数学建模与素质教育
摘要 面对二十一世纪知识经济的挑战 ,我国高等教育模式应由应试教育 ,专业教育向素质教育转变 ,培养学生自主意识 ,效率意识 ,竞争意识 ,创新意识和民主意识 ,即高校教育应重视大学生的创新能力、实践能力和创业精神 ,普遍提高大学生的人文素质和科学素质 .本文拟就提高大学生素质的有效层面 ,对开展数学建模教学与实践进行深入分析 ,以窥探数学建模与素质教育之关系 .在深入把握数学建模教学与实践内涵的同时 ,分析得出这种以不打扰现行正常秩序的教育是提高大学生素质的有效途径之一。
关键词 数学建模； 素质教育
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数学论文：《勾股定理的证明方法探究》
勾股定理又叫毕氏定理：在一个直角三角形中，斜边边长的平方等于两条直角边边长平方之和。
据考证，人类对这条定理的认识，少说也超过 4000 年！又据记载，现时世上一共有超过 300 个对这定理的证明！
勾股定理是几何学中的明珠，所以它充满魅力，千百年来，人们对它的证明趋之若鹜，其中有著名的数学家，也有业余数学爱好者，有普通的老百姓，也有尊贵的政要权贵，甚至有国家总统。也许是因为勾股定理既重要又简单，更容易吸引人，才使它成百次地反复被人炒作，反复被人论证。1940年出版过一本名为《毕达哥拉斯命题》的勾股定理的证明专辑，其中收集了367种不同的证明方法。实际上还不止于此，有资料表明，关于勾股定理的证明方法已有500余种，仅我国清末数学家华蘅芳就提供了二十多种精彩的证法。这是任何定理无法比拟的。
勾股定理的证明：在这数百种证明方法中，有的十分精彩，有的十分简洁，有的因为证明者身份的特殊而非常著名。
首先介绍勾股定理的两个最为精彩的证明，据说分别来源于中国和希腊。
1．中国方法：画两个边长为(a+b)的正方形，如图，其中a、b为直角边，c为斜边。这两个正方形全等，故面积相等。
左图与右图各有四个与原直角三角形全等的三角形，左右四个三角形面积之和必相等。从左右两图中都把四个三角形去掉，图形剩下部分的面积必相等。左图剩下两个正方形，分别以a、b为边。右图剩下以c为边的正方形。于是
a^2+b^2=c^2。
这就是我们几何教科书中所介绍的方法。既直观又简单，任何人都看得懂。
2．希腊方法：直接在直角三角形三边上画正方形，如图。
容易看出，
△ABA’ ≌△AA'C 。
过C向A’’B’’引垂线，交AB于C’，交A’’B’’于C’’。
△ABA’与正方形ACDA’同底等高,前者面积为后者面积的一半，△AA’’C与矩形AA’’C’’C’同底等高，前者的面积也是后者的一半。由△ABA’≌△AA’’C，知正方形ACDA’的面积等于矩形AA’’C’’C’的面积。同理可得正方形BB’EC的面积等于矩形B’’BC’C’’的面积。
于是， S正方形AA’’B’’B=S正方形ACDA’+S正方形BB’EC，
即 a2+b2=c2。
至于三角形面积是同底等高的矩形面积之半，则可用割补法得到（请读者自己证明）。这里只用到简单的面积关系，不涉及三角形和矩形的面积公式。
这就是希腊古代数学家欧几里得在其《几何原本》中的证法。
以上两个证明方法之所以精彩，是它们所用到的定理少，都只用到面积的两个基本观念：
⑴ 全等形的面积相等；
⑵ 一个图形分割成几部分，各部分面积之和等于原图形的面积。
这是完全可以接受的朴素观念，任何人都能理解。
我国历代数学家关于勾股定理的论证方法有多种，为勾股定理作的图注也不少，其中较早的是赵爽（即赵君卿）在他附于《周髀算经》之中的论文《勾股圆方图注》中的证明。用的是割补法：
如图，将图中的四个直角三角形涂上朱色，把中间小正方形涂上**，叫做中黄实，以弦为边的正方形称为弦实，然后经过拼补搭配，“令出入相补，各从其类”，他肯定了勾股弦三者的关系是符合勾股定理的。即“勾股各自乘，并之为弦实，开方除之，即弦也”。
