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1.数学建模竞赛有利于学生创新思维的培养。数学建模是对现实问题进行合理假设,适当简化,借助数学知识对实际问题进行科学化处理的过程。数学建模竞赛的选题都是源于真实的,受社会关注的热点问题[2]。例如:小区开放对道路通行的影响(2016年赛题),2010上海世博会影响力的定量评估(2010年赛题),题目有着明确的背景和要求,鼓励参赛者选择不同的角度和指标来说明问题,整个数学建模的过程力求合理,鼓励创新,没有标准答案,没有固定方法,没有指定参考书,甚至没有现成数学工具,这就要求学生在具备一定基本知识的基础上,独立的思考,相互讨论,反复推敲,最后形成一个好的解决方案,参赛作品好坏的评判标准是模型的思路和方法的合理性、创新性,模型结论的科学性。同一个实际问题从不同的侧面、角度去思考或用不同的数学知识去解决就会得到不尽相同的数学模型。数学建模竞赛不仅是培养和提高学生创新能力和综合素质的新途径,也是将数学理论知识广泛应用于各科学领域和经济领域的有效切入点和生长点。
2.数学建模竞赛有利于促进学生知识结构的完善。高校的理工科专业都开设很多基础数学课,例如:高等数学、线性代数、概率统计、运筹学、微分方程等,目前这些课程基本上还是理论教学,主要以考试、考研为主要目标。由于缺少实际问题的应用,知识点相对分散,很多学生不知道学了有什么用,怎么用。那么如何将所学的基础知识高效的立体组装起来,并有针对性拓展和延伸,是一个重要的研究课题[3]。实践表明:数学建模竞赛对于促进大学生知识结构完善是一个极好的载体。例如在解决2009年赛题———眼科病床的合理安排的问题时,学生不仅要借助数理统计方法,找到医院安排不同疾病手术时间的不合理性,还要结合运筹学给出新的病床安排方案,并结合实际情况评估新方案合理性;2014年赛题嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略,参赛学生首先根据受力分析和数据,判断出可能的变轨位置,再结合微分方程和控制论构建模型,并借助计算机软件求解,找到较好的轨道设计方案。整个数学建模过程中,参赛学生将所学分散的数学知识点拼装集成化,在知识体系上,数学建模实现了知识性、实践性、创造性、综合性、应用性为一体的过程;在知识结构上,数学建模实现了学生知识结构从单一型、集中型向复合型的转变。
3.数学建模竞赛有利于培养学生的团队协作精神,提高沟通能力。现代社会竞争日趋激烈,具备良好的团队协作和沟通能力的优秀人才越来越受到社会的青睐。数学建模竞赛也需要三个队员组成一个团队,因为要在规定的时间内完成确定选题,分析问题、建立模型、求解模型,结果分析,单靠一个人是很难完成的,这就必须要由团队成员之间相互尊重、相互信任、互补互助,并且发挥团队协作精神,才能让团队的工作效率发挥到最大。同时,数学建模作为一种创造性脑力活动,不仅要求团队成员之间学会倾听别人意见,还要善于提出自己的想法和见解,并清晰、准确地表达出来。团队成员间良好的沟通能力,不仅可激发团队成员的竞赛热情和动力,还可以形成更加默契、紧密的关系,从而使竞赛团队效益达到最大化。
二、依托数学建模竞赛,提升大学生创新实践能力的对策
1.以数学建模竞赛为抓手,构建分层的数学建模教学体系,拓宽学生受益面。不同专业和年级学生的学习基础、学习能力和培养的侧重点都存在较大差异,构建数学建模层次化教学课程体系有利于增强学生学习和使用数学的兴趣,让更多的学生了解数学建模以及竞赛,通过自己动手解决实际问题,更加真切感觉到数学的应用价值,切实增强数学的影响力,扩大学生的受益面。南京邮电大学、华南农业大学、重庆大学和南京理工大学等高校这些方面相关工作和经验值得借鉴。因此,构建数学建模分层课程体系,在课程内容设置上,结合专业特色,有针对性设置教学方案和内容,逐步完善具有不同专业特色的数学建模教材,讲义和数据库、并保持定期更新,不断深入推进创新教学理念[4];在课程时间的安排上,遵循循序渐进的基本思路,一、二年级大学生开设数学建模选修课,介绍数学建模的基本理论和一些基本建模方法,三年级、四年级和研究生阶段开设创新性数学实验课程,重点训练学生应用数学知识解决实际问题的动手能力,并通过参加建模培训、数学建模竞赛以及课外科研活动,培养学生学习解决实际问题的能力;在课程目标的定位上,数学建模有别于其他的数学课程,集中体现在数学的应用、实践与创新,因此,数学建模不仅是一门课程,同时也是一门集成各种技术来解决实际问题的工具[6]。
2.以数学建模竞赛为载体,搭建横纵向科技服务平台,扩大数学建模影响力。数学建模竞赛的理念是“一次参赛,终身受益”,这就要求数学建模活动要立足高远,不断向纵深推进与发展,将数学建模应用融入服务国计民生。因此,选择优秀本科学生、研究生和毕业生,结合大学生创新创业计划,科研课题以及企事业单位关注的问题等,让他们自己动手去调查数据,查阅相关建模问题的文献资料,建立数学模型,借助软件进行模型求解,最后独立撰写出建模科技论文或决策咨询报告。全程参与“课外实习与科技活动”的方式,不仅实现了因需施教、因材施教的目标,还搭建了连接企业和学生的桥梁,不仅让大学生创新创业落到实处,为企事业单位提供了智力支撑,真正实现所学知识服务社会。
