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關(guān)鍵詞:高中數(shù)學(xué);建模教學(xué);設(shè)計(jì)策略
縱觀人類(lèi)發(fā)展史,數(shù)學(xué)建模知識(shí)的身影存在于日常生活的各個(gè)地方.特別是在新課程下,傳統(tǒng)授課模式已經(jīng)無(wú)法滿足教學(xué)的要求,所以加快授課方法變革和創(chuàng)新刻不容緩.而通過(guò)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中傳授建模思想,那么可以使學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)的數(shù)學(xué)思想和方法來(lái)解決現(xiàn)實(shí)生活實(shí)踐問(wèn)題,從而可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)難點(diǎn)的突破.因此,對(duì)于建模教學(xué)的運(yùn)用進(jìn)行研究具有重要的意義.
1.明確建模步驟,奠定扎實(shí)基礎(chǔ)
建模教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的教學(xué)活動(dòng),其實(shí)施步驟的合理性直接關(guān)乎建模教學(xué)的效率,所以為了提升建模教學(xué)的質(zhì)量,就必須要合理確定建模步驟.而就建模教學(xué)的具體實(shí)施步驟而言,其過(guò)程可以分成三個(gè)主要階段,即:簡(jiǎn)單建模階段、典型案例階段和綜合建模階段.其中的簡(jiǎn)單建模階段實(shí)際上就是結(jié)合數(shù)學(xué)授課內(nèi)容,在必要的教學(xué)環(huán)節(jié)中導(dǎo)入建模教學(xué),并且需要選擇一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)實(shí)例來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理建模,以便使學(xué)生初步體會(huì)數(shù)學(xué)建模的具體運(yùn)用方法,使學(xué)生逐步養(yǎng)成正確的建模意識(shí);典型案例建模則是要求數(shù)學(xué)教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合理的問(wèn)題情境,接著引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析,以使學(xué)生切身經(jīng)歷和體驗(yàn)建模的具體過(guò)程,以使學(xué)生初步掌握建模的基本方法;而綜合建模階段則是以學(xué)習(xí)小組為單位來(lái)完成數(shù)學(xué)教師所指定的建模任務(wù),具體包括學(xué)生自身來(lái)搜集教學(xué)資料,提出建模假設(shè),解決實(shí)際問(wèn)題等環(huán)節(jié),以借此來(lái)使學(xué)生形成良好的思維方法,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力.如此一來(lái),通過(guò)循序漸進(jìn)的建模學(xué)習(xí)步驟,有助于逐步提升學(xué)生的解題能力和創(chuàng)新能力.例如,針對(duì)簡(jiǎn)單建模階段的教學(xué)內(nèi)容而言,其主要是引導(dǎo)學(xué)生初步理解和認(rèn)識(shí)建模方法,并且懂得運(yùn)用五步建模法來(lái)解決一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題,所以相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容主要包括:數(shù)學(xué)建模的基本含義、基本方法及其相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí).比如,數(shù)列、函數(shù)、不等式、線性規(guī)劃和統(tǒng)計(jì)等方面的高中數(shù)學(xué)內(nèi)容均可以將其改編為一些比較簡(jiǎn)單的建模題目.針對(duì)典型案例建模階段的教學(xué)內(nèi)容而言,可以以建筑物的振動(dòng)模型、土地承包、產(chǎn)品銷(xiāo)售、市場(chǎng)物品交易以及動(dòng)物身長(zhǎng)同體重之間的關(guān)系等等,以便使學(xué)生逐步接觸和了解建模的具體運(yùn)用策略.而針對(duì)綜合建模階段的教學(xué)內(nèi)容而言,可以選用圖形剪裁、酒店清潔、圖書(shū)館添書(shū)和酒店清潔等方面的知識(shí)為平臺(tái),融匯各種必要的高中數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn),從而不斷提升學(xué)生解決生活中實(shí)際問(wèn)題的能力.
2.精選建模內(nèi)容,加強(qiáng)知識(shí)整合
正如上文所述,針對(duì)不同建模學(xué)習(xí)階段的建模教學(xué)而言,教師必須要合理選擇一些合理的建模問(wèn)題,以確保建模教學(xué)的整體質(zhì)量,促使學(xué)生盡快實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)教學(xué)知識(shí)的整合.而就具體的建模內(nèi)容而言,其需要在充分考慮授課內(nèi)容和目標(biāo)的基礎(chǔ)上,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特色、興趣愛(ài)好和認(rèn)知能力等來(lái)綜合選擇,以便充分促使學(xué)生自主投入到建模內(nèi)容的學(xué)習(xí)中來(lái).而就建模內(nèi)容的選擇原則而言,其主要注意以下幾個(gè)方面:其一,建模內(nèi)容要盡量貼合學(xué)生的生活實(shí)際,尤其是學(xué)生已經(jīng)非常熟悉或者感興趣的內(nèi)容,以便借此背景來(lái)使學(xué)生充分體驗(yàn)數(shù)學(xué)建模的樂(lè)趣.其二,要確保內(nèi)容選擇難度的適宜性,采用層次化的學(xué)習(xí)模式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決一些必要的數(shù)學(xué)知識(shí).其三,要盡量確保建模內(nèi)容的趣味性,比如當(dāng)前社會(huì)生活中的經(jīng)典內(nèi)容和熱點(diǎn)話題等,以便激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)建模知識(shí)的興趣,促使學(xué)生運(yùn)用建模思想來(lái)解決有關(guān)的數(shù)學(xué)問(wèn)題.例如,在講解“函數(shù)模型與應(yīng)用”這部分授課內(nèi)容的時(shí)候,為了可以借此教學(xué)過(guò)程來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的建模思想和意識(shí),相應(yīng)的數(shù)學(xué)授課教師可以為學(xué)生設(shè)置以“收集數(shù)據(jù)并建立函數(shù)模型”等為建模主題的建模任務(wù),學(xué)生可以結(jié)合“工資獎(jiǎng)勵(lì)”和“投資回報(bào)”等實(shí)際問(wèn)題來(lái)構(gòu)建不同獎(jiǎng)勵(lì)方案或者回報(bào)下的函數(shù)模型,從而使學(xué)生通過(guò)建模的過(guò)程中將那些已經(jīng)掌握的基本函數(shù)知識(shí)有效地整合起來(lái),以借助學(xué)生對(duì)于相關(guān)建模知識(shí)進(jìn)行分析和歸納,從而不斷提升學(xué)生的建模能力.
