时间:2022-09-24 02:19:09
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇建模技术论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词:数学建模;教学改革;实践; 科学素质; 创新能力
数学思想已成为现代科技发展的原动力,微观的机理性研究离不开数学,宏观的决策也离不开数学,人们已逐渐习惯了用数学的思维去思考问题、用数学的语言去表述客观的现象、用数学的方法去分析和了解事物发展的客观规律。而架起各门科学与数学的桥梁,正是数学建模!大学生是未来的工程技术人员、科技工作者、工矿企业和政府机关管理人员,理应具备扎实的数学基础和良好的数学素质,数学建模教育也就成为培养大学生综合科学素质和创新能力的必经和有效途径。
一、数学建模对学生能力的培养
数模竞赛是培养学生综合科学素质和创新能力的一个极好载体,而且能充分考验学生的洞察能力、创造能力、数学语言翻译能力、文字表达能力、综合应用分析能力、联想能力、使用当代科技最新成果的能力等。学生们同舟共济的团队精神和协调组织能力,以及诚信意识和自律精神的塑造,都能得到很好地培养。通过数学建模的教学和训练,应对大学生从以下七个方面进行培养和引导[1,2]。
1.将实际问题抽象和简化成数学问题。引导学生在遇到实际问题时反复理解问题的本质,我们已有哪些条件?需要哪些相关的知识?与数学的哪些概念可能有关联?通过阅读题目,仔细推敲每一句话、每一个概念,客观正确地理解问题,根据研究对象的具体情况,抓住问题的核心和关键,进行必要的合理假设,然后根据自己已掌握或通过查阅而及时了解的相关知识,建立起相应的数学模型。同时,培养学生对其运用数学手段处理的研究结果做出通俗合理的解释,使读者较为容易地理解自己的思想。
2. 数学方法和思想的综合应用能力。随着数学向经济、人口、生态、地质等领域的渗透,一些交叉学科如计量经济学、人口控制论、数学生态学、数学地质学等应运而生,当用数学方法研究这些领域中的定量关系时,数学建模就成为首要的、关键的步骤和这些学科发展的基础。在国民经济和社会活动的诸多方面,数学建模都有着非常具体的应用,如通过药物浓度在人体内的变化以分析药物的疗效;数值模拟设计新飞机的机翼;预报与决策方法对产品质量指标的预报、气象预报、经济增长预报、经济收益最大的价格决策、费用最小的维修决策;控制与优化方法用于生产过程的最优控制、零件设计的参数优化;规划与管理模型用于生产计划、运输网络规划、排队策略、物资管理等[3]。这些都依赖于平时的积累,一方面要求学生有博览群书的习惯,更重要的是任课教师的知识扩展。例如,讲授微积分学课程的教师,不能仅仅介绍数学符号的运算,在讲到微分、级数等内容时应让学生知道它可用来做近似计算等。
3. 观察力,洞察力,想象力和创造性。学生面对的建模问题是一个没有现成答案和模式的问题,只能依靠充分发挥自己的创造性去解决。这就需要学生具有丰富的想象能力,从大量的文献资料中摄取有用的思想和方法,从貌似不同的问题中窥视出其本质的东西,加工处理,创造出新的形象;同时要具有把握问题内在本质的能力,即洞察力。例如,当你遇见诸如速度、变化率、衰减、增长、边际、弹性等字眼的时候,你是否想到了导数和微分?进而可建立一个微分方程模型来分析运动的机理?当你遇见诸如使什么最大(极大或尽可能大)、最小(极小或尽可能小)、最佳、最省等字眼的时候,你是否会想到要建立一个目标函数呢?进而去建立一个优化决策的数学模型?
4. 熟练使用计算技术手段。即运用计算机编程解决模型的数值解。学生在学习计算机课程时,教材所提供的问题只是为了熟悉掌握一些编程的命令和语句,计算机编程能力相对较差。数学建模教学的开展,给学生提供了综合运用各种命令和语言编写程序的机会,学生针对教师所精选出的不同模型编写出许多较大的程序,并通过运用程序求出模型问题的数值解,使学生编程能力和解模能力大大提高,为以后从事科研工作奠定必要的基础。
5.学生的自学能力和善于使用文献资料的能力。学生仅靠课堂上学习的知识远远不能满足建模工作的需要,一方面,通过集中的培训和讲授,可补充一些知识;另一方面,通过让学生实际做一些建模题目,给学生布置一些没有学过的数学内容和没有接触过的建模问题,有意识地培养其自学能力和善于使用文献资料的能力。并让学生尝试完成在网站上搜索他们感兴趣或认为比较重要的建模题目,以此提高其自我评价意识、自觉性、积极性和主动性。
6. 交流和表达能力,团结合作精神。竞赛是集体项目,现代的科技开发也越来越需要多人多方面的合作。应在平时就开始注重培养学生密切合作、集思广益、取长补短的团队精神,使其善于倾听别人的意见,并能从不同观点的讨论中综合出最优的方案。这种相互协作的集体主义精神,是学生在未来的工作和生活中非常需要的。
7. 科技论文写作能力。学生在参加数学建模学习之前,科技论文写作的能力普遍较弱,有的甚至是一片空白,对如何写摘要、提取关键词、使用数学公式编辑器等,都需要教师指导。不少学生初次写出的建模论文根本无法阅读。教师应手把手地教,一字一句地改,让学生知道为什么要这样写?这样写的目的和意义是什么?这样才能使学生的写作水平得到提高和稳定地发挥。
二、数学建模课程教学改革的实践探索
有了正确的认识和理念,才会有明确的行动方案和实效。我校的数学建模工作起步于1994年,通过数学建模工作者的不断探索,开辟了现在的良好局面。
1.好的政策和稳定的教师队伍是数学建模教改成功的保障。在我校的数学学科中有一批稳定而热情的数学建模教师队伍。他们团结、协作,从过去的三人发展到现在的十多人,并有主教练负责。学校出台了对学生和指导教师具有相当吸引力的鼓励和奖励政策,建立了校级数学建模实验室,指导学生成立了全校的数学建模协会,为数学建模工作在本校的深入开展提供了有力的保障。
2.教学内容的选取是提高学生参与度的核心环节。教学内容是培养目标和教学目的的直接反映,在提高教学质量和培养学生创新实践能力中具有决定性作用,教学内容的先进性和科学性,是直接关系到学生参与度的核心环节。
起步时期的建模教学内容,是以数学相关知识介绍为主。大致介绍数学建模的思想和一些简单的建模案例,让学生初步了解数学建模的意义、基本方法和步骤,了解数学建模的特点、分类和作用。内容较为平淡,其收效不大,当学生遇到真正的数学建模问题时,就难以下手解决,学与用存在脱节的现象,特别是学生参加全国大学生数学建模竞赛成绩不理想。
在数学建模教练小组的努力下,成功申报了一个省级教改项目“加强数学建模课程建设,提高大学生综合素质”,深入开展教学改革研究。首先,组织编写了数学建模竞赛培训资料,并作为该课程使用教材,这也有利于让该课程与大学生数学建模竞赛接轨;其次,教材依据数学建模中常用的一些方法,如数据分析方法、线性规划和非线性规划、概率统计、微分方程、方差分析、聚类和分类、图论、综合评价、预测方法、满意度评价以及科技论文的写作等,并有机地结合相关的一些典型建模案例的分析和求解。这样,使教材变得生动,大大提升了学生的学习兴趣。
3.好的教学方法和手段是提高教学质量的保证。培养学生的综合实践能力,是开展数学建模教育的根本目的。科学有效的教学方法,可以提高学生的效率和创新实践能力。因此,在教学活动中,注重理论教学的同时更应加强实践环节。
数学建模的整个过程是学生能力的综合体现。在教学过程中,按照数学建模竞赛的模式进行专题教学和训练,我们的具体作法是:(1)按照全国大学生参赛办法,将三个学生组成一个队,以队为单位和教师一起参与经常性的讨论,讨论地点放在数学建模实验室。(2)免费开放数学建模实验室,方便学生查阅资料和建模训练。(3)通过多媒体教学课件,介绍数学建模方法,让学生随时都可以反复学习和查阅。(4)精选训练题目,按竞赛要求,让学生在一定时间内完成并提交论文。(5)对完成较好的论文,让学生自己讲解所完成题目的思想、方法,提出解题中的优点和不足,达到互相学习的目的。(6)指导教师和学生一起讨论所写论文中存在的问题并进行修改。通过这种训练式的教学方式,学生无论是在分析问题处理问题方面,还是在论文写作方面,都有了很大提高。
4.数学建模课程的考评应不同于传统的考核模式。由于数学建模注重的是综合能力的培养,因此,在该课程考评方面,应不同于传统的考核模式,我们的具体作法是:(1)由老师提供若干论文题目。
这些题目尽可能没有现存的论文。(2)学生事先组好队,依据所学专业的性质,每队完成2~3篇论文。(3)为尽可能避免相互抄袭,每个题目最多不超过5个队做,如果出现雷同,则返工重做。(4)根据教师制定的评分标准,按质量高低给分,并对每篇论文写出评语,指出论文中的优缺点。(5)期末不再进行考试,该门课程的期末成绩由几次论文质量决定,每次论文在期末成绩中所占权重基本相同。
通过对数学建模教学改革的努力探索,我校在全国大学生数学建模竞赛中成绩发生了根本性变化。2006年以来共获得了国家一、二等奖13队,省级奖45项,平均获奖率达86%。
参考文献:
[1] 李凝. 数学建模竞赛缘何受大学生青睐[N]. 科学日报. 2007-01-18.
