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關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;教學(xué)改革;實(shí)踐; 科學(xué)素質(zhì); 創(chuàng)新能力
數(shù)學(xué)思想已成為現(xiàn)代科技發(fā)展的原動(dòng)力,微觀的機(jī)理性研究離不開數(shù)學(xué),宏觀的決策也離不開數(shù)學(xué),人們已逐漸習(xí)慣了用數(shù)學(xué)的思維去思考問題、用數(shù)學(xué)的語言去表述客觀的現(xiàn)象、用數(shù)學(xué)的方法去分析和了解事物發(fā)展的客觀規(guī)律。而架起各門科學(xué)與數(shù)學(xué)的橋梁,正是數(shù)學(xué)建模!大學(xué)生是未來的工程技術(shù)人員、科技工作者、工礦企業(yè)和政府機(jī)關(guān)管理人員,理應(yīng)具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和良好的數(shù)學(xué)素質(zhì),數(shù)學(xué)建模教育也就成為培養(yǎng)大學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的必經(jīng)和有效途徑。
一、數(shù)學(xué)建模對學(xué)生能力的培養(yǎng)
數(shù)模競賽是培養(yǎng)學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的一個(gè)極好載體,而且能充分考驗(yàn)學(xué)生的洞察能力、創(chuàng)造能力、數(shù)學(xué)語言翻譯能力、文字表達(dá)能力、綜合應(yīng)用分析能力、聯(lián)想能力、使用當(dāng)代科技最新成果的能力等。學(xué)生們同舟共濟(jì)的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)調(diào)組織能力,以及誠信意識和自律精神的塑造,都能得到很好地培養(yǎng)。通過數(shù)學(xué)建模的教學(xué)和訓(xùn)練,應(yīng)對大學(xué)生從以下七個(gè)方面進(jìn)行培養(yǎng)和引導(dǎo)[1,2]。
1.將實(shí)際問題抽象和簡化成數(shù)學(xué)問題。引導(dǎo)學(xué)生在遇到實(shí)際問題時(shí)反復(fù)理解問題的本質(zhì),我們已有哪些條件?需要哪些相關(guān)的知識?與數(shù)學(xué)的哪些概念可能有關(guān)聯(lián)?通過閱讀題目,仔細(xì)推敲每一句話、每一個(gè)概念,客觀正確地理解問題,根據(jù)研究對象的具體情況,抓住問題的核心和關(guān)鍵,進(jìn)行必要的合理假設(shè),然后根據(jù)自己已掌握或通過查閱而及時(shí)了解的相關(guān)知識,建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生對其運(yùn)用數(shù)學(xué)手段處理的研究結(jié)果做出通俗合理的解釋,使讀者較為容易地理解自己的思想。
2. 數(shù)學(xué)方法和思想的綜合應(yīng)用能力。隨著數(shù)學(xué)向經(jīng)濟(jì)、人口、生態(tài)、地質(zhì)等領(lǐng)域的滲透,一些交叉學(xué)科如計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)、人口控制論、數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)、數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)等應(yīng)運(yùn)而生,當(dāng)用數(shù)學(xué)方法研究這些領(lǐng)域中的定量關(guān)系時(shí),數(shù)學(xué)建模就成為首要的、關(guān)鍵的步驟和這些學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)的諸多方面,數(shù)學(xué)建模都有著非常具體的應(yīng)用,如通過藥物濃度在人體內(nèi)的變化以分析藥物的療效;數(shù)值模擬設(shè)計(jì)新飛機(jī)的機(jī)翼;預(yù)報(bào)與決策方法對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)、經(jīng)濟(jì)增長預(yù)報(bào)、經(jīng)濟(jì)收益最大的價(jià)格決策、費(fèi)用最小的維修決策;控制與優(yōu)化方法用于生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制、零件設(shè)計(jì)的參數(shù)優(yōu)化;規(guī)劃與管理模型用于生產(chǎn)計(jì)劃、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、排隊(duì)策略、物資管理等[3]。這些都依賴于平時(shí)的積累,一方面要求學(xué)生有博覽群書的習(xí)慣,更重要的是任課教師的知識擴(kuò)展。例如,講授微積分學(xué)課程的教師,不能僅僅介紹數(shù)學(xué)符號的運(yùn)算,在講到微分、級數(shù)等內(nèi)容時(shí)應(yīng)讓學(xué)生知道它可用來做近似計(jì)算等。
3. 觀察力,洞察力,想象力和創(chuàng)造性。學(xué)生面對的建模問題是一個(gè)沒有現(xiàn)成答案和模式的問題,只能依靠充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性去解決。這就需要學(xué)生具有豐富的想象能力,從大量的文獻(xiàn)資料中攝取有用的思想和方法,從貌似不同的問題中窺視出其本質(zhì)的東西,加工處理,創(chuàng)造出新的形象;同時(shí)要具有把握問題內(nèi)在本質(zhì)的能力,即洞察力。例如,當(dāng)你遇見諸如速度、變化率、衰減、增長、邊際、彈性等字眼的時(shí)候,你是否想到了導(dǎo)數(shù)和微分?進(jìn)而可建立一個(gè)微分方程模型來分析運(yùn)動(dòng)的機(jī)理?當(dāng)你遇見諸如使什么最大(極大或盡可能大)、最小(極小或盡可能小)、最佳、最省等字眼的時(shí)候,你是否會(huì)想到要建立一個(gè)目標(biāo)函數(shù)呢?進(jìn)而去建立一個(gè)優(yōu)化決策的數(shù)學(xué)模型?
