數(shù)學(xué)建模思想探索與實(shí)踐論文
摘要：運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模２門課程聯(lián)系密切，在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中，適當(dāng)融入數(shù)學(xué)建模思想，能大幅度提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力．從運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中教學(xué)大綱的改革、教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐．教學(xué)實(shí)踐表明，將數(shù)學(xué)建模思想融入到運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中能提高課堂教學(xué)的效果，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力.
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)建模；運(yùn)籌學(xué)；教學(xué)實(shí)踐
運(yùn)籌學(xué)是信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，它是一門應(yīng)用科學(xué)，廣泛地應(yīng)用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法，解決實(shí)際中提出的專門問(wèn)題，為決策者選擇最優(yōu)決策提供定量依據(jù)．在解決問(wèn)題的過(guò)程中，為制定決策提供科學(xué)依據(jù)是運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用的核心，而針對(duì)實(shí)際問(wèn)題建立正確的數(shù)學(xué)模型則是運(yùn)籌學(xué)方法的精髓．?dāng)?shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)工具解決實(shí)際問(wèn)題的重要手段，從一定意義上來(lái)講，數(shù)學(xué)建模屬于運(yùn)籌學(xué)的一部分，模型的正確建立是運(yùn)籌學(xué)研究中關(guān)鍵的一步．所以說(shuō)，二者有著密切聯(lián)系，在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)?shù)厝谌霐?shù)學(xué)建模思想[1]，能夠培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力，提高教學(xué)效果．
1運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的必要性
數(shù)學(xué)建模和運(yùn)籌學(xué)２個(gè)課程聯(lián)系密切，也各有特點(diǎn)，但在實(shí)際教學(xué)中卻不能很好地結(jié)合起來(lái)[2]．運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中只注重講授理論和解題方法，而忽略了與實(shí)際問(wèn)題相聯(lián)系，導(dǎo)致了學(xué)生在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)，不知從何處入手；在數(shù)學(xué)建模課程中則強(qiáng)調(diào)建模思想和方法的運(yùn)用，注重的是建立起什么樣的模型，而對(duì)模型的求解講授得過(guò)少，導(dǎo)致很多時(shí)候?qū)W生在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)雖然能夠建立模型，但卻不知如何求解．所以，在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中要注意突出數(shù)學(xué)建模的思想，增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)[3].在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)過(guò)程中貫穿數(shù)學(xué)建模思想，使得教學(xué)過(guò)程不再是著力于單純的知識(shí)灌輸，而是注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，結(jié)合教學(xué)特點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手能力，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]，使傳統(tǒng)經(jīng)典教學(xué)理論與最優(yōu)化教學(xué)理論統(tǒng)一服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐，這是教學(xué)改革的方向．尤其是現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)達(dá)，使得課堂的容量增大，課堂上借助多媒體可以減少理論方法講解的時(shí)間，適當(dāng)運(yùn)用規(guī)劃軟件可以大幅度降低運(yùn)算所耗費(fèi)的時(shí)間，這樣節(jié)省下來(lái)的時(shí)間就可以更多地用來(lái)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的的能力．因此，要在運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)中對(duì)運(yùn)籌學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心處理，不能只偏重理論和解題方法的講解，要積極地滲透數(shù)學(xué)建模的思想，從而在課堂上著重引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用理論方法去解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)．運(yùn)籌學(xué)中數(shù)學(xué)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)、圖論和排隊(duì)論等內(nèi)容是數(shù)學(xué)建模一部分思想方法的匯集，在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模的思想，既能讓學(xué)生對(duì)運(yùn)籌學(xué)中枯燥的理論和方法有了深刻的理解，又能對(duì)后續(xù)數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)習(xí)起到促進(jìn)作用．
2數(shù)學(xué)建模思想融入運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)改革
