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大学生数学建模论文篇一

摘 要：数学建模是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画并解决实际问题的一种强有力的数学手段，是数学与各个领域沟通的桥梁，本文先介绍了数学建模的概念，然后对matlab软件相关特点做出介绍，其次从数学建模实例出发，说明了matlab软件在数学建模中的重要作用，结果表明matlab软件可以使数学建模效率提高，结果清晰、明确，同时在数学教学方面也有重大意义。

关键词：数学建模；matlab;数学模型；数值计算

21世纪的今天，我们生活在“大数据”时代里，数据信息隐藏于各行各业，如互联网、股市、勘探、军工、商业等，可以说我们每天都在跟数据打交道，因此高效的数据处理方式显得尤为重要。数学建模是联系实际问题与数学之间的桥梁，建模的思想与以往解决问题的思路有很大的不同，我们以往求解数学问题时，都有明确的目标和已知条件，我们只要通过合理的方法，进行多次的数学运算，便能得到问题的解析解，但在现实生活中，很多实际问题是很难得到解析解的，甚至求解的问题和结果的范围都是模糊不清的，数学建模主要就是解决这样的问题，我们以实际问题出发，根据已有的经验，对已有的数据进行相关的分析、处理，通过合理的简化，建立合适的模型，再求解模型，最终会得到结果，这种方法行之有效，在实际生活中，通过建模已经解决了大量难题，近年来，随着科技的飞速发展，很多数学软件应运而生，如matlab、mathematic、maple等，目前应用最为广泛的数学软件便是matlab，它是1984年由美国mathwork公司推出的商业数学软件，用于算法开发，数据可视化、数值计算的高级计算语言和交互式环境，凭借计算功能强大、操作简便的特点在数学软件中脱颖而出，使得很多人在建模中选择该软件。

为了说明matlab软件能够提高数学建模的效率和质量，本文将以2014年高教杯全国大学生数学竞赛a题为例，来演示matlab软件在数学建模中的作用，下面首先对数学建模做简要介绍。

1 数学建模简介

1.1 数学建模与数学模型

数学建模一词出现的时间并不是很长，大概可以追溯到30年前，它的出现是基于科学技术的进步，尤其近半个世纪以来，随着计算机技术的进步和发展，数学建模便应运而生，并得到迅速的发展，直到现在已经大致形成了体系，在我国，数学建模比赛也有20多年的时间了，建模参考书籍越来越多，内容越来越完备，不同的书籍对数学建模的定义虽然有所不同，但大致可以归纳位：对实际问题进行分析，做出简化假设，分析其内在规律，并运用数学符号和数学语言将规律描述出来，再用适当的数学工具，得到一个数学结构，该结构称为数学模型，建立数学模型的过程叫做数学建模。

应用数学去解决实际问题时，建立数学模型是至关重要的一步，也是比较困难的一步，建立数学模型的过程，就是把一个实际问题进行合理的简化，并对相关信息进行调查、收集、整理，分析出问题的内在规律，并用数学符号将这种隐含的规律表达出来，然后运用恰当的数学方法对其进行分析、计算，最终解决问题，这一步对建模者的数学基础要求比较高，要求建模者有较为完善的数学体系，并且还要有敏锐的想象力和洞察力，数学建模的作用越来越受到数学工程界的普遍认可，它以成为现代科技者的必备技能之一。

1.2 数学建模的一般步骤

下面结合数学建模的几个环节和数学建模实例，简要介绍matlab在数学建模中的一般步骤，模型准备：在建模前要了解问题的实际背景，搜索问题信息，明确求解目的，从而确定用何种数学方法和建立何种数学模型；模型假设：根据实际对象的特征和建模的目的，抓住问题的主要因素，对问题进行合理简化，用精确的语言提出恰当的假设；模型建立：在假设的基础上，利用合理的数学工具刻画各变量、常量之间的数学关系，建立相应的数学结构；④模型求解：利用获取的数据 和已有的数学方法，来求解上一步的数学问题，对模型的参数进行相应计算⑤模型分析：对所建立的模型的思路进行阐述，对所得的结果进行数学上的分析；⑥模型检验：将模型与实际情况进行比较，以此来检验模型的准确性、合理性，如果不符合实际情况需重新建立模型；⑦模型的推广：在现有的模型基础上，对模型进行更加全面的考虑，使模型更能反映实际情况。

