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数学建模思想在高等数学教学的运用

摘要:本文从当前高等数学课程的特点与现状入手,阐述了基于数学建模思想的高等数学教学的改革必要性,探讨了高等数学教学与数学建模思想相互结合的方式和建议。通过对高等数学教学方法的改革与探索,使其能够调动学生学习高等数学的积极性,培养学生的创新能力和提高学生的专业素质。

关键词:高等数学;数学建模;改革与探索

1引言

高等数学在高等教育培养中占有相当重要的地位,是大学数学教育的核心课程。在自然现象与社会现象中的应用十分广泛,是学生学习后继课程的基本工具之一,对培养学生抽象思维能力、空间想象能力和数学素养有着重要的意义。目前的高等数学教学中,教师普遍仍以传授学生单纯的数学知识为主,使学生得到一系列从定义、公理到定理的完美体系。这种对数学知识的严密性、系统性、抽象性的过分追求,导致出现了诸如内容多、负担重、枯燥乏味、学生缺乏良好学习愿望的一些现象,从而进一步影响到了教学效果。在高等数学教学中,如何与本专业相结合体现高等数学的应用价值;如何针对专业进行数学教育,使学生形成正确的学习态度,以此为切入点来加强学生的数学知识应用能力和创新精神的培养,就显得尤为重要了。数学建模是指对现实世界的一些特定问题,进行抽象、简化和假设,借助于信息技术通过学生亲自设计和动手,体验解决问题的过程。简而言之,数学建模就是将课堂或书本上的抽象理论知识应用于实践当中,解决现实问题的一门学科。解决实际问题中最关键的一步,就是应用数学知识建立数学模型来解决实际问题。只要是要用数学解决的实际问题,就必须运用数学建模的思想和方法来解决。可见,通过适当的方式,尝试将数学建模的思想和方法融入到高等数学教学课堂中,让学生参与、感受通过所学数学知识解决实际问题的喜悦,极大地促进了高等数学教学改革的发展。

2高等数学教学改革的重要性和基于数学建模思想的高等数学教学的必要性

2.1高等数学课程改革的重要性

高等数学作为一门基础学科,其教学模式和教学方法虽然也进行了一系列的改革,但还有一些问题需要进一步探讨。主要表现为以下几方面:

2.1.1教师没有使高等数学与所学专业较好地相结合,教学内容缺乏针对性与应用性

传统教学中,高等数学课程教师普遍单一地讲授高等数学的理论和计算,并没有把后续支撑专业课程学习的内容讲解透彻,容易使学生觉得学习数学是枯燥的,学习的自我效能感也不高。造成如此现象的出现,原因是多方面的。就教师而言,也与教师的知识结构不良有关,俗话说“隔行如隔山”,一般教师对学生后继课程中需要用到的高等数学相关知识不是很了解。所以,教师应使学生直观地认识到高等数学的应用价值,激发学生学习数学的热情;使学生逐步培养运用数学知识解决实际问题的意识,发展学生应用数学能力。通过高等数学教学内容与学生所学专业课程的相互结合,在知识点上为专业课程的学习提供了一定的支撑。

2.1.2教师在教学中不能很好地体现数学的应用性

数学的本质和特征决定了数学具有两方面的价值,其中之一即为它的应用价值,数学必须为社会实践服务。高等数学是其他专业教学的主要支撑学科,而这个支撑作用主要体现在应用当中。由于高等数学课程内容多、课时也多,并且教师多采用传统方法教学,从而忽视了数学思想和背景的教育。事实表明,学习过高等数学的学生,在工作和生活中一般很少应用高等数学的知识去理解、处理实际问题。因此,高等数学教学的导向主要遵循基础为先、应用为目的,让学生把所学到的高等数学知识与本专业发展紧密结合起来。

2.1.3教师不能很好地引导学生理解数学与数学建模的重要关系

自从有了数学,人们需要用数学的知识和方法去解决实际问题,数学建模就没有停止过。但是,在实际数学教学中,数学教师受一些教学制度的约束,往往过于重视理论知识的传授和背诵来应付传统的考试制度。在课时约束的情况下,若侧重于讲解和分析数学思想方法和实际应用,则对典型例题和技巧方法的总结和讲解就会减少。进而,教师就不能很好地引导学生理解数学与数学建模的重要关系了。

2.2基于数学建模思想的高等数学教学是改革高等数学教学方法的有力措施之一

随着数学建模的流行,传统的数学教学模式受到了一定的冲击。许多专家指出,数学建模是将高等数学知识应用于现实中、解决实际问题的有效途径。将数学建模思想渗透到高等数学课程教学中,会使学生感到数学无处不在,数学思想与方法无所不能。因而,基于数学建模思想的高等数学教学改革,不仅符合当前素质教育对高等数学教学提出的要求,同时也确实是一个重要方法。