3.創(chuàng)新教學(xué)方法,踐行實(shí)踐探究
【關(guān)鍵詞】:高考應(yīng)用題數(shù)學(xué)建模
在江蘇數(shù)學(xué)高考題中,應(yīng)用題每年都會(huì)有,大多處于第17題的位置(也就是解答題的第三題的位置,但也有時(shí)也會(huì)適當(dāng)調(diào)整其位置,例如2009年高考題中應(yīng)用題為第19題,南京市2012屆高三二模中調(diào)到第18題。大多數(shù)情況下,從多高考卷的構(gòu)成看,本題具有承上啟下的作用,在本題之前的題目屬于簡(jiǎn)單題,而之后的題目屬于較難題,而本題正處于中檔題,難度適中。
一、 高考中應(yīng)用題的意義和作用
高考題為什么要設(shè)定應(yīng)用題,主要是因?yàn)轶w現(xiàn)教育部高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的考查,數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出,要發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)。
數(shù)學(xué)應(yīng)用的巨大發(fā)展,是數(shù)學(xué)發(fā)展的顯著特征之一。當(dāng)今知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,數(shù)學(xué)正在從幕后走向臺(tái)前,數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合使得數(shù)學(xué)能夠在許多方面直接為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值,同時(shí),也為數(shù)學(xué)發(fā)展開(kāi)拓了廣闊的前景。因此,高中數(shù)學(xué)在數(shù)學(xué)應(yīng)用和聯(lián)系實(shí)際方面需要大力加強(qiáng)。開(kāi)展數(shù)學(xué)應(yīng)用的教學(xué)活動(dòng)符合社會(huì)需要,有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,有利于增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí),有利于擴(kuò)展學(xué)生的視野。
而數(shù)學(xué)建模可以具體規(guī)范地展示數(shù)學(xué)的應(yīng)用方法,體現(xiàn)數(shù)學(xué)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的意義。
二、 解數(shù)學(xué)應(yīng)用題目前存在的問(wèn)題
在江蘇目前的高考方案中,語(yǔ)文、數(shù)學(xué)和英語(yǔ)無(wú)疑處于非常重要的地位,一般而言,考生的語(yǔ)文和英語(yǔ)成績(jī)會(huì)相對(duì)穩(wěn)定一點(diǎn),而數(shù)學(xué)成績(jī)變化往往較大,當(dāng)數(shù)學(xué)成績(jī)的波動(dòng)時(shí),發(fā)揮較為平穩(wěn)的學(xué)生往往能取得很好的成績(jī),而應(yīng)用題在數(shù)學(xué)高考題的作用更是不可替代,如果失去應(yīng)用題的分?jǐn)?shù),就會(huì)影響數(shù)學(xué)的成績(jī),從而影響整個(gè)高考的成績(jī)。
而在高考中,主要存在的問(wèn)題是學(xué)生解題能力不足,大題得分率不高,得分不多,解題不規(guī)范,缺少解題意識(shí)。究其原因,主要由以下幾個(gè)方面:
1、考生對(duì)數(shù)學(xué)應(yīng)用題有一種恐懼感;
2、考生沒(méi)有掌握數(shù)學(xué)應(yīng)用題求解的一般分析方法;
3、是考生的應(yīng)試策略與表述方面還存在一些問(wèn)題。
三、如何解決數(shù)學(xué)應(yīng)用題教學(xué)的困擾
對(duì)于數(shù)學(xué)應(yīng)用題的教學(xué),很多教師在覺(jué)得比較麻煩,而對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)意識(shí)及數(shù)學(xué)思維方式的培養(yǎng)又比較困難。那么,在教學(xué)中,我們對(duì)于應(yīng)用題與數(shù)學(xué)建模相關(guān)的內(nèi)容應(yīng)如何處理呢?