2 建模实例

由于matlab软件具有很强的数据处理和数据可视化功能，同时具备有操作方便的特点，所以当把matlab软件运用在数学建模里时，必将提高数学建模的质量和效率，并能起到事倍功半的效果，下面以2014年高教杯全国大学生数学竞赛a题为例来说明matlab软件在数学建模里的重要作用。

2014年高教杯全国大学生数学竞赛题目a题是嫦娥三号软着陆轨道设计与优化问题，嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，包括着陆器和玉兔号月球车，嫦娥三号在高速飞行的情况下，要保证准确地在月球预定区域内实现软着陆，关键问题是着陆轨道与控制策略问题。在卫星着路的过程中，不考虑主减速段，完全由姿态调整发动机控制水平运动的阶段为粗避障和精避障段，为了节省燃料，应尽量减少卫星在空中的悬停时间。题目中附件三、附件四分别是距月球表面2400米和100米的高程图，根据高程图中的数据信息，我们可以确定最佳的降落位置。我们可以运用matlab软件对于高程图的进行处理，首先用matlab软件软件中imread命令将其转化为矩阵形式，然后分别做出月球表面立体的三维图和等高线二维平面图，建立数值地形的不同区域，我们可以通过三维图很直观的观察到月球表面具体地形、地貌，通过等高线二维图形，我们可以清楚地看到月球表面地势高低变化成度，从而确定卫星降落地最佳地点。本文只以100米高程图作为例子演示，具体地操作程序以及输出结果如下：

g=imread(‘附件4距100m处的高程图。tif’);

% 用imread函数读取图片信息，注意路径要以电脑中图片的实际路径为准

gg=double(g);

% 将图片中的信息转化为数值矩阵信息以便以matlab软件进行后期处理

gg=gg-1/255;

% 将彩色值转为0-1的渐变值以便于观察

[x，y]=size(gg);

% 取原图大小

[x，y]=meshgrid(1：y，1：x);

% 以原图大小构建网格

mesh(x，y，gg);

% 呈现三维地貌图

contour(x，y，gg);

% 呈现月球表面等高线图

grid on

3 结论

从本文数学建模实例可以看出，在建模时，当需要对图片、表格、数据进行处理时，我们可以运用matlab软件进行解决，matlab凭借其丰富的库函数和工具箱，能够非常方便的解决这些问题，并且将数据可视化，结果清晰明了，显示出其他软件无法比拟的优势，除此之外，matlab软件在数据分析、数值计算以及规划、预测等多方面数学问题都占有绝对的优势，因此，我们提倡将matlab软件引入教学中去，让更多的学生在建模前了解其相关知识，进行软件操作，这不仅能够激发学生的建模积极性，而且可以使学生掌握一项技能，同时也提高学生动手实践能。

参考文献

[1] 卓金武。matlab在数学建模中的应用(第二版)北京航空航天大学出版社 2014

[2] 姜启源，谢金星，叶俊。数学模型(第四版)高等教育出版社 2011

大学生数学建模论文篇二

浅谈数学建模与大学生能力培养

摘要：数学建模作为现代应用数学的一个重要组成部分被越来越多的人所重视。本文描述数学建模课程及数学建模竞赛在培养大学生各种能力中的作用。

关键词：数学建模；竞赛；大学生；能力

一、引言

数学建模是运用数学的语言和方法，去描述或模拟实际问题中的数量关系，并解决实际问题的一种强有力的教学手段。数学建模是应用数学的语言和方法解决实际问题的过程，也是一个培养大学生各种能力的综合过程。