3.以数学建模竞赛为平台,加强教师的队伍建设,提升教师教育教学能力。数学建模授课和指导教师的教育教学能力直接影响着学生的创新能力。教育教学能力是指教师从事教学活动、完成教学任务、指导学生学习所需要的各种能力和素质的总和。数学建模的教学与传统数学教学相比,对教师的动手能力、教学内容驾驭能力、教学研究和创新能力等有较高的要求,因此,数学建模指导教师可以通过自主研修,网络研修,参与集体备课、听评课、教学研讨等方式提高自身业务水平,同时积极参与赛区、全国组织的学习和培训,加强交流,开阔视野,不断地提高自我认知、认识水平。只有建成一支高素质、实力雄厚、结构合理、富有创新能力和协作精神的学科梯队,数学建模整体水平才能有较大提升,才能适应数学建模发展的现实需要,切实有利于学生创新实践能力的提高[6,7]。
三、我校数学建模教学和竞赛改革的实践
1.构建模块化教学体系。针对我校轻工特色,结合专业培养需求,构建模块化教学体系。针对食品、生工、医药、化工和轻化等实验科学为主的专业,重点将实验设计、数据处理、数据分析和预测分析等内容模块化;针对数学基础较好的物联网、计算机、信息计算和自动化等专业,构建微分方程,运筹优化和控制论等内容模块化;偏于社科类的管理、会计、金融和国贸等专业,重点将概率模型、优化等内容模块化。再结合数学建模竞赛和大学生创新创业计划,构建“专业基础模块+知识拓展模块+竞赛需求模块+科研论文写作模块”的实践教学体系。
【关键词】数学建模竞赛;培训与选拔;军队院校;研究与实践
【中图分类号】G642【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2017)06-0016-02
一、军校大学生数学建模竞赛选拔与培训面临的主要问题
1.学员报名参赛还存在很大的盲目性
数学建模竞赛的目的在于激励学员学习数学的积极性,提高学员建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力。军校和地方高校一样,鼓励学员踊跃参加课外科技活动,以开拓知识面,培养创新精神。随着毕业生分配制度的改革与学员综合评分挂钩,竞赛类得分在一定程度上影响着学员的最终排名,部分学员并不是出于兴趣爱好而是为了提高综合成绩报名参赛,违背了组织数模競赛的初衷。
2.学员掌握的数学建模知识还不够系统和全面
目前我校学员除了一、二年级开设的《高等数学》和《工程数学》数学类基础课程以外,数学建模知识的学习主要依赖公共选修课程《数学模型》,数学建模强调的是应用数学知识解决实际问题的能力,这几门课程所掌握的数学知识用来参加数学建模竞赛远远不够。为了实现将数学建模相关知识向实际应用能力的转化,我们前两年曾申请了公选课《全国大学生数学建模创新与实践》和《国际大学生数学建模竞赛创新与实践》,但是经常会由于学员报名人数不足20人,导致课程无法开设。[1]出现了学员报名参赛非常踊跃,但是自愿参加赛前培训的学员确寥寥无几的巨大的矛盾。
3.数学建模竞赛赛前培训和指导的针对性不强
目前我校数学建模竞赛的参赛者大多数是二、三年级的学生,主要依赖公共选修课进行赛前的培训,虽然学员已经学习完大学数学基础课程《高等数学》和《工程数学》,但由于学习过程中仍然沿袭了中学的应试型学习模式,灵活应用所学知识解决问题的实践机会很少,很多刚接触数学建模的学员都会遇到看着题目不知如何下手,在做的过程中发现不了适用的算法,不会使用相关软件等问题。因此,在培训过程中,一方面对参赛学员进行大量基本算法的知识补充和数学软件应用能力提升的训练;另一方面,针对往年赛题和具体案例进行有针对性的强化训练,并进行一些模拟训练和赛前选拔。希望通过数学建模培训,将介绍若干数学方法(如数值计算、优化和统计等)及相应的软件有机结合起来,能方便地完成模型的求解,从而借助于计算机和数学软件补充模型求解的空白。[2]目前,受到学时的限制和学员实际有效利用的时间不足等客观条件的限制,数学建模竞赛的培训和选拔还不够系统化和制度化。
4.赛后总结与赛题研究还不够深入
对于参赛学员、指导教师和竞赛组织者来说,数学建模竞赛的结束并不意味着数学建模竞赛工作的终结。数学建模竞赛真正的收获并不完全在于获不获奖,而在于通过竞赛期间的培训、竞赛是否考验、锻炼了自己的能力,善于总结才能往更高境界前进。历年数学建模的竞赛赛题都是专家在相关领域长期研究的科研成果或时下热点课题,是我们进行科学研究的很好素材,如果能够以这些问题的研究为着眼点,进行深入研究,将会为我们下一步的科学研究打开突破口。
二、我校大学生数学建模竞赛选拔与培训的主要做法
1.在数学类课程教学中突显数学建模理念的教学