1、要重視數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用題的相關(guān)章節(jié)的教學(xué)
在數(shù)學(xué)教學(xué)中,有很多環(huán)節(jié)是和應(yīng)用題相聯(lián)系的,例如函數(shù)模型及應(yīng)用,三角函數(shù)的應(yīng)用,數(shù)列中的分期付款問(wèn)題,不等式中基本不等式在實(shí)際生活中的運(yùn)用,算法案例,統(tǒng)計(jì)與概率,導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,等等,這些問(wèn)題展示了數(shù)學(xué)的應(yīng)用,在教學(xué)這些章節(jié)的時(shí)候,我們要注意認(rèn)真仔細(xì)地教學(xué),要引起重視,而在實(shí)際教學(xué)中往往不夠重視,有時(shí)一帶而過(guò),有的教師甚至講都不講,但從最后高考的結(jié)果看,這其中就有很大的缺陷了,因此,我們不能等到高三的時(shí)候才對(duì)數(shù)學(xué)應(yīng)用題加以重視,而是要在高一、高二時(shí)要對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)打好基礎(chǔ),到高三時(shí)在進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)化訓(xùn)練,這樣就可以對(duì)數(shù)學(xué)應(yīng)用題的整體教學(xué)有一個(gè)系統(tǒng)的安排,系統(tǒng)的做好數(shù)學(xué)應(yīng)用題教學(xué)意識(shí),強(qiáng)化背景知識(shí)的引入,使學(xué)生的成績(jī)得到充分的提高。
2、重視用數(shù)學(xué)建模的方法來(lái)處理數(shù)學(xué)應(yīng)用題
數(shù)學(xué)建模是一個(gè)比較規(guī)范科學(xué)的數(shù)學(xué)處理方式,解決數(shù)學(xué)應(yīng)用題教學(xué)困擾突破口的重要方法就是要學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)建模的數(shù)學(xué)思維方式。
一般來(lái)說(shuō),數(shù)學(xué)建模分析的步驟是:
1)讀懂題目。應(yīng)包括對(duì)題意的整體理解和局部理解,以及分析關(guān)系、領(lǐng)悟?qū)嵸|(zhì)。 “整體理解”就是弄清題目所述的事件和研究對(duì)象; “局部理解”是指抓住題目中的關(guān)鍵字句,正確把握其含義; “分析關(guān)系”就是根據(jù)題意,弄清題中各有關(guān)量的數(shù)量關(guān)系; “領(lǐng)悟?qū)嵸|(zhì)”是指抓住題目中的主要問(wèn)題、正確識(shí)別其類(lèi)型。
2)建立數(shù)學(xué)模型。將實(shí)際問(wèn)題抽象為數(shù)學(xué)問(wèn)題,建模的直接準(zhǔn)備就是審題的最后階段從各種關(guān)系中找出最關(guān)鍵的數(shù)量關(guān)系,將此關(guān)系用有關(guān)的量及數(shù)字、符號(hào)表示出來(lái),即可得到解決問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。
3)求解數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型,選擇合適的數(shù)學(xué)方法,設(shè)計(jì)合理簡(jiǎn)捷的運(yùn)算途徑,求出數(shù)學(xué)問(wèn)題的解,其別注意實(shí)際問(wèn)題中對(duì)變量范圍的限制及其他約束條件。
4)檢驗(yàn)。既要檢驗(yàn)所得結(jié)果是否適合數(shù)學(xué)模型,又要評(píng)判所得結(jié)果是否符合實(shí)際問(wèn)題的要求,從而對(duì)原問(wèn)題作出合乎實(shí)際意義的回答。
四、數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)施步驟
數(shù)學(xué)建模的教學(xué)是一個(gè)系統(tǒng)的工程,不能一蹴而就,而我們數(shù)學(xué)建模的教學(xué)卻需要一個(gè)長(zhǎng)期的教學(xué),對(duì)此,我們?cè)O(shè)想可以推廣數(shù)學(xué)建模相關(guān)的校本課程開(kāi)發(fā),其中包括數(shù)學(xué)建模思維方式的培養(yǎng)和數(shù)學(xué)建模的相關(guān)步驟,可以與課本相關(guān)的章節(jié)聯(lián)系到一起,也可以獨(dú)立開(kāi)設(shè),一般可以這樣安排:
第一階段主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)模型的認(rèn)識(shí)及對(duì)數(shù)學(xué)思維方式的培養(yǎng)。
我們主要以高一學(xué)生為研究對(duì)象,在課堂教學(xué)中給學(xué)生展示數(shù)學(xué)模型,重視此類(lèi)課程的教學(xué),如《函數(shù)模型及應(yīng)用》。
第二階段主要培養(yǎng)學(xué)生建模能力。
主要以高二學(xué)生為研究對(duì)象,教給學(xué)生數(shù)學(xué)建模的方法,例如在曲線方程的教學(xué)中,求曲線的軌跡,我們可以讓學(xué)生建立直角坐標(biāo)系,根據(jù)要求寫(xiě)成曲線滿足的數(shù)學(xué)條件,再進(jìn)行化簡(jiǎn),得到曲線的方程,解答提出的問(wèn)題。
第三階段是綜合提高的階段。
我們以高三學(xué)生為研究對(duì)象,綜合對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)模型意識(shí)及建模能力的培養(yǎng),以高考題及統(tǒng)測(cè)試題的應(yīng)用題為模型,充分讓學(xué)生建模解模,體會(huì)數(shù)學(xué)帶給學(xué)生的能力的提高和用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的快樂(lè),讓學(xué)生體會(huì)數(shù)學(xué)的價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:初中數(shù)學(xué);建模思想;數(shù)學(xué)應(yīng)用