4. 熟練使用計(jì)算技術(shù)手段。即運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程解決模型的數(shù)值解。學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)課程時(shí),教材所提供的問題只是為了熟悉掌握一些編程的命令和語句,計(jì)算機(jī)編程能力相對較差。數(shù)學(xué)建模教學(xué)的開展,給學(xué)生提供了綜合運(yùn)用各種命令和語言編寫程序的機(jī)會(huì),學(xué)生針對教師所精選出的不同模型編寫出許多較大的程序,并通過運(yùn)用程序求出模型問題的數(shù)值解,使學(xué)生編程能力和解模能力大大提高,為以后從事科研工作奠定必要的基礎(chǔ)。
5.學(xué)生的自學(xué)能力和善于使用文獻(xiàn)資料的能力。學(xué)生僅靠課堂上學(xué)習(xí)的知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足建模工作的需要,一方面,通過集中的培訓(xùn)和講授,可補(bǔ)充一些知識;另一方面,通過讓學(xué)生實(shí)際做一些建模題目,給學(xué)生布置一些沒有學(xué)過的數(shù)學(xué)內(nèi)容和沒有接觸過的建模問題,有意識地培養(yǎng)其自學(xué)能力和善于使用文獻(xiàn)資料的能力。并讓學(xué)生嘗試完成在網(wǎng)站上搜索他們感興趣或認(rèn)為比較重要的建模題目,以此提高其自我評價(jià)意識、自覺性、積極性和主動(dòng)性。
6. 交流和表達(dá)能力,團(tuán)結(jié)合作精神。競賽是集體項(xiàng)目,現(xiàn)代的科技開發(fā)也越來越需要多人多方面的合作。應(yīng)在平時(shí)就開始注重培養(yǎng)學(xué)生密切合作、集思廣益、取長補(bǔ)短的團(tuán)隊(duì)精神,使其善于傾聽別人的意見,并能從不同觀點(diǎn)的討論中綜合出最優(yōu)的方案。這種相互協(xié)作的集體主義精神,是學(xué)生在未來的工作和生活中非常需要的。
7. 科技論文寫作能力。學(xué)生在參加數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)之前,科技論文寫作的能力普遍較弱,有的甚至是一片空白,對如何寫摘要、提取關(guān)鍵詞、使用數(shù)學(xué)公式編輯器等,都需要教師指導(dǎo)。不少學(xué)生初次寫出的建模論文根本無法閱讀。教師應(yīng)手把手地教,一字一句地改,讓學(xué)生知道為什么要這樣寫?這樣寫的目的和意義是什么?這樣才能使學(xué)生的寫作水平得到提高和穩(wěn)定地發(fā)揮。
二、數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)改革的實(shí)踐探索
有了正確的認(rèn)識和理念,才會(huì)有明確的行動(dòng)方案和實(shí)效。我校的數(shù)學(xué)建模工作起步于1994年,通過數(shù)學(xué)建模工作者的不斷探索,開辟了現(xiàn)在的良好局面。
1.好的政策和穩(wěn)定的教師隊(duì)伍是數(shù)學(xué)建模教改成功的保障。在我校的數(shù)學(xué)學(xué)科中有一批穩(wěn)定而熱情的數(shù)學(xué)建模教師隊(duì)伍。他們團(tuán)結(jié)、協(xié)作,從過去的三人發(fā)展到現(xiàn)在的十多人,并有主教練負(fù)責(zé)。學(xué)校出臺了對學(xué)生和指導(dǎo)教師具有相當(dāng)吸引力的鼓勵(lì)和獎(jiǎng)勵(lì)政策,建立了校級數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室,指導(dǎo)學(xué)生成立了全校的數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì),為數(shù)學(xué)建模工作在本校的深入開展提供了有力的保障。
2.教學(xué)內(nèi)容的選取是提高學(xué)生參與度的核心環(huán)節(jié)。教學(xué)內(nèi)容是培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)目的的直接反映,在提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力中具有決定性作用,教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和科學(xué)性,是直接關(guān)系到學(xué)生參與度的核心環(huán)節(jié)。
起步時(shí)期的建模教學(xué)內(nèi)容,是以數(shù)學(xué)相關(guān)知識介紹為主。大致介紹數(shù)學(xué)建模的思想和一些簡單的建模案例,讓學(xué)生初步了解數(shù)學(xué)建模的意義、基本方法和步驟,了解數(shù)學(xué)建模的特點(diǎn)、分類和作用。內(nèi)容較為平淡,其收效不大,當(dāng)學(xué)生遇到真正的數(shù)學(xué)建模問題時(shí),就難以下手解決,學(xué)與用存在脫節(jié)的現(xiàn)象,特別是學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽成績不理想。
在數(shù)學(xué)建模教練小組的努力下,成功申報(bào)了一個(gè)省級教改項(xiàng)目“加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模課程建設(shè),提高大學(xué)生綜合素質(zhì)”,深入開展教學(xué)改革研究。首先,組織編寫了數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)資料,并作為該課程使用教材,這也有利于讓該課程與大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽接軌;其次,教材依據(jù)數(shù)學(xué)建模中常用的一些方法,如數(shù)據(jù)分析方法、線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃、概率統(tǒng)計(jì)、微分方程、方差分析、聚類和分類、圖論、綜合評價(jià)、預(yù)測方法、滿意度評價(jià)以及科技論文的寫作等,并有機(jī)地結(jié)合相關(guān)的一些典型建模案例的分析和求解。這樣,使教材變得生動(dòng),大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3.好的教學(xué)方法和手段是提高教學(xué)質(zhì)量的保證。培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力,是開展數(shù)學(xué)建模教育的根本目的。科學(xué)有效的教學(xué)方法,可以提高學(xué)生的效率和創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此,在教學(xué)活動(dòng)中,注重理論教學(xué)的同時(shí)更應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。
