大學數學具有高度抽象性和概括性等特點,知識本身難度大再加上學時少、內容多等教學現狀常常造成學生的學習積極性不高、知識掌握不夠透徹、遇到實際問題時束手無策,而數學建模思想能激發學生的學習興趣,培養學生應用數學的意識,提高其解決實際問題的能力。數學建?;顒訛閷W生構建了一個由數學知識通向實際問題的橋梁,是學生的數學知識和應用能力共同提高的最佳結合方式。因此在大學數學教育中應加強數學建模教育和活動,讓學生積極主動學習建模思想,認真體驗和感知建模過程,以此啟迪創新意識和創新思維,提高其素質和創新能力,實現向素質教育的轉化和深入。
一、數學建模的含義及特點
數學建模即抓住問題的本質,抽取影響研究對象的主因素,將其轉化為數學問題,利用數學思維、數學邏輯進行分析,借助于數學方法及相關工具進行計算,最后將所得的答案回歸實際問題,即模型的檢驗,這就是數學建模的全過程。一般來說",數學建模"包含五個階段。
1.準備階段
主要分析問題背景,已知條件,建模目的等問題。
2.假設階段
做出科學合理的假設,既能簡化問題,又能抓住問題的本質。
3.建立階段
從眾多影響研究對象的因素中適當地取舍,抽取主因素予以考慮,建立能刻畫實際問題本質的數學模型。
4.求解階段
對已建立的數學模型,運用數學方法、數學軟件及相關的工具進行求解。
5.驗證階段
用實際數據檢驗模型,如果偏差較大,就要分析假設中某些因素的合理性,修改模型,直至吻合或接近現實。如果建立的模型經得起實踐的檢驗,那么此模型就是符合實際規律的,能解決實際問題或有效預測未來的,這樣的建模就是成功的,得到的模型必被推廣應用。
二、加強數學建模教育的作用和意義
(一) 加強數學建模教育有助于激發學生學習數學的興趣,提高數學修養和素質
數學建模教育強調如何把實際問題轉化為數學問題,進而利用數學及其有關的工具解決這些問題, 因此在大學數學的教學活動中融入數學建模思想,鼓勵學生參與數學建模實踐活動,不但可以使學生學以致用,做到理論聯系實際,而且還會使他們感受到數學的生機與活力,激發求知的興趣和探索的欲望,變被動學習為主動參與其效率就會大為改善。數學修養和素質自然而然得以培養并提高。
(二)加強數學建模教育有助于提高學生的分析解決問題能力、綜合應用能力
數學建模問題來源于社會生活的眾多領域,在建模過程中,學生首先需要閱讀相關的文獻資料,然后應用數學思維、數學邏輯及相關知識對實際問題進行深入剖析研究并經過一系列復雜計算,得出反映實際問題的最佳數學模型及模型最優解。因此通過數學建?;顒訉W生的視野將會得以拓寬,應用意識、解決復雜問題的能力也會得到增強和提高。
(三)加強數學建模教育有助于培養學生的創造性思維和創新能力
所謂創造力是指"對已積累的知識和經驗進行科學地加工和創造,產生新概念、新知識、新思想的能力,大體上由感知力、記憶力、思考力、想象力四種能力所構成"[1].現今教育界認為,創造力的培養是人才培養的關鍵,數學建?;顒拥母鱾€環節無不充滿了創造性思維的挑戰。
很多不同的實際問題,其數學模型可以是相同或相似的,這就要求學生在建模時觸類旁通,挖掘不同事物間的本質,尋找其內在聯系。而對一個具體的建模問題,能否把握其本質轉化為數學問題,是完成建模過程的關鍵所在。同時建模題材有較大的靈活性,沒有統一的標準答案,因此數學建模過程是培養學生創造性思維,提高創新能力的過程[2].
(四)加強數學建模教育有助于提高學生科技論文的撰寫能力
數學建模的結果是以論文形式呈現的,如何將建模思想、建立的模型、最優解及其關鍵環節的處理在論文中清晰地表述出來,對本科生來說是一個挑戰。經歷數學建模全過程的磨練,特別是數模論文的撰寫,學生的文字語言、數學表述能力及論文的撰寫能力無疑會得到前所未有的提高。
(五)加強數學建模教育有助于增強學生的團結合作精神并提高協調組織能力建模問題通常較復雜,涉及的知識面也很廣,因此數學建模實踐活動一般效仿正規競賽的規則,三人為一隊在三天內以論文形式完成建模題目。要較好地完成任務,離不開良好的組織與管理、分工與協作[3].