数学模型在中学生物教学中的应用分析
数学建模在生物教学中的运用

数学建模在生物教学中的运用数学是研究现实世界数量关系和空间形式的科学,数学建模是运用数学的语言和方法,通过抽象、简化建立模型并解决实际问题的一种强有力的手段。
数学模型是实际事物的一种数学简化,建立数学模型的过程,是把错综复杂的实际问题简化为合理数学结构的过程。
在生物教学中进行数学建模,可以使教学变得更为有效。
1化枯燥为生动,激发学生学习兴趣植物分类属于生物学中非常枯燥的内容。
例如榆,叶序周(从起点叶到终点叶之间的螺旋线绕茎周数,称为叶序周)为1,有2叶;桑,叶序周为1,有3叶;桃,叶序周为2,有5叶;梨,叶序周为3,有8叶;杏,叶序周为5,有13叶;松,叶序周为8,有21叶。
从表面上来看,叶序周和叶数就是一组枯燥乏味的数字,但若能从数字中找一找其中的规律,会惊奇地发现:植物的叶序周和叶数居然可以用数学中的斐波那契数列来描述(斐波那契数列指的是这样一个数列:1、1、2、3、5、8、13、21、……这个数列从第三项开始,每一项都等于前两项之和)。
植物的花瓣、萼片、果实的数目也都非常吻合于斐波那契数列。
再来观察向日葵的花盘,会发现其种子排列组成了两组镶嵌在一起的螺旋线,一组是顺时针方向,一组是逆时针方向。
两组螺旋线的数目,不同品种的向日葵会有所不同,但一般螺旋线的数目是34和55,55和89或89和144,每组数字都是斐波那契数列中相邻的两个数。
植物似乎对斐波那契数着了迷,为什么植物如此偏爱斐波那契数呢?原来斐波那契数列中相邻的两个数之比恰好是黄金比例,即0.618。
在植物中,像牡丹、月季、荷花、菊花等观赏性花卉含苞欲放时花蕾呈现的椭圆形,其长短轴之比接近于黄金分割。
研究表明这种比例对植物的通风和采光效果最佳。
由一组枯燥的数字联系到斐波那契数列再联系到黄金分割,枯燥的内容顿时变得非常有趣,很有吸引力。
学生学习生物学的好奇心被激发了,学生探索的欲望变得越来越强烈,学生的学习兴趣也变得越来越浓厚。
当置身于探索生命现象、建构模型的过程中时,学生学会了观察和统计、归纳与演绎、假设与近似的方法,并主动地去思索,在不知不觉中领略生物学的真谛。
数学知识在高中生物学习中的应用

数学知识在高中生物学习中的应用摘要:本文介绍集合、函数、数列、排列组合和二项式定理、概率等高中数学知识在生物学习中的应用,以达到加强学科间的相互联系、相互渗透、促进生物学习。
关键词:高中数学知识;生物学习;应用众所周知,数学在自然科学发展史上起着非常重要的作用。
生物科学中如哈维血液循环理论的建立、达尔文进化论的提出和孟德尔基因分离定律与自由组合定律的发现等很多理论、定律也是建立在数学知识基础上的。
在高中生物学习中,善于用数学思维去理解、用数学方法去处理,不仅有利于培养思维能力和综合分析能力,也有利于加强学科间的相互联系、相互渗透、促进生物学习。
高中生物中涉及光合作用和呼吸作用的关系,温度、酸碱度对酶活性的影响等用了大量的函数图象来命题,光合作用和呼吸作用中反应物、产物、能量的有关计算、遗传中的杂交后代组合数、基因型种类、表现型数,DNA复制、DNA结构中各类碱基关系的计算、食物链(网)中各营养级生物量的计算等等都用到了集合、函数、数列、排列组合、二项式定理、概率等高中数学知识。
下面举例介绍其中一些数学知识在生物学习中的应用。
一、集合知识的应用数学中的集合反映特定范围的对象,生物学习中借助集合法能更深刻和清楚地区分各种概念的范围大小和相互关系。
把集合知识有机地应用到生物学中,不仅直观也易于理解,而且能大大提高解题的效率和准确性。
例1.学习某些概念时,引进数学集合观点可以帮助理解概念的内在联系。
(1)细胞核、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系不妨将细胞核、染色体、DNA、基因以及脱氧核苷酸设定为五个集合。