任何一个数学问题的解决,都是按照一定的思维对策进行思维的过程。在这一过程中,既运用到抽象、归纳、类比、演绎等逻辑思维形式,又运用到直觉、灵感、联想、猜想等非逻辑思维形式来探索问题的解决方法。高等数学、工程数学等数学类基础课所涉及问题的解决方法有许多都是经典方法,要求学员必须针对具体问题具体分析,找出研究对象的存在方式或运动规律,建立相应的数学模型,从而找到解决具体问题的方法。也就是说,解决具体问题的数学过程,是数学建模的过程,同时也是创新性思维的过程。[3]例如,微分方程的教学过程中必须让学员理解学习解微分方程就是为了解决实际问题。虽然运用微分方程建立数学模型没有通用的规则方法,但是微分方程概念的建立由实际引入,微分方程的求解可解决很多的实际问题,在教学中本着由浅入深的原则,多举实例,比如常见的传染病模型、人口数量模型等。由此可以推广到依照物理、生物、化学、经济学、工程学等众多学科领域中的理论或经验得出的规律和定理建立起的微分方程,让学员了解到在科学的发展过程中,数学起到了多么重要的作用,培养和激发学员的数学建模意识和创新能力。
2.组织训练有素的队员参赛
以西北地区、全军数学建竞赛为契机,给学员一个考验自己临场应变能力(独立查找文献、编制程序、论文写作等等)、组织能力(如何分工合作,适当时候如何互相妥协、互相支持鼓励)的机会。在这个过程中,培养参赛队员的创新精神尤为重要,鼓励队员积极动手,不拘束于传统模式,敢想敢做。结合西北地区和全军数学建模竞赛的结果,以及学员在前两个培训阶段的表现,确定全国数学建模竞赛的参赛队伍。国际建模竞赛因为要考虑学员的英文写作能力,通过校内模拟竞赛并结合前三个培训阶段的表现来确定人选。这样做不仅全面地培养了学员的数学建模能力和素质,还将这几类竞赛有机地联系成一个整体,尽可能将有创新能力、综合素质全面和真正喜欢数学建模的参赛队吸纳进来。
3.建立合理的淘汰机制
数学建模竞赛队员选拔是让所有数学建模教练感到非常棘手的问题。很多学校是通过校内竞赛的方式来选拔,由于学员参赛经验不足和教师批改的随机性,不能保证将所有有能力和有潜力的学生都选中,也不可能做到绝对公平。为了尽量把数学建模能力强、创新能力和综合素质较高的学员吸纳进来,我们建立了“初选-竞赛淘汰-培训再淘汰”的多重淘汰机制,不但给教师多一些了解学员的机会,教练在与学员的教学过程中,对每位学员的实际情况,可以做到心中有数,便于有针对性地开展培训和参赛,为数学建模竞赛活动的良性循环打下良好的基础。
4.充分发挥数学建模俱乐部的作用
为了更好地开展数学建模竞赛,扩大数学建模活动在学员中的影响力,进一步培养学员数学建模和定量化思维的意识。从前年开始,我室的教员建立了数学建模俱乐部,学校也加大了对俱乐部的组织、引导力度。通过定期举行一些数学建模模拟竞赛,邀请西北工业大学、西安交通大学、国防科技大学等知名高校的专家教授和学生组织学术讲座和建模竞赛方面的交流活动,“请进来,走出去”让学员对数学建模有更深入的了解与认识,增加他们对数学建模的兴趣,开阔视野和思路,使数学建模俱乐部成为数学建模竞赛选拔队员的一个重要基地。
5.注重赛后总结与研究
在参加完比赛之后,参赛队员、教练员都各自忙自己的事去了,学员们也期盼着成绩的公布,获奖则高兴,否则就不高兴,这实际上是一种很消极的态度。善于总结才能往更(下转126页)(上接16页)高境界前进,通过赛后教师、学员在一起切磋、讨论可以对数学教学改革方面提出意见建议,使数学建模活动的研究更加完善,更加系统,为下一步的科学研究打下良好的基础。一方面,我室教员根据大学数学课程特点开展实践教学研究,以数学建模活动为牵引,推进资源素材建设,修订了《数学模型》教材,细致剖析历年数学学科竞赛赛题,编写了一系列辅导教材;另一方面,结合竞赛所涉及的问题和方向开展学术研究,为青年教员开阔了思路和拓宽了视野,调动了参与科学研究的积极性,近两年来申请和参与军队教学成果二等奖1项,学校教学成果二等奖1项,学校教育教学理论研究项目4项,学校青年基金项目2项,学校军管文项目3项,发表多篇教学研究和学术论文,其中sci检索2篇,国际期刊和中文核心期刊十余篇。
三、结语
目前,我校组织本科生的数学建模竞赛活动已经涉及西北地区、全军、全国和国际四个层次,所有层次的比赛都已取得过最高奖项,2016年首次捧得了“军事运筹杯”,这是军事建模竞赛的最高榮誉。指导教员以竞赛赛题为着眼点,先后发表竞赛指导论文和相关科学研究论文十余篇,编写数学建模系列指导教材《全国大学生数学建模竞赛优秀论文解析与点评》、《国际大学生数学建模竞赛创新与实践》、《军队院校军事建模竞赛赛题解析与点评》、《数学模型讲义》,其中《全国大学生数学建模竞赛优秀论文解析与点评》已经公开出版,得到了广大高校相关教师和学生的一致好评。教研室的指导教员作为西北地区、全军和全国数模竞赛专家组成员,为全军和全国数模竞赛命制赛题,为提高学校知名度、推动数学教学改革和提高学员的综合素质和创新能力作出了巨大贡献。
参考文献
[1]陈春梅,敬斌,郝琳.数学建模思想在高等数学课程教学中的应用.军事院校工科数学教学研究,2015(1):180-182.