大学生数学建模竞赛最早是1985年在美国出现的。1989年在几位从事数学建模教育的教师的组织和推动下，我国几所大学的大学生开始参加美国的竞赛。自1994年起，教育部高教司和中国工业与应用数学学会共同主办全国大学生数学建模竞赛，每年一届，这项活动被教育部列为全国大学生四大竞赛之一。随着全国大学生数学建模竞赛的广泛影响，越来越多的高校组织队员参加该项竞赛，这项竞赛的规模以平均年增长25%以上的速度发展。2008年全国有31个省/市/自治区(包括香港)1,023所院校、12,846个队、38,000多名来自各个专业的大学生参加竞赛，比2007年新增院校15所。2009年全国有33个省/市/自治区(包括香港和澳门特区)1,137所院校、15,046个队、45,000多名来自各个专业的大学生参加竞赛，是历年来参赛人数最多的(其中西藏和澳门是首次参赛)。

20世纪八十年代以来，我国各高等院校相继开设数学建模课程。数学建模课程是在高等数学、线性代数、概率与数理统计之后，为实现理论和实践一体化、进一步提高运用数学知识和计算机技术解决实际问题，培养创新能力所开设的一门广泛的公共基础课。教育必须反映社会的实际需要，数学建模课程进入大学课堂，既顺应时代发展的潮流，也符合教育改革的要求。

素质教育是新世纪高校高等数学教育改革的一个重要方向。在大学校园中，数学建模课程的开设及数学建模活动的开展，能有效地激发大学生学习的兴趣和积极性，使大学生掌握准确快捷的计算方法和严密的逻辑推理，培养大学生用数学工具分析解决实际问题的能力，是实施素质教育的一种有效途径。

二、数学建模对大学生能力的培养

通过数学建模课程的教学与参加数学建模竞赛的实践，使我们深刻感受到数学建模过程，不仅是对大学生知识和方法的培养，更是对当代大学生各种能力的培养有着深远的意义。

1、有利于提高学生分析解决问题的能力。数学建模教学强调如何把实际问题转化为数学问题，要求建模者利用自己所掌握的数学知识及对实际问题的理解提出合理的假设，从一个个实际问题中抽象出数学问题，建立相应数学模型，利用恰当的数学方法来求解此模型，解决实际问题，并对模型进行评价改进。因此，数学建模教学为大学生架设了由抽象的数学理论知识通向具体的实际问题的桥梁，是使大学生的数学知识和应用能力共同提高的有效方式。大学生通过参与数学建模及竞赛活动，能切身体会到学习数学的实用价值，这是传统教学无法达到的效果，从而激发了大学生学习数学的兴趣，提高了学生分析解决实际问题的能力。

2、有利于培养大学生应用数学的能力。数学建模通过积极主动的发散性思维，培养学生“应用数学”的能力。这是数学教育的根本任务，当然应当成为数学应用于教学目的中的重中之重。应用数学的能力是一种综合能力，它离不开数学运算、数学推理、空间想像等基本的数学能力，但它主要侧重于从实际问题中提出并表达数学问题的能力，运用并初步构建数学模型的能力，对数学问题及模型进行变换化归的能力，对数学结果进行检验和评价、阐释和处理的能力。数学建模过程包括了归纳、整理、推理、深化等过程，因此把数学建模引入课堂教学，学生能够学会如何利用所学知识构造数学模型，求解数学模型，从而解决实际问题，并且做出必要的评价与改进，从而加深对数学知识的理解，提高了应用数学的能力。

3、有利于学生抽象概括能力的培养。应用数学去解决各类实际问题时，建立数学模型是十分关键的一步，同时也是十分困难的一步。建立教学模型的过程，是把错综复杂的实际问题简化，抽象、概括为合理的数学结构的过程。抽象是抽取事物的本质属性，使它与其他属性分开；概括是将同类事物的相同属性结合起来。抽象和概括是紧密联系的，只有抽象出事物的本质属性才能进行概括，如果思维不具有概括性也无从进行抽象。抽象能力是指在建模过程中能抛弃无关的非本质因素，从本质上看问题，自觉地进行层层的抽象概括，建立数学模型的能力。数学建模过程使学生对复杂的事物，有意识地区分主要因素与次要因素，本质与表面现象，从而抓住本质解决问题。它有利于提高学生思维的深刻性和抽象概括能力，它主要体现在学生能善于从复杂的事物中把握事物的本质及规律，使学生面对具体问题能有条理地在简约状态下进行思考，并有助于真理的发现。