數(shù)學(xué)建模的整個(gè)過程是學(xué)生能力的綜合體現(xiàn)。在教學(xué)過程中,按照數(shù)學(xué)建模競賽的模式進(jìn)行專題教學(xué)和訓(xùn)練,我們的具體作法是:(1)按照全國大學(xué)生參賽辦法,將三個(gè)學(xué)生組成一個(gè)隊(duì),以隊(duì)為單位和教師一起參與經(jīng)常性的討論,討論地點(diǎn)放在數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室。(2)免費(fèi)開放數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室,方便學(xué)生查閱資料和建模訓(xùn)練。(3)通過多媒體教學(xué)課件,介紹數(shù)學(xué)建模方法,讓學(xué)生隨時(shí)都可以反復(fù)學(xué)習(xí)和查閱。(4)精選訓(xùn)練題目,按競賽要求,讓學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)完成并提交論文。(5)對完成較好的論文,讓學(xué)生自己講解所完成題目的思想、方法,提出解題中的優(yōu)點(diǎn)和不足,達(dá)到互相學(xué)習(xí)的目的。(6)指導(dǎo)教師和學(xué)生一起討論所寫論文中存在的問題并進(jìn)行修改。通過這種訓(xùn)練式的教學(xué)方式,學(xué)生無論是在分析問題處理問題方面,還是在論文寫作方面,都有了很大提高。
4.?dāng)?shù)學(xué)建模課程的考評應(yīng)不同于傳統(tǒng)的考核模式。由于數(shù)學(xué)建模注重的是綜合能力的培養(yǎng),因此,在該課程考評方面,應(yīng)不同于傳統(tǒng)的考核模式,我們的具體作法是:(1)由老師提供若干論文題目。
這些題目盡可能沒有現(xiàn)存的論文。(2)學(xué)生事先組好隊(duì),依據(jù)所學(xué)專業(yè)的性質(zhì),每隊(duì)完成2~3篇論文。(3)為盡可能避免相互抄襲,每個(gè)題目最多不超過5個(gè)隊(duì)做,如果出現(xiàn)雷同,則返工重做。(4)根據(jù)教師制定的評分標(biāo)準(zhǔn),按質(zhì)量高低給分,并對每篇論文寫出評語,指出論文中的優(yōu)缺點(diǎn)。(5)期末不再進(jìn)行考試,該門課程的期末成績由幾次論文質(zhì)量決定,每次論文在期末成績中所占權(quán)重基本相同。
通過對數(shù)學(xué)建模教學(xué)改革的努力探索,我校在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中成績發(fā)生了根本性變化。2006年以來共獲得了國家一、二等獎(jiǎng)13隊(duì),省級獎(jiǎng)45項(xiàng),平均獲獎(jiǎng)率達(dá)86%。
參考文獻(xiàn):
[1] 李凝. 數(shù)學(xué)建模競賽緣何受大學(xué)生青睞[N]. 科學(xué)日報(bào). 2007-01-18.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模組織與培訓(xùn);數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革;教育模式
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)29-0278-03
全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽是由教育部高教司與中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦的一項(xiàng)全國性的基礎(chǔ)學(xué)科競賽,目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識和方法來分析問題、解決問題進(jìn)而處理實(shí)際問題的能力。特別是培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問題中抽象出數(shù)學(xué)模型的能力、計(jì)算機(jī)編程能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和科技論文寫作能力,同時(shí)推動(dòng)大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課的教學(xué)改革。這項(xiàng)賽事從1992年開始,全國各高校師生積極參與,競賽的規(guī)模不斷擴(kuò)大,參賽學(xué)校從1992年的79所增加到2013年的1326所,參賽隊(duì)數(shù)從1992年的314隊(duì)增加到2013年的23339隊(duì)。重慶理工大學(xué)從1995年開始組織學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,取得優(yōu)異成績,到2013年累計(jì)獲得全國一等獎(jiǎng)13項(xiàng),二等獎(jiǎng)59項(xiàng),重慶賽區(qū)組織獎(jiǎng)4項(xiàng),重慶賽區(qū)優(yōu)秀指導(dǎo)教師23人次,競賽成績名列重慶賽區(qū)前列。本文根據(jù)我校多年的參賽經(jīng)驗(yàn),就數(shù)學(xué)建模競賽的組織和培訓(xùn)做一總結(jié)和探討。
一、數(shù)學(xué)建模競賽組織
