淺談數學建模與創新

摘要：數學建模是一門十分注重理論聯系實際的課程，它有助于培養學生的創新能力、動手能力和自我評價能力。本文分析了數學建模競賽對數學教學改革和創新所起的作用，指出數學建模的起源、發展和目的。著重在提高學生的學習興趣、做好選題工作、評價工作和指導工作上進行分析和討論。

關鍵詞：數學建模；數學建模競賽；創新能力

中圖分類號：N945.12文獻標識碼：A

1 數模競賽的起源與歷史

數模競賽是由美國工業與應用數學學會在1985年發起的一項大學生競賽活動，目的在于激勵學生學習數學的積極性，提高學生建立數學模型和運用計算機技術解決實際問題的綜合能力，鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，開拓知識面，培養創精神及合作意識，推動大學數學教學體系、教學內容和方法的改革。我國大學生數學建模競賽是由教育部高教司和中國工業與數學學會主辦、面向全國高等院校的、每年一屆的通訊競賽。其宗旨是：創新意識、團隊精神、重在參與、公平競爭。1992載在中國創辦，自從創辦以來，得到了教育部高教司和中國工業與應用數學協會的得力支持和關心，呈現出迅速的發展發展勢頭，就2003年來說，報名階段須然受到“非典”影響，但是全國30個省（市、自治區）及香港的637所院校就有5406隊參賽，在職業技術學院增加更快，參賽高校由2002年的1067所上升到了2003年的1410所。可以說：數學建模已經成為全國高校規模最大課外科技活動。

2 什么是數學建模

數學建模（Mathematical Modelling）是一種數學的思考方法，是“對現實的現象通過心智活動構造出能抓住其重要且有用的特征的表示，常常是形象化的或符號的表示。”從科學，工程，經濟，管理等角度看數學建模就是用數學的語言和方法，通過抽象，簡化建立能近似刻畫并“解決”實際問題的一種強有力的數學工具。顧名思義，modelling一詞在英文中有“塑造藝術”的意思，從而可以理解從不同的側面，角度去考察問題就會有不盡的數學模型，從而數學建模 的創造又帶有一定的藝術的特點。而數學建模最重要的特點是要接受實踐的檢驗，多次修改模型漸趨完善的過程。

3 競賽的內容

競賽題目一般來源于工程技術和管理科學等方面經過適當簡化加工的實際問題，不要求參賽者預先掌握深入的專門知識，只需要學過普通高校的數學課程。題目有較大的靈活性供參賽者發揮其創造能力。參賽者應根據題目要求，完成一篇包括模型假設、建立和求解、計算方法的設計和計算機實現、結果的分析和檢驗、模型的改進等方面的論文（即答卷）。競賽評獎以假設的合理性、建模的創造性、結果的正確性和文字表述的清晰程度為主要標準。

4 競賽的目的

隨著科學技術的飛速發展，現代中學生的生活背景越來越豐富，他們看問題的視野也越來越開闊。

國家新的課程改革的進行，不但使廣大教師的教育理念發生了根本性的改變，同學們的學習理念也發生了巨大改變，過去的那種單純的知識性的傳授和學習的模式已轉變為以能力培養為主、學以致用的教學和學習模式，同學們的接受能力和學習能力得到極大提高。所以在中學階段向同學們更多介紹一些科技事件或自然現象的知識儲備基本具備。下面就中學階段如何開設好數學建模選修課談幾點體會。

4.1 提高學生的學習興趣，培養他們的創新能力是開設數學建模選修課的主要目的

數學建模就是運用數學思想、方法和知識解決實際問題的過程。

興趣是最好的老師。而數學建模在數學知識與實踐之間建立了一個溝通的平臺，通過這個平臺，同學們可以體驗數學在解決實際問題中的價值和作用，體驗數學與日常生活和其他學科的聯系，體驗綜合運用知識和方法解決實際問題的過程，對數學有一種感性的認識，激發他們學習數學的興趣。

