競(jìng)賽數(shù)學(xué)建模論文(2)
競(jìng)賽數(shù)學(xué)建模論文
競(jìng)賽數(shù)學(xué)建模論文篇2
淺談數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽教學(xué)策略
【摘要】提出數(shù)學(xué)建模的基本概念,考查了我國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽發(fā)展?fàn)顩r;從學(xué)生能力、教師素質(zhì)、教學(xué)實(shí)施及學(xué)校管理與組織等四個(gè)方面總結(jié)闡述現(xiàn)行大學(xué)生數(shù)學(xué)建模教育存在的突出問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上,提出了大學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)策略。
【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽;創(chuàng)新;應(yīng)用;能力;教學(xué)
一、數(shù)學(xué)建模的基本概念
1.數(shù)學(xué)建模的定義
數(shù)學(xué)模型一般是實(shí)際事物的一種數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化。要描述一個(gè)實(shí)際現(xiàn)象可以有很多種方式,為了使描述更具科學(xué)性、邏輯性、客觀性和可重復(fù)性,人們采用一種普遍認(rèn)為比較嚴(yán)格的語(yǔ)言來(lái)描述各種現(xiàn)象,這種語(yǔ)言就是數(shù)學(xué)。因此,數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象,一個(gè)特定目的,根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律,做出一些必要的假設(shè),運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具,得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程稱為數(shù)學(xué)建模。數(shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的一種實(shí)踐。
即通過(guò)抽象、簡(jiǎn)化、假設(shè)、引進(jìn)變量等處理過(guò)程后,將實(shí)際問(wèn)題用數(shù)學(xué)方式表達(dá),建立起數(shù)學(xué)模型,然后運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行求解。因此,數(shù)學(xué)建模就是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述實(shí)際現(xiàn)象的過(guò)程。1985年在美國(guó)出現(xiàn)了一種叫做MCM的一年一度大學(xué)生數(shù)學(xué)模型(1987年全稱為Mathematical Competition in Modeling,1988年改全稱為Mathematical Contest in Modeling,其縮寫均為MCM)。這并不是偶然的。在1985年以前美國(guó)只有一種大學(xué)生數(shù)學(xué)競(jìng)賽(The William Lowell Putnam mathematical Competition,簡(jiǎn)稱Putman(普特南)數(shù)學(xué)競(jìng)賽),這是由美國(guó)數(shù)學(xué)協(xié)會(huì)(MAA即Mathematical Association of America的縮寫)主持,于每年12月的第一個(gè)星期六分兩試進(jìn)行。在國(guó)際上產(chǎn)生很大影響,現(xiàn)已成為國(guó)際性的大學(xué)生的一項(xiàng)著名賽事。該競(jìng)賽每年2月或3月進(jìn)行。
2.數(shù)學(xué)建模的步驟
一個(gè)合理、完善的數(shù)學(xué)建模步驟是建立一個(gè)好的數(shù)學(xué)模型的基本保證,數(shù)學(xué)建模講究靈活多樣,所以數(shù)學(xué)建模步驟也不能強(qiáng)求一致。建立一個(gè)實(shí)際問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型,需要一定的洞察力和想像力,篩選、拋棄次要因素,突出主要因素,做出適當(dāng)?shù)某橄蠛秃?jiǎn)化。全過(guò)程一般分為表述、求解、解釋、驗(yàn)證幾個(gè)階段,并且通過(guò)這些階段完成從現(xiàn)實(shí)對(duì)象到數(shù)學(xué)模型,再?gòu)臄?shù)學(xué)模型到現(xiàn)實(shí)對(duì)象的循環(huán),可用流程圖表示如下:
具體包括以下八個(gè)步驟:①提出問(wèn)題;②分析變量;③模型假設(shè);④建立模型;⑤模型求解;⑥模型分析;⑦檢驗(yàn)?zāi)P?⑧模型應(yīng)用。