高职院校在高等数学教学中存在的问题
由于受高职课程的影响,各校的做法都是加大专业课课时,减少基础课课时。由于授课时限制,教学内容较多,加上学生数学基础的薄弱,在高等数学的教学过程中,往往为了赶进度,只好牺牲许多方面的应用和计算,致使学生缺乏数学建模《脱离实际问题》的初步训练,导致学生对数学的学习提不起兴趣,进而丧失对数学学习的积极性和主动性。
目前,与本科模式一样,教学思维片面强调数学的严格思维训练和逻辑思维培养,重理论课,轻实践课:重知识型课,轻智能型课;重基础重理论,缺乏从具体现象到数学的一般抽象和将一般结论应用到具体情况的思维训练,容易使学生形成呆板的思维习惯。与现代化生产实践和科学技术的飞速发展相比,教师的教学手段多数仍停留在一支粉笔、一块黑板阶段,学生做题答案标准惟一,没有任何供学生发挥其聪明才智和创造精神的余地。对计算机在数学与工程中的广泛应用缺乏了解。
提高高职数学建模能力的原则
数学建模目的在于激发学生学习数学的积极性,提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力,鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,开拓知识面,培养创造精神及合作意识。提高高职生数学建模能力应遵循高职生的特点,处理好数学基本理论知识与社会实际问题的对应关系。实行提高学生参加数学建模的兴趣、发挥他们的自主性、强化他们运用计算机技术能力和锤炼建模的综合能力。应把握以下四个原则:
(一)提高参加数学建模的兴趣。数学建模不是全院学生都能参加,而是通过挑选合适的队伍,挑选过程需要做很多动员。具体可以由科任老师、系辅导员与班主任负责,动员推荐有责任有一定基础的学生,同时又进行宣传,力争选到合适的学生。被选学生有光荣感,但同时要提醒学生不要忘记使命感。
(二)发挥自主性。参加数学建模竞赛内容较多,有数学、计算机、语文等方面的知识。建模竞赛不可能象正常上课那样,自始至终都是老师讲解,需让学生做学习的主人,老师适当讲解部分内容,学生自学。最基本的做法是课程整合,综合各科、交叉各科,立足于能力的培养。同时要求学生借助于网络学习搜索,理解老师所要求掌握的内容,形成在后期建模竞赛遇到不熟悉问题的时候在网上寻找,搜集资料的习惯。同组学生之间、不同组学生之间互相学习,互相讨论。学习问题、解决问题是一个充满想象、不断创新的过程,同时也是一个科学严谨而有计划的实践过程,有助于培养学生的创新精神和实践能力。要鼓励学生充分自主地进行探索,尝试进行发现式学习,并进行自我评价。
(三)强化运用计算机技术能力。计算机技术是数学建模重要组成部分,其中要求学生必须掌握软件LinDo,LinGo,MatLab的应用,同时还要求具有适当的编程能力。学生平时至少能根据自己所建的模型编程求解。将计算机技术作为工具融入到数学建模教学之中,强调软件应用服务于具体任务。学生要把计算机技术作为数学学习中获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具,并且对这种工具的使用要熟练自如。
(四)锤炼建模的综合能力。老师适当讲解,给予学生方法性的指导,利用问题启发、引导学生主动查阅文献资料,鼓励学生积极开展讨论和辩论,阐明对问题的理解,提出解决方案,肯定其合理性与可取点。对于明显不正确的思路与方案,鼓励学生思考是否能补救与改进。在讨论时,可以将学生和教师的模型一并提出,进行分析对比,互相取长补短。讲授,探究、讨论相结合的教学方法既发挥了教师的引导、组织作用,又突出了学生的主体地位和自主学习,既有助于学生系统地掌握数学建模的基本理论与方法,又有助于学生有效地运用数学建模方法解决实际问题,并能激发学生的参与意识与学习热情,锤炼学生建模的能力。
提高数学建模能力的实践
对于学生数学建模的要求,就是尽快把数学应用于实际中,把实际问题译成由数字、字母和数学符号组成的描述对象数量规律的公式、图表或程序的数学语言,并将求解得到的数量结果应用于实际对象的问题中去,写成文章交上竞赛委员会,力争取得满意的成绩。
(一)数学模型建立教学的实践:数学建模并没有固定的模式,通常与实际问题的性质,建模的目的等因素有关。高职院校的数学建模就是为参加全国竞赛。笔者是这样准备的:大量补充没有学过的建模需要的数学知识,让学生有一个扎实的基础。由于时间短,必须发挥学生的主动性,达到对实际问题有一个清晰理解,了解问题的实际背景。已知什么,未知什么,要解决什么问题,明确建模的目的。初步确定用哪一类模型,是确定性模型还是随机性模型,是连续性模型还是离散性模型。面临实际问题能查阅文献,搜集资料,尽早弄清对象的特征,用所学的数学知识将实际问题进行转化。思考该类模型相似的模型有哪些,模型是如何构建的。由于数学模型大多是用符号语言描述,所以涉及到如何把实际问题转化为数学问题的翻译能力。而这恰恰是传统的课堂教学中所忽略的。
在实践中要做到提高学生的观察能力和想象力。构造数学模型是一种创造性的工作,需要想象力、类比、猜测、直觉和灵感(顿悟),更需要一种组合与选择。从数学的概念、判断、推理到实际上的问题的描述之间产生一种对应的联想,产生无穷无尽的组合。而在这无穷无尽的组合之中,如何选择出有用的组合,扬弃无用的组合。这是一种煎熬,在建模经常遇到。笔者常常让学生不断默念实际问题十遍二十遍甚至更多遍,不断碰撞数学知识,在这个过程中产生转化、互译。往往有意想不到的效果。这也许是人们常说的直觉和灵感(顿悟)。还有就是增加或减少参数(变量),改变变量的性质,降低建模的难度。改变变量之间的函数关系,改变约束关系,改变模型形式等等。总之,经常这样训练,能让学生经过分析,抓住问题的主要矛盾,舍弃次要因素,简化问题的层次,对可以用哪些方法解决面临的问题,用哪些方法的优劣可做出判断。利用实际问题的内在规律和适当的数学工具,建立各个量(常量和变量)之间的等式(或不等式)数学关系。在此过程,我们结合数学知识、数学建模的方法、历年建模赛事情况、近期网上或其它媒介讨论的现实问题训练了大量实际问题的模型:几何问题(如导弹追中问题等)、化学问题(如化学元素的衰变,溶液混合问题等)、扩散问题(如大气污染等)、人口问题、社会经济问题(如商品广告的费用问题、市场价格等)、气象问题,交通问题、运输问题、生产问题、服务问题,合作效益问题等等。由于是高职的
学生,要求可能没那么高。对近期最流行的主成分分析、灰度、B P等热门内容可以不做讲解。
(二)数学模型求解教学的实践:模型求解就是选择适当的方法求得数学模型的解答的过程。要求既会用手工计算又会用软件包运算,象微积分、线性代数、概率与统计、微分方程、运筹学、模糊数学等数学课程中的简单计算,要求学生力所能及人工计算。甚至象层次分析法中的矩阵的计算,合作利益,对策论、单纯形法、网络流、运输图表、顾客排队服务、回归分析等简单低维数学模型的计算也一样。要求学生能用软件求解多维数据模型。如用MatLab、LinDo、LinGo等软件,根据模型进行编程。解模训练,设计层次不同的题目锻炼学生应用数学软件包的能力。根据得到的结果检验是否符合实际问题的情况(合理性、科学性)。做适当调整变量间存在函数关系。再次考虑解对参数或原始数据的敏感程度,预测是否已达到精度的要求或预期的目的,最优决策或控制方面的实际情况。若更精确地预测与要求更高的精度,是否需要更进一步的改进等。做到更深刻地训练学生的建模能力。
关键词:高职院校 数学建模活动 策略
中图分类号:O2421文献标识码:A文章编号:1009-5349(2016)23-0173-01
一、现阶段高职院校数学教育教学现状
目前,高职院校数学专业课程基本上以数学理论为主,缺乏实践应用,专业联系不紧密,学生学习兴趣不浓厚,不利于学生探索数学实践应用思维的发展。现阶段,很多高职院校为了增加专业课课时将公共课尤其是数学课课时一味地缩减;在实际数学教学中,老师更多的是灌输理论知识,顶多就是通过实例导入概念,在数学内容系统与完整性得到维持的基础上增加一定数量的应用题,在课程考核中,也只是用简单数学建模渗透,学生并没有掌握如何在实际生活中将建模与专业结合起来。因此,在高职院校数学教育活动中,帮助学生将数学理论应用到实践与生活中,已成为素质教育发展必须重视的问题。
二、高职院校实施数学建模活动意义
(一)有利于培养学生的创新与实践能力
为了满足企业对人才的需求,高职院校加强培养学生专业实践应用能力,而数学建模则是有效发挥并实现应用数学的重要途径。建模求解与信息技术密不可分,在求解过程中,学生学会了操作计算机及数学软件,还锻炼了思维与动手能力。数学建模问题源于生活,结合实际求解,并将结果应用与实际,学生参与建模活动可以做到理论联系时间、丰富了知识、学以致用、增强了应用意识,同时还提升了自身实践能力。
(二)有利于促进高职院校数学改革
随着高职院校数学建模的逐步课程化,传统的数学教学模式逐渐被打破,以学生为主体,通过问题,培养学生能力的数学教学模式应运而生,注入转为引导,被动为主动,灌输转为交流互动,不断增强了学生的学习积极性,还可以提高学生的创造性思维能力,高职数学专业的素质教育与服务功能得到充分发挥。
(三)有利于提高学生的综合素养
高职院校人才培养目标是应用于社会并为社会服务,这就要求高职院校必须培养高数学素养能力的人才。数学建模活动必须有一定的综合性,建模活动源于生活,因此要鼓励学生善于发现事物间的本质联系,全方面、多角度地思考问题,具有创造性思维、知识整合及计算机操作等能力。因此,学生在参与数学建模活动的同时,还提高了自身数学素养,培养了综合应用知识的能力。
三、高职院校开展数学建模策略
(一)培养学生的数学建模素养
高职院校在实际数学教育活动中,通过数学建模,培养学生的建模素养;通过竞赛与培训等活动,学生应用数学建模的能力得到提升;在课外通过实践,增强了数学学习兴趣与创新实践能力。以某职业技术学院为例,通过以下途径实现本校顺利开展数学建模活动:在全校范围内,设置与数学建模及实验相关的选修课,普及推广数学建模;邀请校内外专业数学建模老师举办知识讲座,加强数学建模活动经验交流与分享,以此提高本校数学建模队伍老师综合素质;规范化管理本校数学建模协会,充分发挥其职能作用;在每次开学之际,举办全校范围内的数学建模竞赛,为学生创造良好的数学学习环境;以全国大学生数学建模竞赛为契机,进行针对性培训,着重提高学生动手、动脑及团结协作等综合能力。
(二)加强模拟练习与案例分析能力
在实际建模培训中,根据竞赛标准,筛选往年具有代表性的练习题进行模拟训练,规定学生上交论文时间。这样做主要是为了通过论文点评与实例分析,及时发现学生数学或专业中存在的问题,并采取有效应对措施,以此提高数学建模水平。此外,椭学生熟知整个竞赛环节,加强团队协作意识,提高处理论文细节问题的能力,针对薄弱环节加强训练。
(三)组织专业数学建模知识讲座
高职院校在开展数学建模活动时,可以通过邀请校内外数学建模专业老师组织“数学实验与建模竞赛”等为主的专业知识讲座,为学生讲授数学建模的作用、基本理论知识、案例分析以及全国大学生数学建模活动竞赛的相关问题,介绍如何使用数学实验及其软件包,在学生初步了解数学建模活动的基础上,产生浓厚的学习兴趣。
四、结语
综上所述,在高职院校教育改革过程中,数学建模具有非常重要的作用,日常教学与数学建模相结合,成为高职院校人才培养的推动力,为学生创造了能力发展的平台。不同院校根据学校实际情况,构建适应学生发展的数学教学体制,并积极探索可行性的数学建模途径,在高职院校人才培养活动中充分发挥数学建模的作用。
参考文献:
[1]张婷.基于数学建模活动培养高职院校学生创新与实践能力的研究[J].现代职业教育,2016(12):24-25.
[2]卢静,董国玉.高职院校开展数学建模活动可持续性的探索[J].同行,2016(6):78-79.
[3]高英.高职院校开展数学建模教学中应注意的几个问题[J].教学学习与研究,2014(3).