利用數(shù)學(xué)建模的方法是學(xué)習(xí)初中數(shù)學(xué)的新方法,是素質(zhì)教育和新課標(biāo)的要求,能為學(xué)生的數(shù)學(xué)能力發(fā)展提供全新途徑,提高學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決問(wèn)題的能力,讓學(xué)生在用數(shù)學(xué)工具解決問(wèn)題中體會(huì)到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的意義,從而提高數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣。
一、數(shù)學(xué)建模的概念
數(shù)學(xué)建模就是對(duì)具體問(wèn)題分析并簡(jiǎn)化后,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí),找出解決方法并利用數(shù)學(xué)式子來(lái)求解,從而使問(wèn)題得以解決。數(shù)學(xué)建模方法有以下幾個(gè)步驟:一是對(duì)具體問(wèn)題分析并簡(jiǎn)化,然后用數(shù)學(xué)知識(shí)建立關(guān)系式(模型),二是求解數(shù)學(xué)式子,三是根據(jù)實(shí)際情況檢驗(yàn)并選出正確答案。初中階段數(shù)學(xué)建模常用方法有:函數(shù)模型、不等式模型、方程模型、幾何模型等。
二、數(shù)學(xué)建模的方法步驟
要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模方法,可按以下方法步驟進(jìn)行:
1.分析問(wèn)題題意為建模做準(zhǔn)備。對(duì)具體問(wèn)題包含的已知條件和數(shù)量關(guān)系進(jìn)行分析,根據(jù)問(wèn)題的特點(diǎn),選擇使用數(shù)學(xué)知識(shí)建立模型。
2.簡(jiǎn)化實(shí)際問(wèn)題假設(shè)數(shù)學(xué)模型。對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化,再根據(jù)問(wèn)題的特征和要求以及解題的目的,對(duì)模型進(jìn)行假設(shè),要找出起關(guān)鍵作用的因素和主要變量。
3.利用恰當(dāng)工具建立數(shù)學(xué)模型。通過(guò)建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)式子,來(lái)建立模型中各變量之間的關(guān)系式,以此來(lái)完成數(shù)學(xué)模型的
建立。
4.解答數(shù)學(xué)問(wèn)題找出問(wèn)題答案。通過(guò)對(duì)模型中的數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解答,找出實(shí)際問(wèn)題的答案。
5.根據(jù)實(shí)際意義決定答案取舍。對(duì)于解答數(shù)學(xué)問(wèn)題的答案,要根據(jù)實(shí)際意義,來(lái)決定答案的取舍,從而使解答的數(shù)學(xué)結(jié)論有實(shí)際意義。
三、初中笛Ы模應(yīng)用
1.方程模型應(yīng)用
例1.甲、乙兩個(gè)水果店各自用3000元購(gòu)進(jìn)相同質(zhì)量、相同價(jià)格的蘋(píng)果,甲店出售方案是:對(duì)蘋(píng)果分類(lèi),對(duì)400千克大蘋(píng)果以進(jìn)價(jià)的2倍出售,小蘋(píng)果則以高出進(jìn)價(jià)10%出售;乙店的方案是:以甲店的平均價(jià)不分大小出售。商品全部出售后,甲店賺了2100元。求:(1)蘋(píng)果進(jìn)價(jià)是多少?(2)乙店盈利多少?哪種銷(xiāo)售方案盈利更多?
解析:按建模方法,找出各種變量和等量關(guān)系,假設(shè)蘋(píng)果進(jìn)價(jià)為x元,建立方程模型:400x×10%×(■-400)=2100,求得x=5。即蘋(píng)果進(jìn)價(jià)為5元。就可求出兩店購(gòu)進(jìn)蘋(píng)果各600千克,甲店的售價(jià)是大蘋(píng)果10元/千克,小蘋(píng)果是5.5元/千克,因此,可求出:乙店盈利=600×■-57=1650元,所以可看出甲店的出售方式盈利更多。
本題就是應(yīng)用方程模型來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。
2.函數(shù)模型的應(yīng)用
例2.某超市購(gòu)進(jìn)18元一件的衣服,以40元銷(xiāo)售,每月可賣(mài)出20萬(wàn)件,為了促銷(xiāo)進(jìn)行降價(jià),超市發(fā)現(xiàn)衣服每降價(jià)1元,月銷(xiāo)售增加2萬(wàn)件。求:
(1)月銷(xiāo)售量y與售價(jià)x之間的銷(xiāo)售模型(函數(shù)關(guān)系式);
(2)月銷(xiāo)售利潤(rùn)Z與售價(jià)x之間的銷(xiāo)售模型(函數(shù)關(guān)系式);
(3)為使超市月銷(xiāo)售利潤(rùn)Z不少于480萬(wàn)元,根據(jù)(2)中函數(shù)式確定衣服售價(jià)范圍。
解析:(1)根據(jù)題目已知條件可列出銷(xiāo)售模型,月銷(xiāo)售量=原銷(xiāo)售量+降價(jià)后增加的銷(xiāo)量,可求出函數(shù)關(guān)系式為:y=20+2(40-x)=
-2x+100
(2)月利潤(rùn)=(售價(jià)-進(jìn)價(jià))×銷(xiāo)量,可列出函數(shù)關(guān)系式為:Z=(x-18)y=-2x2+136x-1800
(3)可假設(shè)Z=480,即480=-2x2+136x-1800,整理得:x2-68x+1140=0,解方程得x1=30,x2=38,即售價(jià)在30~38元之間可保證利潤(rùn)不少于480萬(wàn)元。本例的數(shù)學(xué)模型是y=ax2+bx+c一次函數(shù)。
3.幾何模型的應(yīng)用
例3.在一條河上有一座拱形大橋,橋
的跨度為37.4米,拱高是7.2米,如果一條10米寬的貨船要從橋下通過(guò),求:該條船所裝貨物最高不能超過(guò)幾米?