二、我國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)自1989年首次參加這一競(jìng)賽,歷屆均取得優(yōu)異成績(jī)。經(jīng)過(guò)數(shù)年參加美國(guó)賽表明,中國(guó)大學(xué)生在數(shù)學(xué)建模方面是有競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新聯(lián)想能力的。為使這一賽事更廣泛地展開(kāi),1990年先由中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì),然后與國(guó)家教委聯(lián)合主辦全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽(簡(jiǎn)稱CMCM),該項(xiàng)賽事每年9月進(jìn)行。
1992年由中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)組織舉辦了我國(guó)10座城市的大學(xué)生數(shù)學(xué)模型聯(lián)賽,74所院校的314隊(duì)參加。教育部領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并扶植、培育了這一新生事物,決定從1994年起由教育部高教司和中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)共同主辦全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,每年一屆。數(shù)學(xué)模型競(jìng)賽與通常的數(shù)學(xué)競(jìng)賽不同,它來(lái)自實(shí)際問(wèn)題或有明確的實(shí)際背景。它的宗旨是培養(yǎng)大學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力,整個(gè)賽事是完成一篇包括問(wèn)題的闡述分析、模型的假設(shè)和建立、計(jì)算結(jié)果及討論的論文。通過(guò)訓(xùn)練和比賽,同學(xué)們不僅用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力有很大提高,而且在團(tuán)結(jié)合作發(fā)揮集體力量攻關(guān),以及撰寫科技論文等方面將都會(huì)得到十分有益的鍛煉。
十幾年來(lái)這項(xiàng)競(jìng)賽的規(guī)模以平均年增長(zhǎng)25%以上的速度發(fā)展。2009年全國(guó)有33個(gè)省、市、自治區(qū)(包括香港和澳門特區(qū))1137所院校、15046個(gè)隊(duì)(其中甲組12276隊(duì)、乙組2770隊(duì))、4萬(wàn)5千多名來(lái)自各個(gè)專業(yè)的大學(xué)生參加競(jìng)賽。而到了2010年,發(fā)展到有來(lái)自全國(guó)33個(gè)省、市、自治區(qū)(包括香港和澳門特區(qū))及新加坡和澳大利亞的1197所院校、17317個(gè)隊(duì)(其中本科組14108隊(duì)、專科組3209隊(duì))、5萬(wàn)多名大學(xué)生參加了本項(xiàng)競(jìng)賽。2011年,有來(lái)自國(guó)內(nèi)外1251所高校19490支參賽隊(duì)的近6萬(wàn)名大學(xué)生參加競(jìng)賽,為歷年來(lái)參與人數(shù)最多的一次。
三、我國(guó)現(xiàn)行大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽與教學(xué)的問(wèn)題分析
鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,力爭(zhēng)在競(jìng)賽中獲得佳績(jī);同時(shí)加大教學(xué)改革力度,將數(shù)學(xué)建模教學(xué)的成果在實(shí)踐中進(jìn)一步擴(kuò)大,是眾多高校近些年來(lái)努力追求的一個(gè)目標(biāo)。然而,在總結(jié)成績(jī)的同時(shí),我們也應(yīng)該清醒地看到在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和教學(xué)過(guò)程中反映出的一些問(wèn)題,只有很好的認(rèn)識(shí)和總結(jié)這些問(wèn)題,在下一步的實(shí)踐中找到解決策略,才能使數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)向著良好的方向前進(jìn)。
1.學(xué)生能力方面的問(wèn)題
數(shù)學(xué)建?;顒?dòng)是一種創(chuàng)造性的數(shù)學(xué)活動(dòng),與純數(shù)學(xué)問(wèn)題相比,數(shù)學(xué)建模題目的文字?jǐn)⑹龈N近現(xiàn)實(shí)生活,題目相對(duì)較長(zhǎng),數(shù)據(jù)相對(duì)較多,數(shù)量關(guān)系也顯得更隱蔽,是一種非形式化的材料,所以,解決一個(gè)建模問(wèn)題對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力方面提出了更高的要求。
2.教師素質(zhì)方面的問(wèn)題
