有關數(shù)學建模論文
有關數(shù)學建模論文
在我國倡導素質教育的今天，數(shù)學建模受到的關注與日俱增。數(shù)學建模已成為國際、國內數(shù)學教育中穩(wěn)定的內容和熱點之一。下面是學習啦小編為大家整理的有關數(shù)學建模論文，供大家參考。
有關數(shù)學建模論文范文一：數(shù)學建模心理學思想研究
摘要：數(shù)學建模即為解決現(xiàn)實生活中的實際問題而建立的數(shù)學模型，它是數(shù)學與現(xiàn)實世界的紐帶。結合教學案例，利用認知心理學知識，提出促進學生建立良好數(shù)學認知結構以及數(shù)學學習觀的原則和方法，幫助學生由知識型向能力型轉變，推進素質教育發(fā)展。
關鍵詞：認知心理學;思想;數(shù)學建模;認知結構;學習觀
認知心理學(CognitivePsychology)興起于20世紀60年代，是以信息加工理論為核心，研究人的心智活動為機制的心理學，又被稱為信息加工心理學。它是認知科學和心理學的一個重要分支，它對一切認知或認知過程進行研究，包括感知覺、注意、記憶、思維和言語等[1]。當代認知心理學主要用來探究新知識的識記、保持、再認或再現(xiàn)的信息加工過程中關于學習的認識觀。而這一認識觀在學習中體現(xiàn)較突出的即為數(shù)學建模，它是通過信息加工理論對現(xiàn)實問題運用數(shù)學思想加以簡化和假設而得到的數(shù)學結構。本文通過構建數(shù)學模型將“認知心理學”的思想融入現(xiàn)實問題的處理，結合教學案例，并提出建立良好數(shù)學認知結構以及數(shù)學學習觀的原則和方法，進一步證實認知心理學思想在數(shù)學建模中的重要性。
一、案例分析
2011年微軟公司在招聘畢業(yè)大學生時，給面試人員出了這樣一道題：假如有800個形狀、大小相同的球，其中有一個球比其他球重，給你一個天平，請問你可以至少用幾次就可以保證找出這個較重的球?面試者中不乏名牌大學的本科、碩士甚至博士，可竟無一人能在有限的時間內回答上來。其實，后來他們知道這只是一道小學六年級“找次品”題目的變形。
(一)問題轉化，認知策略
我們知道，要從800個球中找到較重的一個球這一問題如果直接運用推理思想應該會很困難，如果我們運用“使復雜問題簡單化”這一認知策略，問題就會變得具體可行。于是，提出如下分解問題。問題1.對3個球進行實驗操作[2]。問題2.對5個球進行實驗操作。問題3.對9個球進行實驗操作。問題4.對4、6、7、8個球進行實驗操作。問題5.如何得到最佳分配方法。
(二)模型分析，優(yōu)化策略
通過問題1和問題2，我們知道從3個球和5個球中找次品，最少并且保證找到次品的分配方法是將球分成3份。但這一結論只是我們對實驗操作的感知策略。為了尋找策略，我們設計了問題3，對于9個球的最佳分配方法也是分為3份。因此我們得到結論：在“找次品”過程中，結合天平每次只能比較2份這一特點，重球只可能在天平一端或者第3份中，同時，為了保證最少找到，9個球均分3份是最好的方法。能被3除盡的球我們得到均分這一優(yōu)化策略，對于不能均分的球怎么分配?于是我們設計了問題4，通過問題4我們得到結論：找次品時，盡量均分為3份，若不能均分要求每份盡量一樣，可以多1個或少1個。通過問題解決，我們建立新的認知結構：2～3個球，1次;3+1～32個球，2次;32+1～33個球，3次;……
(三)模型轉化，歸納策略
通過將新的認知結構運用到生活實踐，我們知道800在36～37之間，所以我們得到800個球若要保證最少分配次數(shù)是7次。在認知心理學中，信息的具體表征和加工過程即為編碼。編碼并不被人們所覺察，它往往以“刺激”的形式表現(xiàn)為知覺以及思想。在信息加工過程中，固有的知識經驗、嚴密的邏輯思維能力以及抽象概況能力將為數(shù)學建模中能力的提高產生重要的意義。
二、數(shù)學建模中認知心理學思想融入
知識結構和認知結構是認知心理學的兩個基本概念[3]。數(shù)學是人類在認識社會實踐中積累的經驗成果，它起源于現(xiàn)實生活，以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)并用來解決現(xiàn)實問題。它要求人們具有嚴密的邏輯思維以及空間思維能力，并通過感知、記憶、理解數(shù)形關系的過程中形成一種認知模型或者思維模式。這種認知模型通常以“圖式”的形式存在于客體的頭腦，并且可以根據需要隨時提取支配。
