Teaching and Learning Mathematical Modelling

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作者:Houston, S. K. (EDT)
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价格:51
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isbn号码:9781898563297
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  • 数学建模
  • 教学
  • 学习
  • 教育
  • 高等教育
  • STEM教育
  • 问题解决
  • 应用数学
  • 建模教学
  • 课程设计
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具体描述

深入理解与实践:面向未来教育的数学建模教学变革 《面向未来教育的数学建模教学变革》 ISBN: [此处填写一个示例ISBN,例如:978-7-5086-1234-5] 作者: [此处填写示例作者姓名,例如:张伟、李芳] 出版社: [此处填写示例出版社名称,例如:高等教育出版社] --- 图书简介: 在信息技术飞速发展、全球化挑战日益严峻的21世纪,传统的数学教育模式正面临前所未有的冲击。仅仅教授抽象的数学公式和定理已远远不能满足培养学生创新思维、解决复杂实际问题的能力的需求。《面向未来教育的数学建模教学变革》正是在这样的时代背景下应运而生的一部具有前瞻性和实践指导意义的专著。本书旨在为 K-12 阶段、高等教育以及职业教育领域的数学教师、课程设计者和教育管理者提供一套系统、深入且可操作的数学建模教学改革方案。 本书的核心论点在于:数学建模不仅是一种数学应用工具,更是一种高级的认知结构和跨学科思维方式。 因此,将建模活动深度融入日常数学教学,是实现教育现代化、培养面向未来人才的关键路径。本书没有停留在理论的阐述,而是基于最新的认知科学研究成果和全球顶尖的数学教育实践案例,构建了一个多层次、全方位的数学建模教学生态系统。 第一部分:理论基石与时代呼唤 本书的第一部分深入剖析了数学建模在当代教育体系中的战略地位。我们首先回顾了数学建模的发展简史及其在不同国家和文化背景下的应用现状,重点对比了传统“问题解决”与“模型构建”之间的本质区别。 我们详细阐述了建模过程的认知心理学基础,包括问题表征、概念整合以及现实世界与符号世界之间的映射转换机制。这部分内容为教师理解“为什么”要进行教学变革提供了坚实的理论支撑。我们强调,现代数学教育的目标已从“知识的传递”转向“能力的培养”,而建模正是培养学生批判性思维、沟通协作能力和创新精神的最佳载体。 此外,本部分还探讨了技术赋能下的建模教学新范式。我们分析了大数据、人工智能和高性能计算(HPC)对传统建模流程的重塑,并探讨了如何在新兴技术环境中重新定义“模型的有效性”与“解决方案的合理性”。 第二部分:K-12 阶段的建模启蒙与渗透 针对基础教育阶段(小学、初中、高中),本书提供了大量细致入微的教学策略。我们深知,在基础教育中引入建模,关键在于“适切性”和“趣味性”。 在小学阶段,本书提出“具象建模”和“情境化游戏”的教学法。例如,如何通过简单的资源分配游戏(如分糖果、设计最短回家路线),初步引导学生识别变量、建立简单关系。这部分内容详尽介绍了如何将几何、数论等基础知识与日常生活中的情境(如房间装饰、购物预算)紧密结合。 针对初中和高中阶段,本书的重点转向“结构化建模”。我们设计了大量的循序渐进的案例,涵盖了从线性模型、简单指数增长到初级优化问题的处理。特别地,我们详细剖析了如何在高中的代数、几何和统计课程中,自然而然地嵌入建模的各个步骤(问题理解、假设建立、模型求解、结果验证)。本书提供了大量针对现有教材内容的“建模重构”方案,帮助教师无需大幅度更换现有教学材料,即可实现教学内容的深度升级。 第三部分:高等教育中的深度建模与跨学科融合 进入高等教育阶段,数学建模的要求不再局限于建立一个可解的模型,而更侧重于模型的鲁棒性、参数敏感性分析以及不同学科知识的集成。 本部分详细探讨了如何将工程学、经济学、生物学甚至社会科学中的复杂问题引入数学课堂。我们提供了多个跨学科合作教学的范例,例如:如何使用微分方程模拟传染病传播(生物与数学的结合),或如何运用博弈论分析市场竞争(经济学与离散数学的结合)。 本书特别关注了“复杂系统建模”的教学方法。我们详细介绍了系统动力学、Agent-Based Modeling(基于智能体的建模)等前沿技术在教学中的应用,并探讨了如何指导学生使用如 MATLAB、Python (SciPy/NumPy)、R 等专业工具进行高阶的模型求解与可视化。此外,针对专业课教师,本书提供了如何将专业知识的理论推导与实际数据驱动的建模过程相结合的实用指南。 第四部分:教学评估与教师专业发展 有效的教学变革离不开科学的评估体系和持续的教师专业发展。本书的第四部分着重解决了这两个关键挑战。 在评估方面,我们挑战了传统的“标准答案”式考试模式。本书提出了一套多维度的建模作业评估框架,包括对模型假设的清晰度、方法的创新性、结果的解释力以及团队协作过程的考量。我们提供了具体的评分标准(Rubrics)和案例分析,展示如何对开放性、过程性的建模作业进行公平、有效的评价。 在教师发展方面,本书认识到教师是教学改革的基石。我们设计了一套包含“工作坊”、“同伴互助小组”和“微型研究”的教师培训模块。这些模块侧重于提升教师自身的建模素养,使其能够从“知识的传授者”转变为“学习的引导者和建模过程的陪伴者”。我们分享了成功推行建模教学改革的学校和教师的经验教训,强调持续反思和迭代改进的重要性。 总结与展望 《面向未来教育的数学建模教学变革》是一本集理论深度、实践广度和创新视野于一体的教育改革手册。它不仅为数学教育工作者指明了方向,更提供了抵达目标的具体路径。通过系统学习和实践本书提供的策略,教育界将能够培养出更具适应性、更富创造力,能够利用数学语言理解和重塑复杂世界的未来公民。本书的出版,标志着我国数学教育向培养高阶思维能力的转型迈出了坚实的一步。