在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽與教學(xué)中,教師所擔(dān)任的角色是競(jìng)賽的指導(dǎo)者、教學(xué)的組織者、學(xué)習(xí)的參與者、信息的咨詢者,開(kāi)展建?;顒?dòng)為學(xué)生的主體性學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)、發(fā)展性學(xué)習(xí)提供了一方希望的田野,同時(shí)也為教師的“專業(yè)化”發(fā)展創(chuàng)造了一個(gè)廣闊的舞臺(tái)。建模活動(dòng)的成效如何,很大程度取決于教師的綜合素質(zhì)。因此,教師在指導(dǎo)學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽時(shí)應(yīng)注意:
①更新教育教學(xué)觀念。在數(shù)學(xué)建模教學(xué)過(guò)程中,教師的職能不再單純是“傳道、授業(yè)、解惑”,教師必須克服舊的教學(xué)思想所形成的定勢(shì),更新自己的教育教學(xué)觀念,力求做到:由傳統(tǒng)教學(xué)下以知識(shí)為中心到知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)并重;由傳統(tǒng)教學(xué)下以教師為中心到以學(xué)生為中心,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的能力,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造意識(shí)和創(chuàng)造能力;由只關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果到同時(shí)重視學(xué)習(xí)過(guò)程中的情感和體驗(yàn);由只重視邏輯思維到同時(shí)重視直覺(jué)思維;由只重視語(yǔ)言材料和視覺(jué)通道到同時(shí)重視非語(yǔ)言材料和非視覺(jué)通道。
?、谶M(jìn)一步拓展知識(shí)體系。數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的開(kāi)放性、自主性使教師面臨著知識(shí)和能力的挑戰(zhàn),建模的題目?jī)?nèi)容豐富、范圍極廣,學(xué)生在研究過(guò)程中不僅可能會(huì)觸及到本學(xué)科深層次的專業(yè)知識(shí)、本學(xué)科的研究前沿,還會(huì)遇到很多跨學(xué)科交叉的內(nèi)容,以及自然、醫(yī)學(xué)、社會(huì)中方方面面的問(wèn)題。教師只有不斷挖掘原有的知識(shí)體系,擴(kuò)寬自己的知識(shí)領(lǐng)域,才能在建模教學(xué)中有發(fā)言權(quán),才能更好的組織學(xué)生開(kāi)展建模學(xué)習(xí)活動(dòng)。
?、厶岣邉?chuàng)造能力和科研意識(shí)。創(chuàng)造性是教師能力的一個(gè)重要方面,每個(gè)教師都必須依據(jù)特定的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象和教學(xué)環(huán)境對(duì)自己的教學(xué)工作作出計(jì)劃并進(jìn)行實(shí)施,還要及時(shí)做出評(píng)價(jià)和調(diào)整以及事后的反思和總結(jié)。
④自覺(jué)轉(zhuǎn)變教學(xué)過(guò)程中的角色。在傳統(tǒng)的教育觀念中,教師的專業(yè)實(shí)踐被視為學(xué)科內(nèi)容的知識(shí)、教學(xué)論、心理學(xué)原理及其技術(shù)的合理利用。數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)的特點(diǎn)決定了教師在教學(xué)中要體現(xiàn)“教學(xué)的組織者、情感的支持者、學(xué)習(xí)的參與者、信息的咨詢者”等角色。教師的作用是建立基本的概念框架,將學(xué)生引入一定的問(wèn)題情境并為學(xué)生提供咨詢、方法指導(dǎo)和監(jiān)控。同時(shí)教師將由關(guān)注知識(shí)轉(zhuǎn)化為關(guān)注學(xué)生,教師的職能更重要的體現(xiàn)為如何將“信息”轉(zhuǎn)化為“知識(shí)”,將“智能”轉(zhuǎn)化為“智慧”。
3.教學(xué)實(shí)施方面的問(wèn)題
參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的目的決不僅僅是獲獎(jiǎng),更重要的是通過(guò)參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng),促進(jìn)高校數(shù)學(xué)教學(xué)改革,起到培養(yǎng)全體學(xué)生能力、提高全體學(xué)生素質(zhì)的作用。在現(xiàn)行的大學(xué)生數(shù)學(xué)建模教學(xué)活動(dòng)中,主要存在:①大學(xué)數(shù)學(xué)建模教育在高校中的普及性不夠。近年來(lái)我國(guó)高校數(shù)學(xué)建模教育發(fā)展非常迅速,但總的看來(lái),絕大多數(shù)新出版的相關(guān)教材都是為數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽編寫的,其特點(diǎn)是內(nèi)容難度大,涉及面廣,且難度和涉及領(lǐng)域大大超出了一般學(xué)生的接受程度。