[2]陈春梅,杨萍,郝琳,张辉.大学数学实践教学体系优化设计研究.教育研究,2016(12):29-30.
关键词:数学建模;应用型人才;创新实践能力
一、引言
我国经济建设的转型需要大批应用型人才,而应用型人才的培养对高校人才培养提出了新的要求。为了适应国家经济发展的需要,教育部提出本科院校转型发展战略,并成立了应用技术大学联盟,初期已确立了34个单位作为联盟的发起单位进行试点、研究。由鲁晰部长主抓,当前发展已有一定的成效,目前已有两百多所高校想加盟中,第二批联盟成员正在考核之中。应用型大学的建设目标是培养应用型的人才,而应用型人才的培养须要教师改变传统的授课方式,注重学生创新实践能力的培养。数学建模活动为应用型人才的创新实践能力的培养提供了比较好的范例。
数学建模活动是一种不同于传统授课形式的教学模式,这种授课方式颠覆了传统的以讲授为主的教学形式,使数学课程不再枯燥、乏味,能够更好地调动学习者的主动性,激发学生主动探索知识、钻研理论知识的热情,并运用已经掌握的理论知识解决现实中的实际问题。为学生架起连接理论知识与实践操作的桥梁,同时为这一活动提供一个全国性的展示平台,通过竞争、协作使大学生具有较强的创新实践能力,更符合应用型人才培养的需求。
二、数学建模竞赛概述
数学建模活动包括数学建模理论课程、数学建模试验课程及数学建模竞赛。美国从1985年开始,每年举行一次大学生数学建模竞赛。我国从1990年开始派队前往美国参与此竞赛。1992年在部分城市进行了试点,1993年起,我国每年举行一次全国大学生数学建模竞赛。数学是一门比较抽象的学科,其利用符号语言研究数量、结构、变化及空间模型等。因此在传统的数学课程教学中多以基础知识、数学计算、推理和空间想象教学为主,学生只是纯粹的理论学习,实践能力的培养和实际操作的训练较少,培养出的学生应用数学的意识不强,创造能力不足。
我国的大学生数学建模竞赛是由教育部高等教育司和中国工业与应用数学学会共同主办的。这一竞赛是面向全国大学生的活动,通过竞赛不仅可以激励学生学习数学的积极性,还能实现提高学生建立数学模型的能力及运用计算机科学技术解决实际问题的能力及探索能力、团队协作能力等多方面的能力。这一竞赛活动在提高大学生综合能力的同时也推动了大学数学教学体系、教学内容和教学方法的改革。数学建模竞赛一般是在每年的9月中旬的某个周末(周五早上8点至下周一早上8点,连续72小时)举行。数学建模竞赛是以队为单位,每队3人,这3人须是同一所学校的学生,专业可以不同,比赛分本科、专科两组。每队可由一名指导教师或教师组带队,进行赛前辅导和参赛的组织工作,但在竞赛期间不得进行指导或参与讨论,否则按违规处理。竞赛期间参赛队员可以使用各种图书资料、计算机和软件,但不得与队外任何人(包括在网上)讨论竞赛内容。竞赛开始后,参赛队须到指定的网址下载试题并在规定时间内完成答卷,准时交卷。只有全体队员们分工合作、共同努力,才能在规定的时间内完成。
三、数学建模活动有助于培养大学生的创新实践能力
数学建模活动可以很好地在数学理论和现实问题之间架起一座桥梁。大学生通过数学建模活动,运用所学习的数学理论知识分析现实问题,做出合理假设,构建一个数学模型,最终使实际问题得到解决。这些实际问题涉及工程技术、农业、政治、经济管理、医学、生物学,社会生活等各个领域。大学生运用数学建模解决实际生产、生活中问题的过程中,培养大学生的创新实践能力,达到应用型人才培养的目标。
(一)数学建模活动能够激发大学生学习的兴趣
数学建模活动大都以实际问题为驱动,避免了抽象的数学理论的讲授及推演,大学生在所抛出的问题的引领下,能够形成较高的学习兴趣,同时成功解决问题的结果也给予大学生更高的自信心,进而更愿意去学习。
(二)数学建模活动使大学生的学习方式呈现多样化
数学建模活动的教学不同于传统的数学课堂教学,不仅仅只是掌握知识,更是为了解决实际问题。同时在数学建模活动中更加体现了“以学习者为中心”的教学理念,在活动中,教师的身份是指导者,小组成员须要查阅相关资料获取解决问题的知识,再通过小组成员的研讨、假设、探究、实验验证结论,解决实际问题,因此在学习方式上打破了传统封闭、单一的模式,学习方式更加开放、更加多样化。
(三)数学建模活动提高大学生获取、整理、加工,分析信息的能力