4、有利于提高大学生自学的能力。数学建模以学生为主，教师事先设计好问题，启发、引导学生主动查阅文献资料和学习新知识，鼓励学生积极开展讨论和辩论。学生通过学习数学建模课程，参加数学建模竞赛，需要自学他完全不了解或知之不多的有关学科的专业知识，在这个过程中，有助于培养大学生获取新知识的主动精神，有利于提高大学生的自学能力。

参加数学建模竞赛赛前培训的同学大都需要学习诸如数理统计、优化、微分方程、计算方法、层次分析法、数学软件包的使用等等讲座，用的学时并不多，多数是启发性的讲一些基本的概念和方法，主要是靠学生自己去学，充分调动学生们的积极性，充分发挥学生们的潜能。同时，在比赛的短短3天时间里，要查阅大量的资料，取其精华，从中寻找到所需要的资料，收集必要的信息，这也必须要求大学生掌握科学的方法。这种能力必将使大学生在未来的工作和科研中受益匪浅。

5、有利于培养大学生的洞察力和想像力。洞察力是人们对个人认知、情感、行为的动机与相互关系的透彻分析。通俗地讲，洞察力就是透过现象看本质，变无意识为有意识。就这层意义而言，洞察力就是学会用心理学的原理和视角来归纳总结人的行为表现。洞察力是指深入事物或问题的能力，更多的是掺杂了分析和判断的能力，可以说洞察力是一种综合能力。

想像力是人在已有形象的基础上，在头脑中创造出新形象的能力。in有一句名言：想像力比知识更重要，因为知识是有限的，而想像力包括世界的一切，推动着社会进步，并且是知识的源泉。这句话可以认为是开设“数学建模”这门课程的一个指导思想。

数学建模的模型假设过程就是根据对实际问题的观察分析、类比、想像，用数理建模或系统辨识建模方法作假设，通过形象思维对问题进行简单化、模型化，做出合乎逻辑的想像，形成实际问题数理化的设想。例如，2006年全国大学生数学建模竞赛中c题“易拉罐的最优设计问题”,第四问要求大学生利用对所测量的易拉罐的“洞察力和想像力”,做出自己的关于易拉罐形状和尺寸的最优设计。大学生做题的过程，无异于是对大学生洞察力和想像力培养的真实体现。

6、有利于提高大学生利用计算机解决问题的能力。首先，计算机是数学建模的得力助手。数学建模过程中，大多数问题灵活多变，很多模型的求解都面临着大量的计算；其次，所建模型是否与实际吻合，常常要用模型的解来判断，而且这种工作，在建立一个实际问题的数学模型中经常要重复多遍。因此，熟练使用计算机计算数学问题是对学生的必须要求。我们倡导大学生尽量利用计算机程序或某些专用的数学应用软件如mathematica、matlab、lingo、mapple等，以及当代高新科技成果，将数学、计算机有机地结合起来去解决实际问题。数学建模教学中结合实验室上机实践，计算机的应用不仅仅表现在数学建模中模型的简化与求解，而且给大学生提供了一种评价模型的“试验场所”,这就有助于培养大学生利用数学软件和计算机解决实际问题的能力。

7、有利于培养大学生的创新能力。创新是指人类为了满足自身的需要，不断拓展对客观世界、自身任职与行为过程和结果的活动。创新能力指人在顺利完成以原有知识经验为基础的创建新事物活动中表现出来的潜在心理品质。我们在教学中应给学生留有充分的余地，鼓励学生开阔视野、大胆怀疑、勇于进取、勇于创新，让学生充分发挥想像力，不拘泥于用一种方法解决问题，从而培养学生的创新能力。在数学建模竞赛中，对给出的具体实际问题，一般不会有现成的模型，这就要求大学生在原有模型的基础上进行大胆的尝试与创新。创新是一个民族的灵魂，只有创新才能发展。而创新教育是以全面、充分发展学生的创造力为核心的教育，它是适应经济时代发展的教育思想。数学建模课程就是培养创新能力的一个极好的载体，数学建模的过程是一个创造性的过程，我们应该充分发挥它在创新能力培养中的作用，它为培养大学生创造性思维能力和创新精神提供了广阔的空间。