【关键词】数学建模竞赛;培训与选拔;军队院校;研究与实践
【中图分类号】G642【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2017)06-0016-02
一、军校大学生数学建模竞赛选拔与培训面临的主要问题
1.学员报名参赛还存在很大的盲目性
数学建模竞赛的目的在于激励学员学习数学的积极性,提高学员建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力。军校和地方高校一样,鼓励学员踊跃参加课外科技活动,以开拓知识面,培养创新精神。随着毕业生分配制度的改革与学员综合评分挂钩,竞赛类得分在一定程度上影响着学员的最终排名,部分学员并不是出于兴趣爱好而是为了提高综合成绩报名参赛,违背了组织数模競赛的初衷。
2.学员掌握的数学建模知识还不够系统和全面
目前我校学员除了一、二年级开设的《高等数学》和《工程数学》数学类基础课程以外,数学建模知识的学习主要依赖公共选修课程《数学模型》,数学建模强调的是应用数学知识解决实际问题的能力,这几门课程所掌握的数学知识用来参加数学建模竞赛远远不够。为了实现将数学建模相关知识向实际应用能力的转化,我们前两年曾申请了公选课《全国大学生数学建模创新与实践》和《国际大学生数学建模竞赛创新与实践》,但是经常会由于学员报名人数不足20人,导致课程无法开设。[1]出现了学员报名参赛非常踊跃,但是自愿参加赛前培训的学员确寥寥无几的巨大的矛盾。
3.数学建模竞赛赛前培训和指导的针对性不强
目前我校数学建模竞赛的参赛者大多数是二、三年级的学生,主要依赖公共选修课进行赛前的培训,虽然学员已经学习完大学数学基础课程《高等数学》和《工程数学》,但由于学习过程中仍然沿袭了中学的应试型学习模式,灵活应用所学知识解决问题的实践机会很少,很多刚接触数学建模的学员都会遇到看着题目不知如何下手,在做的过程中发现不了适用的算法,不会使用相关软件等问题。因此,在培训过程中,一方面对参赛学员进行大量基本算法的知识补充和数学软件应用能力提升的训练;另一方面,针对往年赛题和具体案例进行有针对性的强化训练,并进行一些模拟训练和赛前选拔。希望通过数学建模培训,将介绍若干数学方法(如数值计算、优化和统计等)及相应的软件有机结合起来,能方便地完成模型的求解,从而借助于计算机和数学软件补充模型求解的空白。[2]目前,受到学时的限制和学员实际有效利用的时间不足等客观条件的限制,数学建模竞赛的培训和选拔还不够系统化和制度化。
4.赛后总结与赛题研究还不够深入
对于参赛学员、指导教师和竞赛组织者来说,数学建模竞赛的结束并不意味着数学建模竞赛工作的终结。数学建模竞赛真正的收获并不完全在于获不获奖,而在于通过竞赛期间的培训、竞赛是否考验、锻炼了自己的能力,善于总结才能往更高境界前进。历年数学建模的竞赛赛题都是专家在相关领域长期研究的科研成果或时下热点课题,是我们进行科学研究的很好素材,如果能够以这些问题的研究为着眼点,进行深入研究,将会为我们下一步的科学研究打开突破口。
二、我校大学生数学建模竞赛选拔与培训的主要做法
1.在数学类课程教学中突显数学建模理念的教学
任何一个数学问题的解决,都是按照一定的思维对策进行思维的过程。在这一过程中,既运用到抽象、归纳、类比、演绎等逻辑思维形式,又运用到直觉、灵感、联想、猜想等非逻辑思维形式来探索问题的解决方法。高等数学、工程数学等数学类基础课所涉及问题的解决方法有许多都是经典方法,要求学员必须针对具体问题具体分析,找出研究对象的存在方式或运动规律,建立相应的数学模型,从而找到解决具体问题的方法。也就是说,解决具体问题的数学过程,是数学建模的过程,同时也是创新性思维的过程。[3]例如,微分方程的教学过程中必须让学员理解学习解微分方程就是为了解决实际问题。虽然运用微分方程建立数学模型没有通用的规则方法,但是微分方程概念的建立由实际引入,微分方程的求解可解决很多的实际问题,在教学中本着由浅入深的原则,多举实例,比如常见的传染病模型、人口数量模型等。由此可以推广到依照物理、生物、化学、经济学、工程学等众多学科领域中的理论或经验得出的规律和定理建立起的微分方程,让学员了解到在科学的发展过程中,数学起到了多么重要的作用,培养和激发学员的数学建模意识和创新能力。
2.组织训练有素的队员参赛
以西北地区、全军数学建竞赛为契机,给学员一个考验自己临场应变能力(独立查找文献、编制程序、论文写作等等)、组织能力(如何分工合作,适当时候如何互相妥协、互相支持鼓励)的机会。在这个过程中,培养参赛队员的创新精神尤为重要,鼓励队员积极动手,不拘束于传统模式,敢想敢做。结合西北地区和全军数学建模竞赛的结果,以及学员在前两个培训阶段的表现,确定全国数学建模竞赛的参赛队伍。国际建模竞赛因为要考虑学员的英文写作能力,通过校内模拟竞赛并结合前三个培训阶段的表现来确定人选。这样做不仅全面地培养了学员的数学建模能力和素质,还将这几类竞赛有机地联系成一个整体,尽可能将有创新能力、综合素质全面和真正喜欢数学建模的参赛队吸纳进来。
3.建立合理的淘汰机制
数学建模竞赛队员选拔是让所有数学建模教练感到非常棘手的问题。很多学校是通过校内竞赛的方式来选拔,由于学员参赛经验不足和教师批改的随机性,不能保证将所有有能力和有潜力的学生都选中,也不可能做到绝对公平。为了尽量把数学建模能力强、创新能力和综合素质较高的学员吸纳进来,我们建立了“初选-竞赛淘汰-培训再淘汰”的多重淘汰机制,不但给教师多一些了解学员的机会,教练在与学员的教学过程中,对每位学员的实际情况,可以做到心中有数,便于有针对性地开展培训和参赛,为数学建模竞赛活动的良性循环打下良好的基础。
4.充分发挥数学建模俱乐部的作用
为了更好地开展数学建模竞赛,扩大数学建模活动在学员中的影响力,进一步培养学员数学建模和定量化思维的意识。从前年开始,我室的教员建立了数学建模俱乐部,学校也加大了对俱乐部的组织、引导力度。通过定期举行一些数学建模模拟竞赛,邀请西北工业大学、西安交通大学、国防科技大学等知名高校的专家教授和学生组织学术讲座和建模竞赛方面的交流活动,“请进来,走出去”让学员对数学建模有更深入的了解与认识,增加他们对数学建模的兴趣,开阔视野和思路,使数学建模俱乐部成为数学建模竞赛选拔队员的一个重要基地。
5.注重赛后总结与研究
在参加完比赛之后,参赛队员、教练员都各自忙自己的事去了,学员们也期盼着成绩的公布,获奖则高兴,否则就不高兴,这实际上是一种很消极的态度。善于总结才能往更(下转126页)(上接16页)高境界前进,通过赛后教师、学员在一起切磋、讨论可以对数学教学改革方面提出意见建议,使数学建模活动的研究更加完善,更加系统,为下一步的科学研究打下良好的基础。一方面,我室教员根据大学数学课程特点开展实践教学研究,以数学建模活动为牵引,推进资源素材建设,修订了《数学模型》教材,细致剖析历年数学学科竞赛赛题,编写了一系列辅导教材;另一方面,结合竞赛所涉及的问题和方向开展学术研究,为青年教员开阔了思路和拓宽了视野,调动了参与科学研究的积极性,近两年来申请和参与军队教学成果二等奖1项,学校教学成果二等奖1项,学校教育教学理论研究项目4项,学校青年基金项目2项,学校军管文项目3项,发表多篇教学研究和学术论文,其中sci检索2篇,国际期刊和中文核心期刊十余篇。
三、结语
目前,我校组织本科生的数学建模竞赛活动已经涉及西北地区、全军、全国和国际四个层次,所有层次的比赛都已取得过最高奖项,2016年首次捧得了“军事运筹杯”,这是军事建模竞赛的最高榮誉。指导教员以竞赛赛题为着眼点,先后发表竞赛指导论文和相关科学研究论文十余篇,编写数学建模系列指导教材《全国大学生数学建模竞赛优秀论文解析与点评》、《国际大学生数学建模竞赛创新与实践》、《军队院校军事建模竞赛赛题解析与点评》、《数学模型讲义》,其中《全国大学生数学建模竞赛优秀论文解析与点评》已经公开出版,得到了广大高校相关教师和学生的一致好评。教研室的指导教员作为西北地区、全军和全国数模竞赛专家组成员,为全军和全国数模竞赛命制赛题,为提高学校知名度、推动数学教学改革和提高学员的综合素质和创新能力作出了巨大贡献。
参考文献
[1]陈春梅,敬斌,郝琳.数学建模思想在高等数学课程教学中的应用.军事院校工科数学教学研究,2015(1):180-182.
[2]陈春梅,杨萍,郝琳,张辉.大学数学实践教学体系优化设计研究.教育研究,2016(12):29-30.
一、加强课堂教学,渗透建模思想
1.数学教师要有紧迫感,自觉完善自身的知识结构,提高自身数学建模能力
越来越多的数学教师已认识到数学建模教学的重要性,只有积极参与到数学建模的教学活动中,注意收集数学建模资料,钻研有关数学建模的课题,提高把握建模教学的能力,才能在课堂教学中提高应用性问题教学的质量.
2.创设生动的问题情境,激发学生情感
在应用题课堂教学中,教师要发挥多媒体技术手段的优势,根据具体教学内容,学生的认识水平、设计和应用多媒体课件创设生动的问题情境,为学生提供主动发现、主动发展的机会,激励学生积极参与建模活动.
3.重视知识产生和发展过程教学
由于知识产生和发展过程本身就蕴含着丰富的教学建模思想,因此老师既要重视实际问题背景的分析、参数的简化、假设的约定,还要重视分析数学模型建立的原理、过程,数学知识、方法的转化、应用.
4.采用启发性式和讨论式教学法,发挥学生的主体作用
在高中应用性问题的课堂教学中,教师应当采用启发式和讨论式教学法,通过多种途径、多种方式参透数学建模方法,努力拓展学生自主发展的空间,让学生独立思考,让学生动脑、动手、动口,使学生真正成为课堂教学的主体.
二、优化中数建模过程,全面实施素质教育
1.中数建模教学要突出学生的主体地位
学生主体地位是指学生应是教学活动的中心,教师、教材、一切的教学手段,都应为学生的学习服务;学生应积极参与到教学活动中去,充当教学活动的主角.学生的主体地位主要有以下四个方面的表现:学习的积极性、学习的主动性、学习的独立性和学习的创造性.
在中数建模教学中教师要充分运用渗透与激励的教育手段.渗透,就是教师结合教学内容与教学实际,从素质教育的角度出发,把人格教育、非智力因素、学习方法、思维方法和各种能力的培养等素质教育的内容有机地溶于教学过程当中.激励,就是教师运用适当的语言、举动、方式(设计)、内容(问题)激发学生的兴趣,积极性和主动性,鼓舞学生的思维、行动和意志.