解析:幾何在工程上的應(yīng)用非常廣泛,如在航海、測(cè)量、建筑、道路橋梁設(shè)計(jì)等方面經(jīng)常涉及一定圖形的性質(zhì),需要建立“幾何”模型,從而使問(wèn)題得到解決。
此題運(yùn)用垂徑定理可得到:BD=■AB=18.7米,根據(jù)勾股定理可得:R2=OD2+BD2=(R-7.2)2+18.72,R=27.9米,繼續(xù)運(yùn)用勾股定理:EQ=■=27.4米,OD=R-CD=27.9-7.2=20.7米,EF=EQ-FQ=EQ-OD=27.4-20.9=6.7米,所以,該船所裝貨物最高不超過(guò)6.7米。
本題的解答主要運(yùn)用了“圓”這個(gè)幾何模型。
總之,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模方法還可運(yùn)用表格、圖像來(lái)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型,還可以跨學(xué)科運(yùn)用數(shù)學(xué)公式來(lái)構(gòu)建解決問(wèn)題的模型,以此提升學(xué)生數(shù)學(xué)建模的意識(shí)和建模應(yīng)用能力。
參考文獻(xiàn):
[1]岳本營(yíng).例談初中數(shù)學(xué)教學(xué)中建模思想的培養(yǎng)[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究,2014(6).
[2]于虹.初中數(shù)學(xué)建模教學(xué)研究[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué),2010.
關(guān)鍵詞:高校;數(shù)學(xué)教學(xué);數(shù)學(xué)建模;應(yīng)用;學(xué)生能力的培養(yǎng)
近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),數(shù)學(xué)的形象發(fā)生了很大的變化,人們逐漸認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)的發(fā)展與同時(shí)期社會(huì)的發(fā)展有著密切的關(guān)聯(lián),許多數(shù)學(xué)內(nèi)容都是因社會(huì)需要而產(chǎn)生的,產(chǎn)生了許多數(shù)學(xué)分支。數(shù)學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)就是使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于社會(huì)生活和生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中。
數(shù)學(xué)模型是一種抽象的模擬,它用數(shù)學(xué)符號(hào)、數(shù)學(xué)公式、程序、圖、表等刻畫(huà)客觀事物的本質(zhì)屬性與內(nèi)在聯(lián)系,是為一定目的對(duì)部分現(xiàn)實(shí)世界而作的抽象、簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建一個(gè)數(shù)學(xué)模型的全過(guò)程稱為數(shù)學(xué)建模。即用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言、方法、去近似地刻畫(huà)該實(shí)際問(wèn)題,并加以解決的全過(guò)程。它經(jīng)歷了對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象、簡(jiǎn)化、確定變量和參數(shù);并用某些特征建立起變量與參數(shù)間的確定的數(shù)學(xué)問(wèn)題(一個(gè)數(shù)學(xué)模型);求解這個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題;解析并驗(yàn)證所得到的解:從而確定能否用于解決實(shí)際問(wèn)題的多次循環(huán)、不斷深化的過(guò)程。從教學(xué)的角度,數(shù)學(xué)建模的重點(diǎn)不是學(xué)習(xí)理解數(shù)學(xué)本身,而在于數(shù)學(xué)方法的掌握、數(shù)學(xué)思維的建立。通過(guò)滲透數(shù)學(xué)建模思想使學(xué)生將學(xué)習(xí)過(guò)的數(shù)學(xué)方法和知識(shí)同周?chē)默F(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來(lái),和真正的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。建立數(shù)學(xué)模型的流程圖,如圖:
上圖揭示了從提出問(wèn)題到解決問(wèn)題的認(rèn)識(shí)過(guò)程,這是從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)的物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,符合認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐的認(rèn)識(shí)規(guī)律。如歷史上著名的“哥斯尼堡七橋問(wèn)題”,大數(shù)學(xué)家歐拉巧妙地運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)把小島、河岸抽象成“點(diǎn)”,把橋抽象成“線”,成功地構(gòu)造出平面幾何的“精品”模型,成為數(shù)學(xué)史上解決歷史問(wèn)題的經(jīng)典。如今,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制、宏觀經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的研討等,都離不開(kāi)數(shù)學(xué)建模。實(shí)際上,數(shù)學(xué)建模已成為現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)用數(shù)學(xué)手段解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的科學(xué)方法,掌握簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)建模與應(yīng)用是現(xiàn)代人理應(yīng)具備的一種能力。
一、在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思想的途徑
(一)在數(shù)學(xué)概念的引入中滲透數(shù)學(xué)建模思想
數(shù)學(xué)的定義、概念是數(shù)學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。下面以定積分的定義為例,談?wù)勅绾卧跀?shù)學(xué)概念的引入中滲透數(shù)學(xué)建模思想;設(shè)計(jì)如下教學(xué)過(guò)程:
(1)實(shí)際問(wèn)題:a.如何求曲邊梯形的面積?b.如何求變速直線運(yùn)動(dòng)的路程?c.如何求直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的變力做功?