数学建模活动要解决现实生活中的实际问题,因此所涉及的知识面相当广,包括工业、经济、军事、社会、管理和信息技术等,而这些小组成员来自于某一专业的学生,面对他们不了解的行业,他们须要查阅资料、借助网络获取知识,并对知识进行加工,提取对解决实际问题有用的知识。在这一过程中,提高了大学生获取、整理、加工、分析信息的能力。
(四)数学建模活动培养了大学生团队协作的意识
数学建模活动是基于现实问题驱动的学习活动,尤其是活动中的数学建模竞赛。这种竞赛通常是由3名大学生组成一个参赛队,参赛队须要在72小时内完成来自于某一领域的现实问题,并且这一问题是没有现成答案的,队员们可以借助一切无生命的资源共同搜集资料、讨论,形成假设模型,设计计算方法,分析、检验模型的优缺点及改进方法,最终形成论文。这一过程需要团队成员的共同参与,分工协作,发挥自己的长处及优势,相互配合才能在短时间内解决没有现场答案的难题。因此数学建模活动培养了大学生团队协作的意识,为大学生毕业后参加工作、适应社会的分工协作作好准备。
四、数学建模活动为应用型人才的培养提供指导
数学建模活动这种以问题驱动为开始的教学模式不仅促进了数学教学的改革,同时对其他学科的教学活动也具有很好的借鉴。首先,这一问题是实际生活、生产中的问题,具有很强的真实性,能够充分地调动大学生学习的积极性,提高学习兴趣。在兴趣的驱动下,可以达到更好的学习效果。同时,大学生通过资料的收集、整理、加工,分析不仅可以获取到更多的知识,还能在这一过程中形成自己的学习风格,提高学习能力,比如学习资料的收集能力、分析问题的能力、解决问题的能力。除了一些显性的能力得到提高外,对大学生的隐性意识也具有一定的促进作用,比如分工协作的能力、将实际问题构建成数学模型的能力及交流沟通的能力等。因此,数学建模活动所倡导的人才培养目标可以为高校,尤其是以应用技术大学为建设目标的高校提供指导。
五、结束语
我国大学生数学建模竞赛自1993年开始在全国举行至今已有二十年有余,在这二十年的教学、竞赛的探索中培养了不少动手能力强的创新实践型人才,这些人才在后来的工作中也表现出比较强的综合能力,数学建模活动不仅改变了数学教学的方式、方法,对其他学科也具有很好的借鉴作用。尽管我国数学建模活动进行的有声有色,但地区、校际间存在较大差异,目前很多高校都看到了数学建模活动对应用型人才创新实践能力培养的巨大贡献,越来越重视数学建模活动,并形成了一整套自己的培养方案及配套师资、设备,也有越来越多的学者投入到这一领域的研究中,希望这一较好的教学模式能够应用到更多的学科教学中,为经济转型期的中国培养出更多具有创新实践能力的应用型人才。
参考文献:
一、新疆地方高校数学建模的发展现状
(一)低年级大学生对数学建模知识认识欠缺
大学数学是理工类院校的重要基础课程,对专业课程起到了不可或缺的支撑作用,大学数学课程理论性强,新疆地方高校的学生本身学习起来就比较吃力,教师教学中更是无暇讲述和普及数学建模的思想和方法,所以相当一部分学生感到数学建模既神秘又高不可攀。
(二)新疆地方高校学生数学基础薄弱,大学数学课程的教学和专业学习存在脱节
受地域限制,新疆地方高校学生大部分来自于新疆各地州,包括汉、维、哈、柯、蒙等少数民族,数学基础参差不齐,相比较内地高校数学基础水平存在一定差距,学生学习数学兴趣不高,缺乏主动性,疲于应付考试,因此参加数学建模竞赛学生的比例比较低,导致理论知识与专业应用严重脱节,直接影响理工类专业学生的专业能力和培养质量。
(三)数学教学过程中,疏于数学教学建模思想和方法的渗透和培养
数学教学中渗透数学建模的思想和方法,要求授课教师不仅要有扎实的数学功底,而且还要有广博的知识面和丰富的数学建模经验。但实际教学中,由于课时的紧缺和教师专业方向的限制,完全仅限于所授课程知识的讲解,忽视了渗透数学建模的思想和方法对学学数学课程的促进作用,尤其忽视其对数学理论知识和专业知识的贯通作用。
(四)新疆地方高校对数学建模教学的重视和投入有待提高
自2012年以来,大部分新疆地方高校开始向应用型高校转型,工、农、医等应用型学科专业便成为各新疆地方高校的发展重点,在资金有限的状况下,数学类等基础学科便面临一个尴尬的境地,尤其是对数学建模的教育教学热情有所退却。但笔者以为,越是在向应用型高校转型之际,加强对数学类基础学科的投入,尤其重视数学建模思想和方法的渗透才能保障应用型学科高质量发展和新疆地方高校向应用型高校顺利转型。
