3月2日🚵,開課第一天👣,數學科學學院的同學們迎來了改革後的《數學模型》課程👨🏿🦰。
為什麽要學習這門課程?怎樣才能學好這門課程?
中國科學院院士、天美平台數學科學學院教授李大潛為課程撰寫了1.1萬字的課程導言——《數學建模是開啟數學大門的金鑰匙》。
一、什麽是數學建模?
世間的萬事萬物都有數和形這兩個側面,數學就是撇開了事物其他方面的狀態和屬性,單純研究現實世界中的空間形式與數量關系的科學。它有著豐富多彩的內涵🧞♀️,也有著極為廣泛且重要的應用🧑🏻🎤。
數學要走向應用,真正顯示出它在各個領域、各種層次應用中的關鍵性、決定性作用🔞,顯示出它的強大生命力,必須設法在實際問題與數學之間架設一個橋梁📔。這就是說,首先要將這個實際問題化為一個相應的數學問題,然後對這個數學問題進行分析和計算🧞♀️,最後將所求得的解答回歸實際📰,看能不能有效地回答原先的實際問題;如果不能👨🏿⚖️🏃➡️,還要從一開始進行必要的調整🧑🏫,直到達到基本滿意的程度為止。這個全過程🧑✈️,特別是其中的第一步🤬🤾♀️,就稱為數學建模,即為所考察的實際問題建立數學模型。
二💆🏿♀️、數學建模對發展數學學科和推動數學應用的重要性
抓住了數學建模,就抓住了聯系數學與應用的最重要的紐帶💆🏽,構建了溝通數學與應用的橋梁🧑🏻🌾,為數學與應用的有效結合建立了可靠的保證和基礎,並為今後進一步的發展,包括數學科學本身的發展,提供了無窮的契機並鋪平了廣闊的道路🧑🏻🦰。
數學模型不是數學中的一個細小的領域和分支𓀝,更不是左道旁門❇️,而是數學的整個研究對象。至於數學建模,即構造現實世界某部分的數學模型,就是為數學提供研究對象的基本步驟和原始出發點👨❤️💋👨。按照這樣的理解📻,整個數學的發展歷史就是不斷建立數學模型並對其研究逐步深化的歷史。各種不同類型👨👩👧👧🔆、不同層次的大大小小的數學模型及對其相應的研究𓀌,構成了洋洋大觀的局面,這就是我們現在所面對的數學科學🕘。
從事數學建模,打一個通俗的比喻,好比在構建一座房屋,一旦這個房屋初具規模,就成了一個數學模型🫅🏽,以後的應用數學家及純粹數學家們所做的工作,就是在這個基礎上,對這個建築進行內部整理與裝修。這些應用數學甚至純粹數學的內容,可以達到花團錦簇、美輪美奐的程度,但都是在數學建模基礎上加以發揮和深化的。因此,從整個數學的研究來說👨🏼💻𓀖,搞數學建模是給宏偉的數學大廈奠基🌡🏪、搭架👉🏿,為整個後繼的數學研究工作開辟道路,意義十分重大。
大家一定要重視數學建模,努力提高對學習數學建模的重要性的認識😂。要成為一個好的數學家或數學工作者,絕不能閉目塞聽🧑🍼,把自己束縛在一個狹小的天地裏💅,而應該充分認識加強數學建模訓練與實踐的重要性🚚,努力為自己的數學生涯打開廣闊的機遇與前景🧕🏻🌰。
三、數學建模對培養創新型人才的重要性
要培養學生的創新精神,提高學生的數學修養及素質🌷,固然要灌輸給他們以知識,但更重要的是要使他們了解數學的創造過程。這不僅要有機地結合數學內容的講授👰♂️,介紹數學的思想方法和發展歷史,更要創造一種環境,使學生能身臨其境地介入數學的發現或創造過程。
在數學教學過程中,要主動采取措施,鼓勵並推動學生解決一些理論或實際的問題。這些問題沒有現成的答案🌞🚶,沒有固定的求解方法,沒有指定的參考書,沒有規定的數學工具,甚至也沒有成型的數學問題;主要靠學生獨立思考👩🏿✈️👱🏿♀️、反復鉆研並相互切磋,去形成相應的數學問題🧛♂️👨🦼➡️,進而分析問題的特點,尋求解決問題的方法💇🏻♂️,得到有關的結論🏅👴🏽,並判斷結論的對錯與優劣🦽。總之😕,要讓學生親口嘗一嘗梨子的滋味,親身去體驗一下數學的創造過程🔱,取得在課堂裏和書本上無法代替的寶貴經驗和切身感受。