细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心,染色体是遗传信息的载体,位于细胞核中,染色体的主要成分是DNA和蛋白质,所以染色体是细胞核的子集,而DNA又是染色体的子集。
基因是有遗传效应的DNA片段,所以基因是DNA的子集。
而基因是由成百上千个脱氧核苷酸按一定顺序排列而成,所以脱氧核苷酸是基因的子集。
BOPPPS模型在中学生物学概念教学中的应用

BOPPPS模型在中学生物学概念教学中的应用【摘要】BOPPPS模型是一种教学设计模型,在中学生物学概念教学中具有重要应用。
本文首先介绍了BOPPPS模型的基本概念,然后分析了其在生物学概念教学中的适用性。
接下来探讨了如何运用BOPPPS模型进行生物学概念教学,并通过案例分析展示了实际应用的效果。
评价部分总结了BOPPPS模型在中学生物学概念教学中的效果,指出其重要性并展望了未来的应用前景。
建议教师们在生物学教学中积极运用BOPPPS模型,以提高教学效果和学生学习动力。
通过本文的探讨,读者将更加深入了解BOPPPS模型在生物学概念教学中的作用,为教学实践提供有益参考。
【关键词】BOPPPS模型, 中学生物学概念教学, 应用性, 教学方法, 案例分析, 效果评价, 重要性, 应用前景, 教师建议1. 引言1.1 BOPPPS模型在中学生物学概念教学中的应用BOPPPS模型在中学生物学概念教学中的应用是一种重要的教学方法。
该模型是由美国教育家罗伯特·马田提出的,旨在帮助教师设计和实施有效的教学策略。
在生物学科目中,学生需要理解和掌握各种生物学概念,而BOPPPS模型提供了一种系统化的方法来帮助教师有效地传授这些知识。
通过BOPPPS模型,教师可以更好地了解学生的学习需求和学习风格,从而针对性地设计教学计划。
该模型强调了学生参与、互动和反馈的重要性,通过多种教学方法和工具来激发学生的学习兴趣和主动性。
在生物学概念教学中,教师可以结合课堂讲解、实验演示、小组讨论、案例分析等多种教学形式,用以帮助学生更好地理解和应用生物学知识。
BOPPPS模型在中学生物学概念教学中的应用不仅可以提高教学效果,还可以激发学生的学习兴趣和培养他们的综合能力。
通过本文的探讨和案例分析,将进一步探讨如何有效地运用BOPPPS模型进行生物学概念教学,并评价该模型在中学生物学概念教学中的效果。
2. 正文2.1 了解BOPPPS模型的基本概念BOPPPS模型是一种广泛应用于教学设计中的模型,主要包括六个关键元素:Bridge(桥梁)、Outcome(结果)、Pre-test(预测测验)、Participation(参与)、Practice(实践)和Summary(总结)。
初中生物教学中数学模型建构的实践与思考

初中生物教学中数学模型建构的实践与思考作者:刘兴玉朱晓燕来源:《中学生物学》2016年第06期摘要以“生态系统的稳定性”一节为例探讨了初中生物数学模型建构的理论基础、课堂实践和教学收获,以期对初中生物教学中建构数学模型提供借鉴。
关键词数学建模概念教学自主探究中图分类号 G633.91 文献标志码 B文件编号: 1003 - 7586(2016)06 - 0010 - 021 数学模型建构教学的理论依据模型建构教学活动以学生为主体,以建构模型为主线,让学生在探究过程中交流、学习。
它重视学习过程的主动性和建构性,强调学生以个体的学习经验建构对新事物的理解,从而形成新的概念,掌握解决问题的方法和技能。
教师在教学过程中用好模型建构,对提高学生生物科学素养有很大帮助。
数学建模是指通过数据解释实际问题,并接受实际的检验。
生物学教学建模时,教师引导学生利用生物学基本概念和原理,理解用数学符号和语言表述的生物学现象、本质特征和量变关系。
生物学数学建模一般包括5个基本环节:模型准备、模型假设、模型建构、模型再建构和模型应用。
2 数学模型建构教学在初中生物课堂教学中的实践以“生态系统的稳定性”为例,阐述初中生物数学模型建构的教学实践与思考。
2.1 模型准备建构数学模型,首先要了解问题的背景,明确建模的目的,收集必要的各种资料和信息,弄清对象的特征。