二、新疆地方高校大学数学教学中融入数学建模思想和方法的建议与思考
(一)根据学生层次合理调整教学内容的侧重点
新疆地方高校大学生的多民族性、数学基础不等性特点对大学数学授课老师的经验水平提出更高要求,不但要了解学生的知识水平、民族学生的思维方式,还需要清楚中学数学的授课内容和欠缺知识点。根据本人近年民族教学的体会,结合学生入学成绩和知识层次教学中将新疆地方高校学生分为三个层次:1.“民考民”和“双语”学生,该层次学生入学成绩相对较低,汉语言水平不高,并且数学基础较差,该层次学生在大学数学授课中应侧重于对中学数学知识的补充和巩固,否则大学数学的知识和理论学生是无法理解的,而对大学数学的知识点就要侧重于基本概念、基本定理、基本方法的掌握与理解,那么对该层次学生进行数学建模思想和方法的融入,就要选择部分中学知识点和大学数学中较易理解掌握的知识点典型例题由浅入深,循序渐进的进行讲授。2.“民考汉”学生,该层次汉语言水平非常好,入学成绩也不错,与汉族学生混合编班,数学基础相比较同班汉族学生还是有差距,但该部分学生学习努力、态度端正,是任课教师需要重视的团体,可以偶尔选择晚自习辅导时间或其他时间对他们进行专门辅导,选择一些典型例题,由浅入深的进行数学建模的思想和方法的培养,从而也能激发他们的学习积极性,使之逐步赶超同班汉族同学。3.其他学生,新疆地方高校该层次学生主要来自于新疆各地州,入学成绩一般,数学知识差别不大,但基础知识还需要补充,个别的知识点,部分学生中学就没有学过,例如:参数方程、极坐标方程,反三角函数等知识点,但这些内容在大学数学教学中却是比较重要的知识点。
(二)在大学数学的日常教学中,改进教学方法和教学手段,有针对性的融入数学建模的思想和方法
能够适时选择授课知识点,针对学生所学专业讲述新课,同时融入数学建模思想和方法,例如:在“高等数学”第六章定积分的应用章节中,讲授利用“微元法”解决做功、水压力、引力等问题时,对物理学和工程类相关专业讲述数学建模思想和方法便是不错选择。例如:蓄水池抽水问题(如图1,图2)上图便是实际授课中课件,完全是定积分的内容,但这些例题具有非常典型的数学建模思想和方法,(1)题目符合实际生活问题,具有数学建模题型特点,完全是生活中的问题;(2)具有理工科专业特点,属于做功和热能问题;(3)解题过程本质就是数学建模的思想和方法,分析问题,建立数学模型,确定解题方法,给出结果,分析结果。只需经常性通过类似问题的讲解,使学生理解数学建模的主要过程:模型准备、模型假设、模型建立、模型求解、模型分析、模型检验和模型应用,学生不仅掌握数学建模思想和方法,而且认识到大学数学对于专业课学习的重要性[1]。大学数学教学中渗透数学建模思想和方法,归纳起来应注意以下几点:(1)要循序渐进,由简单到复杂,逐步渗透。(2)应选择密切联系学生专业、易接受、有趣味性、实用性的数学建模内容。(3)在教学中列举建模案例时,仅仅是让学生学习数学建模思想和方法的初步、举例等少而精,忌大而冷,否则会冲击了大学数学理论知识的学习,因为没有扎实的理论知识,也谈不上应用。(4)大学数学教学中,恰当的处理好理论与应用的关系,应该清楚理论和应用是相辅相成的。扎实的理论是灵活应用的基础,而广泛的应用又促进对理论的深刻理解[2]。
(三)组织鼓励各专业学生参加大学生数学建模竞赛,培养创新型人才
为了广泛开展数学建模活动,促进学风建设,提高学生学习兴趣和创新能力,自2007年开始,我校开始组织学生参加“全国大学生数学建模竞赛”,经过近十年的学习与摸索,形成了我校特色的大学生数学建模竞赛培训模式,经大学数学任课老师推荐和动员,不同专业学生报名后,培训工作分为三个步骤进行:每年4月至6月的建模竞赛初级培训、暑期集训和赛前强化。三个阶段培训内容均以数学知识模块化,分别由相应专业方向老师进行包干培训。知识模块主要分为初等数学模块、运筹学模块、概率统计模块、方程模块等。初级培训阶段主要培训理论知识,补充巩固不同专业学生大学数学理论知识;暑期集训阶段主要讲述不同模块的典型例题,促进理论知识的理解和灵活应用;赛前强化主要是选例题,让学生自己实践练习,进行赛前仿真模拟比赛。