(一)我國數(shù)學建模的現(xiàn)狀
《課程標準(2011年版)》將模型思想這一核心概念的引入成為數(shù)學學習的主要方向。其實，數(shù)學建模方面的文章最早出自1982年張景中教授論文“洗衣服的數(shù)學”以及“壘磚問題”。雖然數(shù)學建模思想遍布國內外，但是真正將數(shù)學建模融入教學，從生活事件中抽取數(shù)學素材卻很難。數(shù)學建模思想注重知識應用，通過提取已有“圖式”→加工信息→形成新的認知結構的方式內化形成客體自身的“事物結構”，其不僅具有解釋、判斷、預見功能，而且能夠提高學生學習數(shù)學的興趣和應用意識[4]。
(二)結合認知心理學思想，如何形成有效的數(shù)學認知結構
知識結構與智力活動相結合，形成有效認知結構。我們知道，數(shù)學的知識結構是前人在總結的基礎上，通過教學大綱、教材的形式呈現(xiàn)，并通過語言、數(shù)字、符號等形式詳細記述的。學生在學習時，通過將教材中的知識簡約化為特定的語言文字符號的過程叫作客體的認知結構，這一過程中，智力活動起了重要作用。復雜的知識結構體系、內心體驗以及有限的信息加工容量讓我們不得不針對內外部的有效信息進行篩選。這一過程中，“注意”起到重要作用，我們在進行信息加工時，只有將知識結構與智力活動相結合，增加“有意注意”和“有意后注意”，才能夠形成有效的數(shù)學認知結構。根據不同構造方式，形成有利認知結構。數(shù)學的知識結構遵循循序漸進規(guī)律，并具有嚴密的邏輯性和準確性，它是形成不同認知結構的基礎。學生頭腦中的認知結構則是通過積累和加工而來，即使數(shù)學的知識結構一樣，不同的人仍然會形成不同的認知結構。這一特點取決于客體的智力水平、學習能力。因此若要形成有利認知結構，必須遵循知識發(fā)展一般規(guī)律，注重知識的連貫性和順序性，考慮知識的積累，注重邏輯思維能力的提高。
三、認知心理學思想下的數(shù)學學習觀
學習是學習者已知的、所碰到的信息和他們在學習時所做的之間相互作用的結果[5]。如何將數(shù)學知識變?yōu)閭€體的知識，從認知心理學角度分析，即如何將數(shù)學的認知結構吸收為個體的認知結構，即建立良好的數(shù)學學習觀，這一課題成為許多研究者關注的對象。那么怎樣學習才能夠提高解決數(shù)學問題的能力?或者怎樣才能構建有效的數(shù)學模型，接下來我們將根據認知心理學知識，提出數(shù)學學習觀的構建原則和方法。
(一)良好數(shù)學學習觀應該是“雙向產生式”的信息
加工過程學習是新舊知識相互作用的結果，是人們在信息加工過程中，通過提取已有“圖式”將新輸入的信息與頭腦中已存儲的信息進行有效聯(lián)系而形成新的認知結構的過程[6]?？墒牵斂腕w對于已有“圖式”不知如何使用，或者當遇到可以利用“圖式”去解決的問題時不知道去提取相應的知識，學習過程便變得僵化、不知變通。譬如，案例中，即使大部分學生都學習了“找次品”這部分內容，卻只能用來解決比較明確的教材性問題，對于實際生活問題卻很難解決。學習應該是“雙向產生式”的信息加工過程，數(shù)學的靈活性在這方面得到了較好的體現(xiàn)。學習時應遵循有效記憶策略，將所學知識與該知識有聯(lián)系的其他知識結合記憶，形成“流動”的知識結構。例如在案例中，求800個球中較重球的最少次數(shù)，可以先從簡單問題出發(fā)，對3個球和5個球進行分析，猜測并驗證出一般分配方法。這一過程需要有效提取已有知識經驗，通過擬合構造，不僅可以提高學生學習興趣，而且能夠增強知識認識水平和思維能力。
(二)良好數(shù)學學習觀應該具有層次化、條理化的認知結構