赵爽对勾股定理的证明，显示了我国数学家高超的证题思想，较为简明、直观。
西方也有很多学者研究了勾股定理，给出了很多证明方法，其中有文字记载的最早的证明是毕达哥拉斯给出的。据说当他证明了勾股定理以后，欣喜若狂，杀牛百头，以示庆贺。故西方亦称勾股定理为“百牛定理”。遗憾的是，毕达哥拉斯的证明方法早已失传，我们无从知道他的证法。
下面介绍的是美国第二十任总统伽菲尔德对勾股定理的证明。
如图，
S梯形ABCD= (a+b)2
= (a2+2ab+b2)， ①
又S梯形ABCD=S△AED+S△EBC+S△CED
= ab+ ba+ c2
= (2ab+c2)。 ②
比较以上二式，便得
a2+b2=c2。
这一证明由于用了梯形面积公式和三角形面积公式，从而使证明相当简洁。
1876年4月1日，伽菲尔德在《新英格兰教育日志》上发表了他对勾股定理的这一证明。5年后，伽菲尔德就任美国第二十任总统。后来，人们为了纪念他对勾股定理直观、简捷、易懂、明了的证明，就把这一证法称为勾股定理的“总统”证法，这在数学史上被传为佳话。
在学习了相似三角形以后，我们知道在直角三角形中，斜边上的高把这个直角三角形所分成的两个直角三角形与原三角形相似。
如图，Rt△ABC中，∠ACB=90°。作CD⊥BC，垂足为D。则
△BCD∽△BAC，△CAD∽△BAC。
由△BCD∽△BAC可得BC2=BD BA， ①
由△CAD∽△BAC可得AC2=AD AB。 ②
我们发现，把①、②两式相加可得
BC2+AC2=AB（AD+BD），
而AD+BD=AB，
因此有 BC2+AC2=AB2，这就是
a2+b2=c2。
这也是一种证明勾股定理的方法，而且也很简洁。它利用了相似三角形的知识。
在对勾股定理为数众多的证明中，人们也会犯一些错误。如有人给出了如下证明勾股定理的方法：
设△ABC中，∠C=90°，由余弦定理
c2=a2+b2-2abcosC，
因为∠C=90°，所以cosC=0。所以
a2+b2=c2。
这一证法，看来正确，而且简单，实际上却犯了循环证论的错误。原因是余弦定理的证明来自勾股定理。
人们对勾股定理感兴趣的原因还在于它可以作推广。
欧几里得在他的《几何原本》中给出了勾股定理的推广定理：“直角三角形斜边上的一个直边形，其面积为两直角边上两个与之相似的直边形面积之和”。
从上面这一定理可以推出下面的定理：“以直角三角形的三边为直径作圆，则以斜边为直径所作圆的面积等于以两直角边为直径所作两圆的面积和”。
勾股定理还可以推广到空间：以直角三角形的三边为对应棱作相似多面体，则斜边上的多面体的表面积等于直角边上两个多面体表面积之和。
若以直角三角形的三边为直径分别作球，则斜边上的球的表面积等于两直角边上所作二球表面积之和。
总之，在勾股定理探索的道路上，我们走向了数学殿堂
数学建模的论文一般可以分为以下几个部分：
1. 引言
在引言中，需要简单介绍研究的背景、目的和意义，可以阐述研究问题的重要性和现实应用，引出论文的研究内容。
2. 问题描述
在问题描述中，需要准确明确研究的问题，并对问题进行详细的描述。需要注意的是，问题描述需要清晰明了，表述精准，可以用图表等方式描述，以便读者更好地理解问题。
3. 模型建立
在模型建立中，需要提出适合于解决研究问题的模型，并对模型进行详细的介绍和推导。需要注意的是，模型建立需要符合实际情况，并且需要考虑到模型的可行性和实际操作性。
4. 模型求解
在模型求解中，需要对建立的模型进行求解，并对求解结果进行分析和讨论。需要注意的是，模型求解需要使用合适的数学方法和工具，并且需要对求解过程进行详细的记录和说明。
5. 结果分析
在结果分析中，需要对求解结果进行详细的分析和讨论，包括结果的准确性、合理性和实际意义等方面。需要注意的是，结果分析需要与研究问题密切相关，并且需要结合实际情况进行分析。
6. 结论和展望
在结论和展望中，需要对研究结果进行总结，并对未来研究方向进行展望。需要注意的是，结论和展望需要简明扼要，表述清晰，具有实际意义和指导意义。
