淺談大學(xué)生數(shù)學(xué)建模的意義

吳文娟

（南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)部，江蘇 南京 210048）

長期以來，我國的數(shù)學(xué)教學(xué)中一直普遍存在著重結(jié)論而輕過程、重形式而輕內(nèi)容、重解法而輕應(yīng)用等弊端，不注重學(xué)生數(shù)學(xué)能力和素質(zhì)的培養(yǎng)；過分強(qiáng)調(diào)對定義、定理、法則、公式等知識的灌輸與講授，不注重這些知識的應(yīng)用，割斷了理論與實(shí)際的聯(lián)系，造成學(xué)與用的嚴(yán)重脫節(jié)，致使在我們的數(shù)學(xué)教育體制下培養(yǎng)出來的學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)都形成了一種嚴(yán)重的病態(tài)，主要表現(xiàn)在：數(shù)學(xué)理論知識掌握得還可以，但應(yīng)用知識的能力很差，不能學(xué)以致用，缺乏創(chuàng)造力和解決實(shí)際問題的能力，這些問題使我們的學(xué)生在走向工作崗位時上手速度慢，面對新的數(shù)學(xué)問題時束手無策，不能將所學(xué)的知識靈活運(yùn)用到實(shí)際中去。顯然，這種教育體制和理念與現(xiàn)代教育理念是背道而馳的，是必須拋棄的。開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)或數(shù)學(xué)建模競賽，能夠培養(yǎng)學(xué)生各方面的綜合能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，對于當(dāng)前數(shù)學(xué)教育教學(xué)改革有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)學(xué)建模能夠豐富和優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，開拓學(xué)生的視野

數(shù)學(xué)建模所涉及到的許多問題都超出了學(xué)生所學(xué)的專業(yè)，例如“基金的最佳適用”、“會議籌備”、“地震搜索”等許多建模問題，分別屬于不同的學(xué)科與專業(yè)，為了解決這些問題，學(xué)生必須查閱和學(xué)習(xí)與該問題相關(guān)的專業(yè)書籍和科技資料，了解這些專業(yè)的相關(guān)知識，從而軟化或削弱了目前教育中僵死的專業(yè)界限，使學(xué)生掌握寬廣而扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，使他們不斷拓寬分析問題、解決問題的思路，朝著復(fù)合型人才和具備全面綜合素質(zhì)人才的方向發(fā)展。

2 數(shù)學(xué)建模可以培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力

數(shù)學(xué)建模要求建模者利用自己所掌握的數(shù)學(xué)知識及對實(shí)際問題的理解，通過積極主動的思維，提出適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而利用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法(現(xiàn)有的或新創(chuàng)造的)求解此模型，并對解做出評價，必要時對模型做出改進(jìn)。這一過程包括了歸納、整理、推理、深化等活動，因此把數(shù)學(xué)建模引入課堂教學(xué)，必將改變目前數(shù)學(xué)教學(xué)只見定義、定理不見問題背景的局面，必將改變知識僵化、學(xué)而不用的局面，從而調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

3 數(shù)學(xué)建模能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力、聯(lián)想力和洞察力

數(shù)學(xué)模型來源于客觀實(shí)際，錯綜復(fù)雜，沒有現(xiàn)成的答案和固定的模式，因此學(xué)生在建立和求解這類模型時，必須積極動腦，而且常常需要另辟蹊徑，在這里，常常會迸發(fā)出打破常規(guī)、突破傳統(tǒng)的思維火花，通過這種實(shí)踐活動，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，促使他們在頭腦中樹立推崇創(chuàng)新、追求創(chuàng)新和以創(chuàng)新為榮的意識。在從實(shí)際問題中抽象出數(shù)學(xué)模型的過程中，須把實(shí)際關(guān)系轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)關(guān)系，這要求他們敢于想象和聯(lián)想，此外他們還要從貌似不同的問題中抓住其本質(zhì)的和共性的東西，這將培養(yǎng)他們把握問題內(nèi)在本質(zhì)的能力，即洞察力，可以說，培養(yǎng)學(xué)生的這些能力始終貫穿在數(shù)學(xué)建模的整個過程。

4 數(shù)學(xué)建?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生熟練地運(yùn)用計(jì)算機(jī)的能力

利用計(jì)算機(jī)來解決數(shù)學(xué)建模中所遇到的問題，是數(shù)學(xué)建模過程中的一個必不可少的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)閷?fù)雜的實(shí)際問題，在建模之前往往需要先計(jì)算一些數(shù)據(jù)或直觀地考察一些圖表，以便據(jù)此分析、判斷或猜想來確定模型，更重要的是在建立數(shù)學(xué)模型后，求解中對大量數(shù)據(jù)的處理必須要靠相應(yīng)的數(shù)學(xué)軟件包的幫助才能完成，直至最后論文的編輯排版、打印都離不開計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用給學(xué)生提供了一種評價自己某些想法的試驗(yàn)場所，因此通過數(shù)學(xué)建模，不但可以促使學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)的使用方法，提高他們使用計(jì)算機(jī)及其軟件包的能力，而且可以改變他們多年以來形成的數(shù)學(xué)觀念。