1.領(lǐng)導(dǎo)重視,經(jīng)費(fèi)落實(shí)。正如數(shù)學(xué)建模競賽的宗旨是團(tuán)隊(duì)精神一樣,我校從1995年開始參加數(shù)學(xué)建模競賽起,歷年來十分重視競賽的組織工作;由教務(wù)處牽頭成立了包括各二級學(xué)院副院長、教務(wù)處長的學(xué)科競賽領(lǐng)導(dǎo)小組,負(fù)責(zé)競賽的學(xué)生組織、培訓(xùn)和競賽場地的協(xié)調(diào)及相關(guān)經(jīng)費(fèi)的落實(shí)等工作。由數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院為主成立數(shù)學(xué)建模競賽教練組,承擔(dān)競賽的具體組織工作。學(xué)校主管教學(xué)的校長多次就數(shù)學(xué)建模競賽有關(guān)工作做批示,指示要全力以赴做好數(shù)學(xué)建模競賽各項(xiàng)工作,從經(jīng)費(fèi)上支持?jǐn)?shù)學(xué)建模競賽的開展,并詢問各項(xiàng)工作的進(jìn)展落實(shí)情況。競賽和培訓(xùn)期間,校領(lǐng)導(dǎo)和教務(wù)處經(jīng)常到培訓(xùn)和競賽場地指導(dǎo)工作,聽取參賽師生的意見,解決具體的困難和問題,同時(shí)各二級學(xué)院和相關(guān)單位也對競賽的各方面如假期學(xué)生培訓(xùn)場地和學(xué)生住宿落實(shí),圖書資料借閱等方面提供支持,共同搞好競賽組織與協(xié)調(diào)工作。
2.全面動(dòng)員,廣泛參與。數(shù)學(xué)建模競賽的目的是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問題能力,提高人才素質(zhì),吸收更多的同學(xué)參加,讓更多的同學(xué)受益。為了擴(kuò)大數(shù)模競賽在學(xué)生中的影響,最大范圍地吸引學(xué)生參與該項(xiàng)賽事,我們主要開展了以下三方面的工作:①組建數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)。從大一開始高等數(shù)學(xué)課教師就會(huì)在課程中向?qū)W生介紹全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,同時(shí)在課程教學(xué)過程中引入數(shù)學(xué)建模的案例,使學(xué)生對數(shù)學(xué)建模競賽有一個(gè)初步的認(rèn)識。每年十一月通過數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)大力宣傳我校在歷年競賽中所取得的成績,發(fā)展新會(huì)員,到目前為止,該協(xié)會(huì)已有600多位會(huì)員。派數(shù)模教練對協(xié)會(huì)工作進(jìn)行指導(dǎo)。②組織全校性的報(bào)告會(huì)。邀請國內(nèi)數(shù)學(xué)建模的專家進(jìn)行有關(guān)數(shù)學(xué)建模的講座。③采取各種手段和渠道宣傳數(shù)學(xué)建模。為促進(jìn)我校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的深入開展,學(xué)校制定了《重慶理工大學(xué)關(guān)于開展全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽活動(dòng)的實(shí)施辦法》、《校級數(shù)學(xué)建模競賽章程》,對數(shù)學(xué)建模競賽規(guī)則、組織形式和學(xué)生獎(jiǎng)和組織獎(jiǎng)的評獎(jiǎng)方式等方面做出了具體的規(guī)定和要求,進(jìn)行政策激勵(lì)。通過以上活動(dòng)的開展,吸引了許多優(yōu)秀學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競賽。
二、數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)
由教務(wù)處和學(xué)校數(shù)學(xué)建模競賽教練組負(fù)責(zé)競賽的培訓(xùn)工作。具體流程如下:第一階段:每年3~5月由教練組教練開設(shè)全院選修課《數(shù)學(xué)建模技巧》。講解數(shù)學(xué)建模基礎(chǔ)知識,激發(fā)學(xué)生對數(shù)學(xué)建模的興趣。5月上旬舉行重慶理工大學(xué)校級數(shù)學(xué)建模競賽,通過競賽選拔優(yōu)秀學(xué)生參加第二階段的培訓(xùn)。第二階段:5月中旬~6月下旬,進(jìn)行數(shù)學(xué)建模提高培訓(xùn)。完善學(xué)生的建模知識體系,增強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)修養(yǎng),增強(qiáng)問題分析、建模和求解的綜合能力。第三階段:8月中旬~賽前,組織參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的隊(duì)員暑假強(qiáng)化培訓(xùn)。主要強(qiáng)化學(xué)生以下幾方面的能力。
1.強(qiáng)化計(jì)算機(jī)編程和相關(guān)數(shù)學(xué)軟件使用的能力。
2.強(qiáng)化學(xué)生從互聯(lián)網(wǎng)獲取資料的能力。
3.強(qiáng)化學(xué)生科技論文寫作的能力,進(jìn)行專門的培訓(xùn)和指導(dǎo)。
4.強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。實(shí)踐證明,隊(duì)員之間配合的默契程度直接關(guān)系到競賽的成功與否,通過模擬競賽及答辯對三名參賽隊(duì)員進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作訓(xùn)練。
三、數(shù)學(xué)建模競賽組織和培訓(xùn)的體會(huì)