“生态系统的稳定性”这节课选自北师大版八年级下册第二十三章第四节,可分为生态系统稳定性的概念、稳定性形成的原因以及稳定性的破坏三个部分。
第三节中的生态系统的食物链和食物网以及生态系统的物质循环、能量流动为本节学习基础。
生态系统的稳定性形成的原因既是本节课的教学重点,也是教学难点。
通过数学建模的方法,可以把生物之间通过捕食形成的数量变化关系,更加直观、有效地呈现出来,有利于学生对生态系统自我调节能力的理解和掌握。
2.2 模型假设合理提出假设是数学建模的前提条件。
在本节教学内容中,教师引导学生尝试建立生态系统中各生物之间通过捕食关系所形成的数量变化曲线图模型,引导学生提出合理的假设。
初中生物教学中数学模型建构的实践与思考

初中生物教学中数学模型建构的实践与思考【摘要】初中生物教学中数学模型建构的实践与思考对于促进学生对生物知识的理解和应用具有重要意义。
本文首先介绍了数学模型在生物教学中的应用,并探讨了数学模型建构的实践方式。
通过案例分析,深入探讨了初中生物教学中数学模型建构的实际应用情况,以及数学模型对生物教学的影响和作用。
结论部分总结了数学模型建构对初中生物教学的启示,并展望了未来的研究方向。
通过本文的研究,可以更好地理解数学模型在生物教学中的重要性,同时为未来的教学实践提供参考和借鉴。
【关键词】生物教学、初中生物、数学模型、实践、案例分析、影响、知识传递、启示、未来研究、总结。
1. 引言1.1 研究背景在初中生物教学中,通常以传统的实验教学和理论讲解为主,很少涉及数学模型的建构和应用。
随着教育的不断改革和科技的进步,越来越多的教育者开始意识到数学模型在生物教学中的重要性和应用潜力。
通过构建数学模型,学生可以更深入地理解生物现象背后的数学原理,同时也可以培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。
探讨在初中生物教学中如何引入数学模型建构的实践,对于提高学生的综合素质和促进跨学科思维具有重要意义。
本研究旨在探讨初中生物教学中数学模型的建构实践,并分析数学模型对生物教学的影响,以期为教育改革和教学实践提供新的思路和启示。
1.2 研究目的研究目的在于探讨在初中生物教学中运用数学模型建构的实践方法,分析数学模型在生物教学中的应用效果,以及对生物知识的传递和理解提供更深入的视角。
通过具体的案例分析和实践探讨,进一步研究数学模型对生物教学的影响和作用。
通过这一研究,旨在揭示数学模型在生物教学中的潜在优势和挑战,为未来的教学实践提供借鉴和指导,推动生物教学更加深入、生动、有效地进行。
通过深入研究初中生物教学中数学模型的建构和应用,旨在提高学生对生物知识的学习和理解能力,培养学生的科学思维和创新能力,为培养未来的科学人才做出贡献。
1.3 研究意义初中生物教学是培养学生科学素养、提高生命科学素养的重要环节。
数学模型在生物学知识归类中的应用

数学模型在生物学知识归类中的应用周正广 (广西富川县富川高级中学 542700) 胡志强 (广西富川县富川第一中学 542700)摘 要 本文结合高中生物学教学实际,列举了数字、公式、定理、不等式、幂、集合、最值、极限、坐标图、几何图等10种数学模型方法在生物学知识归类中的应用。
关键词 数学模型 生物知识 归类 模型方法教育是科学方法教育的重要组成部分[1]。
数学模型运用于生物学教学中,即是用数学、符号、公式、定理、图像等数学语言,将生物的现象、规律、特征和状况概括地或近似地表述出来。
将生物学知识化繁为简,变杂为序,有助于培养学生简约、严密的思维品质和系统性记忆知识的能力[2]。
笔者应用数学模型的方法进行高三生物学复习教学,收到了较好的效果。
1 数字模型1.1 0模型 种群数量达到最大值(K)后的种群增长率;双亲分别是AA(正常)与aa(白化病)生出病孩的几率等。
1.2 1/2模型 成熟的生殖细胞中的染色体和DNA 数目;单倍体体细胞中的染色体组数;原生质层相当于一层半透膜;DNA分子的半保留复制;种群增长曲线中k/2值点的含义等。
