關(guān)于電工數(shù)學(xué)建模中計(jì)算機(jī)技術(shù)問題的討論

摘 要： 本文分析了數(shù)學(xué)建模課程的現(xiàn)狀，指出教師應(yīng)將數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和知識(shí)的應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： 電工數(shù)學(xué)建模 計(jì)算機(jī)技術(shù) 融合教學(xué)

全國(guó)各類數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的舉辦推動(dòng)了數(shù)學(xué)建模突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)學(xué)建模的重要性也越來越受到重視和認(rèn)可，進(jìn)而數(shù)學(xué)建模教學(xué)工作也成為各高校教師研究的課題。由于數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)技術(shù)之間有著緊密的聯(lián)系，討論數(shù)學(xué)建模教學(xué)工作就不得不談及計(jì)算機(jī)技術(shù)，怎樣在教學(xué)中把二者有機(jī)結(jié)合成為每一個(gè)數(shù)學(xué)建模課程教師不得不考慮的問題。

一、數(shù)學(xué)建模課程現(xiàn)狀分析

從我參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽輔導(dǎo)的情況來看，經(jīng)常會(huì)有一些學(xué)生對(duì)某個(gè)問題有好的思路、好的想法，但是在算法實(shí)現(xiàn)階段卻出現(xiàn)問題，有時(shí)甚至困難重重，難以下手；有的是算法運(yùn)行效率低下，無法在有限的時(shí)間內(nèi)及時(shí)得到結(jié)果；有的甚至根本無法實(shí)現(xiàn)自己的思路。這些問題直接影響了模型后續(xù)對(duì)所采用數(shù)學(xué)方法的正確性和合理性的檢驗(yàn)分析，從而影響了學(xué)生對(duì)問題的有效解決。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于盡管現(xiàn)在學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平有了很大的提高，但大部分學(xué)生的編程仍然停留在初級(jí)水平。特別是由于數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)技術(shù)所屬專業(yè)的不同，很多大學(xué)的數(shù)學(xué)建模老師只注重強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)方法的重要性，而忽視了與計(jì)算機(jī)技術(shù)的互動(dòng)教學(xué)，將數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)技術(shù)的教學(xué)完全割裂開。在計(jì)算機(jī)編程語言等課程的教學(xué)中學(xué)生編寫的程序通常是較小的練習(xí)型程序，與數(shù)學(xué)建模課程中的編程要求還有不小的差距。另外，目前開設(shè)的計(jì)算機(jī)課程大部分是純粹的計(jì)算機(jī)語言課程，與數(shù)學(xué)類課程的結(jié)合并不是很密切，這也導(dǎo)致學(xué)生無法很快將數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)。而數(shù)學(xué)建模課程中又不可能詳細(xì)介紹編程語言的用法，甚至不會(huì)詳細(xì)介紹模型的具體求解過程。

鑒于這些實(shí)際問題，如何充分利用數(shù)學(xué)建模課堂教學(xué)時(shí)間，將數(shù)學(xué)原理的應(yīng)用與計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合，讓學(xué)生不僅掌握數(shù)學(xué)建模的原理和方法，而且掌握算法的實(shí)現(xiàn)，成為教師關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。

二、電工數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合

為了加強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平，提高運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，我從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探索。

1.在軟件平臺(tái)的選擇上突出重點(diǎn)，兼顧專用軟件包的介紹。一方面，建模中采用的數(shù)學(xué)方法多種多樣，需要效率最高的求解工具，另一方面，大量?jī)?yōu)秀的專用軟件和工具包的出現(xiàn)，如Matlab、Maple、Lingo等，極大地提高了求解效率。但是課堂教學(xué)時(shí)間畢竟是有限的，教師不可能把這些優(yōu)秀的工具一一介紹。因此教師可以根據(jù)數(shù)學(xué)建模課程的特點(diǎn)，學(xué)生的基礎(chǔ)，以及工具軟件的難易程度，選擇以Matlab為主要的編程平臺(tái)，在實(shí)際教學(xué)中模型求解時(shí)圍繞Matlab展開介紹其基本用法，充分利用Matlab入門快、數(shù)學(xué)運(yùn)算能力強(qiáng)大等特點(diǎn)。同時(shí)，在一些具體案例中，如果有需要，可結(jié)合數(shù)學(xué)方法和相應(yīng)的專用軟件包，比如Maple、Lingo等，介紹其基本的使用方法。

2.數(shù)學(xué)建模課程中對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的教學(xué)側(cè)重在基本知識(shí)點(diǎn)的講授和對(duì)自學(xué)能力的培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)是數(shù)學(xué)建模解決實(shí)際問題中的一個(gè)重要部分，但在數(shù)學(xué)建模的教學(xué)中畢竟不是主要內(nèi)容。最好的教學(xué)方法是教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的能力。因此，在數(shù)學(xué)建模的教學(xué)中，教師除了利用少量的時(shí)間介紹Matlab的基本知識(shí)、基本操作外，重點(diǎn)是讓學(xué)生知道如何利用Matlab的幫助文檔學(xué)習(xí)Matlab的編程方法技巧，以及如何利用網(wǎng)絡(luò)等公共資源提高編程水平。這樣可有效地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，起到事半功倍的效果。特別是鼓勵(lì)學(xué)生充分利用開放的網(wǎng)絡(luò)和豐富的信息量，自我學(xué)習(xí)，提高編程和軟件應(yīng)用能力。

3.課堂穿插實(shí)例，結(jié)合介紹相應(yīng)的應(yīng)用軟件的使用和模型的求解方法。數(shù)學(xué)建模課程通常采用以案例教學(xué)為主的教學(xué)方法，對(duì)一些常用的專業(yè)軟件包，課堂上結(jié)合具體的例子來介紹。比如在線性規(guī)劃時(shí)結(jié)合Lingo的用法比較詳細(xì)地講授軟件的使用方法與模型的求解。這樣可以利用有限的時(shí)間讓學(xué)生對(duì)該類軟件的使用有一個(gè)基本的了解，一旦以后需要使用該軟件就可以結(jié)合課堂范例和軟件的幫助文件來完成。

4.詳細(xì)介紹數(shù)學(xué)算法及其流程。數(shù)學(xué)建模中數(shù)學(xué)方法是核心，在教學(xué)中教師對(duì)經(jīng)典的數(shù)學(xué)方法一定要詳細(xì)介紹，掌握其精髓，達(dá)到能熟練運(yùn)用的目的。因此，在教學(xué)中教師應(yīng)通過具體的實(shí)例盡量講透徹明白，如果有必要可以畫出流程圖，這樣學(xué)生可以根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)算法。

5.課后布置相應(yīng)數(shù)學(xué)建模模擬題讓學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生進(jìn)一步熟練掌握數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)編程的練習(xí)，提高綜合應(yīng)用水平。計(jì)算機(jī)技術(shù)是一門實(shí)際操作性強(qiáng)的學(xué)科，只有在實(shí)踐中不斷摸索才能逐步提高。這些模擬題既是對(duì)課堂教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)檢驗(yàn)，又是對(duì)學(xué)生的一個(gè)有力促進(jìn)，通過獨(dú)立認(rèn)真的思考和親自的動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生才能真正領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)方法的巧妙、提高解決問題的能力。

三、結(jié)語

在數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)通過數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科知識(shí)的融合教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生將來走上實(shí)際工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

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