)工具分析經(jīng)濟(jì)問題。事實上，從1969年到2003年這35年中，一共產(chǎn)生了53位獲獎?wù)?，其中擁有?shù)學(xué)學(xué)位的共有19人，所占比例為35.8%;其中擁有理工學(xué)位的有9人，所占比例為17%;二者共計占52.8%;其中共有29位諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎的獲得者是以數(shù)學(xué)方法為主要的研究方法，約占總?cè)藬?shù)的63.1%。然而幾乎所有的諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎獲得者都運用了數(shù)學(xué)方法來研究經(jīng)濟(jì)學(xué)理論。除了在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，數(shù)學(xué)建模思想也廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，包括超聲波、電磁診斷等方面。同時數(shù)學(xué)建模還將數(shù)學(xué)與生物學(xué)融合進(jìn)了基因科學(xué)，例如基因表達(dá)的定型、基因組測序、基因分類等等，在生物學(xué)領(lǐng)域需要建立大規(guī)模的模擬以及復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型?？梢姅?shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用是非常廣泛的，并對其他領(lǐng)域的發(fā)展起著重要的推動作用。

（2）有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，豐富大學(xué)數(shù)學(xué)課程。一般的數(shù)學(xué)課，通常只是重視理論知識的講解和傳授，對知識點的推理和思想方法的分析較少。而且多數(shù)學(xué)生為了應(yīng)付考試，也只是以“類型題”的方式去復(fù)習(xí)知識點。這樣的方式雖然能夠讓學(xué)生掌握一部分?jǐn)?shù)學(xué)知識，可是卻不能提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì)，不能提高學(xué)生對大學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。而數(shù)學(xué)建模思想運用數(shù)學(xué)知識來解決生活中的實際問題，這樣就使數(shù)學(xué)活了起來，而不是死的理論知識。運用數(shù)學(xué)建模思想能夠讓學(xué)生在數(shù)學(xué)中感悟生活，在生活中體會數(shù)學(xué)的價值，更容易吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而興趣是學(xué)習(xí)最有效的動力，讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)而非被動學(xué)習(xí)，取得的教學(xué)效果會更好。

（3）是加強(qiáng)數(shù)學(xué)教學(xué)改革，適應(yīng)時代發(fā)展的需要。在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動中，許多學(xué)生常常陷入這樣的困惑之中：花費了大量的精力，做了很多習(xí)題，但是卻感受不到數(shù)學(xué)的作用和價值。而教師在教學(xué)中也總是告訴學(xué)生數(shù)學(xué)是一門很有用的課程，但是卻舉不出現(xiàn)實的例子。并且傳統(tǒng)的教學(xué)方式也只是教會學(xué)生掌握簡單的理論知識，并不能提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和數(shù)學(xué)意識。而將數(shù)學(xué)建模思想融入到大學(xué)的數(shù)學(xué)類課程之中就能很好地解決這些問題。因為將數(shù)學(xué)建模思想運用到數(shù)學(xué)類課程中，就能夠讓學(xué)生在獨立思考和探索中感受到數(shù)學(xué)在現(xiàn)實生活中的實用價值，提高學(xué)生運用數(shù)學(xué)的眼光去觀察、分析以及表示各種事物的空間關(guān)系、數(shù)量關(guān)系和數(shù)學(xué)信息的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識。

3 高校在應(yīng)用數(shù)學(xué)建模思想中出現(xiàn)的問題

（1）教師在教學(xué)過程中較少滲入數(shù)學(xué)建模思想。目前在高校數(shù)學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)建模的思想應(yīng)用得仍然較少，重視程度不夠。不少高校的教師在開展大學(xué)數(shù)學(xué)類課程時，仍然只是停留在數(shù)學(xué)知識的教學(xué)方面，并沒有對學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)探索。據(jù)調(diào)查，大多數(shù)高校教師對日常的教學(xué)工作能夠認(rèn)真完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，但能夠真正創(chuàng)造性地把數(shù)學(xué)建模思想融入到數(shù)學(xué)教學(xué)任務(wù)中的教師較少。大多數(shù)高校數(shù)學(xué)老師都意識到探索式的數(shù)學(xué)建模教學(xué)很重要，但真正將數(shù)學(xué)建模思想與數(shù)學(xué)教學(xué)融合的嘗試和探索卻很少。可見多數(shù)高校教師雖然明白數(shù)學(xué)建模思想的重要性，但是由于缺乏足夠的數(shù)學(xué)建模教學(xué)的相關(guān)知識及經(jīng)驗，在實際教學(xué)中數(shù)學(xué)建模思想仍未得到充分的運用。