8、有利于提高大学生论文写作和表达能力。数学建模成绩的好坏、获奖级别的高低与论文撰写有着密切关系，数学建模的答卷是评价的唯一依据。建模方法独特、结果出色，但如果不能做到结构清晰、重点突出、文字流畅，也将会失去获奖的机会。写好论文的训练，是科技写作的一种基本训练。通过建模竞赛，学生能够学会如何更加准确地阐述自己的观点。所以，数学建模对培养学生的论文写作能力和表达能力，都起到了积极的作用。

9、有利于培养大学生的合作交流能力和团队合作精神。数学建模的问题涉及各个领域，都有一定的深度和广度，所需知识较多，数学建模课程广泛地采用讨论班的教学方式，同学自己报告、讨论、辩论，教师主要起质疑、答疑、辅导的作用，与此同时，同学之间互相平等，互相尊重，培养了学生合作交流的能力。

参考文献：

[1]姜启源，谢金星，叶俊。数学模型[m].高等教育出版社，2004.

[2]赵静，但奇。数学建模与数学实验[m].高等教育出版社，2004.

[3]刘来福等。数学模型与数学建模[m].北京：北京师范大学出版社，1999.

大学生数学建模论文篇三

浅谈大学生数学建模的意义

【摘 要】本文重点分析了数学建模对当前数学教育教学改革的现实意义，探讨了数学建模对学生应用数学能力的培养，阐述了计算机在数学建模竞赛中的作用和地位，最后介绍了数学建模对数学教学改革的启示意义。

【关键词】数学建模；综合素质；教学改革

长期以来，我国的数学教学中一直普遍存在着重结论而轻过程、重形式而轻内容、重解法而轻应用等弊端，不注重学生数学能力和素质的培养；过分强调对定义、定理、法则、公式等知识的灌输与讲授，不注重这些知识的应用，割断了理论与实际的联系，造成学与用的严重脱节，致使在我们的数学教育体制下培养出来的学生的能力结构都形成了一种严重的病态，主要表现在：数学理论知识掌握得还可以，但应用知识的能力很差，不能学以致用，缺乏创造力和解决实际问题的能力，这些问题使我们的学生在走向工作岗位时上手速度慢，面对新的数学问题时束手无策，不能将所学的知识灵活运用到实际中去。显然，这种教育体制和理念与现代教育理念是背道而驰的，是必须抛弃的。开展数学建模教学或数学建模竞赛，能够培养学生各方面的综合能力，提高学生的综合素质，对于当前数学教育教学改革有着极为重要的现实意义。

1 数学建模能够丰富和优化学生的知识结构，开拓学生的视野

数学建模所涉及到的许多问题都超出了学生所学的专业，例如“基金的最佳适用”、“会议筹备”、“地震搜索”等许多建模问题，分别属于不同的学科与专业，为了解决这些问题，学生必须查阅和学习与该问题相关的专业书籍和科技资料，了解这些专业的相关知识，从而软化或削弱了目前教育中僵死的专业界限，使学生掌握宽广而扎实的基础知识，使他们不断拓宽分析问题、解决问题的思路，朝着复合型人才和具备全面综合素质人才的方向发展。

2 数学建模可以培养学生利用数学知识解决实际问题的能力

数学建模要求建模者利用自己所掌握的数学知识及对实际问题的理解，通过积极主动的思维，提出适当的假设，并建立相应的数学模型，进而利用恰当的数学方法(现有的或新创造的)求解此模型，并对解做出评价，必要时对模型做出改进。这一过程包括了归纳、整理、推理、深化等活动，因此把数学建模引入课堂教学，必将改变目前数学教学只见定义、定理不见问题背景的局面，必将改变知识僵化、学而不用的局面，从而调动了学生学习的积极性，培养了学生解决实际问题的能力。

