大學(xué)生數(shù)學(xué)課程與數(shù)學(xué)建模,表面上看二者存在著必然聯(lián)系,但是,實際上,兩者之間的關(guān)系很微妙。主要表現(xiàn)在,數(shù)學(xué)水平和建模能力之間沒有明的對應(yīng)關(guān)系。個別有些數(shù)學(xué)成績很優(yōu)秀的同學(xué),建模成績不一定也優(yōu)秀,反過來,數(shù)學(xué)成績不好的同學(xué),建模能力也可能不差。本文通過二者的關(guān)系分析,力爭找到它們之間的契合點,從而相互促進,相得益彰。
一、數(shù)學(xué)知識對建模思想的滲透。從本質(zhì)上來說,數(shù)學(xué)知識本身,就是建模的結(jié)果。因為,數(shù)學(xué)本身就是來自于現(xiàn)實生活,數(shù)學(xué)理論本身就是服務(wù)于社會實踐的,離開了實際背景,數(shù)學(xué)不會孤立存在的。例如,算籌起源于原始人的狩獵需求,幾何起源于對現(xiàn)實生活的直觀描述(長度、面積、容積等)。但是,實際上,我們在接觸數(shù)學(xué)知識的時候,往往忽略了它本身的實際意義,單純的去認知,從而養(yǎng)成了數(shù)學(xué)是抽象概念的思維模式。為此,在數(shù)學(xué)課程方面,我們應(yīng)該努力做到以下幾點:
1.牢固樹立數(shù)學(xué)來自于生活,反過來又服務(wù)于生活的基本理念。例如,劉輝的割圓術(shù)滲透著極限思想,不規(guī)則圖形中隱含著規(guī)則圖形,導(dǎo)數(shù)可以看做是極限思想的巧妙運用,定積分可以認為是無窮小求和最直接的體現(xiàn),函數(shù)就是變量之間的彼此依存關(guān)系,函數(shù)表達式就是這種關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,而線性代數(shù)是線性變量的求解平臺,概率論又是預(yù)測學(xué)的基礎(chǔ)模塊。
2.建立數(shù)學(xué)知識點與現(xiàn)實生活及時對接的思維模式。數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,對基本概念,基本定理和基本公式,盡量的對接它們在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。例如,一次函數(shù)與直線,二次函數(shù)與拋物曲線,雙曲線與發(fā)電廠冷卻塔的側(cè)面線,橢圓跟天體運動的軌道線,極限跟無限分割,導(dǎo)數(shù)跟光滑曲線,等等。
3.抽象概念的應(yīng)用節(jié)點。越是呈現(xiàn)抽象的概念,越要善于尋找它的應(yīng)用點,盡可能的找到對應(yīng)實例,使得抽象概念盡可能的具體化。先讓我們看下圖:
圖中不難看出,核心概念鄰接著其它概念,然后就是概念的拓展效應(yīng)。如定積分的概念本身,就含有若干鄰接概念:連續(xù),分割,和式,極限等等。 給定積分概念做出具體描述,就是概念本身在幾何上對接著不規(guī)則圖形的面積、長度、體積等的計算。在物理學(xué)上,往往對接著從加速度到速度,再從速度到距離之間的反求關(guān)系。
4.數(shù)學(xué)模型化思維模式的轉(zhuǎn)變。對待新的數(shù)學(xué)概念,我們要樹立數(shù)學(xué)模型化思維模式。如,一元變量方程可以視為一元數(shù)學(xué)模型,二元方程可以視為二元數(shù)學(xué)模型,多元方程可以視為多元數(shù)學(xué)模型。許多函數(shù)表達式可以看做是特定意義下的目標函數(shù)模型,變量對應(yīng)的約束不等式可以視為約束條件模型,等等。只要我們建立了這種思想就很容易建立數(shù)學(xué)概念與數(shù)學(xué)模型的聯(lián)系。
二、數(shù)學(xué)建模對數(shù)學(xué)學(xué)科的正向促進。從數(shù)學(xué)建模的基本規(guī)律上來看,它自身是來自于現(xiàn)實生活中急需解決而又不容易解決的問題的實際應(yīng)用。數(shù)學(xué)建模自身難度是不小的,除了對數(shù)學(xué)知識本身有一定要求以外,更多的是依賴思維靈感,或者是解決問題的突發(fā)奇想。這就決定了建模本身對數(shù)學(xué)學(xué)科具備了良好的正面帶動和促進作用。讓我們從一下幾方面進行分析。
1.數(shù)學(xué)建模需要比較扎實的基本功和基本技能。例如,除了數(shù)學(xué)概念本身的熟練程度以外,還需要具備有關(guān)數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件的使用基本技能。例如,matlab ,lingo,excel,數(shù)據(jù)庫,spss數(shù)據(jù)處理軟件的使用,等等。當然,數(shù)學(xué)基本知識點的要求并沒有很高,基本夠用即可。但是,反過來,如果數(shù)學(xué)基本知識點不全面,需要時想不到也不會用,會影響建模的完成。
2.數(shù)學(xué)建模需要具備突發(fā)靈感。所謂突發(fā)靈感,就是在實際問題應(yīng)用中,能快速的把實際問題和它所蘊含的數(shù)學(xué)知識點相對接。在對接中找到模型函數(shù)表達式和約束條件,使兩者盡可能的相互貼近,不斷優(yōu)化。例如,在建模給出的實際問題中,我們通常要首先分析變量性質(zhì),根據(jù)變量性質(zhì),給出變量所滿足的約束條件和目標函數(shù)。在某些靈感的引導(dǎo)下不斷的優(yōu)化,不斷的模擬,最終獲得比較理想的結(jié)果。
3.數(shù)學(xué)建模需要雙向思維模式。所謂雙向思維模式,就是從實際問題到數(shù)學(xué)模型,再從數(shù)學(xué)模型到實際問題,能實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換。有些時候我們的思維模式,往往是單向的,不可逆的,這正是我們傳統(tǒng)思維模式的弊端所在。例如,演繹推理和歸納推理的不同模式,很多人會不適應(yīng)。盡管如此,這種雙向模式的效用是革命性的,它會較大的拓展我們的思維空間。
綜上所述,數(shù)學(xué)課程與數(shù)學(xué)建模之間,存在著相互促進,又相互依賴的密切聯(lián)系。這種依賴不是因果性的,而是寬松型的。數(shù)學(xué)學(xué)科的優(yōu)秀不代表數(shù)學(xué)建模成績的同步優(yōu)秀,反之亦然。但是,如果我們能處理好二者之間的微妙關(guān)系,可以大大促進兩者的交互發(fā)展。平時學(xué)習(xí)中,我們要養(yǎng)成數(shù)學(xué)模型化,數(shù)學(xué)知識實際化的思維習(xí)慣,反過來,數(shù)學(xué)模型又反向促進了數(shù)學(xué)知識本身的豐富和提高。
(作者單位:山東職業(yè)學(xué)院)