数学建模竞赛不同于其它各种具有单个学科的竞赛,如:数学竞赛、物理竞赛、计算机程序设计竞赛等的竞赛,因为这些竞赛只涉及到一门学科、甚至一门课程的知识,而数学建模竞赛涉及到数学学科、计算机学科等其他许多学科的知识。学生要想在数学建模竞赛中取得好成绩,除了具有数学知识外,还要有较好的计算机编程能力、网上查阅资料的能力及论文写作能力等,此外,他们还应有接触各种新知识的环境和喜好。
通常数学建模题目只给出问题的描述和要达到的目的,参赛学生要做的事情是将问题用数学语言转化成数学问题,然后在数学的背景下使用计算机或数学软件来求解,最后再根据所得的解来解释和检验所给的实际问题。与数学竞赛不同的是,数学建模赛题没有标准的正确答案,试卷的评分标准是看学生解决问题和创新的能力。因此要做好一个数学建模问题并不是一件容易的事情,需要学生很多的知识以及对所学各种知识的综合运用,对学生是一个挑战。
数学建模竞赛是教育部认可的少数国家级竞赛之一,我国还有很多省市常把每年一次的全国大学生数学建模竞赛结果作为衡量高校教学水平的一个重要指标 , 而在考研和毕业找工作方面 , 很多研究生导师或应聘单位也更愿意要从事过数学建模竞赛的学生。
我国从 1992 年起每年都举行一次全国大学生数学建模竞赛,它的具体参赛时间为每年 9 月中旬中的某三天(周五、周六、周日),参赛时间长度为 3 昼夜,报名是以学校为单位报名的,准备参赛的学生可以关注教务处的网站了解报名事项。
数学建模竞赛是按参赛队为单位来参赛的,每个参赛队由三个同学组成,且所有学过数学建模课程或了解数学建模的在校各年级的大学生都可以报名参赛。除了我国的大学生数学建模竞赛外,每年的春节前后在美国还有一项国际大学生建模竞赛,这项竞赛我们中国在校大学生也可以参加。
有关数学建模竞赛的信息和资料在如下网站上可以看到 :
1. http://mcm.edu.cn ( 国内数学建模竞赛)2. http://www.comap.com (国际数学建模竞赛)
数学建模课的特点 课程的定位:
数学建模课是以培养和提高学生应用数学知识解决实际问题的能力为主要目的的一门课程。传统的数学课主要集中在数学理论的教学上,即所谓 " 烧中段 " 。开设数学模型课应该突出它的实践性和应用性,它是用 " 烧头尾 " 来弥补只 " 烧中段 " 的不足。因此应该是数学课的一个补充。必须与传统数学课的教学相互配合,互相补充,互相完善,使学生得到更完整的数学训练。
课程内容体系结构:
在课堂上仅仅介绍若干数学应用的模型实例不能认为是对学生进行数学应用教育的理想的方式。以学习数学的方法学习数学模型也不会收到理想的效果。在教学内容的安排上我们注意到讲述的内容必须体现数学模型本身固有的特性和系统性。我们系统地阐述了数学模型的概念、特征和建模的主要方法等有关的问题。以利于学生正确地了解数学模型不同于数学理论的思维特征。从而较好地掌握数学模型这一解决实际问题的工具。
另一方面,数学模型应用实例的介绍具体地展示了数学如何被用来解决实际问题。它是学生学习数学模型时感性认识的重要来源。是数学模型不可少的重要内容。但模型的实例必须精选。我们精选的原则是:
1. 在数学应用的发展过程中取得成功并且是有影响的实例。
2. 我们自己的研究成果,并有利于教学安排的例子。
3. 力争做到在数学内容上由浅入深,涉及学科面宽;在数学模型上由简到繁;在实际问题上由熟悉到生疏;在方法上由简单到综合。尽量符合教学的特点和要求。
教学方法
课堂讲授,主要由任课教师在课堂上向学生传授知识的过程。
课堂讨论、报告及评讲,主要由任课教师或学生代表主持学生讨论、报告及教师或请专家评讲的过程。
上机实习,利用计算机技能解决问题的过程。
教学安排