3 数学建模能够培养学生的创造力、想象力、联想力和洞察力

数学模型来源于客观实际，错综复杂，没有现成的答案和固定的模式，因此学生在建立和求解这类模型时，必须积极动脑，而且常常需要另辟蹊径，在这里，常常会迸发出打破常规、突破传统的思维火花，通过这种实践活动，可以培养学生的创造能力，促使他们在头脑中树立推崇创新、追求创新和以创新为荣的意识。在从实际问题中抽象出数学模型的过程中，须把实际关系转化为数学关系，这要求他们敢于想象和联想，此外他们还要从貌似不同的问题中抓住其本质的和共性的东西，这将培养他们把握问题内在本质的能力，即洞察力，可以说，培养学生的这些能力始终贯穿在数学建模的整个过程。

4 数学建模可以培养学生熟练地运用计算机的能力

5 数学建模可以增强大学生的适应能力

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，更重要的是对不同的实际问题，如何进行分析、推理、概括以及如何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，无论以后到哪个行业工作，都能很快适应需要。不仅如此，由于建模决不是一件轻而易举的事，需要学生对实际问题进行反复多次的研究、分析、观察和对模型进行反复多次的计算、论证及修改等，整个过程是一个非常艰辛的探索过程，这可以培养学生高度的责任感、坚韧不拔的毅力、遭遇挫折后较强的心理承受能力以及孜孜不倦、精益求精的探索精神，使他们具有良好的心理素质与精神状态。同时数学建模一般都是由几个人组成的团队来完成的，其成功与否，完全取决于大家的密切合作，既要合理分工，又要密切配合，这样又可以培养学生的组织管理能力、协调能力和相互协作的团队精神，这些对他们今后走向工作岗位都是大有裨益的。

此外，数学建模从教育观念、内容、形式和手段都有一定的创新，对数学教学改革有积极的启示意义。首先，数学建模突出了教与学的双主体性关系。教师要根据学生的学习兴趣、能力及特点，不断修正自己的教育内容和方法。学生要对教师所给予的信息有批判性地、创造性地、发展性地能动反映，要在相互讨论、相互启发下寻求更多更好的解答方案。这种双主体的关系是对传统教学方式的根本突破。

其次，数学建模促进了课程体系和教学内容的改革。长期以来，我们的课程设置和教学内容都具有强烈的理科特点：重基础理论、轻实践应用；重传统的经典数学内容、轻离散的数值计算。然而，数学建模所要用到的主要数学方法和数学知识恰好正是被我们长期所忽视的那些内容。因此，这迫使我们调整课程体系和教学内容。比如可增加一些应用型、实践类课程等等；在其余各门课程的教学中，也要尽量注意到使数学理论与应用相结合，增加实际应用方面的内容和例题，从而使教学内容也得到了更新。

再次，数学建模增加了教师对新兴科技知识的传授，拓宽了学生的知识面。这些特点对于目前数学教材中存在的内容陈旧、知识面狭窄及形式呆板等问题，具有借鉴作用。数学建模的试题通常联系新兴的学科，在科学技术迅猛发展的今天，各种新兴学科、边缘学科、交叉学科不断涌现，广博的知识面和对新兴科学技术的追踪能力是获得成功的关键因素之一。

数学建模不仅有利于学生更好的掌握知识、运用知识，也有利于高校的科研和教学，使学生和教师能在平时的学习、工作中自动形成勤于思考的好习惯，数学建模竞赛与学生毕业以后工作时的条件非常相近，是对学生业务、能力和素质的全面培养，特别是开放性思维和创新意识，这项活动的开展有利于学生的全面素质的培养，既丰富、活跃了广大学生的课外生活，也为优秀学员脱颖而出创造了条件。

【参考文献】

[1]颜筱红，粱东颖。高职院校数学建模教学的研究[j].广西教育，2013(2)：54，134.

[2]秦立春，何友萍。高职院校数学建模培训现状与对策[j].柳州师专学报，2012(3)：103-105.

[3]李大潜。中国大学生数学建模竞赛[m].2版。北京：高等教育出版社，2001.

[4]谢金星。2008高教社杯全国大学生数学建模竞赛[j].工程数学学报，2008(25)：1-2.