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基于生活案例的高职数学教学设计
——以不定积分应用为例

《高等数学基础》课程是高职高专一门重要的公共基础课,是学习大多数专业课程所需要的知识基础。通过该课程的学习,学生可理解微分学和积分学的基本概念、掌握高等数学的基本理论方法。提升运算能力、抽象思维能力、逻辑推理能力及空间想象能力,最终提高解决实际问题的能力。

一、 教学分析

1.教学内容与授课对象

不定积分的应用是《高等数学基础》课程中不定积分知识的拓展,通过学习使学生理解知识的内在联系,感受数学学习的重要性,领悟数学对实际生活中的影响。本节课以新冠疫情引出病毒传播模型,借助Mathematica软件计算引出相关应用,授课对象为工商管理类高职一年级学生。

2.学情分析

该阶段的学生已经掌握了不定积分的简单计算,能对一些基本的题目进行数学模型的建立,但在解决问题过程中对于一些较复杂的计算存在畏难心理。通过本节课的学习,可以进一步提高学生对于高等数学这门功课的兴趣。

3.教学目标

(1)思政目标:案例教学提高学生学习兴趣,激发学生学习热情,培养学生勇于探索精神;

在体会数学应用中,感受我国在国际上的影响力和大国风范,感受数学知识与专业知识的结合应用,激发爱国主义和努力成为高素质高水平技术人才的热情。

(2)知识目标:了解如何用不定积分解决实际问题,掌握不定积分在各个领域内的应用。(3)能力目标:通过本节课的学习,能够培养学生抽象概括能力和数学思维能力,使学生具备解决实际问题的能力。

4.教学重难点

不定积分在病毒传播学中模型的建立,与解决模型问题过程中对于繁琐的计算学会借助Mathematica软件,这也是本节课的难点。

5.教学方法手段

案例教学法,讨论法,演示法;辅助教学工具,如利用Mathematica数学软件等。

二、 教学过程

整个教学环节分四个部分,分别为创设情境、分析问题、拓展应用、归纳总结,具体的

教学过程见表1。

表1 不定积分的应用教学设计

教学环节

教学内容

师生活动

设计意图

1.创设情境,引入课题(10分钟)

2020年是不寻常的一年,在新冠疫情席卷世界各地之时,中国在以习近平同志为核心的党中央领导下,在最短的时间内控制了病毒的传播,展现了大国风范。

播放2020年因新冠疫情武汉封城场景视频。

教师:借《淮南子 主术训》中的话“积力之所举,则无不胜也;众智之所为,则无不成也。”引出问题:一个城市有1000万人口,一名市民不幸患上某种传染病,24小时后有两人被传染,若早期没有及时隔离,180天后疫苗研制成功并经过程序进入临床接种。试估算一下到时这个城市的患病人数。

学生:观看视频,并去思考引出的问题如何解决?

从新冠病毒的传染性实例出发,不仅能培养学生爱国主义及民族自豪感,也能从求传染病传染人数的题目中找到需要数学的相关知识,从而让同学们了解到数学来源于生活又服务于生活。

2.分析问题,建立模型(20分钟)

前期统计得出如下图所示的病毒传播规律:

绿色的线表示传染源,蓝色的线表示易感人群,通过图像可知,传染源和易感人群是传染病传播的重要环节。传染源和易感人群越多,疾病传播的越快。病毒传播初期,易感人群数量庞大,传染源成指数增长,随着病毒的传播,易感人群越来越少,病毒的传播速率下降。

视频演示Mathematic计算。

教师:带动学生观察图形得出病毒传播的一般规律, 设为城市中首发病例后天传染人数,此时未传染人数为 。对时间的导数就是该传染病的传播速率。

数学语言描述:

其中:为比例系数。

学生:思考以上数学语言描述的表达式如何解答?

教师:引导学生用Mathematica数学软件来进行计算,并现场演示指导。

Mathematica软件将繁琐的计算简单化,使课堂丰富多彩,激发学生的学习兴趣。最终得出数据结果,让学生感受每拖延一天,患病人数会翻一番,验证了中国采取封城、及时隔离等决策是非常正确的!感受中国速度、中国力量及中国精神。

3.拓展应用,激发兴趣

不定积分在物理学中的应用

中国积极采取一系列有效抗疫措施,在较短的时间内控制住了疫情。因此,在东京奥运会延迟召开的时代背景下,中国却能如期举行激动人心的2022年的冬奥会。冬奥会的很多比赛项目比如花样滑冰、短道速滑、冰球等项目都将会在冰上举行,其中有些比赛场地完全靠自然结冰。

播放2015年冬奥会申报成功全场欢呼视频。

教师:借助冬奥会提出问题:冬日的北方积雪很厚,有些天然滑冰场完全靠自然结冰,结冰的速度由

为常数)确定,其中是从结冰起到时刻时冰的厚度,求结冰厚度关于时间的函数。

学生:思考此案例问题如何解答?