國(guó)內(nèi)外大量教師學(xué)者都通過(guò)實(shí)踐對(duì)運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)建模思想的滲透進(jìn)行了深入研究．如王定江[5]根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，闡述了運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中如何突出數(shù)學(xué)建模教育的思想；楊冬英[6]根據(jù)運(yùn)籌學(xué)課程的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了實(shí)行運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革的一些建議和措施，指出數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力的重要手段，在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力．山東大學(xué)數(shù)學(xué)系在打造運(yùn)籌學(xué)國(guó)家精品課時(shí)將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，收到了很好的教學(xué)效果[7]．2.1教學(xué)大綱的改革．在運(yùn)籌學(xué)大綱的修訂中，著重從２個(gè)方面來(lái)突出建模思想的融入．2.1.1設(shè)置課后上機(jī)實(shí)驗(yàn)．運(yùn)籌學(xué)的學(xué)習(xí)，一方面讓學(xué)生運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)的理論和方法對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行抽象概括，找出其內(nèi)在規(guī)律，構(gòu)造出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；另一方面能通過(guò)邏輯推理或分析和計(jì)算，求解所建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型.而運(yùn)籌學(xué)研究的優(yōu)化算法能用來(lái)通過(guò)手工計(jì)算解決問(wèn)題的規(guī)模是很小的，絕大多數(shù)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型，約束和變量都很多，在求解過(guò)程中，如果不借助計(jì)算機(jī)，很難求得問(wèn)題的解[8]．計(jì)算機(jī)能為數(shù)學(xué)模型的求解提供可靠的平臺(tái)，因此，設(shè)置課后上機(jī)訓(xùn)練．在上機(jī)內(nèi)容的安排上，特別注意將純粹的數(shù)學(xué)問(wèn)題盡可能地轉(zhuǎn)換成學(xué)生感興趣的實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)搜集大量?jī)?yōu)化模型的實(shí)例，選取與大綱內(nèi)容相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，供學(xué)生在課后上機(jī)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行訓(xùn)練．學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中既加強(qiáng)了對(duì)優(yōu)化算法的理解，也鍛煉了應(yīng)用建模思想解決問(wèn)題的能力．2.1.2改革考核方法．在成績(jī)的考核上，傳統(tǒng)的大綱中，從平時(shí)、期中和期末３個(gè)方面來(lái)考核，比重分別是20%，20%和60%．而期中和期末都是以試題的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考查，考查的內(nèi)容以學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和方法的掌握程度為主，而對(duì)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用方面考核的強(qiáng)度不大．因此，在考核方式上進(jìn)行了調(diào)整，成績(jī)考核分為2個(gè)部分——平時(shí)和期末，各占50%．在平時(shí)考核中，除了考查學(xué)生出勤、作業(yè)、課下上機(jī)實(shí)踐的完成情況外，還特別選取一些往屆數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中典型的優(yōu)化模型試題給學(xué)生作訓(xùn)練，分組實(shí)踐，完成課程論文，而且加大對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和動(dòng)手實(shí)踐方面的考核力度，激發(fā)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的熱情．2.2教學(xué)環(huán)節(jié)的改革．2.2.1將數(shù)學(xué)建模的優(yōu)化思想滲透到運(yùn)籌學(xué)相關(guān)環(huán)節(jié)的教學(xué)中．把數(shù)學(xué)建模的優(yōu)化思想滲透到運(yùn)籌學(xué)相關(guān)環(huán)節(jié)的教學(xué)中，在實(shí)際教學(xué)中，盡量多地采用案例教學(xué)，從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，精選具有充分的代表性且源于實(shí)際問(wèn)題的建模案例．在講解線性規(guī)劃問(wèn)題解法時(shí)，以奶制品的生產(chǎn)與銷售[9]為例，通過(guò)分析問(wèn)題，選取適當(dāng)?shù)姆椒ń⒆顑?yōu)的數(shù)學(xué)模型，然后分析線性規(guī)劃的特點(diǎn)，引入求解線性規(guī)劃問(wèn)題行之有效的方法——單純形法．進(jìn)而再以此為例，加入整數(shù)約束，引出整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，討論其與線性規(guī)劃求解的區(qū)別，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解．通過(guò)逐步地掌握用運(yùn)籌學(xué)算法去求解模型，讓學(xué)生看到完整的.過(guò)程，而不是僅僅了解枯燥的算法流程和優(yōu)化理論，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．2.2.2將動(dòng)式教學(xué)法引入課堂教學(xué)．要摒棄一堂灌的講授式教學(xué)，將動(dòng)式教學(xué)法引入課堂教學(xué)，適當(dāng)安排教學(xué)計(jì)劃，預(yù)留出一些學(xué)時(shí)，將課堂時(shí)間進(jìn)行劃分．針對(duì)運(yùn)籌學(xué)模型的特點(diǎn)，選取學(xué)生易于接受的模型，課前給學(xué)生分配任務(wù)，課上給學(xué)生討論分析的時(shí)間，發(fā)揮課堂上學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與教學(xué)中來(lái)．在學(xué)習(xí)運(yùn)輸問(wèn)題[10]時(shí)，課前先布置任務(wù)，給幾個(gè)實(shí)例，讓學(xué)生查閱資料，嘗試建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解．課上討論和分析這些實(shí)例的特點(diǎn)，引入運(yùn)輸問(wèn)題，進(jìn)而讓學(xué)生討論問(wèn)題求解所采用的方法，分析優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合運(yùn)輸表的特點(diǎn)引出表上作業(yè)法，并將其與單純形法對(duì)比，發(fā)現(xiàn)方法的實(shí)質(zhì)．這樣通過(guò)不斷的啟發(fā)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生不再被動(dòng)地接收知識(shí)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題能力的目的．