1.數(shù)學(xué)建模競賽提高了學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)。數(shù)學(xué)建模競賽的賽題工程技術(shù)、管理科學(xué)和社會(huì)熱點(diǎn)問題簡化而成,參加數(shù)學(xué)建模競賽需要學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)知識如微分方程模型、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、概率模型、統(tǒng)計(jì)回歸模型等,具備計(jì)算機(jī)編程能力和科研論文寫作能力,因此數(shù)學(xué)建模競賽本身就是學(xué)生綜合能力提高的過程。數(shù)學(xué)建模競賽由于它的競賽賽題、組織形式和評判標(biāo)準(zhǔn),適合培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)人才的需要,收到廣大學(xué)生的歡迎。學(xué)生們普遍反映,通過參加數(shù)學(xué)建模競賽,提高了知識分析和解決實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和團(tuán)隊(duì)精神。
2.推動(dòng)了大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革。①教學(xué)思想和教學(xué)內(nèi)容的改革。數(shù)學(xué)建模競賽為大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革找到了突破口。從大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)思想上說,培養(yǎng)大學(xué)生的綜合素質(zhì)有兩個(gè)方面:一是通過分析、邏輯推理或計(jì)算能夠正確地求解數(shù)學(xué)問題,即對已有的數(shù)學(xué)模型用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識進(jìn)行求解;二是對所研究的實(shí)際問題,根據(jù)研究對象的特征,做必要、合理的簡化假設(shè),用數(shù)學(xué)語言描述研究對象的內(nèi)在規(guī)律,建立實(shí)際問題的數(shù)學(xué)模型。將數(shù)學(xué)建模思想融入到大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中是對加強(qiáng)對各方面能力培訓(xùn)的很好方法。因此在數(shù)學(xué)課程的教學(xué)過程中我們強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)建模思想的突出作用,注重從實(shí)際應(yīng)用背景中引入數(shù)學(xué)的基本概念和基本定理,并強(qiáng)調(diào)用如何所授數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題。②教學(xué)方法和手段的改革。教學(xué)方法上引入案例教學(xué)。具體的做法是給出實(shí)際問題的相關(guān)背景資料、帶著所要解決的問題,講解相關(guān)的數(shù)學(xué)理論和方法,再用此方法解決實(shí)際問題。選擇案例的思路是:要有鮮明的教學(xué)目的性、趣味性、高度的擬真性、代表性,求解不太復(fù)雜。使學(xué)生從解決這些問題入手,從中體會(huì)應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的技巧和樂趣。教學(xué)手段上可采用多媒體教學(xué)。多媒體技術(shù)的運(yùn)用,加大了信息量的傳授,尤其是在案例教學(xué)方面。同時(shí)為了直觀體驗(yàn)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程與技巧,采用實(shí)驗(yàn)軟件演示教學(xué)方法,形式直觀、生動(dòng)、易理解,提高了教學(xué)效果。③教師隊(duì)伍建設(shè)。數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)是一項(xiàng)涉及面廣,勞動(dòng)量龐大的工作,建設(shè)一支高水平、高素質(zhì)的教師隊(duì)伍是做好數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)的保證,也是取得全國數(shù)學(xué)建模競賽優(yōu)異成績的基礎(chǔ)。我校從1995年組織學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽開始,先后有30多位教師參加了學(xué)校的數(shù)學(xué)建模競賽教練組。通過組織學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競賽,對學(xué)生進(jìn)行賽前培訓(xùn)和賽后總結(jié),使教練的學(xué)術(shù)水平、教學(xué)水平和科研能力得到了提高。建設(shè)了一支以中青年教師為骨干的優(yōu)秀數(shù)學(xué)建模教練團(tuán)隊(duì),為我校參加數(shù)學(xué)建模競賽取得優(yōu)異成績做出了貢獻(xiàn)。近年來,校數(shù)學(xué)建模競賽教練組承擔(dān)國家級和市級教改項(xiàng)目6項(xiàng),發(fā)表教研論文30余篇,獲得校級教學(xué)成果一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)。
四、進(jìn)一步的思考
1.如何使學(xué)生在后繼課程的學(xué)習(xí)中,以及參加工作后在工作中繼續(xù)發(fā)揚(yáng)參加數(shù)學(xué)建模競賽中所培養(yǎng)到的團(tuán)結(jié)協(xié)作和創(chuàng)新精神,并開花結(jié)果?
2.如何構(gòu)建一套適合普通工科院校教育特點(diǎn)數(shù)學(xué)建模教育模式,加大數(shù)學(xué)建模活動(dòng)的受益面?
3.如何在不額外增加數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程總學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上,將數(shù)學(xué)建模的思想和方法有機(jī)地融入到大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中去?
4.如何對參加全國競賽的學(xué)生進(jìn)行英語論文寫作及建模水平的再培訓(xùn),使學(xué)生在美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中取得好成績?