教师:引导学生,求结冰厚度关于时间的函数实际上就是已知导数求函数的问题,由于各地结冰的值不同,如果令值为,也是个不定积分的问题。求解不定积分

冬奥会引出,冬奥会中滑冰场结冰问题,用不定积分去解决,进一步带动学生感受数学源于生活。北京将成为第一个举办过夏季奥运会和冬季奥运会的城市,振奋民族精神,展示大国实力和精神风貌,增强学生的民族自豪感。

不定积分在经济学中的应用

商学院的学生对商品供求问题毫不陌生,如已知商品需求量的变化率,求商品的需求函数,也是不定积分问题。

播放PPT演示分析解决问题的过程,并演示计算的结果,期间学生可以进行讨论。

教师:提出问题“某商品的需求量为价格的函数,该商品的最大需求量为(即时,),已知边际需求量的变化率为,求该商品的需求函数。”

学生:模仿前面两则案例的分析解决过程,思考此问题如何用不定积分解决?

教师:引导学生结合不定积分的概念,代入计算,最后得出需求函数为

与学生的专业知识相结合,让学生感受公共课与专业课之间的联系,使学生学会用数学的思维方式观察、分析现实中的问题,去解决学习、生活中遇到的困难,从而进一步增进对数学的理解和兴趣,让学生真正体会学以致用。

4.归纳总结,探索新知

不定积分在病毒传播、物理学、经济学中有着广泛的应用。所以说数学应用无处不在,生活中处处是数学!特别是在一些高精尖科技中数学显得尤为重要,中国在很多领域已经走在世界前列。

教师:布置课后思考作业,比如我国高铁技术已经比较成熟,已知加速度求速度问题也是不定积分问题。

思考不定积分在生活中还有哪些应用呢?

学生:课后讨论,可以运用知网等网站搜索,在我们的QQ群中分享大家的想法以及各自设计的问题。

通过总结,使学生能了解本节课所学的内容,渗透数学的思想方法,提高学生的总结概括能力。对新冠病毒传播以及冬奥会中冰场的研究,不仅让学生在慨叹中国速度领先于世界,也会引起对数学广泛应用的思考,对后续课的学习有所铺垫。

三、 创新特色

1.课堂采取问题导入、层层递进的讲解方式,选取了当前国家较热门的思政元素,比如新冠病毒的控制以及冬奥会,设计出问题,培养学生用数学思维解决实际生活中的问题;与学生专业相结合的数学问题设计,让学生感受公共基础课与专业课的联系,体会学以致用;

2.多媒体与信息化相结合,线上与线下相结合,课堂采用小视频、PPT进行演示的同时也培养学生上机动手操作能力,这符合国家对于高职高专学生的培养目标与方向;

3.理论性较强的数学使学生感到枯燥,课堂采用学生讨论,数学软件平台Mathematica软件将繁琐的计算简单化清晰化,丰富了课堂内容,激发了学生的学习兴趣。

四、 教学总结

本课通过精心的设计和准备,取得了良好的教学效果,主要体现在:

1.通过对新冠病毒传播的分析,验证中国采取封城等举措是非常正确的。因此,中国率先在全世界成功控制新冠疫情,并将如期举办2022年冬季奥运会。借助新冠病毒传播以及冬奥会冰场两则案例引出问题,激发了学生的好奇心,培养学生爱国主义及民族自豪感,更能感受社会主义制度的优越性;

2.对病毒传播规律的分析建立数学模型,对冬奥会中滑冰场结冰厚度问题分析建立数学模型,再最后结合学生的专业知识,对商品供需问题分析建立不定积分模型,把数学相关知识点贯穿于实际问题解决过程中,培养了学生学会用数学的思维方式观察、分析现实中的问题,去解决学习、生活中遇到的困难;

3.多媒体教学以最直观生动的方式呈现,学生注意力易于集中,Mathematica软件的应用把繁琐计算简单化,激发了学生学习热情,增加了学生学习的主动性;

4.最后的课程总结,不仅对课堂内容进行归纳小结,渗透数学的思想方法,提高了学生的总结概括能力,也会引起对数学广泛应用的思考,进一步感受数学源于生活又服务于生活,为下节课的教学提供铺垫。

 
 
 
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