对参加过“全国大学生数学建模竞赛”的学生,我们经过统计发现:(1)参加过该竞赛培训和实践比赛的学生,在各自专业的学习过程中,专业课知识学习能力和应用能力明显高于其他同学,尤其毕业论文和设计的完成质量高于其他同学;(2)参加过该比赛的学生在此后的学习热情明显高涨,萌生继续深造提高的愿望,并且开始主动备战参加考研,考研成功率也高于其他同学;(3)该比赛中的各类生活科研问题,也激发了学生的创新性。大学生数学建模竞赛中的赛题大都为生活和科技中的热门问题和前沿科学问题,具有一定的科研前瞻性,经过该竞赛的洗礼,激发了这些参赛同学的创新能力,很多同学在比赛后仍继续研究比赛中的该问题,并把问题作为自己的毕业论文和毕业设计,并能高质量的完成,甚至有同学以此为出发点,申报了“大学生创新创业训练计划项目”,锻炼了大学生的科研能力和创新能力。结语随着社会的发展、科技的进步,数学已经不再是抽象的理论,其应用已深入到人类生活的各个方面,科学技术数学化、数学应用普及化已成为一种趋势,许多自然科学的理论研究实际就是数学研究,就是数学建模以及数学理论的探讨。一个国家的国民素质,很大程度上是体现在其数学素质上,数学是思维的体操,数学是科学的研究工具,数学建模是架于数学理论和实际问题之间的桥梁[3]。数学建模活动的开展促进了新疆地方高校的学风建设,提高了新疆大学生的综合素质。我校的数学建模组织活动、日常教学中的数学建模思想的渗透手段、规范的数学建模管理、方式多样的培训方案、学生参与的科研活动等已然逐步形成了新疆地方高校的数学建模思想和方法的渗透模式。新疆地方高校的特殊性也给新疆地方高校的教学模式提出了挑战,如何根据自身的特点搞好数学建模教学工作,是一项具有探索性的实践研究,本文仅是一个初步研究,还有很多问题需要深入的思考和实践。
作者:刘福国 马燕 单位:昌吉学院数学系 昌吉市回民小学
参考文献:
[1]晁增福,邢小宁.将数学建模融入大学数学教育的研究与实践[J].ConferenceonCreativeEducation.2012:1136-1138.
关键词:高职数学建模现状分析教学改革
全国大学生数学建模竞赛是由教育部高教司和中国工业与应用数学学会主办的。该竞赛有利于培养大学生运用数学方法和计算机技术解决实际问题的能力,有利于培养学生的实践能力、创新能力和合作精神,有利于推动数学教学改革。目前,数学建模竞赛正以其独特魅力与规则,成为我国规模最大、范围最广的大学生课外科技竞赛活动之一。
1 我院近两年组队参赛获奖现状以及存在的问题
为了提高学院知名度、推动数学教学改革及为学院转制评估作贡献,我院2010年首次参加全国大学生数学建模竞赛(专科组)。5个队参赛,其中1个队获得广西赛区二等奖,2个队获得广西赛区三等奖,2个队获成功参赛奖。2011年我院进一步扩大参赛规模。10个队参赛,其中1个队获得广西赛区二等奖,1个队获得广西赛区三等奖,8个队获成功参赛奖。经过这两年的带队参赛实践,我们分析发现我们的参赛队伍还是缺乏系统的数学建模相关知识和一定的参赛经验,这也是没有获得广西赛区一等奖及国家级奖项的原因。为了进一步扩大参赛和获奖规模,我们必须解决当前组队参赛存在的一些问题。①从普遍上来说,我院高职学生的数学基础相当薄弱。而数学知识逻辑性强、计算繁琐,这就给学生在理解数学概念和掌握数学方法上造成一定的困难。②目前我院开设的公共数学课程《数学与管理》,给学生介绍的数学知识用来参加数学建模竞赛远远不够。必须通过赛前培训给学生补充数学建模相关知识。但是由于培训时间紧,学生又要同时兼顾其他专业课程,造成培训效果不佳的状况。③组织数学建模赛前培训的师资队伍力量薄弱,主要由青年教师承担培训指导任务,缺乏参赛经验丰富的老教师。④报名参赛的学生主要来自计算机系,其他系参与学生较少。说明学院对这项竞赛的宣传力度不够,仍有多数学生未听说过此项比赛。⑤目前组队参赛的任务是交给公共课教学部来完成,如果能够将主管部门上升至学院,学生参赛的积极性应该有所提高。
2 持续开展数学建模竞赛的必要性和重要性