3運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想的教學(xué)改革成效
信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)有2個(gè)方向，一個(gè)是軟件與科學(xué)計(jì)算，一個(gè)是統(tǒng)計(jì)與優(yōu)化，這2個(gè)方向都開(kāi)設(shè)運(yùn)籌學(xué)，在課程內(nèi)容上都會(huì)著重學(xué)習(xí)優(yōu)化算法，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題建立相應(yīng)模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)算法．畢業(yè)生在就業(yè)面試和考核中，用人單位往往會(huì)提出一些實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生分析，給出優(yōu)化方案，以此考核學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力．以往很多學(xué)生對(duì)此手足無(wú)措，如今遇到類似問(wèn)題，學(xué)生能參考平時(shí)訓(xùn)練的思路，能夠動(dòng)手實(shí)踐，不再無(wú)從下手．因此，通過(guò)將數(shù)學(xué)建模與運(yùn)籌學(xué)2門課程融合訓(xùn)練，學(xué)生的綜合素質(zhì)有了顯著提高．從參加每年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和東三省數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)情況來(lái)看，成果顯著．2016—2017年，在“高教社杯”全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中共獲黑龍江賽區(qū)的一等獎(jiǎng)6組，二等獎(jiǎng)12組，三等獎(jiǎng)14組；東北三省數(shù)學(xué)建模聯(lián)賽中共獲得黑龍江賽區(qū)的一等獎(jiǎng)2組，二等獎(jiǎng)5組，三等獎(jiǎng)4組．通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題中不僅提高了動(dòng)手實(shí)踐的能力，而且培養(yǎng)了其綜合素質(zhì)．
4結(jié)束語(yǔ)
運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革實(shí)踐說(shuō)明，運(yùn)籌學(xué)教學(xué)以數(shù)學(xué)建模的實(shí)際案例為背景，建模與優(yōu)化算法二者并重，既可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，又保證了學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，符合新時(shí)期人才培養(yǎng)的要求．運(yùn)籌學(xué)教學(xué)與數(shù)學(xué)建模相結(jié)合的教學(xué)改革不但豐富了運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，改變了課程的教學(xué)形式，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了顯著的教學(xué)效果．
參考文獻(xiàn)：
[1]劉仁云．?dāng)?shù)學(xué)建模方法與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2011
[2]周喜華．運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)的研究和實(shí)踐[J]．高教學(xué)刊，2017（11）：89-90
[3]鄧廷勇，張姮妤．運(yùn)籌學(xué)教學(xué)與數(shù)學(xué)建模思想的融合[J]．宜春學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（9）：129-131
[4]姚香娟，段滋明，王萃琦．如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)籌學(xué)課程的興趣[J]．學(xué)園，2014（12）：59
[5]王定江．運(yùn)籌學(xué)教學(xué)與數(shù)學(xué)建模[J]．大學(xué)數(shù)學(xué)，2013（12）：19-23
[6]楊冬英．從數(shù)學(xué)建模談山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革[J]．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（4）：181-182
[7]胡發(fā)勝．國(guó)家精品課程運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)改革與實(shí)踐[J]．大學(xué)教學(xué)，2006（7）：9-10
[8]宇世航，張水勝，張良勇．?dāng)?shù)學(xué)建模思想在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用[J]．高師理科學(xué)刊，2009，29（11）：89-91
[9]姜啟源，謝金星，葉�。�?dāng)?shù)學(xué)模型[M]．4版．北京：高等教育出版社，2011
[10]胡運(yùn)權(quán)．運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]．6版．北京：高等教育出版社，2014
【數(shù)學(xué)建模思想探索與實(shí)踐論文】相關(guān)文章：
有關(guān)數(shù)學(xué)建模思想融入高職高等數(shù)學(xué)教學(xué)的探索與實(shí)踐論文06-20
關(guān)于數(shù)學(xué)建模思想下高等數(shù)學(xué)論文06-20
數(shù)學(xué)建模實(shí)踐報(bào)告01-17
數(shù)學(xué)建模論文模板07-27