(2)引導(dǎo)學(xué)生利用“無(wú)限細(xì)分化整為零一局部以直代曲取近似一無(wú)限積累聚零為整取極限”的微積分的基本思想,得到問(wèn)題a的表達(dá)式。
(3)揭示如上定型模型的思維牽連與內(nèi)在聯(lián)系,概括總結(jié)提高為:不同的實(shí)際意義,但使用的方法相同,從求解步驟上看,都經(jīng)分割一取近似一求和一取極限這四步,從表達(dá)式在數(shù)量關(guān)系上的共同特征,可抽象成數(shù)學(xué)模型:引出定積分的定義.
(4)模型應(yīng)用:回到實(shí)際問(wèn)題中。數(shù)學(xué)模型的根本作用在于它將客觀原型化繁為簡(jiǎn)、化難為易,便于人們采用定量的方法去分析和解決實(shí)際問(wèn)題:a.一根帶有質(zhì)量的細(xì)棒長(zhǎng)x米,設(shè)棒上任一點(diǎn)處的線密度為,求該細(xì)棒的質(zhì)量m。b.在某時(shí)刻,設(shè)導(dǎo)線的電流強(qiáng)度為,求在時(shí)間間隔內(nèi)流過(guò)導(dǎo)線橫截面的電量。
(二)在應(yīng)用問(wèn)題教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模思想
在講解導(dǎo)數(shù)、微分、積分及其應(yīng)用時(shí),可編制“商品存儲(chǔ)費(fèi)用優(yōu)化問(wèn)題、批量進(jìn)貨的周轉(zhuǎn)周期、最大收益原理、磁盤(pán)最大存儲(chǔ)量、交通管理中的黃燈、紅燈、綠燈亮的時(shí)間”等問(wèn)題,都可用導(dǎo)數(shù)或微積分的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解。
概率與統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用教學(xué)中,“醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)的準(zhǔn)確率問(wèn)題”、“居民健康水平的調(diào)查與估測(cè)”、“臨床診斷的準(zhǔn)確性”、“不同的藥物有效率的對(duì)比分析”等實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題都可以用概率與統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)模型來(lái)解決。
在線性代數(shù)的應(yīng)用問(wèn)題中,可以建立研究一個(gè)種群的基因變異,基因遺傳等醫(yī)學(xué)問(wèn)題的模型,使數(shù)學(xué)知識(shí)直接應(yīng)用于學(xué)生今后的專業(yè)中,有效的促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的積極性,提高了數(shù)學(xué)的應(yīng)用意識(shí)。
建模過(guò)程給學(xué)生提供了聯(lián)想、領(lǐng)悟、思維與表達(dá)的平臺(tái),促使學(xué)生的思維由此及彼、由淺入深的進(jìn)行,隨著模型的構(gòu)造和問(wèn)題的解決,可以讓學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度,學(xué)會(huì)科學(xué)的方法,逐步形成創(chuàng)新思維,提高創(chuàng)性能力。
二、數(shù)學(xué)建模在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用
通過(guò)數(shù)學(xué)建模教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的多方面的能力:(1)培養(yǎng)學(xué)生“雙向翻譯”的能力,即用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)實(shí)際問(wèn)題,用普通人能理解的語(yǔ)言表達(dá)數(shù)學(xué)的結(jié)果的能力。(2)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力、豐富的聯(lián)想能力,洞察力。因?yàn)閷?duì)于不少完全不同的實(shí)際問(wèn)題,在一定的簡(jiǎn)化層次下,它們的數(shù)學(xué)模型是相同或相近的,這正是數(shù)學(xué)廣泛應(yīng)用的表現(xiàn)、從而有利于培養(yǎng)我們廣泛的興趣、熟能生巧,觸類(lèi)旁通。(3)培養(yǎng)學(xué)生熟練使用現(xiàn)代技術(shù)手段的能力、數(shù)學(xué)模型的求解需借助于計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的各種數(shù)學(xué)軟件包,這將大大節(jié)省時(shí)間,在一定階段得到直觀的結(jié)果,加深對(duì)問(wèn)題理解。(4)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)及方法進(jìn)行分析、推理、證明和計(jì)算的能力。在數(shù)學(xué)建模過(guò)程中需要反復(fù)應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)思想方法對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析、推理和計(jì)算,才能得出解決實(shí)際問(wèn)題的最佳數(shù)學(xué)模型,尋找出該模型的最優(yōu)解。所以在建模過(guò)程中可使學(xué)生這方面的能力大大提高。(5)培養(yǎng)學(xué)生組織、協(xié)調(diào)、管理特別是及時(shí)妥協(xié)的能力。
通過(guò)數(shù)學(xué)建模活動(dòng)還可以培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)強(qiáng)的意志,培養(yǎng)自律、“慎獨(dú)”的優(yōu)秀品質(zhì),培養(yǎng)自信心和正確的數(shù)學(xué)觀,數(shù)學(xué)建模充滿挑戰(zhàn)和創(chuàng)造,成功的數(shù)學(xué)建模將給學(xué)生心情的喜悅與自信。同時(shí),數(shù)學(xué)建模有助于學(xué)生體會(huì)到成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題,一定要與實(shí)際問(wèn)題相關(guān)的學(xué)科知識(shí)相結(jié)合,要與有關(guān)人員相結(jié)合,這是正確的數(shù)學(xué)觀的形成。數(shù)學(xué)建模的開(kāi)展可整體提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì)。
總之,高等數(shù)學(xué)教學(xué)的目的是提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì),為進(jìn)一步學(xué)習(xí)其專業(yè)課打下良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模;創(chuàng)新教育;技術(shù)應(yīng)用