4.2 做好選題工作是開好數學建模選修課的關鍵

數學學習過程中，問題是關鍵。如何提出一些貼合學生實際、具有代表意義、能培養學生創新意識、提高學習能力、真正讓學生感興趣的問題是開好數學建模選修課的第一步。做好數學建模選題工作，可從以下幾個方面入手。

可操作性。通過數學建模，學生將了解和經歷解決實際問題的全過程，體驗數學與日常生活及其他學科的聯系，感受數學的實用價值，增強應用意識，提高實踐能力。所以在選題時要考慮到不同學校、不同層次的學生的接受能力，爭取讓每一個學生能夠根據自己的生活經驗發現并提出問題，對同樣的問題，可以發揮自己的特長和個性，從不同的角度、層次探索解決的方法，從而獲得綜合運用知識和方法解決實際問題的經驗，發展創新意識。

實踐性。開設數學建模選修課的主要目的之一就是讓同學們在能力培養的同時，學以致用。所以所選課題應來源于實踐，盡量是學生所熟悉的、或親身經歷的現實問題，讓學生有一種身臨其境的感覺，以提高他們的求知欲。

知識性。高中階段的學習雖然強調能力培養，但也應該注意到，學生的學習過程也是一個知識積累、為下一步的繼續學習打基礎的過程。所以我們在數學建模選題的時候，應選取一些解決問題所涉及的知識、思想、方法與高中數學課程內容有聯系的問題。讓同學們在探索的過程中體會到所學知識的作用。

4.3 做好數學建模過程中的指導工作是開好數學建模選修課的重要保障

數學建模是一門實踐性很強的科目，學生在初接觸時往往抓不住問題的關鍵，很難將實際問題中的信息數學化。同時就同學們的學習方式給以必要的指導。具體可從以下幾個方面入手。

引導學生學會發現并提出問題。最初開設數學建模時，可以先由老師提出一些問題供學生選擇，或者提供一些實際情景，引導學生提出問題。隨著課程的推進，教師應逐漸讓學生學會從自己生活的世界中發現問題、提出問題。

引導學生學會數學建模的基本程序，讓同學們掌握科學的學習方法。數學建模可以通過以下框圖實現。

指導學生成立課題組，學會合作學習。數學建模學習對知識和能力的要求明顯高于傳統意義上的學習，在這種學習過程中，個人力量往往很難奏效，所以數學建模經常采取課題組的模式。

4.4 做好學生在數學建模過程中表現的評價工作對學生的后繼學習是一個有力促進

高中階段開設數學建模選修課的目的主要是以培養學生的學習能力、提高他們的創新意識為主要目的。通過師生之間的互動，使同學們在互動中展示自我，張揚個性，提高他們的總結能力和應變能力。評價內容應關注以下幾個方面：

科學性。建模過程中使用的數學方法是否得當，求解過程是否合乎常理。

創新性。問題的提出和解決的方案是否充分發揮了學生的主觀能動性，有新意。

合作性。學生在數學建模中是否采取了各種合作方式解決問題，養成與人交流的習慣，并獲得良好的情感體驗。

真實性。建模的結果是否是學生本人參與制作的，數據是否是真實的。

實效性。建模的結果是否具有一定的實際意義。

新的九年義務教育數學課程標準認為：數學是人們對客觀世界定性把握和定量刻畫，逐漸抽象概括，形成方法和理論，并進行廣泛應用的過程。義務教育的課程不僅要考慮數學自身的抽象性、精確性和應用的極端廣泛性等特點，更應遵循學生學習數學的心理規律，強調從學生已有的生活經驗出發，讓學生親身經歷將實際問題抽象成數學模型，并進行解釋與應用的過程。從這個意義上說，我們的中學數學教育的過程應該是一個教會學生建模和解模，并會用模的過程。目前，二期課程改革明確要求加大研究性和探究性課程的力度，這無疑將推動數學模型課在中學階段的開設和推廣。

參考文獻

[1]王彬.數學建模在中職研究性學習中的實踐研究[J].東北師范大學，2010-05-01.