面對(duì)高等教育的大眾化,也為了提高全體大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,全國(guó)工科數(shù)學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)議建議在高校中開(kāi)展數(shù)學(xué)建模的普及性教育研究,中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士李大潛教授也多次在全國(guó)性的會(huì)議上呼吁開(kāi)展數(shù)學(xué)建模的普及性教育,努力培養(yǎng)全體大學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)和創(chuàng)新能力,確保數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽持續(xù)健康地開(kāi)展,力戒有些院校為了數(shù)學(xué)競(jìng)賽而忽視了絕大部分學(xué)生的數(shù)學(xué)建模教育。
因此,開(kāi)展數(shù)學(xué)建模的普及性教育已是勢(shì)在必行。比如面向全校學(xué)生開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課;開(kāi)展校內(nèi)選拔賽;鼓勵(lì)跨專業(yè)、跨院系組隊(duì);進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生社團(tuán)――數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)的的扶持等等。②數(shù)學(xué)建模思想在高校數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中滲透的力度不夠。實(shí)踐表明,數(shù)學(xué)建模對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程相比差別較大,學(xué)校開(kāi)設(shè)的數(shù)學(xué)建模選修課及數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)班,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生觀察力、想象力、邏輯思維能力及分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力起到了很好的作用。但是,開(kāi)設(shè)這門課程的課時(shí)不會(huì)太多,參加建模培訓(xùn)班的同學(xué)更是有限,要全面提高大學(xué)生的素質(zhì),培養(yǎng)有創(chuàng)新精神的復(fù)合型應(yīng)用人才,還要在平時(shí)的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課中配合教材適時(shí)滲透數(shù)學(xué)建模思想。要將數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽與數(shù)學(xué)教學(xué)改革做到有機(jī)結(jié)合。
4.學(xué)校組織與管理方面的問(wèn)題
開(kāi)展數(shù)學(xué)建模教育并不是開(kāi)設(shè)一門新的課程,而是一種教育觀念的轉(zhuǎn)變,關(guān)系到培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要的創(chuàng)新型人才的宏偉目標(biāo),這不僅需要教師的付出,教學(xué)模式的改革,更需要學(xué)校各方面的重視、支持和協(xié)調(diào),學(xué)校上層領(lǐng)導(dǎo)部門如果充分認(rèn)識(shí)到開(kāi)展數(shù)學(xué)建模教育的意義,教師的積極性和潛能、創(chuàng)造力就會(huì)發(fā)揮出來(lái),即便學(xué)校的條件設(shè)備差一些,也會(huì)想辦法克服;相反,如果學(xué)校認(rèn)識(shí)不到數(shù)學(xué)建模教育的必要性和重要性,那么即使是條件一流的學(xué)校,也難以有效利用資源。在提倡創(chuàng)新教育的今天,數(shù)學(xué)建模教育的發(fā)展應(yīng)該有著廣闊的前景,這不僅需要學(xué)校各層面的支持,而且還需要教育行政部門、地方政府提供必備的條件,給學(xué)校開(kāi)設(shè)其他課程和舉辦其他活動(dòng)更大的支持力度,比如:改革考試制度、劃撥專項(xiàng)資金、加強(qiáng)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室和機(jī)房的建設(shè)、加強(qiáng)輿論宣傳,深化改革成果等。
四、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模教學(xué)策略構(gòu)建
大學(xué)生數(shù)學(xué)建模教學(xué)策略構(gòu)建應(yīng)從數(shù)學(xué)建模教學(xué)的選題入手,注重大學(xué)生數(shù)學(xué)建模思維意識(shí)與數(shù)學(xué)建模能力的培養(yǎng),構(gòu)建合理有效的大學(xué)數(shù)學(xué)建模教學(xué)模式,同時(shí),在實(shí)施過(guò)程中還要注意根據(jù)學(xué)生的不同情況進(jìn)行層次性教學(xué)。