全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽經(jīng)過(guò)21年的發(fā)展,目前已成為全國(guó)高校規(guī)模最大的基礎(chǔ)性學(xué)科競(jìng)賽,也是世界上規(guī)模最大的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽.此項(xiàng)競(jìng)賽旨在培養(yǎng)應(yīng)用書(shū)本知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神、訓(xùn)練邏輯思維和開(kāi)放性思考方式.上海電機(jī)學(xué)院自2005年參加全國(guó)本科組比賽以來(lái),在數(shù)學(xué)建模教育的改革與發(fā)展方面,做著不懈地努力,經(jīng)過(guò)多年的探索與研究,已經(jīng)形成了較為完整的數(shù)學(xué)建模教育體系。
為了以數(shù)學(xué)建模為平臺(tái),增強(qiáng)大學(xué)生的素質(zhì)教育,豐富學(xué)生的第二課堂,我們采用了課堂教學(xué)、課外教學(xué)、學(xué)生教學(xué)的教學(xué)方式.課堂上,教師將數(shù)學(xué)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行展開(kāi),跳過(guò)理論推導(dǎo)與證明,重點(diǎn)講述其應(yīng)用相關(guān)的事例,啟發(fā)學(xué)生對(duì)其應(yīng)用性的思考,引出所要解決的實(shí)際問(wèn)題,將學(xué)生分成若干組進(jìn)行討論.課下,采用答疑、講授等其他第二課堂的方法將學(xué)生向正確的方向引導(dǎo),并給出相關(guān)的指導(dǎo)意見(jiàn).考核時(shí),學(xué)生以小組為單位進(jìn)行互講互評(píng),最后每個(gè)班級(jí)給出一份包括問(wèn)題分析、解決方案、可行性報(bào)告的建模論文,并作為公共資源存檔。
為了增強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)踐性與競(jìng)賽性,我們投入資金進(jìn)行相關(guān)軟硬件的購(gòu)置,建成了一個(gè)集教學(xué)、實(shí)踐、培訓(xùn)、競(jìng)賽于一體的機(jī)房.并形成了一套相對(duì)承受的競(jìng)賽機(jī)制,即校內(nèi)宣傳、基本培訓(xùn)、校內(nèi)競(jìng)賽、上機(jī)實(shí)踐、暑期培訓(xùn)、全國(guó)比賽.上海電機(jī)學(xué)院從組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽以來(lái),從初期的每年3、4支隊(duì)伍到現(xiàn)在17支隊(duì)伍,從數(shù)量到質(zhì)量都得到了極大的提高.就數(shù)學(xué)建模的普及程度而言,數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)、數(shù)學(xué)聯(lián)合學(xué)習(xí)社等社團(tuán)已經(jīng)變成全校規(guī)模最大,涉及面最廣的社團(tuán),數(shù)學(xué)建模及建模競(jìng)賽已經(jīng)深入學(xué)生中。
自2005年舉辦首屆上海電機(jī)學(xué)院校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽以來(lái),經(jīng)過(guò)8年的成長(zhǎng)與發(fā)展.在硬件上,我們建立了數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室;在軟件上,我們已經(jīng)形成了一套完整的機(jī)制,包括宣傳機(jī)制、競(jìng)賽機(jī)制、評(píng)閱機(jī)制、選拔機(jī)制、培訓(xùn)機(jī)制、后勤保障機(jī)制、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等。
數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室可以容納50名學(xué)生同時(shí)上機(jī)、查閱資料、參加競(jìng)賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).內(nèi)部配備充足的數(shù)學(xué)建模資料、獨(dú)立的服務(wù)器并開(kāi)設(shè)討論區(qū)和休息區(qū).修改和完善相關(guān)的規(guī)章制度確保數(shù)學(xué)建模基地安全平穩(wěn)運(yùn)行.每年參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽指導(dǎo)的教師達(dá)到11人,具有碩士及以上學(xué)位的指導(dǎo)教師達(dá)百分之九十以上.這些條件為以數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室為依托開(kāi)展數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新教育打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).組織機(jī)制:成立了校數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽組委會(huì),負(fù)責(zé)宣傳、后勤保障、征題命題及審核解答、評(píng)閱、賽后指導(dǎo)、數(shù)模課程建設(shè)、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)等工作.宣傳機(jī)制:每年3月中旬開(kāi)始,通過(guò)開(kāi)展數(shù)學(xué)建模宣講會(huì)向?qū)W生系統(tǒng)地介紹什么是數(shù)學(xué)模型、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、數(shù)學(xué)建模的方法、步驟和一般過(guò)程、數(shù)學(xué)建模所能培養(yǎng)能力以及參加競(jìng)賽對(duì)個(gè)人綜合能力的提升等.通過(guò)學(xué)校主頁(yè)、部門(mén)網(wǎng)站、散發(fā)傳單、張貼海報(bào),教師輔導(dǎo)員到班級(jí)宣傳等形式信息.確保將建模和建模競(jìng)賽推廣到每個(gè)學(xué)生.競(jìng)賽機(jī)制:根據(jù)全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽上海賽區(qū)的相關(guān)要求制定了上海電機(jī)學(xué)院數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽章程.全校統(tǒng)一競(jìng)賽題目,將圖書(shū)館機(jī)房及數(shù)學(xué)建模專用機(jī)房開(kāi)放,并開(kāi)放通宵建模教室.