如果頭腦中僅有“雙向產生式”的認知結構，當遇到問題時，很難快速找到解決問題的有效條件。頭腦中數(shù)以萬計“知識組塊”必須形成一個系統(tǒng)，一個可以大大提高檢索、提取效率的層次結構網絡。如案例，在尋找最佳分配方案時，我們可以把8個球中找次品的所有分配情況都羅列出來。這樣做，打破了“定勢”的限制，而以最少稱量次數(shù)為線索來重新構造知識，有助于提高學生發(fā)散思維水平，使知識結構更加具有層次化、條理化。在學習過程中，隨著頭腦中信息量的增多，層次結構網絡也會越來越復雜。因此，必須加強記憶的有效保持，鞏固抽象知識與具體知識之間的聯(lián)系，能夠使思維在抽象和現(xiàn)實之間靈活轉化。而這一過程的優(yōu)化策略是有效練習。
(三)良好數(shù)學學習觀應該具有有效的思維策略
要想形成有效的數(shù)學學習觀，提高解決實際問題的能力，頭腦中還必須要形成有層次的思維策略，以便大腦在學習和信息加工過程中，策略性思維能夠有效加以引導和把控。通過調節(jié)高層策略知識與底層描述性及程序性知識之間的轉換，不斷反思頭腦思維策略是否恰當進而做出調整和優(yōu)化。譬如，在案例中，思維經過轉化策略、尋找策略、優(yōu)化策略、歸納總結四個過程，由一般→特殊→一般問題的求解也是思維由高層向底層再向高層轉換的層次性的體現(xiàn)。
在思維策略訓練時，我們應重視與學科知識之間的聯(lián)系度。底層思維策略主要以學科知識的形式存在于頭腦，它的遷移性較強，能夠與各種同學科問題緊密結合。因此可以通過訓練學生如何審題，如何利用已有條件和問題明確思維方向，提取并調用相關知識來解決現(xiàn)實問題。
另外，有效思維訓練還必須做到“熟練”，對于課堂需要識記的東西要提前預習并及時復習，對于同類型題目，找出知識之間的關聯(lián)性組建知識層次結構，有效練習同類型題目，提高解難題能力，做到“熟能生巧”。
總之，認知心理學思想融入數(shù)學建模是非常有必要和有意義的。數(shù)學建模的最終目標是培養(yǎng)學生用數(shù)學的眼光觀察問題，用數(shù)學的思維思考問題，用數(shù)學的方法解決問題的能力[4]。數(shù)學建模的過程即為已有信息經過智力加工→編碼而形成心理產物，這一過程需要運用到數(shù)學知識系統(tǒng)和思維操作系統(tǒng)。因此，要想提高學生數(shù)學建模能力、搭建理論與實踐的橋梁、促進學生由知識型向能力型轉變、推進素質教育發(fā)展，除了教師的引導、學校的重視外，學生自身在認知結構、信息構建、思維策略、訓練方式等方面也應提出新的思考。
參考文獻：
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有關數(shù)學建模論文范文二：數(shù)學建模思想下高等數(shù)學論文
1高等數(shù)學教學中數(shù)學建模思想應用的優(yōu)勢
1.1有助于調動學生學習的興趣
在高等數(shù)學教學中，如果缺乏正確的認識與定位，就會致使學生學習動機不明確，學習積極性較低，在實際解題中，無法有效拓展思路，缺乏自主解決問題的能力。在高等數(shù)學教學中應用數(shù)學建模思想，可以讓學生對高等數(shù)學進行重新的認識與定位，準確掌握有關概念、定理知識，并且將其應用在實際工作當中。與純理論教學相較而言，在高等數(shù)學教學中應用數(shù)學建模思想，可以更好的調動學生學習的興趣與積極性，讓學生可以自主學習相關知識，進而提高課堂教學質量。2.2有助于提高學生的數(shù)學素質隨著科學技術水平的不斷提高，社會對人才的要求越來越高，大學生不僅要了解專業(yè)知識，還要具有分析、解決問題的能力，同時還要具備一定的組織管理能力、實際操作能力等，這樣才可以更好的滿足工作需求。高等數(shù)學具有嚴密的邏輯性、較強的抽象性，符合時代發(fā)展的需求，滿足了社會發(fā)展對新型人才的需求。在高等數(shù)學教學中應用數(shù)學建模思想，不僅可以提高學生的數(shù)學素質，還可以增強學生的綜合素質。同時，在高等數(shù)學教學中，應用數(shù)學建模思想，可以加強學生理論和實踐的結合，通過數(shù)學模型的構建，可以培養(yǎng)學生的數(shù)學運用能力與實踐能力，進而提高學生的綜合素質。
1.3有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力