2.中数建模教学要分别要求,分层次推进
中数建模方法是解决应用问题的重要方法,但因为长期受传统应试教育的影响,造成学生动手操作能力差,应用意识薄弱.在中数建模教学中,根据素质教育面向全体学生,促进学生全面发展的目标,教师要重视学生的个性差异,对学生分别要求,个别指导,分层次教学,对每个学生确定不同的数学建模教学要求和素质发展目标.对优生要多指导,提高较高的数学建模目标,鼓励他们大胆使用计算机等现代教育技术手段,多给予独立建模的机会,能独立完成高质量的建模论文;对中等程度的学生要多引导,多给予启发和有效的帮助,使中等程度的学生提高建模的水平,争取独立完成数学建模小论文;对差生要多辅导,重点渗透数学建模的思想,只需完成难度较低的建模习题,不要求独立完成数学建模小论文.当学生遇到困难时,教师应多用鼓励的方式激励学生,通过师生融洽的情感交流,帮助学生增强信心,提高自信,进而克服困难,取得建模成功.只要教师本着热爱学生关注学生成长的出发点,就能充分挖掘学生的潜能,调动学生的积极性和主动性,让学生在建模教学中体会到学习的收获与进步.
3.中数建模教学要全方位渗透数学思想方法
数学思想方法是数学知识的精髓,是知识、技能转化为能力的桥梁,是数学结构中强有力的支柱.由于中数建模教学面对的是千变万化的灵活的实际问题,建模过程应该是渗透数学思想方法的过程,首先是数学建模化归思想方法,还可根据不同的实际问题渗透函数的思想、方程的思想、数形结合的思想、逻辑划分的思想、等价转化思想、类比归纳和类比联想思想及探索思想,还可向学生介绍消元法、换元法、待定系数法、配方法、反证法、解析法、归纳法等数学方法.只要我们在中数建模教学中注重全方位渗透数学思想方法,就可以让学生从本质上理解数学建模的思想,就可以把数学建模知识内化为学生的心智素质.
关键词:分选器,Pro/E,3DMAXD,动画制作
一、引言
三极管分选器是晶体管自动检测分选系统的重要组成部分,它解决了长期以来手工分选晶体管的难题,具有分类迅速、准确的优点。提高了晶体管分类的质量和效率,适用于大、中规模晶体管生产厂家晶体管的自动分选。
Pro/E和3Dmax是使用最广泛的两种设计软件,相比较Pro/E的精准建模,装配和分析检验的功能被广泛认可,但是其在渲染和动画表达方面稍有欠缺;而3Dmax的渲染和动画制作的功能很强大,但是建模方法、能力和准确设计定位的比较差,所以为了寻求一种好的解决方案,为了利用两者进行优势互补,即使用Pro/E进行精准的建模,然后导入3Dmax进行渲染及后续的工作动画制作。
下面来介绍一下三极管分选器工作的动画制作过程。
二、实例操作
1. 三维实体建模
首先使用AutoCAD软件进行二维工程图绘制,然后使用Pro/E进行三维实体建模生成零件,然后使用其装配功能进行装配如图1。论文参考网。
2. 由Pro/E导出过程
在进行导入的过程中,可以以单个零件的形式进行导出,也可以由装配体的形式导出。导出的形式有很多种,比如IGES(*.igs)、STEP(*.set)和Wavefront(*.obj)等等。相比之下,IGES(*.igs)和STEP(*.set)两种导出方式不同程度出现破面,从而造成了在3Dmax环境里显示的实体面组不完整,所以这里我们采用Wavefront(*.obj)的导出方式,这样可以良好的保证了导出的实体在3Dmax环境的真实性和完整性。
首先对装配好的实体进行保存:文件-保存副本,如图2
图1 分选器工作主体装配图图2 Pro/E环境下保存类型菜单
其次在保存类型中选择Wavefront(*.obj)的导出方式,然后确定,在绘图区右上角会弹出“输出Wavefront”的对话框如图3,然后在绘图区中单击一个平面,激活要输出的所有项目,弦可以设为默认值或为1.然后确定保存即可。论文参考网。
3.由3Dmax导入过程
进入3Dmax环境后点击菜单栏上的文件-导入-选择导入的文件- WavefrontObject(*.OBJ)-然后打开-完成,如图4。
图3 “输出Wavefront”的对话框图4 3DMAX环境下导入类型菜单
4.使用3Dmax进行动画制作
1)光源的设置;这里使用点光源即汇聚光,方法是单击光源图标如图5,选择“目标聚光灯”,在适当的位置添加点光源若干。
2)摄像机的设置;在本次动画设定方面,我们将动态摄像机与设置关键帧两项功能配合使用。首先是单击摄像机图标,如图6进入设置环境,然后选好摄像机的初始位置如图7。然后设定关键帧。对于关键帧的设置要注意两点:一、关键帧的总帧数不易设置过长,应与机构的起始运动的时间是基本相等的。论文参考网。二、为了使动画表达清晰准确,在细微的位置应使帧数做到最少化,且在复合运动过程中要求有关联或连接的位置应尽量把关键帧细化,所以这要求在制作的过程中要把一个或几个关键帧的时间段计算准确,以便顺利连接,使生成的动画具有连贯性。
图5 目标聚光灯图标图6 摄像机图标图7 摄像机加载初始位置
三、结论
1. 通过保存文件时使用Wavefront(*.obj)格式的存储方式,可以顺利的实现将PRO/E的图形导入3Dmax中,且破面几率达到最小。
2. 使用3Dmax的强大渲染效果可以使模型经过渲染后的真实感大大增强。
3. 使用Pro/E和3Dmax相结合可以使原本在Pro/E比较复杂的机构运动简单化,使动画制作变得容易,且运动过程表达清晰。
4. Pro/E的精准建模,装配功能与3Dmax的渲染和动画制作表达有机的结合到一起,使得整个机器的机构模拟的效果近乎完美,如图8图8 仿真动画影响输出
参考文献
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首先,从现代医药产业和医药学教育的发展来看。在医药产业发展新常态的背景下,医药类专业学生的要求之一是厚基础,即具有有宽厚的自然科学基础和广泛的人文社会科学知识。对医药类高职高专院校来说,要达到这个要求,课时数有限的数学课程应重视应用能力的培养,适当安排部分数学实验,加强实际问题的解决,并结合医药学案例进行教学,不仅加强培养学生的思维能力,而且提高学生的专业水平能力。其次,从历年数学建模竞赛选题的角度来看。纵观近15年以来的数学建模竞赛题,医药类问题出现频率颇高,比如:2014年D题储药柜的设计;2012年C题脑卒中发病环境因素分析及干预;2011年D题天然肠衣搭配问题;2009年B题眼科病床的合理安排;2006年B题艾滋病疗法的评价及疗效的预测;2004年C题饮酒驾车;2003年A题SARS的传播;2001年A题血管的三维重建;2000年A题DNA序列分类。这些数学建模赛题基本上都是当年社会所关注的医药类热点问题,这些表明医药学与数学建模紧密相关,数学可以用于研究和解决医药学领域相关问题,掌握一定的数学建模知识对医药类专业学生的创新实践能力的培养有着重要的意义。最后,从数学建模和学生创新实践能力的培养关系来看。数学建模能帮助学生提高创新能力、联想力和一些优秀的品质,建立数学模型的时候,每个参赛队员必须拓宽自己的思路,充分发挥自的优势,选择恰当的方法;数学建模培养了学生相互协调能力和团结合作精神,在竞赛的三天三夜中,三名竞赛队员必须团结一致、齐心协力,为解决问题而共同奋斗;数学建模以医药产业、经济管理、信息技术等领域的实际问题为背景,具有极强实用性,通过竞赛让学生体验到数学与实际生活以及其他学科的关联,并培养了学生用数学知识解决实际问题的能力,让学生体验到了数学的重要性,从而增强了学习兴趣;数学建模培养了学生查找资料和撰写论文的能力;数学建模使学生享受到探索的乐趣,培养了学生求真务实、科学协作的品质和百折不挠、坚毅不拔的毅力。通过数学建模竞赛,学生学会了合作、求知、交流和创新,从而提高了学生的创新能力和综合素质。由此可知,在数学建模竞赛活动的过程中充分体现了知识的创新、方法的创新和应用的创新,从而开展数学建模是学生创新实践能力培养的一个非常好的平台。
二、如何在医药类高职高专院校开展数学建模活动
1.注重数学思维能力的培养
在《高等数学》的教学中,形成“用推理、重逻辑、偏应用”的方式思考问题。医药类高职高专院校的数学教学不能为了迎合应用教育观而一味地摒弃数学的推理过程,应有度的把握,适度地将推理过程直观和浅显化。教学尽量与医药学案例相结合,结合数学建模思想介绍微积分在医药学的应用,从而调动学生的学习积极性。我校从事高等数学教学的教师,结合医药类高职高专院校的特点和近几年的建模经验,于2012年编著了一本《医药应用高等数学》教材,每一章的内容安排都有3部分构成,第一部分是数学家简介,第二部分是微积分基本知识,第三部分是微积分在医药学中的应用,即医药领域简单的数学模型。通过近几年的教学实践发现,结合医药数学模型进行教学,不仅对学生进行了数学思维的培养,而且很大一定程度上提高医药专业学生对数学的学习兴趣。
2.注重应用能力的培养
数学建模中涉及到的许多计算都可以通过一些数学软件进行运算(比如求函数导数、微分、积分、T检验、方差分析、正交设计等),这类问题我们都可以结合Mathematica、SPSS或者Excel软件进行教学。数学的教学应当有两个目的,一是培养学生数学思维,二是提供学生解决问题的方法。事实上,软件的应用使得解决问题的方法简单明了,且更加适合高职高专学生的特点。尽管如此,但医药类高职高专院校的数学教学适合在某些章节利用软件实现题目的求解,并不是全部。由于缺乏实验室,我校教师在进行《高等数学》的教学时,结合Mathematica的智能手机版本进行教学,首先指导每一个学生在自己的智能手机上下载安装好Mathematica的APP,在学生学习完每一个知识点并完全掌握之后,让学生尝试进行Mathematica计算,从而不仅训练了学生的数学思维,而且还帮助学生掌握了一种新的数学软件。在进行《医药统计》教学时,首先对每一种统计方法的原理和计算进行详细讲解,并要求同学会面对具体的问题时会选择出合适的统计方法进行统计分析,最后指导学生通过SPSS或者EXCEL怎么进行统计分析,这样不仅使得学生掌握了统计学原理和方法,而且还掌握了相应的统计软件,真正体现了以应用型为导向的高等职业教育。
3.合理安排培训内容
为了让学生更好地参加全国数学建模竞赛,更为了让学生通过数学建模竞赛增强解决实际问题的实践创新能力,以及真正地将数学建模的思想方法应用于专业课程学习、专业问题研究,从而使学生成长为创新型人才,在进行比赛之前,要组织一个月左右的集训,时间主要实在暑假。培训过程中主要采用学生与教师角色互换的方法,即前一天教师将任务布置给学生,让学生以小组为单位在课后进行讨论,第二天先以小组为单位给其他各小组及老师进行汇报讲解,然后教师和学生一起讨论,互相取长补短,这样在很大程度上开拓了学生的创新思维。考虑到医药类高职高专学生已经学过《高等数学》和《医药统计》,并且已经掌握了基本的微积分理论和各种简单的统计分析方法,数学建模培训应以数学知识和方法为纵向,内容上主要包括包括线性代数、线性规划、优化、微分方程、计算方法、综合评价等,以及常用的数学软件Matlab、Mathematic、SPSS、Lingo等,培训时以问题为横向由易到难,由浅入深安排课程内内容。