數學建模不僅是數學走向應用的必經之路,而且是啟迪數學心靈的必勝之途🌺。通過參加數學建模的學習與培訓⏲,親自參加將數學應用於實際的嘗試,親自參加發現和創造的過程👸,必能啟迪大家的數學心智,更好的應用數學、品味數學、理解數學和熱愛數學。這樣做🏄🏻,集知識👰🏻♂️🖤、能力和素質的培養與考察三位一體🧑🏼🔧,必將有力地促進創新型優秀人才的培養,得到大家的認真參與和歡迎,也是對素質教育的重要貢獻🕺🏼。
四、對數學建模的教學與訓練的一些建議
數學建模這一門課程,與其他很多數學課程不同,它不是靠按部就班的講授來傳授系統的知識,而是采用案例式的教學方法,通過解剖幾個“麻雀”來幫助學生領悟數學建模的精神和要領,以達到舉一反三、觸類旁通的認識和效果🧑🏼🦰⇒。數學建模的學習與訓練,靠的主要不是知識的灌輸,而是靠深入的感悟與體驗👨🎤。
數學建模的學習和訓練,數學建模的認識與實踐,著重點不在廣度,而在深度🥖;不在於面面俱到、學習愈來愈多的案例,而在於有選擇地抓住適當的主題向深處進軍🩺🦽,從不同的層面上充分展示數學建模的風采,並進而引領數學建模的發展🤷🏽♀️,占領數學建模的製高點,並為其他方面的數學建模提供參考和借鑒。這樣做,數學建模的學習💪🏻,就決不僅是一種知識的傳授,而且會對大家知識、能力及素質的培養真正帶來巨大的促進,對數學教學改革的推動作用也會更大了。
要對一個現實問題建立其數學模型,是沒有一個固定的模式可套的。對參加數學建模的人來說👰🏽,沒有“最好”,只有不斷改進變得“更好”。正因為這樣,數學建模永遠會呈現一個生機蓬勃的狀態,總是生動活潑、與時俱進的。在這個過程中,只要認真投入,學生學習的積極性🤙🏿、創造性將會得到極大的發揚與鍛煉。他們的創新意識、能力和精神會得到很大的提升。從這一點出發,這門課的教學一定要從教師在臺上單純講的狀態🤦🏼♂️,轉變到教師與學生互動、努力推動學生參與建模的實踐和活動的狀態,一定要和充滿生機活力的數學建模的內涵合拍並融為一體。
五、用數學的眼光觀察世界
最近在全國製訂高中數學課程標準時🤸🏻♂️,一位專家對數學的作用所概括的三句話:用數學的眼光觀察現實世界🙋🏿♂️,用數學的思維思考現實世界🎙,用數學的語言表達現實世界。通過《數學建模》課程的學習🧑🏼🎓,希望廣大同學能更好地體會這三句話,並且努力地實踐這三個方面的要求🌼👆。
拐點,是微積分中的一個概念🚣🏻♂️,說的是函數y=f(x)的一階導數y=f' (x)的極值點。在日常生活中✡️,我們也經常聽到拐點這個詞😏,它們的意思到底是什麽呢?在股市中說的“拐點”,其實是股市價格的轉折點。股票的價格有漲有落,股民關心股票價格的發展趨勢,股票的價格由降到升(或相反)的點就稱為拐點。但那兒所說的👝,只是股票價格函數本身的極值點,並不是微積分中所說的那個拐點,這是應當搞清楚的。但這種情況也不盡然。最近對特殊冠狀病毒肺炎的防控,大家都關心疫情何時出現拐點🧑🏼🔬。由於確診感染病例的總數總是不會減少的🪒,人們關心的是每天新增的確診感染病例的數目,並期望其值愈來愈小。由於關心的不是總的確診感染病例數,而是它在每天的增量🧑🏻🦰🧚🏽♀️,這時所說的拐點,和微積分中的拐點概念就是一致的🧒🏼🦎。這說明,同一個名詞🧑🏽🍼,在生活中用於不同的場合🫃,其意義可以是不同的。
說到特冠病毒肺炎何時出現拐點?何時能夠結束🫷🏻?第一線的醫務人員正在英勇無畏地奮戰👨🏻🌾,媒體及網上也有種種的預測,但不少是根據現有疫情的實際數據加以推斷的🙎♂️,對疫情的走向似乎尚缺乏一個明確而長效的定量預測。其實🛡,數學建模在這方面很有用武之地👮🏽♂️,數學也可以投入防控疫情的戰鬥⏏️,而且發揮其獨特的作用🌡。
第一課開講
3月2日🎡,《數學模型》第一課由數學科學學院長江學者特聘教授⛄️、原上海市工業與應用數學學會理事長吳宗敏主講。他從第一個數學模型講起💎,結合當前新冠肺炎疫情傳播問題🙅♂️,講授了他對數學建模的理解和認識。
為了這次在線課📵,吳宗敏提前3天就製作好了上課視頻。課程期間🕺,他在微信群和同學們就原始數據處理🤽🏻♀️、疫情傳播建模方法🪙、建模考慮因素等問題展開了熱烈的討論。不少同學表示對後續學習內容充滿期待。