評(píng)閱機(jī)制:由命題小組等相關(guān)教師成立評(píng)審專家組,堅(jiān)持公平、公正、的原則,在成績(jī)反饋監(jiān)督機(jī)制下,以上海賽區(qū)的閱卷流程為規(guī)范,制定了評(píng)卷方法與步驟,篩選出優(yōu)秀論文,并采用上機(jī)檢驗(yàn)及論文答辯的方式確定優(yōu)秀的參賽小組.培訓(xùn)機(jī)制:重在培訓(xùn),突出培訓(xùn),從而蘊(yùn)含競(jìng)賽期間參賽學(xué)生能夠獨(dú)立自主地完成競(jìng)賽.后勤保障機(jī)制:數(shù)學(xué)建模組委會(huì)競(jìng)賽前召開(kāi)相關(guān)職能部門(mén)及各負(fù)責(zé)領(lǐng)隊(duì)會(huì)議,協(xié)調(diào)解決學(xué)生上機(jī)問(wèn)題、競(jìng)賽場(chǎng)地問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)連通問(wèn)題、讀書(shū)館查閱資料問(wèn)題、打印論文問(wèn)題、伙食保障問(wèn)題、安全問(wèn)題、以及相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。
數(shù)學(xué)建模能夠促進(jìn)大學(xué)生能力的培養(yǎng).數(shù)學(xué)建模活動(dòng)包括數(shù)學(xué)建模課程、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程等方面.建模活動(dòng)本身就是一項(xiàng)創(chuàng)造性的思維活動(dòng),它既具有一定的理論性又具有較大的實(shí)踐性;既要求思維的數(shù)量,還要求思維的深刻性和靈活性.很多高校當(dāng)初為了競(jìng)賽的需要而開(kāi)設(shè)了數(shù)學(xué)建模課程,但隨著對(duì)數(shù)學(xué)建模對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的認(rèn)識(shí),數(shù)學(xué)教學(xué)改革的深入發(fā)展,許多普通高校都在積極思考,大膽探索,數(shù)學(xué)建模教學(xué)取得了許多可喜的成果.特別是對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)改革以數(shù)學(xué)建模為突破口,在教學(xué)體系方法和內(nèi)容上都進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的改革,已取得了突破性的成果:改革教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)與計(jì)算機(jī)結(jié)合,實(shí)行研討式教學(xué)等,這也為數(shù)學(xué)建模網(wǎng)絡(luò)教學(xué)奠定了很好的基礎(chǔ)。
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面:
1、發(fā)揮學(xué)生的想象能力,培養(yǎng)學(xué)生的直覺(jué)思維.通過(guò)數(shù)學(xué)建模教學(xué),使學(xué)生有獨(dú)到的見(jiàn)解和與眾不同的思考方法,如善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,溝通各類(lèi)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系等。
2、構(gòu)建建模意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)換能力由于數(shù)學(xué)建模就是把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問(wèn)題,因此我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)該注重問(wèn)題的轉(zhuǎn)化,培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性、創(chuàng)造性.鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的深入研究,激發(fā)其學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主動(dòng)性,開(kāi)拓學(xué)生創(chuàng)造性思維能力,促使其養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,獨(dú)立思考的習(xí)慣。
構(gòu)建數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式方面:
1、平時(shí)按數(shù)學(xué)建模的觀點(diǎn)分析組織教學(xué)內(nèi)容.經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程中含有豐富的數(shù)學(xué)建模素材,其中許多概念本身就是從客觀事物的數(shù)量關(guān)系中抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)模型,它必對(duì)應(yīng)著某實(shí)際原型.因此,我們專門(mén)加以挖掘整理,從全新的角度重新組織經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)體系。
2、針對(duì)教材中實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題較少的現(xiàn)狀,在教學(xué)中盡量精選一些實(shí)際例題進(jìn)行建模示范,通過(guò)具體問(wèn)題的建模范例,突出數(shù)學(xué)建模的思想方法,幫助學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際并在課后練習(xí)中也突出數(shù)學(xué)建模思想.通過(guò)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué), 可以落實(shí)日常語(yǔ)言變?yōu)閿?shù)學(xué)語(yǔ)言的訓(xùn)練,使每個(gè)學(xué)生受到將實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題的訓(xùn)練,促使學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)的眼光透視問(wèn)題,從數(shù)學(xué)的角度去思考周?chē)膶?shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)用數(shù)學(xué)的意識(shí),學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)的理論、思想、方法分析處理問(wèn)題,培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模能力。
參考文獻(xiàn)
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