4.全身心投入竞赛
对于医药类专业的高职高专学生来说,数学建模竞赛是一次“真刀真枪”的实战训练,也为优秀大学生创造了有利的条件,同时也为以后的专升本打下了坚实的基础。整个竞赛过程给参加过的学生留下了非常深刻的回忆,参加过竞赛的学生表示,不管竞赛的成绩如何,一定要动员学生认真参加培训、自学、讨论、竞赛的全过程,让学生全身心投入竞赛。我校是从2010年开始组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,并取得了优异的成绩,比如:2014年参赛队1队,获国家二等奖1项;2013年获参赛队1队,获省一等奖1项;2011年参赛队3队,获省二等奖1项;2010年参赛队1队,获省一等奖1项。
三、数学建模在创新型人才培养中的作用
现代教育思想的核心是培养学生的创新能力,而能力是在知识的教学和技能的训练中,通过有意识的培养而得到发展的。数学建模的整个过程通常是很难直接套用已现有的方法和结论,要完成数学建模,经常会涉及一些杂乱无章的数据,要求学生能够有效地对数据进行修复和筛选,并进行归纳、整理、分析和研究,这就需要学生拥有良好的建模思想和创造性的思维能力,组建出相应的数学模型,而建模方法和思想都是学生的原创性冲动,所以,在整个建模的过程能够唤醒学生进行创造性工作的意识,有助于学生创造性思维过程的培养。另一方面,在数学建模中,大多数问题没有现成的答案,没有固定的求解方法和参考书,更加也没有已经成型的数学问题,都是目前还尚未解决的问题,这就要求学生一开始就要自己进行思考和研究,学生必须具备创新意识和创造性思维,充分结合自己已经掌握的理论知识去巧妙地解决实际问题,这整个过程有助于学生创造力的提高。另外,在全国大学生数学建模竞赛中创新性被提到了一个新的高度,在竞赛论文的评阅过程中对于认定有突出创新点的论文才有可能获奖。数学建模的整个过程都是围绕着创新这个核心主题进行的,开展数学建模活动,增强了学生的自学能力、资料的查阅能力、计算机编程能力、论文的撰写能力、团队协作能力,这一切都有助于培养高职学生的创新能力。
四、结语
[关键词]应用数学人才培养课程改革
[中图分类号]G642.3[文献标识码]A[文章编号]2095-3437(2014)03-0091-03
社会的发展与经济的进步,给传统的应用数学专业人才的培养模式带来了冲击。一方面,学校强调对教学基础设施硬件建设进行改善的同时,却忽略了教学质量的保证;另一方面,社会对应用型人才的需求不断提升,使得应试教育危机重重。如何应对这种挑战,成了摆在学校面前的一个重要问题。
一、应用数学专业的现状剖析
高校应用数学专业于20世纪初开始发展起来,应用数学专业所行使的职能主要以教学和科研为主。应用数学专业在以教学促进科研开展、以科研带动教学进步的行程中,已经取得了一定的成绩。和应用数学专业紧密相关的专业是信息与计算科学专业,它们之间存在相互辅助的关系。
在高校教育中,应用数学专业的任务主要是培养具有创新数学能力和解决实际问题能力的人才。我国高校应用数学专业教学的主要侧重点还普遍集中在学生对专业知识的掌握和运用上,离理想教学目标尚有一段距离。由于历史原因,我国数学与应用数学专业长期以来主要以培养师范类学生为主,因为在输出方面大多数学生都是到中小学校去担任教学工作。随着师范类学生需求的饱和,加之社会就业压力的增加,应用数学专业的压力随之提升。此外,随着社会的不断进步和发展,社会对学生的综合素质提出了更多的要求。应用数学专业的学生普遍有着比较充足的专业知识,但在综合人文方面的知识面不够宽,这也导致他们在就业的过程中存在劣势。因此,进行行之有效的课程改革成为应用数学专业焕发生机的出路。寻求适合教学目标和社会需求的应用数学专业下人才培养模式对于高校来说显得尤为必要和重要。
二、社会对应用型人才的需求
根据数学与统计学教学指导委员会在2005年所发表的数学学科专业发展战略研究报告精神,在今后五年及五年之后,我国所需的数学人才学历层次大多达到硕士及以上。此外,报告还指出,以数学和计算机为主要工具的、社会实际所需要的应用型人才的需求量加大,将占到社会总需求的一半。
随着当今社会信息技术的高速发展,信息化和信息技术的发展程度成为一个国家、一个企业综合竞争力的重要标志。高校应用型人才的培养,需要密切关注外部环境和学校自身情况,摸索出符合信息化时代和社会人才需求的人才培养目标。不断调整和改革课程体系,注重体验式教学、多元化教学方法向实际教学的渗入和扩张。融合理论教学与实践教学的精髓,调动起学生学习应用数学的主动性和自觉性,不断培养学生的实操能力和创新精神,最终培养出具有创新能力和综合素质的应用型人才。
三、应用数学专业下应用型人才的培养模式
结合高校教学实际和社会对人才的需求,构建适合实际需求的应用数学专业下人才培养模式势在必行。
(一)制订与时俱进的应用数学专业人才培养目标,积极开展应用型学生的培养工作
首先,高校要制订与时俱进的应用数学专业人才培养目标。传统的应用数学专业教学目标是培养具有良好的数学基础和数学思维能力,牢固掌握数学与应用数学的基本理论、方法和技能,具有应用数学知识、使用相关软件解决实际问题的能力,受到科学研究初步训练的专门人才。然而,过去的传统人才培养目标已经不能适应当今的社会发展需求了。高校要根据院校对应用型人才培养的具体定位,制订该专业人才培养的具体目标。在培养学生动手能力的同时,还要培养学生的实际操作能力和创新能力。在强调让学生掌握应用数学基础知识、基本理论和基本方法的同时,还要注重培养学生运用数学知识和计算机工具解决问题的能力。学校在制订培养目标时,要注意落到实处,例如在培养方案中详细将教学、实验、实习和毕业论文等各个实践环节安排周密、落实妥当。
(二)增强应用数学专业的实践环节,构建以能力培养为重心的教学体系
加强应用数学专业的实践环节教育,要以集中教育实习为主,以分散实习相结合,并注重对学生学习过程的管理,切实提高学生的实践与动手能力。
首先,高校要转变传统观念,要将培养学生实践能力和创新精神作为核心的教育理念。这是学校办学的需要,也是社会发展、时展的要求,更是实施素质教育、提高人才培养质量的必经途径。学校要从多视角、宽视角把握实践的内涵,充分认识到实践环节对于能力培养、人才培养的重要性。学校要确立实践教学环节在人才培养中的地位,最终实现提高学生创新精神和实践能力教育改革的方向和思路。
其次,高校要改革实验教学,对学生进行实践能力的综合训练。高校要选择适合应用数学课程内容和数学软件的数学实验教学新模式。此外,还要给予试验教学足够的支持,为师生提供开放的实验室。一方面,学生可以参与教师的科研课题;另一方面,学生还可以在计算机机房对自己建立的数学模型进行求解和验证。
再次,高校要加强第二课堂实践活动教育,开拓实践能力的培养空间。第二课堂实践活动可以通过数学普及协会的合作来开展。通过面向全校的数学建模系列讲座,向学生普及数学建模的知识。学校还可以组织数学建模竞赛,以激发学生学习的兴趣。近年来,高校第二课堂实践活动有所发展,为学生增强创新精神和实践能力做出了一定的贡献。
最后,高校要加强毕业论文环节,培养学生的应用能力。学校设立毕业论文的出发点是使学生进行基本的科研训练,初步了解科研的过程,继而培养其解决实际问题的能力,最终成为应用型人才。在毕业论文立题时,加强论文题目的应用特质。高校在把控应用数学专业毕业论文题目时,应该要求至少有50%的毕业论文选题与实践相结合。在立题后,学校要组织每位学生进行开题答辩。在论文设计环节,学校鼓励学生将毕业论文与实习等实践环节相结合。
(三)加强数学建模能力塑造,培养学生的创新能力
数学建模能力是学习数学知识与应用数学知识的途径,高校加强数学建模能力培养对学生应用型技能开发具有重要的意义。在数学建模中,学生学习数学的过程从被动转为主动,从学习书本上的现成结论、理论转为亲身参与的丰富、生动的思维活动,是一个创新实践的过程。加强数学建模能力塑造,能在激发学生探索欲和兴趣的同时,培养学生的创新精神和实践能力。近年来,随着数学建模教育的快速发展,数学建模教育能够提高学生创新意识和实践能力这一论说已越来越得到人们的认可。
欲加强数学建模课程,需要从几个方面入手:首先,在应用数学基础课程教学中要贯穿数学建模的基本思想方法,为学生接受数学建模奠定基础。其次,在应用数学专业开设《数学建模》、《数学实验》和《运筹学》等系列专业课程。再次,利用全国大学生数学建模竞赛推进学校数学建模课程。通过开展数学建模竞赛,加强学生对实际问题的分析能力、对繁杂数据的处理能力和对复杂方程的数值求解能力。
(四)提高教师综合素质,加强师资队伍建设
在应用数学专业下培养应用型人才,教师作为传道授业解惑的媒介,对此具有重要的作用与责任。应用数学专业教师要具有较高的教学能力、较强的实践指导能力、创新的教育观念和较强的综合素质。建设具有优良素质、合理结构、双师兼备、专兼结合的师资队伍是加强应用数学专业下应用人才培养的关键。学校要高度重视提高教师综合素质,加强师资队伍的建设。具体要做到以下三个方面:
首先,高校要注重选拔和引进学科带头人和学术骨干,利用优待政策吸引人才、留住人才,并给人才创造条件、提供机遇,使人才能够脱颖而出。
其次,学校要加强教师队伍建设的投入力度。通过选拔的形式,让那些有责任心、上进心,以及教学能力突出的青年教师有更多的进步机会。可以通过进修、交流学习的形式进行,增强教师的专业能力和素养。高校要根据培养应用型人才的要求,增加教师与企业的联系,使教师身临其境地了解企业和社会对人才的需求,提高教师的应用能力传授水平。此外,教师还要参与更多的科研项目,以提高自身的科研水平。
再次,学校要加强对教师的考核评价。加强对教师的考核制度建设,加强对教师业务能力考核的同时,加强对见习教师的岗前培训,切实实行岗位竞争的聘用机制,促进教师的竞争意识、上进意识,从而推进教学内容的深化和教学方法的改革,达到提高教师综合素质和人才培养质量的目的。
应用型人才的培养核心是加强学生的素质教育,兼顾基础知识学习的同时,要将知识转化为指导实践的能力。当前,我国教育正处于由人力资源大国向人力资源强国转变的进程中,这就呼唤着应用型人才、创新型人才的培养。各高校更要重视应用型人才的培养,为向社会输出符合实际需求的人才而不断改革课程,逐渐形成符合实际需求的应用数学专业下应用型人才培养模式。
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[关键词]数学建模,数学教学,高等数学
1 在高等数学教学中渗透数学建模思想