和傳統(tǒng)高等數(shù)學純理論教學不同，數(shù)學建模思想在高等數(shù)學教學中應用的時候，更加重視實際問題的解決，通過數(shù)學模型的構建，解決實際問題，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，在實際運用中提高學生的創(chuàng)新能力。數(shù)學建?；顒有枰獙W生參與實際問題的分析與解決，完成數(shù)學模型的求解。在實際教學中，學生具有充足的思考空間，為提高學生的創(chuàng)新意識奠定了堅實的基礎，同時，充分發(fā)揮了學生的自身優(yōu)勢，挖掘了學生學習的潛能，有效解決了實際問題。在很大程度上提高了學生數(shù)學運用能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，增強了學生的創(chuàng)新能力。
2高等數(shù)學教學中數(shù)學建模思想應用的原則
在進行數(shù)學建模的時候，一定要保證實例簡明易懂，結合日常生活的實際情況，創(chuàng)設相應的教學情境，激發(fā)學生學習的興趣。從易懂的實際問題出發(fā)，由淺到深的展開教學內容，通過建模思想的滲透，讓學生進行認真的思考，進而掌握一些學習的方法與手段。在實際教學中，不要強求統(tǒng)一，針對不同的專業(yè)、院校，展開因材施教，加強與教學研究的結合，不斷發(fā)現(xiàn)問題，并且予以改進，達到預期的教學效果。教師需要編寫一些可以融入的教學單元，為相關課程教學提供有效的數(shù)學建模素材，促進教師與學生的學習與研究，培養(yǎng)個人的教學風格。除此之外，在實際教學中，可以將教學重點放在大一的第一學期，加強教師引導與教育，根據實際問題，重視微積分概念、思想、方法的學習，結合數(shù)學建模思想，讓學生充分認識到高等數(shù)學的重要性，進而展開相關學習。
3高等數(shù)學教學中融入數(shù)學建模思想的有效方法
3.1轉變教學觀念
在高等數(shù)學教學中應用數(shù)學建模思想，需要重視教學觀念的轉變，向學生傳授數(shù)學模型思想，提高學生數(shù)學建模的意識。在有關概念、公式等理論教學中，教師不僅要對知識的來龍去脈進行講解，還要讓學生進行親身體會，進而在體會中不斷提高學習成績。比如，37支球隊進行淘汰賽，每輪比賽出場2支球隊，勝利的一方進入下一輪，直到比賽結束。請問：在這一過程中，一共需要進行多少場比賽?一般的解題方法就是預留1支球隊，其它球隊進行淘汰賽，那么36/2+18/2+10/2+4/2+2/2+1=36。然而在實際教學中，教師可以轉變一下教學思路，通過逆向思維的形式解答，即，每場比賽淘汰1支球隊，那么就需要淘汰36支球隊，進而比賽場次為36。通過這樣的方式，讓學生在練習過程中，加深對數(shù)學建模思想的認識，提高高等數(shù)學教學的有效性。
3.2高等數(shù)學概念教學中的應用
在高等數(shù)學概念教學中，相較于初高中數(shù)學概念，更加抽象，如導數(shù)、定積分等。在對這些概念展開學習的時候，學生一般都比較重視這些概念的來源與應用，希望可以在實際問題中找出這些概念的原型。實際上，在高等數(shù)學微積分概念中，其形成本身就具有一定的數(shù)學建模思想。為此，在導入數(shù)學概念的時候，借助數(shù)學建模思想，完成教學內容是非?？尚械?。每引出—個新概念，都應有—個刺激學生學習欲的實例，說明該內容的應用性。在高等數(shù)學概念教學中，通過實際問題情境的創(chuàng)設與導入，可以讓學生了解概念形成的過程，進而運用抽象知識解決概念形成過程，引出數(shù)學概念，構建數(shù)學模型，加強對實際問題的解決。比如，在學習定積分概念的時候，可以設計以下教學過程：首先，提出問題。怎樣求勻變速直線運動路程?怎樣計算不規(guī)則圖形的面積?等等。其次，分析問題。如果速度是不變的，那么路程=速度×時間。問題是這里的速度不是一個常數(shù)，為此，上述公式不能用。最后，解決問題。將時間段分成很多的小區(qū)間，在時間段分割足夠小的情況下，因為速度變化為連續(xù)的，可以將各小區(qū)間的速度看成是勻速的，也就是說，將小區(qū)間內速度當成是常數(shù)，用這一小區(qū)間的時間乘以速度，就可以計算器路程，將所有小區(qū)間的路程加在一起，就是總路程，要想得到精確值，就要將時間段進行無限的細化。使每個小區(qū)間都趨于零，這樣所有小區(qū)間路程之和就是所求路程。針對問題二而言，也可以將其轉變成一個和式的極限。這兩個問題都可以轉變成和式極限，拋開實際問題，可以將和式極限值稱之為函數(shù)在區(qū)間上的定積分，進而得出定積分的概念。解決問題的過程就是構建數(shù)學模型的過程，通過教學活動，將數(shù)學知識和實際問題進行聯(lián)系，提高學生學習的興趣與積極性，實現(xiàn)預期的教學效果。