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读后感

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用户评价

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这本书的结构安排非常巧妙,它采取了一种螺旋上升的叙事方式,让你在不知不觉中被带入更深层次的讨论。我最初翻阅时,以为会看到大量具体的案例分析,但出乎意料的是,它的大部分篇幅都致力于构建一个坚实的理论基础,阐述数学建模的哲学根基。作者们似乎在刻意避免提供那种“一招鲜吃遍天”的现成食谱,而是侧重于培养教师自身的“模型直觉”。其中关于“模型简化”与“现实忠诚度”之间紧张关系的讨论,简直是教科书级别的精彩。他们用了大量的篇幅来剖析不同学科背景的教师在引入建模任务时可能遇到的文化冲突和认知障碍,并提供了诸多富有洞察力的建议,这些建议不是僵硬的指令,而是灵活的指导方针。书中对于如何设计一个能够促进深度学习而不是表面模仿的建模任务的探讨,尤其具有启发性。对于任何致力于提升学生应用能力而非仅仅是应试技巧的教育工作者而言,这本书都是一个不可多得的智力资源,它迫使你从根本上重新定义你对“教”与“学”的理解。

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我必须指出,这本书的叙事节奏感极强,阅读体验非常流畅,尽管主题严肃,但丝毫没有让人感到沉闷。作者的语言风格是一种融合了学术严谨与个人热情的独特混合体。他们似乎非常了解一线教师在面对真实课堂挑战时的那种无助感和渴望,因此,书中那些关于如何管理一个充满探索性和不确定性的建模课堂的章节,读起来格外亲切。其中关于“错误是学习的机会”这一理念的阐述,远比我们以往听到的那些空泛口号来得深刻和具体。他们详细描述了在学生得出“错误”模型时,教师如何进行有效的、非评判性的引导,从而将一次潜在的失败转化为一次深刻的数学洞察。这种对教学过程细微之处的关注,体现了作者深厚的实践经验。它更像是一本反思性实践的指南,而不是一本操作手册,它要求读者不仅要阅读,更要思考、反思并付诸实践,这对于那些渴望从“教知识”转向“育能力”的同行来说,无疑是久旱逢甘霖。

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这本书最让我感到震撼的,是它在宏观层面对于数学在社会中的角色的重新定位。它将数学建模提升到了一个社会责任和公民素养的高度,而非仅仅是科学技术的基础。作者们非常清晰地描绘了数学素养在理解现代社会复杂问题(如环境变化、公共卫生决策等)中的核心作用。他们提出的“模型素养”概念,不仅仅是能建模型,更是能够批判性地解读他人构建的模型,并理解其局限性。这种超越传统课程框架的视野,令人耳目一新。书中对案例选择的强调也十分到位,那些被选取的现实世界问题,都极具时代感和紧迫性,成功地激发了作为读者的我,对于如何将这些紧迫性转化为课堂活力的热情。这不是一本只适合数学系高材生的书,它真正面向的是所有关心下一代如何理解和应对复杂世界的教育工作者,其思想的广度和深度,值得反复研读。

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这本书的行文逻辑严密,如同精心设计的数学证明,层层递进,无懈可击,但又不失人文关怀。我尤其欣赏作者对于“协作学习”在建模过程中的重要性的强调。他们详细论证了为什么数学建模天生就是一种群体活动,以及如何设计有效的团队结构来最大化认知冲突与知识共享。他们深入探讨了跨学科合作的实际挑战与巨大潜力,并提供了详实的策略来弥合不同学科语言和思维方式之间的隔阂。这种对教学实践中人际动力学的关注,使得这本书在众多理论著作中脱颖而出。它没有回避在真实课堂中引入建模所伴随的管理难题,反而直面了这些挑战,并提供了富有创意的解决方案。阅读这本书,就像被邀请进入一个由一群富有远见的教育家精心搭建的研讨空间,每一个章节都充满了对如何培养更具弹性、更具批判性思维的未来学习者的深刻承诺。

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这本书,坦率地说,是一次引人入胜的认知旅程,它不像我预期的那样,是一本专注于技术细节的枯燥教科书,反而更像是一本与经验丰富的数学教育家进行的高水平对话。作者的叙事风格极为细腻,他们没有直接抛出模型构建的步骤,而是首先深入探讨了“为什么”——为什么数学建模在当代教育中如此不可或缺。我特别欣赏书中对于学生思维模式转变的细致观察,那种从解题者到问题解决者的蜕变过程,被描绘得栩栩如生。他们探讨了如何引导学生跨越从现实世界到抽象数学符号的鸿沟,以及在面对不确定性和不完整信息时,如何培养学生的批判性思维和适应性。阅读过程中,我不断地停下来,反复思考书中提出的那些关于“有效反馈”和“情境真实性”的观点,这些观点深刻地挑战了我过去对数学课堂的固有认知。它不仅仅关乎数学,更关乎认知科学在教学实践中的应用,那种将复杂的教学理念用如此清晰、富有洞察力的方式呈现出来的能力,实在令人赞叹。这本书的价值在于,它为你提供了一套全新的视角去审视整个教学生态系统,远超出了单纯的课程内容本身。

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