全国大学生数学建模竞赛虽然发展得迅速,但是参赛者毕竟还是很少一部分学生,要使它具有强大的生命力,笔者认为,必须与日常的教学活动和教育改革结合起来。任何一门学科的产生与发展都离不开外部世界的推动,数学也是如此。牛顿、莱布尼兹当年发明微积分就是和解决力学与几何学中的问题紧密联系着的。直到今天,微积分仍在各方面发挥着重要作用。但以往的高等数学教学往往是板着面孔讲理论,而割裂了微积分与外部世界的生动活泼的联系,没能充分显示微积分的巨大生命力与应用价值。学生学了一大堆的定义、定理和公式,可能还没有搞清楚为什么要学习微积分,也不知道学了微积分究竟有什么用。如果能在高等数学的教学中充分体现数学建模的思想,在讲述有关内容时与相应的数学模型有机结合,在看来十分枯燥的教学内容与丰富多彩的外部世界之间架起桥梁,而不是额外增加课程,岂不是可以收到事半功倍的效果?事实上,这种数学思想的渗透可以把数学知识和数学应用穿插起来,这就不仅能增强数学知识的目的性,增强学生的应用意识,而且也将在填补数学理论与应用的鸿沟上起到很大作用。另外,学生能力和素质的培养不是一朝一夕之功,应采取长期的、循序渐进的原则。在高等数学教学中配以循序渐进、由浅入深、由易到难的数学模型内容,这就易于在潜移默化之中提高学生的数学实践能力,这在学生的能力培养方面又达到了事半功倍的效果;再者,数学模型课程本身内容庞杂,各部分难度深浅不一,在高等数学教学中渗透数学建模思想后,由于已经讲授了微积分方面的数学模型,这有利于后继的数学模型课的进一步学习。因此,在高等数学教学中渗透建模思想的初步训练也是十分必要的。
2 数学建模教育在高等教育中的作用
2.1 数学建模教育有利于高等教育培养目标的实现①可以提高逻辑思维能力与抽象思维能力。逻辑思维能力包括:分析、推理、论证、判断、运用结论等能力;而抽象思维能力包括:分析、综合、概括、归纳、提取等能力。数学建模是建立模型、求解与分析的过程。建立模型是由具体到抽象的认识过程,如变速直线运动速度是位移的导数模型,通过思维分析把感性认识上升到理性认识,这个过程有助于提高学生抽象思维能力。②可以增强大学生的适应能力。如今市场对人才的要求越来越高,人才流动、职业变更频繁,一个人在一生中可能发生多次选择与被选择的经历,通过数学建模的学习及竞赛训练,他们不仅受到了现代数学思维及方法的熏陶,更重要的是对于不同的实际问题,如何进行分析、推理、概括以及利用数学方法与计算机知识,还有各方面的知识综合起来解决它因此,他们具有较高的素质,无论到什么行业,都能很快适应需要。③有助于增加自学能力。由于实际问题的广泛性,学生在建模实践中要用到的很多知识是以前没有学过的,而且也没有时间再由老师作详细讲解来补课,只能由教师讲一讲主要的思想方法,同学们通过自学及相互讨论来进一步掌握,这就培养了学生的自学能力和分析综合能力,使他们走上工作岗位之后,更好用这种能力来不断扩充和更新自己的知识。
2.2 数学建模教育为培养“双师型”的教师队伍打下了基础。高等教育对教师队伍提出了特殊的要求,即在业务素质上,教师除了应有较高的理论水平外,还要有较强的实际动手能力,即要教师成为理论型与实践型相结合的人才。成功地建立实际问题的数学模型并教给学生思路和方法,不仅要求教师具有深厚的数学基础,理性的思维训练,还要求教师应具有敏锐的洞察能力、分析归纳能力以及对实际问题的深入理解和广博的知识面,尤其是在社会经济高速发展的今天,数学建模已不单纯从数学到数学,而是涉及物理、化学、生物、医学、经济、管理、生态等众多领域。从事数学建模教学的教师必须不断地拓展自己的知识面,深入实际,才能有所作为。这无疑为“双师型”教师队伍的建没打下了良好的基础。另外,数学建模教学对高等教育专业的设置、高等教育的教学改革也提供了好的思路。高等教育引入数学建模并积极组织学生参与建模竞赛,有利于高等教育的发展,有利于学生动手能力的提高。
3 数学建模教育的具体措施
3.1 突出学生的主体地位。学生主体地位是指学生应是教学活动的中心,教师、教材、一切的教学手段,都应为学生的学习服务;学生应积极参与到教学活动中去,充当教学活动的主角。数学建模的特点决定了每一个环节的教学都要把突出学生主体地位置于首位,教师要激励学生大胆尝试,鼓励学生不怕挫折失败,鼓励学生动口表述,动手操作,动脑思考,鼓励学生要多想、多读、多议、多练、多听,让学生始终处于主动参与,主动探索的积极状态。
3.2 分别要求,分层次推进。在数学建模教学中,根据素质教育面向全体学生,促进学生全面发展的目标,教师要重视学生的个性差异,对学生分别要求,个别指导,分层次教学,对不同学生确定不同的教学要求和素质发展目标。对优生要多指导,提出较高的数学建模目标,鼓励他们大胆使用计算机等现代教育技术手段,多给予他们独立建模的机会,能独立完成高质量的建模论文;对中等程度的学生要多引导,多给予启发和有效的帮助,使中等程度的学生提高建模的水平,争取独立完成教学建模小论文;对差生要多辅导,重点是渗透数学建模的思想,只需完成难度较低的建模习题,不要求独立完成数学建模小论文。
3.3 全方位渗透数学思想方法。数学思想方法是数学知识的精髓,是知识、技能转化为能力的桥梁,是数学结构中强有力的支柱。由于建模数学面对的是千变万化的灵活的实际问题,建模过程应该是渗透数学思想方法的过程,首先是数学建模化归思想方法,还可根据不同的实际问题渗透函数的思想、方程的思想、数形结合的思想、逻辑划分的思想、等价转化思想、类比化归和类比联想思想及探索思想,还可向学生介绍消元法、换元法、待定系数法、配方法、反证法、解析法发、归纳法等数学方法。只要我们在建模教学中注重全方位渗透数学思想方法,就可以让学生从本质上理解数学建模的思想,就可以把数学建模知识内化为学生的心智素质。
3.4 实行以推迟判断为特征的教学结构。所谓“推迟判断”就是延缓结果出现的时间,其实质是教师不要把“结果”抛给学生,推迟判断要注意两个方面:一是数学概念、定理、解题都要作为“过程”来进行,二是教师在聆听学生回答问题特别是回答错误问题或回答得不太符合教师设计的思路时,应该有耐心,不宜立即判断,教师应沉着冷静,精心组织学生与学生、学生与教师之问的教学交流。由于建模教学活动性强,教学成功的关
键是教师要调动所有学生的探索欲望,积极参与教学过程。学生通过步步深入的积极思考探索,激发了思维,真正唤起主动参与的意识。
3.5 重视分析建模的数学思维过程。学生普遍感到数学建模难度大,最重要的原因是数学建模的思维方式与学生长期起来是数学知识学习有明显差异,如何突破这个难点,让学生乐于参加数学建模活动?关键是要分析建模的数学思维过程,通过建模发生、发展、应用过程的揭示,挖掘有价值的思维训练因素,抽象概括出建模过程中蕴含的数学思想和方法,发展学生多方面数学思维能力,培养学生创新意识,让每一个学生各尽其智、各有所得,获得成功。
3.6 特别强调数学应用。数学建模教育要注意以下几点:
①引导学生关注日常生活问题,将学生实际生活中遇到的问题有机地融入建模教学,选择数学建模专题时尽可能贴近学生实际。
②在建模教学中,教师要注重再现数学模型形成过程,可先让学生体会数学建模的一般思想方法,进而让学生亲自动手寻找实际问题并自行构造数学模型进行解决,经过一段时间的训练,再引导学生尝试通过建模解决一些复杂但又在现实生活中遇到的问题。
③建模教学要加强与其它学科联系,不仅与物理、化学、生物等学科联系,还可与经济学、管理学、工业生产等方面联系,拓广学生建模问题来源。
关键词:SolidWorks,VisualC++,参数化建模,二次开发
0 前言
SolidWorks是基于Windows平台的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系统,以参数化和特征建模的技术,为设计人员提供了良好的设计环境。在SolidWorks系统中,模型的尺寸、相互关系和几何轮廓可以随时修改,零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步,能自动进行动态约束检查,具有强劲的复杂曲面造型功能,现已成为微机平台上主流三维设计软件之一。
尽管SolidWorks的功能已非常强大,但由于仍然采用的是手工交互形式建模,不能完全满足专业机械CAD系统的需要。免费论文参考网。基于此因,如果能通过对SolidWorks进行二次开发,针对特定机械结构实现参数化建模,那么对于三维建模在我国企业中的推广将是非常有利的。为了方便用户进行二次开发,SolidWorks软件提供了开发工具API(Application Program Interface,应用程序接口),用户可以使用支持API的高级语言如Visual C++、VisualBasic、Delphi等对SolidWorks进行二次开发[1],创建出用户定制的、特有的SolidWorks功能模块。,
1.SolidWorks的二次开发技术和参数化建模
1.1 SolidWorks的二次开发
SolidWorks为用户提供的API二次开发接口,由数以百计的功能函数构,这些API函数使得程序员可以通过程序直接访问SolidWorks。所有的函数都是有关对象的方法或属性,通过对这些对象属性的设置和方法的调用,用户可以在自己开发的程序中对SolidWorks进行各种操作控制,从而完成零件草图的绘制和三维模型的建立。
SolidWorks的API接口分为两种:一种是基于OLE(Object Linking and Embedding,对象的嵌入与链接)Automation的IDispath技术;另一种是基于Windows基础的COM(Compenent Object Model,组件对象模型)技术。基于OLE Automation的IDispath技术是一种快速开发手段,通常作为Visual Basic、Delphi编程语言的接口。而由基于COM技术的VisualC++编程语言开发的DLL(Dynamic LinkLibrary,动态链接库)文件,可以直接嵌入到SolidWorks内部,当成功加载后,应用程序的菜单就直接出现在SolidWorks主菜单上,与SolidWorks自带的插件一样,而且还可以单独测试,进行操作时极大地提高了设计效率,所以是首选的开发方法。
1.2零部件的参数化建模
三维建模时应对零件进行分析,选择合理的建模方法。参数化设计是指通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸,自动完成对图形中相关部分的修改,即当赋予不同的参数值时,就可自动生成满足设计要求的零部件模型,从而实现同类机械产品快速修改与设计。对于参数化模型而言,主要有两个内容:几何关系和拓扑关系。几何关系是指具有几何意义的点、线、面,有确定的位置和大小;拓扑关系反映了形体的特性和关系,如几何元素之间的邻接关系[2]。免费论文参考网。对于企业中标准化、通用化和系列化的产品,设计时所采用的数学模型及产品结构都可以将数据作为参数变量,从而实现在SolidWorks环境下零部件的三维参数化建模。这种参数化设计技术具有强大的变量驱动和模型再生功能,可以有效地提高设计人员的工作效率。
2.用Visual C++ 6.0对SolidWorks进行二次开发的方法
2.1 DLL的创建
基于COM技术的VisualC++编程语言所开发的DLL文件,可以通过三种方式创建:一种是使用SWizard.swx工程向导,第二种是使用ATL Object Wizard向导,第三种是使用用户自定义向导。第二种向导创建DLL文件,相对来说简单实用,开发时间短。在Visual C++中用该向导创建DLL工程,加入自己应用程序的代码,编译链接后生成*.dll文件,也就是插件。