2.2.1当前高等数学教学中的弊端

在高等数学的教学过程中,缺乏一些实际问题的引入,学生只能为学数学而学数学,完全是被动学习数学。教学内容的安排上缺少新意,缺乏数学实验和相关计算机演示,学生较难理解一些抽象的数学概念。另外,高等数学课堂教学中,大多数是粉笔加黑板的传统教学手段,老师讲解,学生听讲,理论性知识多,应用性知识少,使得学生产生厌烦情绪,教学效果欠佳。

2.2.2数学建模是培养学生专业素质和提高学习兴趣的有效途径

数学建模是联系数学知识与实际问题的桥梁,是激发学生学习数学的有力措施。与传统的数学课程不同,它的问题一般是合适的社会热点和兴趣问题,大多都没有标准答案。在建模过程上往往要求学生充分发挥想象力和创造力,尽可能地开动脑筋、拓展思路,构造不同的数学模型。学生通过数学建模过程的参与,激发了学习数学的兴趣,提高了学生应用数学知识解决实际问题的能力。

3基于数学建模思想的高等数学教学的改革与探索

数学建模的价值在于让学生更好地理解数学知识,把握数学在解决实际问题中的应用能力。所以,高等数学教学改革的落脚点就是让学生领悟并掌握数学的应用,随时将数学建模思想方法渗透于高等数学教学中。

3.1在高等数学课程教学内容和方式中逐步融入数学建模思想

在高等数学的教学中,教学内容要紧扣学生的专业特点,建立联系实际、联系专业、融合多媒体信息技术的高等数学教学内容体系。在教学方式上,可以以数学知识为主线,插入具体问题和实践背景资料,也可以以应用和问题为中心,逐步体现数学知识和概念。数学教师应将专业知识背景融入数学教学中,联合高等数学原理进行讲解,有助于培养学生运用数学知识分析处理实际专业问题的能力。从而,使高等数学教学变得更有活力、教学效果更有保证。

3.2在高等数学教学目标上应侧重于学生对数学的应用能力、创新意识和能力的培养

数学的发展过程可以概括为“问题—抽象—模型建立—应用”的循环出现,使其产生的成果用于实际。因此,高等数学在教学目标上应当强调学生解决问题的方法,培养学生把知识用于实际的能力。通过用数学知识解决实际问题,让学生在利用数学知识解决问题的过程中发现学习数学的自我潜力,使学生真切感受到学以致用和数学课程对本专业的支撑作用,大大有助于培养学生的应用数学能力和创新能力。

3.3在高等数学教学方法和手段上利用数学建模特有优势进行改革

在教学方法上,部分内容可选用与学生的专业学习紧密结合的数学模型进行案例教学和数学实验教学,使学生的高等数学与专业课学习紧密联系,相互促进。这样不但能够提高课堂教学效率,还可丰富课堂教学内容。在教学手段上,尽量应用多媒体教学动态演示三维空间图像以及随机动态模拟等内容,增强了教学的直观性,使枯燥的数学概念变得生动灵活起来。这种更有利于突出数学建模思想的高等数学教学方法,实现了教学效率的最优化,同时也使学生体验到了数学的应用价值。

3.4引导学生参加各级各类数学建模竞赛活动

数学建模竞赛活动影响着高校数学课程的设置和教学改革,为学生专业素质的提高、创新能力的培养搭建了一个训练检测平台。为了培养创新意识,提高创造性解决问题的能力,参加各级各类数学建模竞赛是一种行之有效的方式。通过在课后习题中布置一些实用性的开放性问题,或者学生自己结合专业等选择与所学数学知识相关的题目,可以分小组以小论文的形式递交作业。这样不仅培养了学生将数学知识应用于实际的能力,也能从中挖掘学生的潜力,为选拔学生参加数学建模竞赛提供了参考。

4

基于数学建模的思想的高等数学教学,既注重培养学生运用数学知识解决实际问题的能力,也是数学教育改革的发展方向。数学学习的目的在于数学的应用,通过数学建模的力量极大地推动高等数学教学的改革,让每一个学生都积极投入数学的学习活动,使不同的学生获得对己有用的数学知识,实现为社会输送优秀人才的终极目标。

参考文献

[1]同济大学数学系.高等数学[M].北京:高等教育出版社,2014.

[2]姜启源.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2003.

[3]韦银幕.基于数学建模思想的高等数学教学改革的创新与探索[J].湖南师范大学社会科学学报,2013(4):120-121

作者:闫晓红 单位:天津城建大学理学院数学系

 

  发布时间:2016/10/21 10:06:35  阅读人次