參考文獻(xiàn):
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現(xiàn)代工程科技要求工科大學(xué)生應(yīng)具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力,而目前工科大學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)常常呈現(xiàn)“學(xué)而無趣”“學(xué)而無用”的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象折射出的教學(xué)問題為:理論與實(shí)踐脫節(jié),缺少數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié),缺乏數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)培養(yǎng)。
為了將數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論、數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐和數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)三者融合起來貫穿于工科大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)過程中,我們設(shè)計(jì)并實(shí)施了系統(tǒng)科學(xué)的解決方案:建設(shè)優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐平臺(基礎(chǔ))構(gòu)建科學(xué)的培養(yǎng)模式(構(gòu)架)建立優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊(duì)(實(shí)施)提高大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐能力(效果)。在實(shí)施方案指導(dǎo)下,經(jīng)過近20年的探索與實(shí)踐,成效顯著。此成果榮獲2014年高等教育類國家級教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。 一、創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐平臺,完善教學(xué)資源結(jié)構(gòu),優(yōu)化創(chuàng)新人才個(gè)性成長環(huán)境
1. 建立大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐基地和大學(xué)生數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室
為了培養(yǎng)工科大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐能力,我校在友誼校區(qū)和長安校區(qū)分別創(chuàng)建了多功能大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐基地。基地是集“個(gè)性化教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新研究、數(shù)學(xué)建模競賽”等為一體的創(chuàng)新實(shí)踐平臺,為大學(xué)數(shù)學(xué)主干課程教學(xué)改革以及培養(yǎng)跨學(xué)科創(chuàng)新人才提供良好的條件與環(huán)境。大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐基地可以同時(shí)容納300名學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí),配備了一流的設(shè)施,制定了科學(xué)的管理制度,面向?qū)W生全天候開放。學(xué)生根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新、研究等需求,有效使用基地的所有資源,充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,提升了教學(xué)資源利用率。
同時(shí),我們又建立了兩個(gè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室:數(shù)學(xué)建模與科學(xué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室,統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)室。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室配備了高性能計(jì)算機(jī)和多種數(shù)學(xué)計(jì)算和優(yōu)化的專業(yè)軟件。實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了高性能計(jì)算和仿真模擬等任務(wù),為學(xué)生深化數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐提供了保障。
2. 編寫出版注重培養(yǎng)數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐能力的系列教材
該系列教材堅(jiān)持以問題驅(qū)動(dòng)為主線,以大學(xué)生已有知識為基礎(chǔ),以培養(yǎng)實(shí)踐能力為目標(biāo),內(nèi)容簡單有趣,非常適合學(xué)生學(xué)習(xí)。同時(shí),該系列教材還能夠滿足多個(gè)層面學(xué)生需求。其中,《實(shí)用數(shù)學(xué)建模與軟件應(yīng)用》、《基于MATLAB和LINGO的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》適用于數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué);《數(shù)學(xué)建模簡明教程》適合數(shù)學(xué)建模專題講座;《數(shù)學(xué)建模競賽優(yōu)秀論文精選與點(diǎn)評》以及《美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽賽題解析與研究》適合數(shù)學(xué)建模競賽賽前培訓(xùn)使用;《線性代數(shù)》、《高等數(shù)學(xué)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》、《隨機(jī)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》等教材增加了數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)素材,架起了大學(xué)數(shù)學(xué)主干課程與數(shù)學(xué)實(shí)踐的橋梁。
3. 構(gòu)建優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,豐富大學(xué)生自主學(xué)習(xí)內(nèi)容
為了滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,我們建立了“數(shù)學(xué)建模”國家級精品課程網(wǎng)站,“高等數(shù)學(xué)”、“線性代數(shù)”、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”以及“概率論基礎(chǔ)”等4門省級精品課程網(wǎng)站,同時(shí)創(chuàng)建了西北工業(yè)大學(xué)“數(shù)學(xué)建模競賽”網(wǎng)站。這5個(gè)課程網(wǎng)站和1個(gè)競賽網(wǎng)站為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源,使之成為開展第二課堂學(xué)習(xí)的基地。 二、以“基礎(chǔ)為本,實(shí)踐為魂,素養(yǎng)為翼”為理念,構(gòu)建“基礎(chǔ)―實(shí)踐―素養(yǎng)”融合發(fā)展的人才培養(yǎng)模式
我們在課堂教學(xué)中,以“深化知識理解,培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思想”為本;在實(shí)踐教學(xué)中,以“知識融于實(shí)踐,實(shí)踐檢驗(yàn)知識”為魂;在文化熏陶方面,以“數(shù)學(xué)文化熏陶推動(dòng)知識學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用”為翼,以實(shí)現(xiàn)“學(xué)而有趣,學(xué)而有用,學(xué)而會(huì)用”。