5 數(shù)學(xué)建?？梢栽鰪?qiáng)大學(xué)生的適應(yīng)能力

通過數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)及競賽訓(xùn)練，他們不僅受到了現(xiàn)代數(shù)學(xué)思維及方法的熏陶，更重要的是對不同的實(shí)際問題，如何進(jìn)行分析、推理、概括以及如何利用數(shù)學(xué)方法與計(jì)算機(jī)知識，還有各方面的知識綜合起來解決它。因此，他們具有較高的素質(zhì)，無論以后到哪個行業(yè)工作，都能很快適應(yīng)需要。不僅如此，由于建模決不是一件輕而易舉的事，需要學(xué)生對實(shí)際問題進(jìn)行反復(fù)多次的研究、分析、觀察和對模型進(jìn)行反復(fù)多次的計(jì)算、論證及修改等，整個過程是一個非常艱辛的探索過程，這可以培養(yǎng)學(xué)生高度的責(zé)任感、堅(jiān)韌不拔的毅力、遭遇挫折后較強(qiáng)的心理承受能力以及孜孜不倦、精益求精的探索精神，使他們具有良好的心理素質(zhì)與精神狀態(tài)。同時數(shù)學(xué)建模一般都是由幾個人組成的團(tuán)隊(duì)來完成的，其成功與否，完全取決于大家的密切合作，既要合理分工，又要密切配合，這樣又可以培養(yǎng)學(xué)生的組織管理能力、協(xié)調(diào)能力和相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，這些對他們今后走向工作崗位都是大有裨益的。

此外，數(shù)學(xué)建模從教育觀念、內(nèi)容、形式和手段都有一定的創(chuàng)新，對數(shù)學(xué)教學(xué)改革有積極的啟示意義。首先，數(shù)學(xué)建模突出了教與學(xué)的雙主體性關(guān)系。教師要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力及特點(diǎn)，不斷修正自己的教育內(nèi)容和方法。學(xué)生要對教師所給予的信息有批判性地、創(chuàng)造性地、發(fā)展性地能動反映，要在相互討論、相互啟發(fā)下尋求更多更好的解答方案。這種雙主體的關(guān)系是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的根本突破。其次，數(shù)學(xué)建模促進(jìn)了課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革。長期以來，我們的課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容都具有強(qiáng)烈的理科特點(diǎn)：重基礎(chǔ)理論、輕實(shí)踐應(yīng)用；重傳統(tǒng)的經(jīng)典數(shù)學(xué)內(nèi)容、輕離散的數(shù)值計(jì)算。然而，數(shù)學(xué)建模所要用到的主要數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)知識恰好正是被我們長期所忽視的那些內(nèi)容。因此，這迫使我們調(diào)整課程體系和教學(xué)內(nèi)容。比如可增加一些應(yīng)用型、實(shí)踐類課程等等；在其余各門課程的教學(xué)中，也要盡量注意到使數(shù)學(xué)理論與應(yīng)用相結(jié)合，增加實(shí)際應(yīng)用方面的內(nèi)容和例題，從而使教學(xué)內(nèi)容也得到了更新。再次，數(shù)學(xué)建模增加了教師對新興科技知識的傳授，拓寬了學(xué)生的知識面。這些特點(diǎn)對于目前數(shù)學(xué)教材中存在的內(nèi)容陳舊、知識面狹窄及形式呆板等問題，具有借鑒作用。數(shù)學(xué)建模的試題通常聯(lián)系新興的學(xué)科，在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，各種新興學(xué)科、邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科不斷涌現(xiàn)，廣博的知識面和對新興科學(xué)技術(shù)的追蹤能力是獲得成功的關(guān)鍵因素之一。

數(shù)學(xué)建模不僅有利于學(xué)生更好的掌握知識、運(yùn)用知識，也有利于高校的科研和教學(xué)，使學(xué)生和教師能在平時的學(xué)習(xí)、工作中自動形成勤于思考的好習(xí)慣，數(shù)學(xué)建模競賽與學(xué)生畢業(yè)以后工作時的條件非常相近，是對學(xué)生業(yè)務(wù)、能力和素質(zhì)的全面培養(yǎng)，特別是開放性思維和創(chuàng)新意識，這項(xiàng)活動的開展有利于學(xué)生的全面素質(zhì)的培養(yǎng)，既豐富、活躍了廣大學(xué)生的課外生活，也為優(yōu)秀學(xué)員脫穎而出創(chuàng)造了條件。

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