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文档简介
高等数学课程中微分方程的
案例式教学陈贤峰上海交通大学数学系2013.3.9子项目:“数学建模思想和方法融入《微积分》的范例汇集”高等学校大学数学教学研究与发展中心教改项目:“数学建模思想和方法融入大学数学主干课程的范例汇集”问题的背景与思考:
我们究竟要培养具备什么样数学素质的人才,学数学学什么?是知识,还是数学思想、数学方法?数学思想是永恒的智慧,分析方法是多姿的技艺。———徐利治案例式、启发式、互动式。目标:让学生学好数学,应用好数学,最后实现数学创新。在案例选择方面强调三点:
1)切合相关知识点,起点较低;
2)问题展开方式注意纵向展开与横向展开相结合,或者讨论背景不同但模型类似的问题;
3)案例的解决尽可能既有解析方法,又有数值方法。在教学实践方法方面强调四点:
1)案例引入时,要介绍解决问题的基本方法和原理;
2)课外布置的问题要有多个层次实验;
3)学生可以自己选择完成哪些问题,并不给出一律的要求;
4)在完成案例的课外任务之后作必要的讨论和点评,讨论有些部分可以由学生来讲述,在点评结束后还可以进一步提出值得思考和有待解决的问题。理念:
数学是来源于生活,但高于生活,概念的引进、概念的解析时,尽可能结合我们今天的生活:比如讲星形线就讲到了公共汽车门的设计;讲到曲率,谈到火车轨道的设计问题;谈到户外运动爬山,就讲到攀岩,讲到梯度;讲微分方程就讲到人口问题、简谐振动等等。目前已编写的案例:1.滑梯问题2.本垒打3.储油罐的油量确定4.哈雷彗星轨道长度的高精度计算5.蹦极模型6.单摆周期的计算7.人口问题8.简谐振动9.π的计算如何从“人口问题”出发,全面介绍微分方程的概念、实际问题如何进行数学建模、模型的求解及分析过程
人口普查年份195319641982199020002010人口总数(亿)6.01937.230710.081811.336812.953313.7054年增长率(%)1.481.070.57人口问题《新中国后中国每增加一亿人口所需时间》年份人口数量(亿)增加一亿所用时间(年)19546/196471019698519749519811071988117199512720051310
英国人口学家马尔萨斯根据百余年的人口统计资料,于1798年提出了人口指数增长模型.他的基本假设是:单位时间内人口的增长量与当时的人口总数成正比.若已知时的人口总数为,试根据马尔萨斯假设确定出时间与人口总数之间的关系.
引入历史资料:用微分方程解决实际问题的一般步骤:(1)根据问题的实际背景,利用数学和有关学科的知识,建立微分方程与定解条件;(2)根据方程的类型,用适当的方法求出方程的通解,并根据定解条件确定特解;(3
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