高职数学建模实践探析

谢珊 陶盈 吕靖

摘要： 本文简述了数学建模及其发展历史，探讨了高职数学建模活动设计和实施情况，并分三个方面进行了有效实践。

关键词： 高职数学教学数学建模数学应用

随着教育改革的深入进行和“数学应用意识”的加强，知识经济社会对高职数学提出了新的要求。高职数学教学应以运用数学解决实际问题为目标，以数学建模作为改革的切入点，让学生在建模过程中学会用数学思维去认识和思考自己所生活的环境与社会[1]，培养学生的创新思维能力和综合素质。

一、数学模型、数学建模和数学建模发展沿革[2]

数学模型还没有统一准确的定义，一般来说，“数学模型是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构。”具体来说，对于一个现实世界的一个特定对象，为了一个特定目的，根据其特有的内在规律，作出必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。涉及实际问题的数学模型，还具有抽象性、准确性、非预制性和演绎性等特性。数学模型按模型的表现特性和所描述的不同的现象和过程，大致有四种：确定性数学模型、随机性数学模型、变突性数学模型和模糊性数学模型。当然，由于现实世界关系的复杂性和多样性，有些数学模型也可能是兼有几类特性的混合型数学模型。

数学建模即为建立数学模型的过程。建模即是对研究对象进行科学的分析、简化、抽象的过程。运用数学建模解决实际问题的一般步骤是：模型准备—模型假设—模型构成—模型求解—模型分析—模型检验—模型应用。

早在上世纪70年代，国外不少发达国家的有识之士已经开始研究开展数学建模活动，各种建模案例相继出现。大约在上世纪70年代末80年代初，英国著名的剑桥大学专门为研究生开设了数学建模，并创建了牛津大学与工业界研究合作的“OSGI”。与此同时，在欧洲、在美国等工业发达国家开始把数学建模的内容正式列入研究生、大学生乃至中学生的教学计划中，并于1983年开始举行两年一次的“数学建模和应用的教学国际会议”进行定期交流。80年代以后，数学建模已成为国际数学教育改革的主旋律，世界各国的课程标准也都要求在各年级或多或少地含有数学建模内容。我国工业与应用数学学会从1992年开始举办了“全国大学生数学模型联赛”，并发展成为现在的“全国大学生数学建模竞赛”。以数学建模竞赛为契机，国内很多大学将数学建模融入数学课程教学中，并将数学建模和数学实验等相关课程设置为基础课、必修课，培养学生的数学综合能力。数学教学必须适应社会实际需要，数学建模进入高职院校的课堂，既符合数学教改需求，又顺应社会发展大潮。对于高职数学教育教学而言，不仅需要让学生掌握数学计算方法和逻辑思维，更需要培养学生用数学工具和数学软件分析和解决实际问题的意识和能力。传统的高职数学课程教学体系无疑偏重于前者，引入数学建模则是加强后者的一种有益尝试。

二、高职数学建模活动设计

1.高职数学建模的活动设计目标

①系统地获得数学建模的基本知识、基本理论和方法。②培养数学应用意识，体现数学的实际应用价值。③提高学生学习数学的兴趣，培养学生学会团结合作，提高分析和解决实际问题的能力。④了解数学建模过程，培养数学创新能力和数学建模综合素质。

2.高职数学建模的活动设计原则

数学建模的教学设计应反映数学教育发展和改革的方向，具体说来它更应强调发展学生的数学应用能力、逻辑推理能力、软件使用能力和自主学习能力。

3.高职数学建模的活动设计内容

①理论知识方面：根据理论结合实际的原则，要求学生重点掌握数学模型的建立和求解方法。基本掌握的内容：初等模型、数学规划模型、微分方程模型、图论与网络模型、概率统计模型等。②实践技能方面：要求学生重点掌握数据处理的基本方法，能够使用Lindo、Lingo求解各种规划问题，使用Matlab求解微积分和微分方程，进行数据拟合，参数估计、假设检验、回归分析等概率问题。

三、我院高职数学建模活动实践

1.将数学建模融入高职数学主干课程

数学教学中引入数学建模，关键是要以生活实际应用来导入案例，从金融、工程、美学、经济等方面创设真实学习情境。近几年来我们一直把数学建模和数学课程有机结合起来，从学习情况来看，已初见成效。通过数学教学中数学建模的应用，学生更加体会到数学知识的重要性，更加重视数学的学习。将数学建模融入高职数学主干课程，在教学中积极推进教学改革，各模块综合复习中加入数学建模和数学上机实验知识，较好地调动了学生的学习积极性。

2.积极开设数学建模相关选修课

在《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《教育信息化十年发展规划》的指引下，为了进一步促进信息化教学，我们摒弃了传统的数学教育方法，教学中多次尝试数学建模和数学试验。自2005年以来，我们一直对大一大二的学生开设了《数学模型》、《数学实验》、《数学建模与数学实验》等选修课，受到学生的热烈欢迎。课程的开设对全面培养大学生数学素质和有关专业所需要的数学知识起到了很大的促进作用。通过多位老师的实践和探索，由谢珊主编，刘志峰主审，吕靖、覃东君和陶盈老师参编的《数学建模与数学实验》校本教材已正式投入使用，这本书得到了师生普遍好评。

3.认真组织数学建模活动

学院数学教研室教师每年认真组织学院的高等数学竞赛和数学建模活动，丰富了学生的课余生活，在数学建模竞赛中也取得了一定的成绩：获得国家二等奖一次，获得省二等奖两次，获得省三等奖两次。实践证明，积极参与数学建模知识学习的学生在毕业之后发展潜力更大，无论是从学生受益面，还是在提高大学生综合素质方面，数学建模教学改革模式都取得了很好的成效[3]。

高职数学中融入数学建模对学生综合素质的培养是一项长期艰巨而有意义的工作。教师要根据学生的实际水平，进行准确的定位，寻找数学建模教学的起始点和切入点，提高学生的应用和建模能力，使他们能够自觉地应用数学的思想和方法去分析观察理解和解决问题，增强迎接未来社会竞争的能力，将数学建模思想融入教学中，使抽象的教学内容具体化、清晰化，使学生主动学习，积极思考，重视数学应用，从而提高了教学质量[4]。学无止境，数学建模融入高职数学教学改革应随着数学实践和教学经验的积累，及时补充新鲜血液。数学建模在我院的推广普及，培养了学生的综合素质和实践能力，对数学教学改革起到了推动作用。

参考文献：

[1]谢珊等.更新高职数学教育理念深化教学改革[J].现代企业教育，2011（11）：58.

[2]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2003：3-18.

[3]曹秀娟等.数学建模大众化教学改革模式的探索[J].中国校外教育，2010（11）：130-131.

[4]孟玲.高职数学建模教学的策略与方法刍议[J].教育与职业，2011（11）：107.

本文系湖南化工职业技术学院立项课题“高职数学建模教学改革研究与实践”的阶段性成果，课题编号：HnhyA003。