李玉葉，王曉英

（赤峰學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

計算機(jī)輔助教學(xué)在《數(shù)學(xué)建模》課程中的運(yùn)用
——赤峰學(xué)院《數(shù)學(xué)建?！方虒W(xué)心得體會

李玉葉，王曉英

（赤峰學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

《數(shù)學(xué)建?！肥且婚T綜合利用數(shù)學(xué)知識和計算機(jī)技術(shù)解決實際問題應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)特別是數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的重要途徑.但該課程涉及的知識領(lǐng)域眾多，并且所研究的問題都來源于實際比較復(fù)雜，在授課中如果采用傳統(tǒng)的單一授課方式，會使學(xué)生感到枯燥，難于理解而失去學(xué)習(xí)的興趣，很難達(dá)到良好的效果.為了提高教學(xué)效率，要寓教于樂，運(yùn)用計算機(jī)輔助的多種教學(xué)手段：運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高學(xué)生對知識的理解；利用圖形結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識的能力；親自建模、編程，課堂講授，發(fā)展學(xué)生的應(yīng)用意識，培養(yǎng)實踐能力.通過這些計算機(jī)輔助手段的運(yùn)用，使枯燥、難于理解、涉及面廣的《數(shù)學(xué)建?！氛n程變得形象、直觀、易接受，從而獲得了良好的教學(xué)效果.

《數(shù)學(xué)建?！罚?課堂教學(xué)；教學(xué)手段

數(shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)方法解決實際問題的一種活動，是把數(shù)學(xué)知識與客觀實際問題聯(lián)系起來的紐帶.是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)特別是數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的重要途徑.《數(shù)學(xué)建?！愤@門課的開設(shè)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力、想象力、洞察力、判斷力等，從而有效地體現(xiàn)了數(shù)學(xué)教育對于學(xué)生能力培養(yǎng)的重要作用.但在授課過程中，由于該門課程所涉及的領(lǐng)域廣泛，且所建模的問題幾乎來源于實際，因此，大多數(shù)情況下，涉及眾多理論及復(fù)雜的實際問題，從而使得該課程在某種程度上顯得索然無味，比較枯燥，大學(xué)生正處于思維活躍期，專注力持續(xù)時間有限，故而容易產(chǎn)生厭倦情緒，傳統(tǒng)的教學(xué)方法，很難保證讓學(xué)生持續(xù)專注，達(dá)到預(yù)期的目的.為了提高

《數(shù)學(xué)建?！愤@門課的教學(xué)的效率，使學(xué)生樂于學(xué)習(xí)，更好的掌握所學(xué)的知識，在該門課程的授課過程中，我們要突破以講授為主的傳統(tǒng)的教學(xué)手段，通過計算機(jī)輔助教學(xué)，采用多種教學(xué)手段，比如數(shù)形結(jié)合，圖形結(jié)合，動態(tài)切換，圖文并茂等，可以形象直觀的學(xué)到知識，產(chǎn)生深刻的印象，并獲得良好的教學(xué)效果.

1 運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高學(xué)生對所學(xué)知識的理解能力

現(xiàn)代化的教學(xué)手段包括錄像、錄音、幻燈、投影、多媒體課件等影像資料，把這些直觀的、生動的運(yùn)用到《數(shù)學(xué)建?！返恼n堂教學(xué)中，能有效地提高教學(xué)質(zhì)量.

比如“數(shù)學(xué)規(guī)劃模型”這一節(jié)內(nèi)容，對于根據(jù)實際問題所建的數(shù)學(xué)模型，其變量有十幾個甚至幾十個之多；除此之外，還有一些其他的約束條件.如此一來，變量參數(shù)多，計算量龐大，過程繁瑣，因此傳統(tǒng)的計算方法（如手工運(yùn)算）求解比較困難.但對于該規(guī)劃問題的求解，如果采用LINGO軟件，就非常簡便.LINGO（Linear Interactive and General Optimizer即“交互式的線性和通用優(yōu)化求解器”），它可以用于一些線性和非線性方程組的求解，也可以用于求解非線性規(guī)劃等，功能十分強(qiáng)大，是求解優(yōu)化模型的最佳選擇.但學(xué)生對此軟件并不熟悉甚至沒有聽說過，更別提使用了.因此，為了提高課堂教學(xué)效果，我們借助多媒體課件首先給同學(xué)們介紹一下LINGO軟件的基本使用方法，然后選取不同實際事例，不同變量個數(shù)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型進(jìn)行講解.

例如：在講授“奶制品的生產(chǎn)與銷售”這一節(jié)時我們建立規(guī)劃模型如下：

這是一個六個變量的線性規(guī)劃問題，用LINGO求解就比較方便，在LINGO下新建一個模型文件（即LINGO程序，一般以“LG4”為后綴名），書寫形式如下：

將文件存儲并命名后，選擇菜單“LINGO︳Solve”執(zhí)行，即可得到如下的解：

最優(yōu)解為x1=0,x2=168,x3=19.2,x4=0,x5=24,x6=0,最優(yōu)值為3460.8.通過計算機(jī)，可以輕松的改變變量，建立新的模型，從而更好地揭示規(guī)律.