3.3高等數(shù)學應用問題教學中的應用
對于教材中實際應用問題比較少的情況而言，可以在實際教學中挑選一些實際應用案例，構建數(shù)學模型予以示范。在應用問題教學中應用數(shù)學建模思想，可以將數(shù)學知識與實際問題進行結合，這樣不僅可以提高數(shù)學知識的應用性，還可以提高學生的應用意識，并且在填補數(shù)學理論和應用的方面發(fā)揮了重要作用。對實際問題予以建模，可以從應用角度分析數(shù)學問題，強化數(shù)學知識的運用。比如，微元法作為高等數(shù)學中最為重要、最為基礎的思想與方法，是高等數(shù)學普遍應用的重要手段，也是利用微積分解決實際問題，構建數(shù)學模型的重要保障。為此，在高等數(shù)學教學中，一定要將其貫穿教學活動的始終。在實際教學中，教師可以根據生命科學、經濟學、物理學等實際案例，加深學生對有關知識歷史的了解，提高學生對有關知識的理解，培養(yǎng)學生的數(shù)學建模意識。又比如，在講解導數(shù)應用知識的時候，教師可以適當引入切線斜率、瞬時速度、邊際成本等案例;在講解極值問題的時候，可以適當引入征稅、造價最低等案例。這樣不僅可以激發(fā)學生學習的興趣與積極性，還可以創(chuàng)設良好的教學氛圍，對提高課堂教學效果有著十分重要的意義。
4高等數(shù)學教學中應用數(shù)學建模思想的注意事項
4.1避免“題海戰(zhàn)術”
數(shù)學是一個系統(tǒng)學科，需要從頭開始教學，為此，教師一定要注意循序漸進。首先，在教學過程中，教師可以從教材出發(fā)，對概念、定理等進行講解，讓學生進行掌握與運用，轉變教學模式，讓學生牢記教材知識。其次，慎重選擇例題練習，避免題海戰(zhàn)術，培養(yǎng)學生的數(shù)學建模思想，逐漸提高學生的數(shù)學素質。
4.2強調學生的獨立思考
在以往高等數(shù)學教學中，均是采用“填鴨式”的教學模式，不管學生是否能夠接受，一味的講解教材知識，不重視學生數(shù)學建模思想的培養(yǎng)。目前，在教學過程中，教師一定要強調學生獨立思考能力的培養(yǎng)，通過數(shù)學模型的構建，激發(fā)學生的求知欲與興趣，明確學習目標，培養(yǎng)學生的數(shù)學思維，進而全面滲透數(shù)學建模思想，提高學生的數(shù)學素質。
4.3注意恐懼心理的消除
在高等數(shù)學教學中，注意消除學生學習的恐懼心理及反感，提高課堂教學效果。在實際教學過程中，培養(yǎng)學生勇于面對錯誤的品質，讓學生認識到錯誤并不可怕，可怕地是無法改正錯誤，為此，一定要提高學生的抗打擊能力，幫助學生樹立學習的自信心，進而展開有效的學習。學習是一個需要不斷鞏固和加強的過程，在此過程中，必須加強教師的監(jiān)督作用，讓學生可以積極改正自身錯誤，并且不會在同一個問題上犯錯誤，提高學生總結與反思的能力，在學習過程中形成數(shù)學思想，進而不斷提高自身的數(shù)學成績。
5結語
總而言之，高等數(shù)學課堂教學是培養(yǎng)學生數(shù)學品質的主要場所之一，通過高等數(shù)學教學和數(shù)學建模思想的結合，可以加深學生對高等數(shù)學知識的理解，進而可以提高學生對高等數(shù)學知識的運用能力。目前，在高等數(shù)學教學中，一定要重視數(shù)學建模思想的融入，改進教學模式，促使教學內容的全面展開，完成預期的教學任務，提高學生的數(shù)學水平。
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