以下是一个关于清华大学大二数学中数学建模相关内容的教案示例:
《清华大学大二数学:数学建模初步》教案
一、教学目标
1.让学生了解数学建模的基本概念、重要意义和方法步骤。
2.通过实际案例,引导学生学会将实际问题转化为数学模型。
3.培养学生的数学应用意识和创新思维能力。
二、教学重难点
1.重点:理解数学建模的方法步骤,掌握如何从实际问题中抽象出数学模型。
2.难点:针对具体问题选择合适的数学方法建立有效模型,并对模型进行求解和分析。
三、教学方法
讲授法、案例分析法、小组讨论法
四、教学过程
(一)课程导入(5分钟)
通过介绍一些现实生活中需要用数学方法解决的问题,如交通流量预测、资源分配等,引出数学建模的重要性,激发学生的学习兴趣。
(二)知识讲解(30分钟)
1.数学建模的定义(5分钟)
-讲解数学建模的概念:对于一个现实对象,为了一个特定目的,根据其内在规律,作出必要的简化假设,运用适当的数学工具,得到的一个数学结构。
-强调数学建模是用数学方法解决实际问题的第一步。
2.数学建模的重要意义(5分钟)
-介绍电子计算机的发展使得数学向各领域渗透,数学建模受到越来越多的重视。
-举例说明数学建模在一般工程技术、高新技术领域以及新领域中的具体应用,如分析与设计、预报与决策、控制与优化、规划与管理等。
3.数学建模示例(20分钟)
-椅子能在不平的地面上放稳吗(10分钟)
-问题分析:引导学生思考如何将椅子能否放稳的问题转化为数学问题,指出关键是用数学语言表示椅子位置和四只脚着地的关系。
-模型假设:四只腿一样长,椅脚与地面点接触,四脚连线呈正方形;地面高度连续变化,可视为数学上的连续曲面;地面相对平坦,使椅子在任意位置至少三只脚同时着地。
-模型构成:利用正方形的对称性,用对角线与x轴的夹角表示椅子位置;定义两个距离函数f(θ)和g(θ)分别表示a,c两脚与地面距离之和以及b,d两脚与地面距离之和。
-数学问题:已知f(θ)和g(θ)是连续函数,对任意θ,f(θ)g(θ)=0,且g(0)=0,f(0)>0,证明存在θ0,使f(θ0)=g(θ0)=0。
-模型求解:简单介绍证明方法,即将椅子旋转90°,利用函数的连续性和基本性质得到结论。
-商人们怎样安全过河(10分钟)
-问题描述:给出商人和随从过河的具体情境及规则。
-问题分析:强调这是一个多步决策过程,决策是每一步船上的人员安排,需在安全前提下经有限步使全体人员过河。