2 利用圖形結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識的能力

《數(shù)學(xué)建?！愤@門課程是近十幾年來開設(shè)的一門新課程，它以現(xiàn)實問題為載體，把數(shù)學(xué)知識、數(shù)學(xué)軟件和計算機(jī)應(yīng)用有機(jī)的結(jié)合，融實用性、實踐性、知識性和創(chuàng)造性于一體，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，在教師的指導(dǎo)下，用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識和計算機(jī)技術(shù)，借助于數(shù)學(xué)軟件，建立數(shù)學(xué)模型，分析、解決一些經(jīng)過簡化的現(xiàn)實問題.但是對于實際問題往往很復(fù)雜，建立的數(shù)學(xué)模型，無法通過求解數(shù)學(xué)方程得到其解析解，所以只能借助數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行求解，將求得的數(shù)值解，用軟件畫圖，以圖的形式展現(xiàn)給學(xué)生，這樣加強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識的能力.

例如，在講授傳染病模型SIR模型：

該方程無法求出s(t)和i(t)的解析解，我們只好求數(shù)值解，這就的借助于計算機(jī)軟件，我們通過多媒體課件展示數(shù)值求解的程序，如下：

圖1 s(t)和i(t)關(guān)于時間t的圖

圖2 i：s圖形

3 親自建模、編程，課堂講授，發(fā)展學(xué)生的應(yīng)用意識，培養(yǎng)實踐能力

《數(shù)學(xué)建?！愤@門課程不是為了建模而建模,開設(shè)數(shù)學(xué)建模課的目的是通過建模加深學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解,掌握建模的思想方法,促進(jìn)其他課程的教學(xué),提高學(xué)生的綜合素質(zhì).因此在數(shù)學(xué)建模實踐課中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生們結(jié)合學(xué)習(xí)生活中所遇到的問題，進(jìn)行選題，建模，編程求解、回答原問題等，學(xué)生完成以上工作后，進(jìn)行課堂講授、討論，通過大家的不同建議及意見，作進(jìn)一步的修正，同時，在這一過程中，對于學(xué)生，老師是一個引導(dǎo)者，啟發(fā)者；而對于老師也是學(xué)習(xí)的過程，學(xué)習(xí)學(xué)生對這個問題的理解和認(rèn)識；達(dá)到教學(xué)相長的相互有益的結(jié)果.在整個過程中，學(xué)生們要解決問題，必須善于深入地思考問題,迅速準(zhǔn)確地把握問題的關(guān)鍵,揭開問題的本質(zhì),將現(xiàn)實問題抽象的化簡為數(shù)學(xué)問題,搞清楚問題的已知條件、未知條件和求解目標(biāo)，并找出以上因素之間的聯(lián)系，建立模型.這個過程對于學(xué)生思維的深刻性和敏捷性得到了充分的鍛煉.由于學(xué)生所作的建模問題是一個沒有現(xiàn)成答案、模式的問題，所以他們在建立數(shù)學(xué)模型的過程中,充滿了大量的分析與綜合、猜側(cè)與嘗試、類比與聯(lián)想等的創(chuàng)造性活動,這就需要學(xué)生充分發(fā)揮想象力和洞察力,創(chuàng)造性地去解決問題.而且數(shù)學(xué)建模所得結(jié)果只是最優(yōu)解答,并非唯一解答,這樣就給學(xué)生營造了一個可以充分發(fā)揮創(chuàng)造才能的空間.在完成了模型的建立、模型還得求解,實際問題抽象的數(shù)學(xué)模型往往很復(fù)雜，這就需要同學(xué)們自己編程借助軟件求解，提高了學(xué)生利用計算機(jī)處理問題的能力.將所得的計算結(jié)果學(xué)生必須“翻譯”回到現(xiàn)實問題中去,進(jìn)行分析和檢驗.這是一個回顧和反思的過程，對于培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生思維的批判性具有十分重要的作用.

總之，通過該學(xué)期計算機(jī)教學(xué)的課堂效果顯示，計算機(jī)輔助教學(xué)在數(shù)學(xué)建模課程中的作用是顯而易見的，同學(xué)們的課堂積極性，知識收獲程度，較上學(xué)期相比，有了很大的提升.通過計算機(jī)輔助的多種教學(xué)手段的運(yùn)用，使枯燥、抽象、復(fù)雜的《數(shù)學(xué)建?！氛n程變得形象、直觀，也提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，從而獲得了良好的教學(xué)效果.

〔1〕姜啟源.數(shù)學(xué)模型[M].北京：高等教育出版社,1993.

〔2〕胡玉梅.高師院校數(shù)學(xué)建模課程建設(shè)的理論與實踐研究[D].天津師范大學(xué),2003.

〔3〕劉來福，楊淳，黃海洋.數(shù)學(xué)建模方法與分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

〔4〕嚴(yán)士健.數(shù)學(xué)思維與數(shù)學(xué)意識、創(chuàng)新意識、應(yīng)用意識[J].教學(xué)與教材研究，1999.

G642

A

1673-260X（2014）10-0003-02

內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金面上項目（2012MS0103）資助