高等数学教学中数学建模思想的渗透
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高等数学教学中数学建模思想的渗透
一、数学建模及其重要意义
建立数学模型的过程叫做数学建模,数学建模是指“对于现实世
界的某一特定对象,为了某个特定目的,做出一些重要的简化和假设,
运用适当的数学工具得到的一个数学结构,它或者能解释特定现象的
现实性态;或者能预测对象的未来状况;或者能提供处理对象的最优
决策过控制。”这个表述告诉我们,数学模型的对象是现实世界中的
实际问题,数学模型本身是一个数学结构,它可以使一个式子,也可
以是一钟图表。数学模型的作用或目的是对现象进行解释、预测、提
供决策或控制。
数学在实际应用需求中产生的,要解决实际问题就必须建立数学
模型,从此意义上讲数学建模和数学一样有古老的历史。例如,欧几
里得几何就是一个古老的数学模型,牛顿的微积分也是数学建模的光
辉典范。数学中任何一个做过的应用性题目的解答,也是一个简单的
数学建模。
数学建模之所以倍受青睐,是由它的特点及其重要意义决定的。
首先,对数学应用的传统领域,如物理、力学等学科,数学的许多概
念、公式、定理都是以这些学科的问题为背景产生的,因而数学模型
的普遍性和重要性是不言而喻的。就是当今这些学科许多问题解决仍
归结为一个数学模型,所以数学模型过去将来都是这些学科的得力工
具。其次,对过去数学应用不太多的领域,近来为使其研究定量化,
用数学语言去描述并分析客观规律,在此基础上建立的数学模型,已
成为这些学科发展的一个有效手段,这些年的某些学科诸如生物数
学、数学生态学、数量经济学等交叉学科的出现,就是很好的证明。
数学“由研究到工业领域的技术转化,对加强经济竞争力有重要意
义”。“数学科学对经济竞争力是生死攸关的。数学是一种关键的、普
遍的、可以应用的技术”。可见数学建模对国民经济的各个部门均有
重要意义,同时对培养大学生的能力和创新精神也很有帮助,正因为
这样,数学建模在国内外蓬勃开展起来,也正因为如此,专家们才普
遍认为在数学教育中,加强数学建模的思想,是高等数学教学的方向
之一
二、高等数学中渗透数学建模的思想
1、灌输数学模型思想,增强数学建模意识
数学模型是自然或社会现象的某些特征的本质的数学表达式。从
不同的角度可将数学模型划分成不同的类型,例如连续型与离散型、
静态型与动态型等。高等数学中所涉及的仅仅是其中很少的一部分,
我们在此强调的不是介绍数学模型,而是数学模型意识。
2.培养初步的数学建模能力
这包含两个方面:一是培养运用数学模型的能力,二是培养建立
数学模型的能力。数学模型能力是综合能力的体现,应当在全面发展
的抽象概括问题的能力、逻辑推理能力、空间想象能力和自学能力基
础上,发展与数学建模密切相关的一些初步能力。
3、调整方向,突出数学思想及实际应用
打破传统的数学学习方法,尽量减少甚至删去不必要的理论的推
导,降低理论重心,不过高追求理论上的严密与完整,切实贯彻“必
须够用”为度的原则,把重点放在基本概念的理解,基本方法、运算
技能的掌握,以及应用能力的培养上。例如:理化类各专业加强微分
方程、级数、曲线积分和积分变换等内容;经济类各专业应加强线性
代数、线性规划、数理统计等内容;计算机专业可增加离散数学的内
容等。总而言之,讲那些技巧性高而应用价值很小的过于高深的内容
删去,而对那些应用价值高的内容突出理解掌握,同时补充新的素材
如拓展习题类型以训练各种能力,融入高新技术内容以开阔视野等。
与此相适应,多收集素材,建立插件档案,进行有趣的数学建模,积
极探索适合自己的数学建模道路