数学模型课开设的目的在于培养和提高学生应用数学解决实际问题的能力。因此我们教学安排的重点要放在数学建模能力的训练上。
考虑到学生面对错综复杂的实际问题时经常束手无策的情况。在教学的安排上我们抓住了考试这个教学的最终环节。要求学生在期末考试时每人应用所学的数学知识解决身边的一个实际问题,并以此为题完成一篇应用论文,以考察学生应用数学解决实际问题的能力。整个教学活动都是以此为中心安排的。
教学中以课堂教学为主。课堂讲授时要着重讲授问题中的模型而不是讲模型中的数学,使学生得到归纳推理能力的训练。但要辅以学生为主的课堂专题讨论,引导学生面对实际问题的复杂性和不规范性,训练学生的应用能力。
为了提高学生的实践能力,我们与计算机软件课进行了整合。调整了开课的时间,加强了教学的内容、进度和要求方面的配合。软件课上学生学软件的基础理论,模型课上就可以配合布置问题进行深入的实践和应用。在模型的计算机实践课上实现了理论与实践的结合。
此外,在课外我们还组织了学生的课外建模小组研讨一些应用的课题和建模竞赛的问题,提高他们的应用能力。大大促进了学生的积极思考,激发了他们发现问题的潜能。这样安排的结果,近几年学生期末考试的数学模型论文的质量和全国大学生数学建模竞赛参赛的热情和成绩都有了大幅度的提高。
教学方法:
教学过程中仍然是以课堂教学为主。通过对数学建模案例的教学,在课堂上播放 1-2 次录象片(《绚丽的数学之花》,《数学走进我们的生活》,《美妙的数学》,《 Chaos 》等),传授应用数学解决实际问题基本的过程和方法。同时充分调动学生的学习积极性,安排学生主讲的课堂讨论,每年都带领他们走出学校旁听中学生的优秀数学应用论文答辩,通过学习、模仿他人建模研究解决实际问题的思考过程,逐步养成应用分析、推理、归纳、综合方法研究实际问题的的思维方式。特别是采取撰写建模论文方式作为期末的课程考试,强调从实际生活或其他学科中自选课题的要求,促使学生积极思考,激发学生的创造潜能。
教学手段:
课堂教学全部采用多媒体技术,完成了全部课程的 ppt 课件的编制工作,并且经过两年教学实践的检验。提高了课堂教学的质量。计算机实习课教师的辅导也实现了屏幕的实时计算演示。再加上辅助的录象播放,激发了学生学习的兴趣和学习动机。在提高教学效果方面取得实效。
计算机的应用:
数学建模教学强调的重点不是数学方法,而是问题的解决。只有应用数学解决了实际问题才能使学生获得成功的喜悦; 才能激发学生对数学建模的兴趣;才能使学生感到数学(各门课程、各个分支)的重要,从而喜欢数学。要解决实际问题,就要运用计算机处理数据或执行基本的数学运算。数学软件课与数学建模课的整合,在帮助学生掌握计算机编程的同时大大增强了学生应用数学解决问题的能力。
课程特色
1. 课程的内容体系结构。课程的内容体系结构所讲授的三部分内容是本课程不同于多数以介绍模型实例为主的 " 数学模型 " 课的主要特色之一。它主要来源于所使用的教材《数学模型与数学建模》。这部教材融合了我们近三十年来从事数学应用科学研究和教学工作的成果、经验和体会。是我们多年从事应用数学教学和科学研究工作的结晶。
2. 以数学应用能力培养为中心的强调实践性教学的安排是本课程的另一个主要的特色。如:考试的安排;课堂系统讲授与专题讨论相结合;理论学习与计算机实践相结合;课外数学建模小组的活动和旁听中学生优秀数学建模论文的答辩。这些都是我们在教学上力度较大且收效明显的改革措施。
3. 与相关的课程的整合。近三年数学模型课与数学软件课成功的整合是本课程第三个主要的特色。两门课的互相配合使得学生数学软件掌握得更加扎实,也使得学生数学建模的能力有了明显的提高。它提高了我们的教学质量,同时也推动了相关课程的教学改革。我们还计划扩大与相关课程整合的范围(如:运筹学、计算数学等),以带动数学教学的改革