1.數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)效果很大程度上取決于題目的選擇是否恰當(dāng),目前可供選擇的數(shù)學(xué)建模教材很多,無(wú)論選擇了哪本教材,教師都要視本校數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)計(jì)劃、學(xué)生的實(shí)際水平以及所選教材的難易程度進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩帷D敲?,大學(xué)生數(shù)學(xué)建模教學(xué)選題應(yīng)遵循價(jià)值性原則、以問(wèn)題為中心的原則、客觀可行性原則以及趣味性原則。
2.傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)更多的注重知識(shí)的培養(yǎng)而忽視實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng),其造成的后果是,學(xué)生們學(xué)習(xí)了不少數(shù)學(xué),卻僅是純粹的理論內(nèi)容,而不會(huì)甚至不知如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。因此,在高等數(shù)學(xué)的教學(xué)過(guò)程中,教師應(yīng)有意識(shí)地突出數(shù)學(xué)建模思想,結(jié)合大學(xué)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程的內(nèi)容特點(diǎn),在平時(shí)的課堂教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的建模思維意識(shí)。從不同的細(xì)節(jié)以及角度,滲透、穿插適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)建模知識(shí),全方位的培育與熏陶學(xué)生的思維意識(shí),提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。
3.大體說(shuō)來(lái),大學(xué)數(shù)學(xué)建模教育可以分以下三個(gè)層次進(jìn)行:
①初級(jí)層次:大學(xué)一、二年級(jí),在這一階段,一般學(xué)生還不知道建模是怎么一回事,這時(shí)可選擇一些一般的應(yīng)用問(wèn)題,或數(shù)量關(guān)系比較明顯的實(shí)際問(wèn)題和改編后的數(shù)學(xué)建模題目,結(jié)合建模的一般涵義、方法和步驟進(jìn)行講解,使學(xué)生具有初步的建模能力。②中級(jí)層次:大學(xué)二、三年級(jí),在這一階段,學(xué)生已經(jīng)具備了初步的建模能力,這時(shí)可選擇一些更具建模特點(diǎn)的題目,這種題目大部分是從自己或周圍人的生產(chǎn)、生活的實(shí)際中來(lái),需要經(jīng)過(guò)分析、判斷,做出適當(dāng)假設(shè),當(dāng)去掉非本質(zhì)的因素后,量與量之間的關(guān)系是容易發(fā)現(xiàn)的,得到的結(jié)果需做出一定的分析、說(shuō)明和簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。就學(xué)生的智力發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,一般的學(xué)生都可以經(jīng)過(guò)努力達(dá)到中級(jí)階段的能力。③高級(jí)層次:大學(xué)三、四年級(jí),在這一階段,學(xué)生需要在一定建模能力的基礎(chǔ)上,處理一些較復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模問(wèn)題,這些問(wèn)題基本上是從生產(chǎn)、生活、工程等實(shí)際問(wèn)題中來(lái),都是未經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)抽象和轉(zhuǎn)化的“原坯”問(wèn)題,它需要學(xué)生自己去挖掘、采集有用的信息,自己去提出模型的假設(shè),需要采集、整理、分析判斷數(shù)據(jù)和信息,并需對(duì)所做模型進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),其建模結(jié)果也只是最優(yōu)解答,并非標(biāo)準(zhǔn)答案,最終還要寫成科技論文。
五、結(jié)語(yǔ)
大學(xué)數(shù)學(xué)建模教育的開(kāi)展是我們整個(gè)高校教學(xué)改革的一部分,教學(xué)模式的改革也會(huì)給學(xué)生的日常管理和思想教育帶來(lái)一系列新的壓力,這些都不是一朝一夕所能解決的,大學(xué)數(shù)學(xué)建模教育的改革是一項(xiàng)復(fù)雜和系統(tǒng)的工程,它需要學(xué)校從大局出發(fā),協(xié)調(diào)好教學(xué)與管理等各層面之間的關(guān)系。
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2.2017全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽優(yōu)秀論文