7. 参考文献
在参考文献中，需要列出论文中引用的所有文献，包括已发表的文献和未发表的文献。需要注意的是，参考文献需要符合学术规范，并且需要详细记录文献的相关信息。
正规战争模型的后继讨论
题目：在正规战模型中，设乙方与甲方战斗有效系数之比为a/b=4，初始兵力x0与y0相同。
（1） 问乙方取胜时的剩余兵力是多少，乙方取胜的时间如何确定。
（2） 若甲方在战斗开始后有后备部队以不变的速率r增援，重新建立模型，讨论如何判别双方的胜负。
解:为解决上述问题，我们必须为正规战争建立模型，按题目要求，以5.3节的模型为基础，现我们建立模型如下：
用x (t)和y（t）表示甲、乙交战双方时刻t的兵力，可以视为双方的士兵人数。
（1） 每一方的战斗减员率取决于双方的兵力和战斗力，甲乙方的战斗减员率分别用f(x, y)和g (x , y)表示。
（2） 每一方的非战斗减员率（由疾病、逃跑等因素引起）只于本方的兵力成正比。
（3） 甲乙双方的增援率是给定的函数，分别用u(t)和v(t)表示
由此可以写出关于x(t),y(t)的微分方程为
方程（1）
当甲乙双方都用正规部队作战，我们只须分析甲方的战斗减员率f（x ,y）.j甲方士兵公开活动，处于乙方每一个士兵的监视和杀伤范围之内，一旦甲方某个士兵被杀伤，乙方的火力立即集中在其余士兵身上，所以甲方的战斗减员率只与乙方兵力有关，可以简单地设f与y成正比，即f=ay。 a表示乙方平均每个士兵对甲方士兵的杀伤率（单位时间的杀伤数），称乙方的战斗有效系数。a可以进一步分解为a=rypy ，其中ry是乙方的射杀率（每个士兵单位时间的射击次数），py是每次射击的命中率。
类似地有g=bx，且甲方的战斗有效系数b=rxpx ，rx和px是甲方的射击率和命中率。而且在分析战争结局时忽略非战斗减员一项（与战斗减员相比，这项很小），并且设双方都没有增援，记双方的初始兵力分别是x0和y0，方程（1）可化简为：
方程（2）
又由设2，甲乙双方的战斗减员率分别为
， 。
于是得正规作战的数学模型：
方程（3）
由方程（3）可知，双方的兵力x(t),y(t)都是单调减函数，不妨认为兵力先减至零的一方为负方，为了得到双方胜负的条件，不必直接求解方程（3），而在相平面上讨论相轨线的变化规律，由方程（3）可得
（4）
其解为
Ay2—bx2=k (5)
注意到方程（3）的初始条件。有
K=ay02—bx02 (6)
由（5）式确定的相轨线是双曲线，如图，箭头表示随时间t的增加，x(t)，y(t)的变化趋势，可以看出，如果k>0，轨线将于y轴相交，这就是说存在t1使得x(t1)=0,y(t1)= >0，即当甲方兵力为零时乙方兵力为正值，表明乙方获胜，同理可知，看k<0时甲方获胜，而当k=0时双方战平
进一步分析某一方比如乙方取胜的条件，由 （6）式并注意到a,b的含义，乙方获胜的条件可表为
（7）
（7）式说明双方初始兵力之比y0/x0以平方关系影响着战争的结局，例如若乙方兵力增加到原来的2倍（甲方不变），则影响到原来的4倍（px ，ry , py 均不变 ），那么为了与此相抗衡，乙方只需将初始兵力y0增加到原来的2倍，由于这个原因正规战争模型称为平方率模型。
（1）针对第一问。即在正规战模型中，设乙方与甲方战斗有效系数之比为a/b=4，初始兵力x0与y0相同。问乙方取胜时的剩余兵力是多少，乙方取胜的时间如何确定。解如下：
根据上面的相轨线可得：
乙方取胜时的剩余兵力为：y(t)=
要确定乙方取胜的时间t1,需要解方程（3），可得
令x(t1)=0.，且有a/b=4可算出
t1= ，t1与甲方战斗有效导数b成正比。
以上是第一问的解答，下面进行第二问的解答：
（2）在正规战模型中，设乙方与甲方战斗有效系数之比为a/b=4，初始兵力x0与y0相同。若甲方在战斗开始后有后备部队以不变的速率r增援，重新建立模型，讨论如何判别双方的胜负。