教学效果
竞赛奖:我校学生获大学生数学建模竞赛二等奖。
学生的反映:
数学模型应该成为数学系的必修课,因为它完美体现了理论和实践的结合。通过(数学模型课的)学习我发现了导数的实际意义,发现了矩阵的无穷作用,发现了马尔可夫链的具体表现。我突然发现自己面对着如此一个奥妙无穷的数学宫殿。数学同现实生活联系如此密切。我们宛如发现了自己的价值。自己有的数学知识是如此效力无穷。同时我们也发现自己的数学知识是如此肤浅,还有更复杂的数学模型我们没法达到。于是大家又翻出了大一的课本,从中再次汲取营养。此次可谓对症下药,学习效果更甚初时。
数学模型课是一门应用性很强的课程。它涉及面广,用途大。同学们都很喜欢上这门课。觉得通过一学期的学习开阔了思路,长了不少见识。老师上课时点到为止,很有启发性,真有点余韵无穷的感觉。特别觉得好的是:采用写论文的考试方法。为了写论文同学们积极思考,积极想办法来建立模型。在这一实践过程中提高了不少建模的能力。我想对以后解决实际问题是很有好处的。
在未接触数学模型课之前,一面对繁杂冗长的数学定理、公式和那些再怎么也无法理出头绪的数学问题,总不能耐烦。进而问自己: ' 学习数学到底能作些什么?只是为了解决数学公式,数字游戏吗? ' 绞尽脑汁也想不出一个另我满意的答案。学习数学还是那么机械化,兴趣也始终提不上来。接触建模这门课后,才明白数学的世界是如此的精彩,数学涉及的领域是如此之多,如此之大,是我从未想象到的。它仿佛是一片新的蕴藏着无限财富的领土在我面前,等着我去发现、开拓。使我不得不对数学产生了新的认识。虽然这种认识可能有些肤浅,但是总比以前有了点点提高。起码从思想上不再对数学产生不耐烦感,对数学的兴趣也明显增加。
这个学期的数学建模课将我带进了数学的一片新的领域。在课上主要学的并不是具体问题的具体解法,而是一种方法,一种研究型的思考方式。当我看到前人运用数学工具解决出的实际问题,感觉真的很有趣。而当自己尝试着解决一些问题后,虽然也许做得很粗糙,而且前人早已解决了,但还是找到了不小的成就感。特别是在和同学们通过讨论与互补得到了合作的果实时,拥有的不仅是内心的激动,而且是友情的积累。
从来都不曾写过这么正式的论文,因此体会也很多。在选题上,当初一点思路和想法都没有。本着论文的要求,我留心日常生活,决定写浴室服务系统的问题。选这个题目的另一个原因是该问题有现成的样本可以仿做,难度会相应降低一些。但在操作过程中,我遇到了许多意想不到的难题。数据如何搜集,模型如何建立,建好模型后该如何分析,我都遇到了困难。由于服务台数目过多,而这在一般的排队论模型都不会出现。为了解决这些难题,我先后阅读了大量有关的参考书,自学了排队论的内容。在采集数据的过程中,我连续一周天天往浴室跑,锻炼了自己的交际能力,体会到完成一项学问的辛苦。也体会到了学术的乐趣。在此过程中,我也体会到了计算机的强大功能。没有 MAPLE 的帮助,模型中的指标是根本就无法求解的。数学有时候是在应用时才体现出它的魅力的。这可以说是我在这次作业中最深的体会吧!
结束语
数学建模课不仅成为数学系各专业的必修课,而且也成为全校公共选修课。我们不断总结这门课的经验,深入探索新的教学思路,努力寻求适合综合性大学数学建模的教学方法,积极采用现代化教学手段,使得这门课的教学趋于成熟,并取得了一系列的教学成果。
“数学建模”是一门实践性极强的课程。在教学实践中,我们总结出了“传统教学与现代化手段(特别是多媒体教学手段)教学相结合;数学知识与其他专业知识相结合;课内教学与课外实习相结合” 的三个结合教学方式,引导学生学习数学建模的基本思路方法,提高学生应用数学解决实际问题的综合能力,达到了预期的教学效果。
我们将不断努力,把这门课程建设得更好。 |