1.3 1模型 1个初级卵母细胞只产生1个卵细胞;高等动物的受精作用一般只需要1个精子参与(但被子植物有双受精现象);胰岛素是唯一降低血糖的激素;单层膜的细胞器;兴奋在神经元之间的传递是单向的(但在神经纤维上的传导具有双向性)。
1.4 2模型 水在细胞中的两种形式;细胞膜的基本骨架(磷脂双分子层);DNA分子的两条多核苷酸链;光合作用的两个阶段;体液调节的两种类型(激素调节和非激素物质的调节);生长素的二重性;植物水、盐代谢以及人体水、盐平衡调节都是两个相对独立的过程等。
1.5 3模型 酶的三特征;变异三来源;三连体密码;反密码子(tRNA上3个相邻且与mRNA配对的碱基);三类致癌因子;真核细胞三种分裂方式等。
1.6 4模型 微生物种群生长的四个时期(调、对、稳、衰);遗传物质四特征(稳定性、连续性、指导性、变异性);蛋白质分子多样性的四个原因(多肽链的空间结构;氨基酸的种类、数目、排序);抗体的四种分布(血清、组织液、外分泌液和过敏时的细胞膜表面)等。
例析“模型”在高中生物教学中的应用

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第 三 次 复 制 = =:
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图2 D N A分子复制的模 型
1 . 模 型 阐述
核 苷 酸 链 占所 有 链 的 2 / 2 叶 一1 / 2 “ 。
P i ; 暗反应的条件是酶 、 c O r 、 [ H] 、 AT P 。 ( 5 ) 光反应 为暗反应提供 了E H] 和A T P, 用于 C 3 的 还原 ; 暗反应为光反应 提供 了 NA D P +、 AD P和 P i , 用于 再接受 电能合成 E H3 和 AT P 。 ( 6 ) 光 反 应 和 暗 反 应 同 时进 行 , 相互支持, [ HI 、
A T P 、 C 3 、 C 等物 质处 于动态平衡 和相互制约之 中。
2 . 典 例 解 析
( 5 ) 噬菌体侵染大 肠杆菌过 程 中, D N A注 入细 菌 内 后, 利用细菌提供原料进行 D NA的复制 。
2 . 典 例 解 析
【 例 1 】 进行正 常光合作 用 的叶片 , 如果 叶绿 体 中 [ H] 的含量相对稳定 , 在a 点时突然停止供给 C 0 2 , 能表 示 叶绿体 中[ H] 含量变化的曲线是 ( ) 。
) 。
D. 2 O、 1 O
罂 置 2 1 、 冒 罂 ; 1 H 罂 r 高 " - a
模型建构在生物教学中应用

模型建构在生物教学中的应用研究一、中学生物教学运用模型方法的策略(一)运用模型建构进行实践体验教学如在教师引导下学习《dna的结构与复制》,让学生自己动手,构建生物学物理模型,展示学生的作品,然后进行交流、互评,从而使学生有效地掌握相关的概念和原理。
具体教学策略如下:1.课前将学生分组,课堂上教师简单讲解后学生自己动手,利用现成的材料(磷酸、脱氧核糖、含氮碱基)制作dna分子模型,让学生讨论、交流。
并让学生上台,同时教师给予点评。
2.运用电脑动画演示配合讲解dna复制。
在解旋酶的作用下,dna双链自动解开;在酶的作用下,以解开的两段链为模板按照碱基互补配对原则进行碱基配对(a与t,c与g);配对后游离的脱氧核苷酸之间通过磷酸与脱氧核糖的交替连接形成dna子链;每条子链与对应的母链又重新盘绕成双螺旋结构,从而形成两个dna分子。
通过学生自己制作dna模型,使学生有了感性认识,“碱基配对”过程经过学生手脑并用大大加深了印象,再通过电脑动画演示,最终使学生对该部分内容中的相关概念在头脑中建构起一定模型。
(二)运用模型方法揭示生物现象本质特征建立减数分裂过程染色体和dna数目规律变化的模型,理解并概述染色体、dna数目规律变化的意义,以模型(图解)为切入点,构建减数分裂过程染色体和dna数目规律变化的数学模型。