“基礎(chǔ)―實(shí)踐―素養(yǎng)”融合發(fā)展的“二三三”培養(yǎng)模式是由“兩級課程”(大學(xué)數(shù)學(xué)主干課程和數(shù)學(xué)建模相關(guān)課程)、“三類實(shí)踐”(數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)模競賽、創(chuàng)新項(xiàng)目)以及“三重熏陶”(數(shù)學(xué)講壇、數(shù)學(xué)沙龍、數(shù)模講座與論壇)構(gòu)成,其培養(yǎng)過程概述為“加深數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論?強(qiáng)化數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐?提升數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)”,三者之間相互融合、相互促進(jìn),為學(xué)生后續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。在踐行“二三三”培養(yǎng)模式過程中,扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論支撐大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐,數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐深化大學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)涉及數(shù)學(xué)歷史、文化和思想,以培育學(xué)生的數(shù)學(xué)人文素養(yǎng);數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐豐富學(xué)生數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)內(nèi)涵。數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)提升學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)踐的積極性;數(shù)學(xué)人文素養(yǎng)激發(fā)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)興趣,擴(kuò)充知識面。“基礎(chǔ)―實(shí)踐―素養(yǎng)”相互融合,在人才基礎(chǔ)培養(yǎng)上具有科學(xué)性和系統(tǒng)性。
1. 將數(shù)學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)貫穿于“兩級課程”教學(xué)全過程,提高教學(xué)質(zhì)量
首先,開展問題驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式改革,將數(shù)學(xué)建模思想融入大學(xué)數(shù)學(xué)主干課程,提升學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
問題驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)人本主義理念,發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。教學(xué)過程引導(dǎo)學(xué)生思維,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的潛質(zhì),全面提升其抽象思維、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)應(yīng)用等能力。
一是以建模的方法講授數(shù)學(xué)定義和定理。通過直觀分析、抽象思維、邏輯推導(dǎo)等過程,建立起數(shù)學(xué)定義、數(shù)學(xué)定理與自然現(xiàn)象和規(guī)律之間的橋梁,這個(gè)橋梁就是數(shù)學(xué)建模。通過數(shù)學(xué)建模的方法,可以講授定義的形成過程以及定理的內(nèi)在意義,既可以提高學(xué)生的建模能力,也將抽象概念形象化。
二是將往屆的數(shù)學(xué)建模競賽試題和課堂內(nèi)容相結(jié)合。在教學(xué)過程中,根據(jù)講授的課程內(nèi)容,解答往屆的數(shù)學(xué)建模競賽試題,以提高學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。
三是將科學(xué)研究中的問題與課堂教學(xué)相結(jié)合,教師將科學(xué)研究中的一些簡單建模問題與課程內(nèi)容相結(jié)合,提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。
四是開設(shè)分層次系列數(shù)學(xué)建模課程,對不同的教學(xué)對象選擇不同的教學(xué)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)授課內(nèi)容與授課對象相統(tǒng)一。例如,為部分院系學(xué)生開設(shè)數(shù)學(xué)建模必修課,為其他院系學(xué)生開設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課,為參加競賽學(xué)生開設(shè)培訓(xùn)課,為參加創(chuàng)新項(xiàng)目的學(xué)生開設(shè)討論課,邀請校內(nèi)校外專家舉辦講座,為有興趣的學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)資源,等等。通過分層次教學(xué),滿足了各個(gè)層面學(xué)生對數(shù)學(xué)建模知識的需求。
五是依據(jù)教學(xué)目的、效果、對象選擇教學(xué)手段,廣泛采用網(wǎng)絡(luò)資源、多媒體課件、一對一討論、集體討論、網(wǎng)絡(luò)答疑等教學(xué)手段,提高教學(xué)效果。同時(shí),加強(qiáng)課堂教學(xué)與課外實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。在完成規(guī)定的課堂教學(xué)任務(wù)前提下,為了鞏固和提高課堂效果,我們又設(shè)置了適量的課外實(shí)踐,主要包括課外數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新項(xiàng)目、各級各類競賽、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。
2. 開展系列大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽與培訓(xùn),為培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型、跨學(xué)科創(chuàng)新拔尖人才奠定基礎(chǔ)
我們建立了完善的校級數(shù)學(xué)建模競賽體制,保證80%以上的大學(xué)生在校期間至少參加一次數(shù)學(xué)建模競賽。這不僅提高了大學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的能力,同時(shí)也是檢驗(yàn)數(shù)學(xué)課程教學(xué)改革效果的良好手段。參賽學(xué)生從2000年的240余人增加到2014年的4800余人,累計(jì)參賽學(xué)生達(dá)30000余人,是全國校級數(shù)學(xué)建模競賽參賽規(guī)模最大的學(xué)校之一。
我們建立了完善的全國大學(xué)生和美國(國際)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)機(jī)制,包括隊(duì)員選拔、課程培訓(xùn)、賽題培訓(xùn)、專項(xiàng)培訓(xùn)、專題討論、強(qiáng)化訓(xùn)練、分組協(xié)作等手段。經(jīng)過這樣的培訓(xùn),西北工業(yè)大學(xué)在各級各類數(shù)學(xué)建模競賽中成績斐然。
3. 開展數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和系列大學(xué)生自主創(chuàng)新項(xiàng)目,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力