解：当甲方后备部队以不变的速率r增加时，方程（3）的第一个方程应给为
即方程（3）改为：
相轨线为：
ay2—ry—bx2=k
k=ay02-ry-bx02
即在上图的相轨线图中的轨线向上移动r/2a ，由图可得乙方取得胜利的方程条件为k>0，即为：
思考与讨论：
在战争模型里，我们应用了微分方程建模的思想。我们知道，一个战争总是要持续一段时间的，随着战争态势的发展，交战双方的人力随时间不断变化。
这类模型反映了我们描述的对象随时间的变化，我们通过将变量对时间求导来反映其变化规律，预测其未来的形态。譬如在战争模型中，我们首先要描述的就是单位时间双方兵力的变化。我们通过分析这一变化和哪些因素有关以及它们之间的具体关系列出微分方程。然后通过对方程组化简得出双方的关系。这也就是我们微分方程建模的步骤。
数学建模作为一种数学学习方式，是培养学生应用数学的意识，培养数学素养的一种形式。下文是我为大家蒐集整理的关于的内容，欢迎大家阅读参考!
篇1浅谈高职数学建模实践
摘 要： 本文简述了数学建模及其发展历史，探讨了高职数学建模活动设计和实施情况，并分三个方面进行了有效实践。
关键词： 高职数学教学 数学建模 数学应用
随着教育改革的深入进行和“数学应用意识”的加强，知识经济社会对高职数学提出了新的要求。高职数学教学应以运用数学解决实际问题为目标，以数学建模作为改革的切入点，让学生在建模过程中学会用数学思维去认识和思考自己所生活的环境与社会[1]，培养学生的创新思维能力和综合素质。
一、数学模型、数学建模和数学建模发展沿革[2]
数学模型还没有统一准确的定义，一般来说，“数学模型是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构。”具体来说，对于一个现实世界的一个特定物件，为了一个特定目的，根据其特有的内在规律，作出必要的简化设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。涉及实际问题的数学模型，还具有抽象性、准确性、非预制性和演绎性等特性。数学模型按模型的表现特性和所描述的不同的现象和过程，大致有四种：确定性数学模型、随机性数学模型、变突性数学模型和模糊性数学模型。当然，由于现实世界关系的复杂性和多样性，有些数学模型也可能是兼有几类特性的混合型数学模型。
数学建模即为建立数学模型的过程。建模即是对研究物件进行科学的分析、简化、抽象的过程。运用数学建模解决实际问题的一般步骤是：模型准备—模型设—模型构成—模型求解—模型分析—模型检验—模型应用。
早在上世纪70年代，国外不少发达国家的有识之士已经开始研究开展数学建模活动，各种建模案例相继出现。大约在上世纪70年代末80年代初，英国著名的剑桥大学专门为研究生开设了数学建模，并建立了牛津大学与工业界研究合作的“OSGI”。与此同时，在欧洲、在美国等工业发达国家开始把数学建模的内容正式列入研究生、大学生乃至中学生的教学中，并于1983年开始举行两年一次的“数学建模和应用的教学国际会议”进行定期交流。80年代以后，数学建模已成为国际数学教育改革的主旋律，世界各国的课程标准也都要求在各年级或多或少地含有数学建模内容。我国工业与应用数学学会从1992年开始举办了“全国大学生数学模型联赛”，并发展成为现在的“全国大学生数学建模竞赛”。以数学建模竞赛为契机，国内很多大学将数学建模融入数学课程教学中，并将数学建模和数学实验等相关课程设定为基础课、必修课，培养学生的数学综合能力。数学教学必须适应社会实际需要，数学建模进入高职院校的课堂，既符合数学教改需求，又顺应社会发展大潮。对于高职数学教育教学而言，不仅需要让学生掌握数学计算方法和逻辑思维，更需要培养学生用数学工具和数学软体分析和解决实际问题的意识和能力。传统的高职数学课程教学体系无疑偏重于前者，引入数学建模则是加强后者的一种有益尝试。
二、高职数学建模活动设计
1.高职数学建模的活动设计目标
