數學教育在農業實驗中的應用

數學是我國傳統學科之一，最初被稱作算術，是六藝的重要組成部分，主要用于計算和統計。當代數學在計算和統計的基礎上又開拓了量度、數量、幾何、建模等板塊，在多個行業均發揮了極大作用，對農業發展更是意義重大。農業科學是當今學者重點研究的課題，農業科學研究需要應用到大量數學知識，在此背景下我國出版了《農業數學實驗》，該書結構完整，邏輯嚴謹，每個章節相互獨立又有著密切聯系，整本書的內容過渡自然，成為高等院校農業實驗課程的主要教材。

該書分為六章。第一章是常用軟件的使用，包括Matlab、SPSS以及LINGO，這些都是目前最常用的數據分析軟件;第二章是數值化方法，分別是差值與擬合、線性方程組求解、非線性方程求根和常微分方程數值解;第三章是優化方法，作者分析了線性規劃問題，建構了數學模型，探討了非線性規劃與整數規劃;第四章是統計分析，這是該書的重點內容，包括統計圖形、方差分析、回歸分析、聚類分析、判別分析和試驗設計;第五章是數據挖掘技術及其算法，由數據挖掘的基本內容、關聯規則、決策樹方法以及貝葉斯分類組成;第六章介紹了很多實驗項目，如Lotka-Volterra生態數學模型的求解、施肥效果分析、傳染病模型以及羊群收獲問題等。

該書首先介紹了農業實驗統計學的應用。農業實驗統計學研究需應用數學公式，以產量分析最為突出。產量分析主要研究的內容是蛋白質含量，方向是親代和子代。在種植農作物時要根據季節、品種和地區等因素來決定肥料的成分、用量等。農作物的生長周期較長，外部的自然環境、農作物的自然特性等都會對其生長狀態產生影響，因此同一類型實驗的結果也會存在一些偏差。另外，數據統計工作需要借助互聯網信息技術和現代化設備，一旦數據丟失或出錯很可能會對統計工作造成不利影響，為了避免此種情況的發生，可以通過數學建模的方式進行統計分析。科學運用Matlab、SPSS、LINGO等軟件，這些軟件能夠匯總整合大量數據，完成數學建模，并形成數據庫存放大量農業數據，同步完成數據采集和分析工作，在此方面常用的數學方法是微分幾何分析法，其在實驗推斷、統計等方面的專業性更強一些。數學統計模型的優勢有很多，其中最為突出的是解釋性強，因此除了農業實驗外，很多其他類型的實驗也會應用到統計模型。

該書隨后介紹了數學遺傳學和數量遺傳學的應用。數學遺傳學和數量遺傳學屬于邊緣學科的一種，由數學知識和遺傳學知識組成，可以將其視作生物數學，也可以視作遺傳學，兩者互不沖突。站在遺傳學角度來看，在遺傳平衡法則下，生物性狀的種類有質量性狀和數量性狀兩種，兩者的區別在于前者的穩定性較強，一般不會受外部因素影響，而后者則與之相反，因此在進行實驗分析時通常會采用質量性狀方式。農作物中有相當一部分屬于遺傳群體，若要對其進行區分，則必須通過數量遺傳法進行相關信息的統計與分析，在得出結論后再進行變異形式的確認，變異形式一般分為兩種，一種是遺傳變異，另一種是環境變異。瓜菜是我國最重要的蔬菜作物之一，瓜菜的增產離不開數學遺傳學知識的運用，其促使瓜菜遺傳改良，同時也推動了作物轉基因方面的研究進程，解決了傳統的基因重組問題。另外，生物信息統計學也被逐漸應用到農作物雜交領域之中，使肥料用量得到了合理規劃，使農作物的生長條件得到改善，使不同農作物能夠在各自最適合的環境中生存，從而提升其產量和質量。

該書最后介紹了植物病害流行學的應用。植物處在自然環境之中，面臨病害問題，而病害影響了植物的正常生長以及產量。為了解決此方面問題，我國相關研究人員在20世紀初即開展了與病害相關的研究。從現代科學角度來看，植物病害研究屬于綜合性學科，在問題探究時需應用數學、生態學、生物信息學等專業知識。數學學科的應用價值最為突出，具體體現在以下幾個方面：第一，在動態數學模型下，植物的病害時間、類型、特征等信息均有所記載;第二，建立數學空間模型，可以針對病害的區域進行數據分析和整理;第三，除了建模外，統計分析法、概率分析法也是常用的研究方法，相關數據分析者可以通過這些方法快速了解病害的整體情況;第四，在數學統計學的作用下，研究人員可以對上述數據進行整合與分析，繼而進行一系列的估算工作，預測植物今后的生長情況、計算病害植物帶來的經濟損失，估量相關藥物對植物的作用效果等;第五，利用計算機技術，以信息技術進行田間管理工作，能夠有效提升工作效率，快速制定出更為合理的綜合滅害方案。

在新的時代背景下，我國農業經濟蓬勃發展，農業數學學科得到關注。《農業數學實驗》這本書囊括了農業、數學兩個學科的精華知識，并對二者進行了深度融合，書中所摘錄的實驗內容均具有代表性，整本書從模型建立到求解再到分析和操作探究均論證充分，圖文并茂且邏輯清晰，無論是對于農業院校的學生來說，還是對從事農業科研的工作者來說都有很高的參考價值，值得推廣。

（楊劍波，男，講師，研究方向：數學教育）

書名： 農業數學實驗

作者： 孟? ? 軍，尹海東，任永泰，? ? ? ? ? ? ? ? 傅麗芳，王淑艷

出版社： 科學出版社

ISBN： 9787030155429

出版時間： 2005年1月

定價： 49.00元