2.2DLL的加载
将动态链接库文件*.dll加载到SolidWorks中,有两种常用的方法:一种是先运行SolidWorks软件,然后点击SolidWorks菜单栏中的【文件】/【打开】菜单命令,在弹出的过滤器中选择Add-Ins(*.dll),最后选择所需的DLL文件加载,确定即可;另一种是先将DLL在注册表中注册成为SolidWorks系统的插件,然后运行SolidWorks,点击【工具】/【插件】菜单命令,在弹出的插件对话框中选择要加载的插件即可。此操作对于一个动态库文件只需做一次,以后启动SolidWorks软件无需再进行加载操作。
3. 对SolidWorks进行二次开发的实例
以一个柱塞实体为例,介绍采用Visual C++ 6.0编程语言对SolidWorks 2008进行二次开发、参数化建模的应用。
(1)启动Vsiua1 C++,单击【文件】/【新建】,选择【工程】选项卡,选择【ATL COM AppWizard】,输入工程的位置和名称,如PUMP,单击【确定】。
(2)在【Server Type】中选择【DynamicLink Library(DLL)】选项和【Support MFC】选项,单击【完成】,系统会给出“新建工程信息”,核对无误后单击【确定】。
(3)在Visua1 C++的【Class View】标签中,用鼠标右键单击顶部的类图标(PUMP classes),在下拉列表中选择【New ATL Object】。在弹出的对话框中的【Category】列表中,选择【Solidworks】;在【Object】窗口中,选择【SwAddIn】图标,单击【下一步】,在【ATL Object Wizard】属性对话框的【Names】标签中,输入想在【Short Name】中使用的ATL对象类名,如ppump。其他标签选用默认的设置,点击【确定】按钮。
(4)在【Class View】标签中,右击Ippump接口,选择【Add Method】,在弹出的【添加方法至界面】对话框的【N方法名】文本框中输入函数名,单击【确定】按钮。
(5)在【Resources View】标签中,双击【String Table】,双击表中的空白行,在表中添加三个String资源,分别是:ITEM、METHOD和HINT,如图1所示。然后对ppump.cpp文件的AddMenus()函数进行编辑,在零件菜单下添加代码。
图1 添加“String”资源
(6)在【Resources View】标签中,用右键的快捷菜单【Insert Dialog】增加一个对话框,用来输入柱塞体的各项参数,界面如图2所示。
图2 柱塞体参数化建模对话框
(7)双击对话框,建立对话框类PistonParameter,并建立七个与Edit对应的变量m_SR、m_DR、m_IR、m_OR、m_SL、m_IL、m_SBL,均是双精度值,初值在“PistonParameter.cpp”中设定。同时在ppump.cpp文件中添加包含对话框头文件的语句#include “PistonParameter.h”,建立相应的响应函数。
(8)在ppump.cpp文件中对Cppump::CreatePiston函数进行编辑,添加的部分代码如下:
AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState())
HRESULT retval;
//得到当前活动文档
CComPtr<IModelDoc2>pModel;
m_iSldWorks->get_IActiveDoc2(&pModel);//创建ModelDoc2接口指针
retval=pModel->InsertSketch();插入一个草图
//定义对话框中涉及的七个参数变量
double SphereRadius;//定义球头半径
double SphereToBottoLength;//定义球头中心到柱塞底面的距离
double PistonOutRadius;//定义柱塞体外径
……
pModel->ICreateCenterLine(-0.01,0,0,-0.08,0,0);//创建柱塞体中心轴线
pModel->ICreateCenterLine(0,0.012,0,0,-0.012,0);//创建球头中心轴线
//定义绘制柱塞草图的一些关键点
doubleA[3],B[3],C[3],D[3],As[3],Bs[3],Cs[3];//定义关键点的类型
A[0]=SphereToBottomLength;//给A点赋值
A[1]=PistonInnerRadius;
A[2]=0;
……
//绘制柱塞体的草图
pModel->ICreateLine2(A[0],A[1],A[2],B[0],B[1],B[2],&pLine1);//绘制柱塞体底面线
pModel->ICreateLine2(B[0],B[1],B[2],C[0],C[1],C[2],&pLine2);//绘制柱塞体外径直体部分线
……
pModel->ICreateArc2(0,0,0,As[0],As[1],As[2],Bs[0],Bs[1],Bs[2],-1,&pCircle);//绘制球头圆弧
pSelMgr->put_EnableContourSelection(true);//选择草图轮廓
pModel->ShowNamedView2(L'*上下二等角轴侧', 8);
pModel->ViewZoomtofit2();//柱塞草图在屏幕上以上下二等轴侧显示
//利用特征函数,生成旋转实体
CComPtr<IFeatureManager>pFtManager;
pModel->get_FeatureManager(&pFtManager);//获取FeatureManager的接口指针
CComPtr<IFeature>pFeature;
pFtManager->FeatureRevolve(6.28318530718,false,0,swRevolveTypeOneDirection,0,false,false,true,&pFeature);//调用旋转特征函数生成旋转特征,即得到柱塞实体
最后选择菜单栏上的【编译】/【全部重建】,对所编制的柱塞体参数化建模程序进行编译。编译通过后,运行SolidWorks2008软件,在主菜单上将显示出新加载的插件“PUMP”及子菜单“柱塞体”,如图3所示。
图3 加载的插件
单击“柱塞体”子菜单,会弹出如图2所示的“柱塞体参数化建模对话框”,在对话框中输入相应的数据,就会在屏幕上自动生成一个柱塞实体,如图4所示。改变对话框中的数据大小,就会得到不同的柱塞实体,这就是参数化变量驱动的结果。
图4 柱塞体参数化建模结果
4.结论
本文研究了对三维绘图软件SolidWorks进行二次开发,实现机械零件参数化建模的过程。设计实例表明,采用Visual C++语言建立的动态链接库文件可以很好地实现与SolidWorks的无缝集成,能满足用户二次开发CAD系统的需要。免费论文参考网。在实际应用中,通过以上介绍的方法,可以定制用户经常使用的零件模板,极大地改善了结构相似的零部件修改和设计的手段,提高了产品的设计效率,缩短了新产品的设计周期,具有较强的应用价值。
参考文献
[1]陶元芳,安喜平,于万成,潘鲜.用VC++对SolidWorks进行二次开发 [J].太原科技大学学报.2006.4
[2]张长胜.采用VisualC++ 对参数化造型软件SolidWorks进行二次开发的方法[J]. 模具技术.2005.No.6
[3]王文波、涂海宁、熊君星.SolidWorks 2008二次开发基础与实例(VC++)[M].清华大学出版社.2009.8
关键词:工作流;Petri网;工作流模型
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)30-7374-02
1 工作流建模的意义
所谓模型就时对客观对象的一种抽象表示,模型有很多种表达形式,例如文字、图表、符号和关系式等。一般来讲模型包含了一个完整的概念集合、一套相应的表示方法以及必要的约束规则。
工作流模型是对工作流的抽象表示,也就是对经营过程的抽象表示。工作流管理管理建立阶段的功能就是要对经营过程进行计算机化的定义,也就是完成过程建模的任务,在这个阶段,利用一个或多个建模方法及其相应的建模工具,完成实际的经营过程到计算机可处理的形式化定义的转化。所得到的定义就是过程模型,其他研究人员也把它称为过程模板、过程元数据或过程定义。
由于工作流模型需要在计算机环境下执行,所以工作流模型不仅仅要让人读懂,更重要的是让计算机能够理解所定义的工作流过程[1]。从工作流管理系统的体系结构来讲,过程建模是整个系统的基础,它的确定性保证整个系统各组件之间交互的一致性,也决定了工作流系统从开发设计到投入运行的诸多环节。不同的工作流模型也就决定了有不同的工作流管理系统。
图1是对工作流管理系统的体系结构的简化,从图中可以看出,没有很好的过程建模,整个工作流系统根本不可能顺利的执行,当然也就完不成业务流程,所以说工作流建模是工作流管理技术中最基础的部分,同时也是最重要的部分之一。
2 工作流模型应具备的功能
目前,人们根据特定业务流程的需要,提出了很多有意义、见解的工作流模型,其中一些有代表性的工作流模型具有比较突出的特点,也代表着一种较为普遍的观点,但是一个理想的工作流模型应该具备以下几个方面的特点:
1)完整的概念定义:一个理想的工作流模型应能支持完整的工作流概念定义,为建模用户提供定义工作流所需要的组件或元素。这种概念的定义,是工作流建模的基础。
2)描述能力强:工作流模型要有很强的描述能力,能够描述出几乎所有的业务过程类型。
3)容易理解:工作流模型要容易理解,不论是领域专家还是普通用户都要能够比较容易地理解模型的含义。
4)清晰无二义性:工作流模型的定义要十分的严谨,不能产生歧义,同时描述的要清晰。
3 常见的工作流模型
下面将列举出几种流行的工作流模型,选取它们中有代表性的产品,并研究讨论它们的特点。
1)基于活动网络的工作流模型――FlowMark工作流模型
FlowMark是IBM公司与上世纪九十年代推出的一种工作流产品,目标是实现文档路由和过程自动化。它是一种典型的基于活动网络的工作流模型。
FlowMark模型中定义了一系列相关活动,每个活动有各自的输入、输出存储器,主要用于保存数据。对于一个特定的输出存储器还定义了一个数据流,用于说明输出数据的流向。相关活动之间由控制流来联系,每个控制流通过自身的状态(true或false)来决定下一个活动是否该开始运行。
FlowMark可以在多个平台上运行,如AIX、OS/2和Windows等。服务器之间以及服务器和客户机之间可以通过不同的网络协议来传送信息,如TCP/IP、NetBIOS或APPC等。
总的来说,这一类模型的特点是简单、直观、便于理解,适合流程较为固定、异常情况较少的生产型工作流的确定。
2)基于事件驱动的过程链模型