如通过构建回顾有丝分裂中染色体、dna在各个时期的数目变化(以染色体为2n的体细胞为例,见图解1)。
图解1通过上图的形式,教师引导学生将上述数据转换成染色体、dna 数目变化的二维坐标柱状图或曲线图,并进行比较分析,进一步深化学生对数学模型的理解。
(三)运用模型方法进行概念图教学,建构生物学网络体系概念图是一种用节点代表概念、连线表示概念间关系的图示法。
以各种连线将相关的概念和命题连接,形成关于该主题的概念或命题网络。
如学习《光合作用的过程》时,学生知道光合作用是绿色植物在叶绿体中利用太阳能将二氧化碳和水合成有机物并释放氧气的过程。
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数学模型在中学生物教学中的应用分析
作者:沈小军冯莉莉
来源:《读与写·教育教学版》2019年第01期
摘要:数学模型是对现实事物或问题的抽象,在人们的生产生活中应用广泛。
高中生物中一些内容和数学知识联系紧密,因此,可通过构建数学模型,解决相关的生物问题,帮助学生加深对生物知识的认识与理解,提高高中生物教学质量与效率。
本文分析生物中涉及的数学模型、数学模型构建方法、原则,并结合生物教学内容,探讨数学模型的具体应用,以供参考。
关键词:生物教学数学模型中学生物生物实验应用分析.
中图分类号:G633.91 文献标识码:C 文章编号:1672-1578(2019)01-0122-02
随着数学模型在中学生物教学中的应用,需要定量的研究生物中涉及的数学模型、数学模型构建方法、原则,通过分析影响生物问题的各种因素,从而综合把握和剖析其规律,为建立数学模型,提供科学合理的定量化依据。
高中生物中的细胞增殖、孟德尔的豌豆杂交实验、种群数量的变化等内容都涉及数学知识,尤其近年来的生物高考试题,也常涉及有数学问题的考查,因此,生物教师应提高认识,在生物教学中传授相关的数学模型知识,使学生灵活应用数学模型高效解答相关生物试题,不断提高学生的解题能力。
1 数学模型的分析
数学模型是一种运用数学规则、原理近似表达事物或其现象特征的数学结构。
建立模型、求解模型、验证模型等过程,成为数学建模。
研究发现,数学建模有着以下特点:答案不确定性,即,数学模型的正确结果,可能有多重,并不唯一;逼真性。
数学模型不可能与真实情景完全一致,其只是解决问题的一种思想,因此,只要结果在允许的范围内,均可应用;(3)可转移性。
数学模型是对事物本质的概括,事物的本质或规律相近,均可使用同一模型进行处理,不过解答中需考虑事物的真实情况,保证结果的正确性、真实性。
2 数学模型的构建方法及原则
为保证数学建模的合理性,建模操作需遵守一定的建模步骤,即,先对实际问题进行分析,理清各种参数之间的关系;做出合理假设,构建对应的数学模型;运用数学知识求解模型,得出结果后还应结合实际问题,对求解的模型结果进行取舍。
另外,还应遵守以下原则:简洁与相似性结合原则。
为方便理解与求解,构建的模型应简洁,并且和真实情景相似,真实、充分反应事物的本质和属性;规律和灵活性原则。
建立数学模型的方法多种多样,应注重总结数学模型构建规律,灵活采用数学模型构建方法;继承和发展性原则。
针对同一问题,建立数学模型时,应注重借鉴他人经验,不断提高建模质量,构建优秀的数学模型。
3 数学模型在生物教学中的应用
数学模型为人们解决现实中的问题提供一条重要思路,在解决高中生物问题时,也可应用数学模型,以提高学生的解题效率,因此,生物教学实践中,教师应注重数学模型知识的讲解,结合具体教学内容,讲解数学模型的具体应用,培养学生运用数学模型解答生物问题的意识与能力。
3.1 基因频率变化模型
基因频率变化是高中生物中难度较大的计算题,很多学生对基因频率变化理解不清晰、不透彻,做相关试题的出错率较高,因此,教学实践中,教师可引导学生结合具体题目,构建相关的数学模型。
模型情景:在一昆虫种群中,眼睛为红色的决定基因为A,为无色的决定基因为a。
从该种群中任意选取100个个体,经检测基因型aa的个体10个,Aa的个体60个,AA的个体30个。