①系统地获得数学建模的基本知识、基本理论和方法。②培养数学应用意识，体现数学的实际应用价值。③提高学生学习数学的兴趣，培养学生学会团结合作，提高分析和解决实际问题的能力。④了解数学建模过程，培养数学创新能力和数学建模综合素质。
2.高职数学建模的活动设计原则
数学建模的教学设计应反映数学教育发展和改革的方向，具体说来它更应强调发展学生的数学应用能力、逻辑推理能力、软体使用能力和自主学习能力。
3.高职数学建模的活动设计内容
①理论知识方面：根据理论结合实际的原则，要求学生重点掌握数学模型的建立和求解方法。基本掌握的内容：初等模型、数学规划模型、微分方程模型、图论与网路模型、概率统计模型等。②实践技能方面：要求学生重点掌握资料处理的基本方法，能够使用Lindo、Lingo求解各种规划问题，使用Matlab求解微积分和微分方程，进行资料拟合，引数估计、设检验、回归分析等概率问题。
三、我院高职数学建模活动实践
1.将数学建模融入高职数学主干课程
数学教学中引入数学建模，关键是要以生活实际应用来汇入案例，从金融、工程、美学、经济等方面创设真实学习情境。近几年来我们一直把数学建模和数学课程有机结合起来，从学习情况来看，已初见成效。通过数学教学中数学建模的应用，学生更加体会到数学知识的重要性，更加重视数学的学习。将数学建模融入高职数学主干课程，在教学中积极推进教学改革，各模组综合复习中加入数学建模和数学上机实验知识，较好地调动了学生的学习积极性。
2.积极开设数学建模相关选修课
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《教育资讯化十年发展规划》的指引下，为了进一步促进资讯化教学，我们摒弃了传统的数学教育方法，教学中多次尝试数学建模和数学试验。自2005年以来，我们一直对大一大二的学生开设了《数学模型》、《数学实验》、《数学建模与数学实验》等选修课，受到学生的热烈欢迎。课程的开设对全面培养大学生数学素质和有关专业所需要的数学知识起到了很大的促进作用。通过多位老师的实践和探索，由谢珊主编，刘志峰主审，吕靖、覃东君和陶盈老师参编的《数学建模与数学实验》校本教材已正式投入使用，这本书得到了师生普遍好评。
3.认真组织数学建模活动
学院数学教研室教师每年认真组织学院的高等数学竞赛和数学建模活动，丰富了学生的课余生活，在数学建模竞赛中也取得了一定的成绩：获得国家二等奖一次，获得省二等奖两次，获得省三等奖两次。实践证明，积极参与数学建模知识学习的学生在毕业之后发展潜力更大，无论是从学生受益面，还是在提高大学生综合素质方面，数学建模教学改革模式都取得了很好的成效[3]。
高职数学中融入数学建模对学生综合素质的培养是一项长期艰钜而有意义的工作。教师要根据学生的实际水平，进行准确的定位，寻找数学建模教学的起始点和切入点，提高学生的应用和建模能力，使他们能够自觉地应用数学的思想和方法去分析观察理解和解决问题，增强迎接未来社会竞争的能力，将数学建模思想融入教学中，使抽象的教学内容具体化、清晰化，使学生主动学习，积极思考，重视数学应用，从而提高了教学质量[4]。学无止境，数学建模融入高职数学教学改革应随着数学实践和教学经验的积累，及时补充新鲜血液。数学建模在我院的推广普及，培养了学生的综合素质和实践能力，对数学教学改革起到了推动作用。
参考文献：
[1]谢珊等.更新高职数学教育理念深化教学改革[J].现代企业教育，2011***11***：58.
[2]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2003：3-18.
[3]曹秀娟等.数学建模大众化教学改革模式的探索[J].中国校外教育，2010***11***：130-131.
[4]孟玲.高职数学建模教学的策略与方法刍议[J].教育与职业，2011***11***：107.
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