二十一世纪的数学教学应该适应新世纪科学技术的发展,培养高素质创新型人才。教育必须反映社会的需要,数学建模进入高职教育课堂,既能顺应时展的潮流,也符合数学教育改革的要求。而且从某种意义上来说,数学建模是能力与知识的一次综合应用。数学建模活动的蓬勃发展,为数学教学注入了新的生机与活力,这无疑是我国高职数学教育改革的一次成功的实践,也为我国高职教育的数学教学改革做出了重要贡献。
全国大学生数学建模竞赛是面向全国高等院校所有专业学生的一项竞赛活动。自1992年教育部倡导在全国大学生中开展这项活动以来,社会各界反响热烈,参赛规模不断扩大,目前该项竞赛已成为我国高校大学生课外学科竞赛中规模最大、影响最大也是最为成功的竞赛。而且随着此项比赛影响力地不断扩大,一个学校在数学建模竞赛中获得的名次已成为衡量该校教学水平的一项重要指标。
数学是几乎所有学科的基础。通过建立数学模型来解决实际问题,其应用范围是相当广泛的,数学模型成为了建立实际问题与数学工具之间联系的桥梁。社会发展的需要要求加快培养既有坚实的理论基础,又有实践能力和创新精神的高素质复合型人才。为了使现在的高职学生将来能适应时代和社会发展的需要,学校的高职教育必须努力加快培养社会所需人才应具备的能力,提高学生的综合素质。正因为如此,培养数学建模所需的数学素质是知识经济时代人才素质的一个重要方面,是培养创新能力的一个重要方法和途径。于是,开展数学建模活动将会在人才培养过程中有着重要的地位和作用。
一方面,高职学生通过参加数学建模竞赛开拓视野,提高创新精神创新能力以及团结协作精神,增强学习数学知识和应用计算机技术的积极性;另一方面,通过数学建模的教学、组织培训和指导竞赛等工作,还可以扩充指导教师的知识面,促进他们学习新理论和新方法,增强自身的理论水平和提高科研能力。所以说,教师和学生同样都是数学建模活动的受益者。
3 开展数学建模培训的教学改革若干思路
3.1 把数学建模的思想方法渗透到《数学与管理》课程的教学当中。《数学与管理》教学内容中,第三章有线性规划方法。线性规划模型属于数学模型中的一种。在教授线性规划模型的同时可以给学生介绍数学模型的概念。通过从现实生活中的应用实例建立线性规划模型,到使用数学软件求出模型的解,在此过程中学生可以看到数学建模的全过程,对数学建模有一个初步的了解。这时再给学生介绍全国大学生数学建模竞赛相关知识,必能激起学生报名参赛的积极性。
3.2 加强培养学生学习使用基本的数学软件和掌握相关的计算机操作知识。数学建模和与之相伴的计算机正在成为工程设计中的关键工具,这些领域中的科技进展与数学的巧妙结合产生了大量的专业应用软件,形成了一种强有力的数学技术。
3.3 提高数学建模培训的系统性和针对性。由于赛前培训时间较短,只有二十来天的时间,更应该提高培训的效率,有针对性地给学生进行数学建模强化训练。除了学生已有的数学基础外,还要给学生补充模糊数学、离散数学知识。
同时给学生增加信息检索方面的知识,介绍数学建模论文的写作格式和要求,并且精选历年全国大学生数学建模竞赛试题来讲解。最后给学生留些空余时间进行实战练习。
3.4 参加数学建模培训的学生相当于完成一门选修课。鉴于学生参加数学建模培训和数学建模竞赛是一项有益的活动、且需要花费较多的时间和精力,为了鼓励学生参加大学生数学建模活动,建议我院对参加数学建模培训的学生按选修课登记成绩(成绩等级由任课老师评定),学生可免修一门相近课时的选修课。
4 建设一支适应指导数学建模竞赛的师资队伍
自从2010年组队参赛以来,我院共有4名教师参加了数学建模培训和数学建模竞赛的指导工作,主要以青年教师为主。在数学建模培训过程中,教师是关键,教师水平的高低直接决定着数学建模活动能否达到预期的效果。带领学生参加数学建模竞赛,进行数学建模竞赛培训,要求教师具备多方面的条件和素质。既要有广博的数学及其他交叉学科的知识,且科研、教学能力强,又能够应用计算机和网络,还要有较多的实践经验和较强的解决实际问题的能力。这需要每年组织相关教师出去进行数学建模的培训学习,或者参与数学建模的学术会议。
并且加强同行之间的合作交流,互帮互助,共同进步,从而建成一支完善的数学建模教师指导队伍,促进学院数学建模活动的顺利开展。
参考文献:
[1]王秀梅.数学建模竞赛培训和课程建设的探索[J].中国成人教育,2007,2.
[2]汤志浩.高职数学建模活动的探索与实践研究[J].上饶师范学院学报,2010,12.