基于此研究自然界中种群基因频率呈现何种变化规律。
模型假设:为更好的建立模型,需作出以下假设:该对等位基因不发生基因突变;自然选择不会对该形状产生影响;不考虑迁出、迁入;种群数量大,且交配自由。
模型结论:通过实验数据分析,得出的模型数据为:后代的基因频率不发生变化。
模型应用:某池塘中有某生物20000头,其中aa基因型30%、Aa基因型55%,AA基因型15%。
某日2000头AA基因型的生物入侵该池塘。
该生物的交配自由,则F1中A的基因频率
为____。
分析:经计算入侵未发生前aa、Aa、AA个体分别为6000头、11000头、3000头,入侵后AA变为5000头。
因该生物自由交配,经计算发现,F1中A的基因频率未发生改变,而基因型频率为(5000×2+11000)/(22000×2)=48%。
基于构建的数学模型,学生对基因频率知识认识更加清晰、理解更为深刻。
需要注意的时,学生应用数学模型时,一定要牢记模型假设,分析题目条件是否符合假设要求,不要刻意套用,否则模型得出的结论是不成立的。
3.2 染色体数量关系模型
染色体、核内DNA分子数、染色体单体数相关的计算,在各类测试中较为常见,不少学生容易搞混淆,导致解题出错,为此,教师可引导学生构建相关的数学模型,帮助学生理清彼此之间的关系,不断提高相关生物试题的解题正确率。
模型情景:减数分裂、有丝分裂期间,染色体数、核内DNA分子数、染色单体数间的关系如何?
模型假设:核内DNA分子间期复制,复制后一个着丝点连接两个DNA分子,存在于两条姐妹染色单位中,减数第二次分裂、有丝分裂后期,着丝点分裂,姐妹染色单体分开,形成染色体。
模型结论:(1)存在姐妹染色体时,染色体、核内DNA分子数、染色单体数分别为1、2、2。
(2)不存在姐妹染色体时,染色体、核内DNA分子数、染色单体数分别为:1、1、0。
模型应用:玉米体细胞中的染色体数量为10条,有丝分裂后期细胞中DNA分子和染色单体数分别为:____。
分析:有丝分裂的后期,细胞中不存在姐妹染色单体,因此,由上述数学模型可知,细胞中的DNA分子数和染色单体数分别为40个、0条。
只要满足模型假设,学生可直接将上述模型用于
(下转第152页)
(上接第122页)
计算相关生物试题,避免计算错误,进一步提高解题正确率。
3.3 基因组合定律模型
基因自由组合定律是高中生物的重要内容,是高考的必考知识点,为使学生彻底掌握这一重要知识,解答一些常见的生物试题,做好数学模型分析尤为重要。
模型情景:某生物形状有n对等位基因控制,取F1进行自交得到F2,F2基因型和表现型比例为多少?
模型假设:n对等位基因组合、分离互不影响;每对等位基因分类符合分离定律,控制不同形状的基因自由组合,符合自由组合定律。
模型结论:通过实验得出F2的表现型和基因型比例分别为(3:1)n、(1:2:1)n。
模型应用:两纯合体亲本包含两对形状,杂交获得F1,F1自交得到F2。
如F2对应的表现型分贝为15:1、9:3:4、9:6:1。
则F1测交获得后代表现型对应的比例分别为____。
分析:因自由组合定律中F2表现型为(3:1)2=9:3:3:1,将题目数据进行变形,和数学模型建立联系,最终不难得出结果分别为:3:1,1:1:2、1:2:1。
认真阅读题干条件,应用数学模型,可简化计算过程,提高解题效率。
4 结语
数学模型在解答高中生物试题中具有重要的指导价值,可帮助学生寻找找到解题思路,并能简化计算复杂度,提高计算效率,因此,教学实践中,教师应注重数学模型的应用讲解。
一方面,根据高中生物常见的问题,构建对应的数学模型,要求学生认真分析模型构建过程,把握模型的关键点,尤其应注意构建模型时的假设,不可乱用模型。
另一方面,多对学生进行数学模型的应用训练,使学生吃透模型,熟练应用模型,不断提高数学模型的应用熟练程度。
参考文献:
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