（2）開設(shè)的有關(guān)數(shù)學(xué)建模的課程和活動較少。雖然數(shù)學(xué)建模思想得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是在高校中實際開設(shè)的有關(guān)數(shù)學(xué)建模的課程并不多，尤其是應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)實驗以及計算機(jī)應(yīng)用等一些需要滲入數(shù)學(xué)建模思想的課程在實際的教學(xué)過程中并沒有創(chuàng)造性地運用數(shù)學(xué)建模思想。另一方面，校內(nèi)自主開展的有關(guān)數(shù)學(xué)建模競賽和活動并不多，宣傳力度也不夠，無法讓更多的學(xué)生了解數(shù)學(xué)建模的意義和價值，更無法參與到數(shù)學(xué)建?；顒又腥?。

（3）學(xué)生對數(shù)學(xué)的態(tài)度和觀念還未改變，對數(shù)學(xué)建模缺乏深入的了解。大學(xué)數(shù)學(xué)是一門較為抽象的學(xué)科，其概念、定理和性質(zhì)都不容易掌握，由于其具有一定的難度，所以不少學(xué)生對大學(xué)數(shù)學(xué)類課程以及數(shù)學(xué)建模沒有興趣。并且這些學(xué)生在初中和高中階段也學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，但是不少學(xué)生是為了應(yīng)付考試，并沒有見識到數(shù)學(xué)的應(yīng)用性，覺得數(shù)學(xué)是一門純理論的課程，沒有實用價值。同時很多學(xué)生對數(shù)學(xué)建模思想的運用并不夠了解，不知道如何將數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)方法應(yīng)用到實際的生活中去，覺得數(shù)學(xué)沒有用，也沒有深入學(xué)習(xí)的意義。

4 如何加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模思想和大學(xué)數(shù)學(xué)類課程的融合

（1）提高課堂教學(xué)質(zhì)量，創(chuàng)造性地運用數(shù)學(xué)建模思想。大學(xué)的數(shù)學(xué)類課程主要有“線性代數(shù)”、“高等數(shù)學(xué)”、“運籌學(xué)”、“數(shù)學(xué)建?！?、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”等，這些課程的核心部分都跟高等數(shù)學(xué)有關(guān)，所以要注重提高數(shù)學(xué)類課程的教學(xué)質(zhì)量關(guān)鍵就在于高等數(shù)學(xué)，而要提高高等數(shù)學(xué)的教學(xué)質(zhì)量就必須在教學(xué)過程中創(chuàng)造性地應(yīng)用數(shù)學(xué)建模思想。對于主修數(shù)學(xué)的學(xué)生，要加強(qiáng)對計算機(jī)軟件和語言的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)性地對數(shù)學(xué)原理進(jìn)行剖解和分析，合理運用數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)方法解決社會實際問題。在教學(xué)中多引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生利用對生活問題和科學(xué)問題的深入研究，主動結(jié)合自己的課程理論知識和數(shù)學(xué)建模，使數(shù)學(xué)建模思想融入到學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程中去。對于非數(shù)學(xué)領(lǐng)域的問題，要啟發(fā)學(xué)生運用計算機(jī)軟件建模，從而解決不同領(lǐng)域中的數(shù)學(xué)建模問題。