在分布式系统中,事件是异步非耦合的,这是系统实时性的要求。因为在分布式系统中,往往各个关键应用既是服务器应用,也是客户应用,相互之间从功能上看是对等关系,如果在同步情况下,一个应用驱动了另一个应用的事件,这个应用则必须堵塞,以等待事件执行的返回状态,这样这个应用在这段时间内则不能处理实时事件。而各个应用之间相互不完全依赖的情况也决定了分布式系统中事件的两端必须为非耦合。事件驱动的过程链模型的主要元素就是功能和事件:功能被事件触发,同时功能也能产生事件。
事件驱动的过程链模型优点就在于它兼顾了模型描述能力强与模型易读性好这两个方面。通过此模型可以很容易和没有经过专业建模训练的用户进行交流。
3)基于语言行为理论的工作流模型――ActionWorkFlow
ActionWorkFlow是Action技术公司在基于语言行为的建模方法的基础上开发出来的一种工作流产品。这种模型适合容易变化、不固定的经营过程。对于客户来讲,它能更好的满足客户所提出的要求,它最重要的指标就是客户的满意度。
4)基于Petri网的工作流模型――工作流网
Petri网是一种图形化、数学化的建模工具。 Petri网自上世纪六十年代由德国学者C.A.Petri提出以来,经过了四十余年的发展,已被广泛的应用于各个领域进行系统建模、分析和控制。
Petri网特别适合描述和研究具有并行、异步、分布式和随机性等特征的复杂系统。作为一种图形化工具,Petri网可以看作和流程图一样进行系统描述的工具;而作为一种数学化的工具,Petri网可以用来建立状态方程、代数方程和其他描述系统行为的数学模型,用于对系统的可靠性、一致性、完整性等进行分析。
4 选择Petri网对系统进行建模的理由
4.1 其他工作流模型的缺点和不足
基于活动网络的工作流模型、基于事件驱动的工作流模型和基于语言行为的工作流模型这种模型的不足之处如下:
1)基于活动网络的工作流模型主要是用于描述流程较为固定、几乎没有异常情况的系统流程,它缺乏柔性和对紧急情况的应变能力,显得比较死板。而本文所提到的工作流管理系统本身就是复杂多变的,因此利用这种工作流模型对本论文所讨论的系统进行建模分析显然是不合适的。
2)基于事件驱动的过程链模型具有很强的描述能力和易读性,在工作流建模中比较适用。但是对于复杂的工作流,更重要的是对模型的分析验证,此模型缺乏抽象机制,很难对模型进行计算机化,因此不能很好的对模型进行分析和验证。
3)基于语言行为理论的工作流模型,是一种面向客户的模型,它更多的考虑到客户的需求,以客户的满意度为评价指标。它支持层次化建模的能力不足,不适合于比较固定的企业经营过程,建模人员很难完整明确地双方所有可能的语言行为。
4.2 Petri网在过程建模中的优势
由于工作流具有实时性、动态性、分布性和异步操作等特点,工作流的描述应当基于具有丰富的语义表达功能的建模方法。这个建模方法应该具有清晰性、一致性、易表达性和可扩充性;这个建模方法应当足以表达顺序、分支、循环、条件、路径选择、任务分配、时间、调度和约束等;其语义应当能够定义控制流、数据流、资源流,并能够定义策略来处理这些流的中断。
Petri网作为一个比较好的过程建模技术,在工作流模型的描述中有着一定的优势:
1)Petri网非常适合描述动态模型。一个包含执行状态的工作流就是一个离散动态模型,其任务执行的时间点就构成了一个离散的集合。
2)Petri网具有图形化表的形式语义,同时也具有严格的数学定义和精确的语法和语义定义,表达方式比较直观易懂,为分析提供有效的图形工具,能够较好的描述具有分布、并发和异步、并行、不确定和随机特性的复杂系统。
3)Petri网具有基于状态的流程描述方式及丰富的模型分析方法。工作流的行为、状态和性能的分析都可以通过Petri网技术(比如可达性、安全性、不变性和无死锁)加以解决。
5 总结
工作流建模是工作流管理系统设计的基础,是工作流技术应用到具体工作的第一步,在工作流研究领域有着重要的地位。本文对工作流建模的重要性进行了叙述,对各种工作流建模技术进行了分析比较,基于Petri网的建模分析技术在工作流建模上的应用是可行的,并且具有明显的优势。
参考文献:
[1] 郝文,王道平.基于Petri网的工作流建模合理性验证算法[J].计算机工程与应用,2008,44(13).
[2] van der Aalst W M P. The application of Petri nets to Workflow Management[J].The Journal of Circuits,Systems,and Computers,1998,8(1).
[3] 袁崇义.Petri网原理[M].北京:电子工业出版社,1998.
[4] 李.基于Petri网的工作流模型应用研究[D].安徽大学硕士论文,2008,28-29
精彩18分钟
“请解释一下你们为什么要用误差修正模型而不用多元回归模型?”
“选择误差修正模型基于两个原因。一,通过分析可知,经济增长不但受到当期居民消费的影响,还会受到前期居民消费的影响,如果用多元回归模型就会产生变量之间的多重共线性,而误差修正模型的差分方程就可以较好地解决这个问题……”
时间定格在5月28日下午3点12分,北京统计建模选拔赛决赛现场,来自门头沟的鄢泽照正在回答评委提出的问题。不远处的计时器上鲜红的阿拉伯数字跳动着,此时距离答辩结束还有不足5分钟。按照比赛规则,各代表队要结合PPT电子演示文稿,对参赛论文的主要观点和研究过程进行自述,时间是8分钟,随后的答辩要控制在10分钟内,这意味着时间归零,发言即刻结束。
“我们建模的创新之处在于,把消费和经济总量放在复杂经济系统中考虑,通过联立方程模型,建立了一个小型宏观经济系统,从而考察GDP、居民消费等各变量之间的相互关系。”
“请注意你用什幺来诠释经济增长?现在只有数据是你的证据,不要随意扩大解释的范围。”
台上沉稳的陈述,台下精彩的点评,不时引来全场观众的掌声。虽然这次的决赛历时整整一天,却让人觉得意犹未尽:“时间过得可真快!”最终,综合处、宣武局队一队、统计应用研究所凭借其良好的论文功底和临场发挥脱颖而出,获得了优胜奖,申涛、吴素星两位选手获得了最佳辩手奖。
“一样的数据,不一样的创造”。北京居民消费与经济增长关系分析――面对同一个问题,12支队伍带来12种不同的阐释,每一个短短的18分钟,浓缩了参赛者对经济理论,数学模型、统计分析技术的理解与应用能力。这是知识的较量,是意志的比拼,更是一次难得的展示自我、提升自我的契机。
本次大赛的最佳辩手之一,来自西城二队的吴素星这样说道:“因为是第五个上场,所以我有幸聆听了接下来七个队伍出色的成果演示和讲解。专家和辩手的一问一答都令我受益匪浅,也深感自己还有一定差距。”
如果说两年前的首次选拔赛,让人们记住了统计建模。那么今年的这次比赛,则让人们对建模的理解更深入了。决赛还是在熟悉的108会议室,还是那样的青春满溢,还是那样的扣人心弦,只是选手的表现更成熟了。这让曾参与上次比赛的中国人民大学统计学院教授杜子芳吃惊不已:”整体水平提高之大出乎意料,而且这种提高是全方位的。“他认为,与上届相比,突出的进步表现在模型运用的灵活性、论文结构的严谨性以及格式的规范性等方面。同时,他还在赛后点评中针对选手们在写作和陈述过程中出现的问题,提出了不少中肯的意见。
谈到参加本次比赛最大的感受,冯艳的一席话道出了大家共同的心声“建模选拔赛开始以来,从培训、初赛到决赛,感觉团队的每个人都在经历不同程度的成长。谁都有自己的长处和不足,只有在比赛中学会扬长避短、,才能更接近成功。可以说,是团队精神支撑我们走到了今天。”
拼搏48小时
当比赛在掌声和欢笑中落下帷幕,留在参赛选手心中的,有光荣初绽的喜悦,也有与荣誉擦肩而过的遗憾。但无论如何,对那曾共同奋斗的两天两夜的深刻记忆将停留在每个人的心底。
5月5日。京北昌平某度假村。41支参赛队、123人在这里集结。参赛者平均年龄28岁,60%具有研究生及以上学历,个个有备而来,斗志昂扬。简短的开赛仪式后,下午两点半,北京统计建模选拔赛初赛正式鸣锣!这时,每个队都领到了一份包含试题、数据处理软件和统计资料的光盘,按照竞赛要求,必须在7日下午两点半前提交论文。
从分析题目、处理数据到建立模型、形成观点并完成书面报告,留给各参赛队的时间只有48小时,一旦延误就将功亏一箦。对于所有选手而言,时间成了最稀缺的资源,惟有放手一拼,分秒必争,才有可能见到胜利的曙光。林月还是一个进入统计局不到一年的新人,学数量经济学的她对建模并不陌生,可要在如此短的时间内“交卷”还是第一次。她回忆道:“当时已经顾不上紧张了。一拿到题,大家就开始讨论,用什么资料,建什么模型。人始终处在高速运转的状态,直到下午1点多交稿的时候,悬着的心才算落了地。”
最后一夜,对大部分选手来说都是不眠的。为了再进一步挖掘数据的价值,也为证明统计人的价值,怀有5个月身孕的杜明翠像很多人一样选择了坚持。
爱因斯坦提出过一个关于成功的等式:成功=艰苦的劳动+正确的方法+少说空话。就建模比赛而言,这个等式的右边还应再加上一条,那就是团队协作。此次,专项调查处、城镇住户调查处和统计监测处联队的论文拿到了高分,队员张峦认为这是三个人合理分工,优势互补、共同努力的结果。“路兴擅长建立模型,张超平时就负责数据处理,而我一直搞分析,大家就按各自所长分头准备,但动笔之前都会先讨论。形成共识。也有遇到困难的时候,大家就一起想办法,相互鼓励。”
赛场内,选手们在数海中拼搏,各显绝技,志在必得。赛场外,组织者也在为创造一个公平公正的竞赛环境而努力着。统计教育中心副主任包彤介绍说,这次比赛各参赛队都要在封闭的环境中完成研究。队员可使用比赛提供的资料,也可在互联网上查阅资料,但队与队之间不能交流,更不能请外援,并且各队要按观定时间、到规定地点提交论文。本次论文采用了匿名参评的办法,评审中当意见无法统~时,就通过无记名投票来决定。
难忘73天
在全系统内举办大规模的统计建模选拔赛,北京已是第二次,而在全国范围内,依然是先行者。正如国家统计局北京调查总队纪检组长李萍所说,比赛的目的不仅是选拔优秀选手参加全国大赛,更重要的是。通过培养和锻炼新人,切实提高统计队伍应对高科技含量技术手段的素质和能力,“比赛是契机,提高职业素养,更好、更快地适应时代变革带给统计工作的挑战才是真谛。”
正是基于这样的理念,赛前的培训被放在了特别重要的位置。4月份,教育中心先后安排了马克威分析系统及其在统计中的应用、宏观经济理论及计量经济模型和统计分析方法等3场专题培训。来自中国人民大学等高校的统计专家结合案例,深入浅出地讲解了建模的理论、方法和操作技能。今天的积淀是为了明天的勃发,选手们普遍反映,重回课堂的感觉真好!
从3月17日发出举办选拔赛的通知到5月28日决赛落幕,这整整73天,对于所有参与者都是一次难忘的经历。我们看到了,组织者的精心筹备保证了比赛各环节的顺利实施,我们看到了,选手们积极备战,沉着应战所付出的艰苦努力。比赛的全程还受到了国家统计局有关领导的热切关注,统计教育中心副主任夏荣坡两次亲临比赛现场,不但对北京的工作表示肯定,更寄语统计人要不断提升自己收集调查数据和统计分析的能力,为提高社会对统计的认知、树立统计的公信力而努力。