（2）多開設(shè)跟數(shù)學(xué)建模有關(guān)的數(shù)學(xué)類課程。例如除了開設(shè)跟數(shù)學(xué)建模有關(guān)的必修課，還可以開設(shè)一些跟數(shù)學(xué)建模有關(guān)的選修課，為其他專業(yè)的學(xué)生提供接觸和了解數(shù)學(xué)建模思想的機(jī)會，為學(xué)生拓展知識領(lǐng)域，為其解決該領(lǐng)域的問題提供有效的方法。例如，經(jīng)濟(jì)學(xué)有關(guān)專業(yè)的學(xué)生就可以通過選修跟數(shù)學(xué)建模有關(guān)的課程，解決其在經(jīng)濟(jì)學(xué)中遇到的問題，因為很多跟經(jīng)濟(jì)學(xué)有關(guān)的問題僅僅靠經(jīng)濟(jì)學(xué)的知識是無法解決的，像貸款計算這樣的問題就要將數(shù)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)聯(lián)系起來才能解決實際問題。

（3）廣泛宣傳，讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)建模的意義和價值。學(xué)生是教學(xué)過程中的主體，目前，大學(xué)數(shù)學(xué)建模課程開設(shè)效果不佳，學(xué)生參與度低的主要原因就是學(xué)生缺乏對數(shù)學(xué)建模的深入了解。那么，要提高學(xué)生的參與性，促進(jìn)數(shù)學(xué)建模思想與大學(xué)數(shù)學(xué)類課程的融合就必須加強(qiáng)宣傳，讓學(xué)生深入了解什么是數(shù)學(xué)建模。同時，在課堂上就是也要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)枯燥的教學(xué)方式，多使用啟發(fā)式教學(xué)和探索式教學(xué)，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)對社會實際生活的重要作用，轉(zhuǎn)變他們對數(shù)學(xué)的態(tài)度，并引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)課程感興趣。

（4）轉(zhuǎn)變數(shù)學(xué)教育理念及教育方式。要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教育方式，將教學(xué)的重點放在數(shù)學(xué)知識在生活中的應(yīng)用問題上，而不是將知識與實際生活割裂開來。同時在教學(xué)中要注重證明和推理，加強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)方法的掌握注重培養(yǎng)學(xué)生對實際問題的邏輯分析、簡化、抽象并運用數(shù)學(xué)語言表達(dá)的能力。也就是說教學(xué)的重點在于提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力和加強(qiáng)數(shù)學(xué)意識和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用，這樣才能夠培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的人才。

（5）多開展數(shù)學(xué)建模活動和競賽，提高學(xué)生參與性。在高校內(nèi)部要多開展跟數(shù)學(xué)有關(guān)的活動和競賽以及專家講座等，一方面加強(qiáng)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的認(rèn)識，另一方面也提高了學(xué)生的參與性。通過專家講座，不僅可以讓學(xué)生更深入地了解數(shù)學(xué)建模的價值，也加強(qiáng)了學(xué)術(shù)交流，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模應(yīng)用能力。通過數(shù)學(xué)建模競賽，為學(xué)生提供展示自己智慧、充分發(fā)揮其能力的平臺。同時，競賽也可以讓學(xué)生在競賽中發(fā)現(xiàn)自己的不足，在交流中不斷完善自己的缺陷，拓展學(xué)生的思維。而且，在數(shù)學(xué)建模比賽中，通過讓學(xué)生探究跟生活實際有關(guān)的例子，提高學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的興趣，加強(qiáng)學(xué)生對模型應(yīng)用的直觀性認(rèn)識，促進(jìn)學(xué)校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

5 結(jié)束語

總之，數(shù)學(xué)建模思想和高校數(shù)學(xué)類課程的融合，對于高等數(shù)學(xué)教學(xué)改革具有非常重要的意義。把數(shù)學(xué)建模思想融入到高等數(shù)學(xué)教學(xué)中，可以更好地提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力，提高他們運用數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)方法分析問題、解決問題和抽象思維的能力。高校教師要加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用，讓學(xué)生初步掌握從實際問題中總結(jié)數(shù)學(xué)內(nèi)涵的方法，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣，為高校學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳亞麗.將數(shù)學(xué)建模思想浸透于高數(shù)教學(xué)中[J].中國數(shù)學(xué)教育，2005（5）.

[2] 姜啟源.數(shù)學(xué)建模[M].北京：高等教育出版社，2002.