為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力,我們以培養(yǎng)知識理解、知識應(yīng)用、數(shù)學(xué)計(jì)算、創(chuàng)新和實(shí)踐為指導(dǎo),設(shè)計(jì)了8個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、4個(gè)選做實(shí)驗(yàn)。通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)學(xué)分析解決問題的積極性,使其掌握常用的工程數(shù)學(xué)的應(yīng)用方法。選做實(shí)驗(yàn)立足于對各知識點(diǎn)的理解和應(yīng)用,讓學(xué)生學(xué)會(huì)怎樣運(yùn)用所學(xué)知識,提取問題的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),進(jìn)行創(chuàng)造性思維,更好地掌握和應(yīng)用所學(xué)各種數(shù)學(xué)工具、軟件工具的能力。
近兩年來,共開設(shè)系列大創(chuàng)項(xiàng)目113項(xiàng),參與學(xué)生400余人。通過自選級、校級、國家級三個(gè)層次大學(xué)生數(shù)學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目,學(xué)生的科學(xué)研究能力得到了顯著提升。
4. 舉辦“三重熏陶”,豐富教學(xué)內(nèi)涵
我們通過延伸課堂教學(xué),舉辦數(shù)學(xué)講壇、數(shù)學(xué)沙龍、數(shù)學(xué)建模講座和論壇,開闊學(xué)生視野,提升學(xué)生對數(shù)學(xué)思想、歷史、文化、美學(xué)、應(yīng)用的認(rèn)識,實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)與人文素養(yǎng)培養(yǎng)無縫鏈接,豐富了數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)涵。
例如,在數(shù)學(xué)論壇上,中國工程院院士崔俊芝做過“從科學(xué)計(jì)算到數(shù)字工程――漫談數(shù)學(xué)與交叉科學(xué)”,“杰青”王瑞武做過“合作的演化――數(shù)學(xué)在生命科學(xué)中應(yīng)用的一個(gè)問題”,美國密西根大學(xué)J. Liu做過“博弈論與諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)”等報(bào)告。另外,也舉辦過“幾個(gè)著名的數(shù)學(xué)難題及錢學(xué)森的科學(xué)人生”、“科學(xué)巨匠――赫伯特?西蒙和馮?諾依曼”等數(shù)學(xué)沙龍。通過這些活動(dòng),營造了數(shù)學(xué)文化氛圍,增強(qiáng)了學(xué)生數(shù)學(xué)文化修養(yǎng),擴(kuò)大了學(xué)生的數(shù)學(xué)知識面,提升了學(xué)生的數(shù)學(xué)建模興趣和能力。 三、以“能站講臺,能教實(shí)踐,能開論壇,能做科研”為標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建一支全能型專業(yè)化師資隊(duì)伍
關(guān)鍵詞: 數(shù)學(xué)建模 綜合能力 競賽
一、引言
數(shù)學(xué)技術(shù)[1]在很多領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用,數(shù)學(xué)建模[2]起了關(guān)鍵作用。使用數(shù)學(xué)技術(shù)時(shí),最重要的一步就是建立研究對象的數(shù)學(xué)模型,然后加以計(jì)算求解,分析模型的可行性,并對其進(jìn)行應(yīng)用和推廣。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與成熟,提升了數(shù)學(xué)模型在工程技術(shù)、自然科學(xué)等領(lǐng)域中的地位。數(shù)學(xué)建模技術(shù),以前所未有的廣度和深度向經(jīng)濟(jì)金融、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境、地質(zhì)、人口、交通、化工等領(lǐng)域滲透,尤其對所研究問題的量化方面發(fā)揮了重要作用。培養(yǎng)學(xué)生的建立數(shù)學(xué)模型和使用數(shù)學(xué)模型的能力,在國內(nèi)外引起了共鳴。各種級別、規(guī)模的數(shù)學(xué)建模競賽,加快了數(shù)學(xué)建模在高校的普及速度。如美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽和國內(nèi)各級別的數(shù)學(xué)建模競賽,在校師生則對這些比賽給予了積極響應(yīng)。
相對于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué),數(shù)學(xué)建模是注重理論聯(lián)系實(shí)際的課程,著重對學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論和技巧的訓(xùn)練,把對學(xué)生的創(chuàng)新能力、思維觀察能力、科研能力等能力的培養(yǎng)作為主要任務(wù),而在校學(xué)生亟須得到這些能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。本文結(jié)合數(shù)學(xué)建模課程和數(shù)學(xué)建模競賽兩個(gè)方面,對數(shù)學(xué)建模對學(xué)生綜合能力方面的培養(yǎng)做了探討。
二、數(shù)學(xué)建模課程和競賽的目的
高等數(shù)學(xué)教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力和邏輯思維能力。對于數(shù)學(xué)建模的目的,我們可以從開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的目的和參與數(shù)學(xué)建模競賽的目的兩個(gè)方面討論。
開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的目的在于:讓學(xué)生熟悉數(shù)學(xué)建模的基本內(nèi)容和常見的數(shù)學(xué)建模的方法;“授人以魚,不如授人以漁”,課堂上講的方法畢竟是有限的,在方法的學(xué)習(xí)中,讓學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立和協(xié)作處理實(shí)際問題的方法才是重要的。
數(shù)學(xué)建模競賽通常以2―3個(gè)實(shí)際問題的形式出現(xiàn),并明確要解決的問題。這些實(shí)際問題盡管出自不同的領(lǐng)域,但是在求解時(shí),往往會(huì)留很大的空間,以便發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。其目的在于:調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性,體會(huì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值和培養(yǎng)數(shù)學(xué)應(yīng)用的意識;提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力;培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神和團(tuán)隊(duì)合作意識;促進(jìn)學(xué)科交叉。
數(shù)學(xué)建模不能以獲得較高的獎(jiǎng)項(xiàng)作為最終目的,而是在這個(gè)過程中得到了怎樣的鍛煉。學(xué)習(xí)和建立模型的過程是一個(gè)能力得到逐漸培養(yǎng)的過程,是各方面知識積累的過程,任何的投機(jī)取巧的行為都是要不得的,學(xué)生在此過程中需要定心地完成每一步。
三、數(shù)學(xué)建模的作用
數(shù)學(xué)建模能夠被很多學(xué)生和高校接受,這與它所起的積極作用密不可分。從高等學(xué)校角度來說,數(shù)學(xué)建模的重要作用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。
1.數(shù)學(xué)建模在數(shù)學(xué)理論研究和實(shí)際應(yīng)用中起了舉足輕重的橋梁作用,使數(shù)學(xué)與工程問題有機(jī)結(jié)合,數(shù)學(xué)家和工程師可以無障礙地溝通與合作。具體的應(yīng)用主要體現(xiàn)在分析與設(shè)計(jì)、預(yù)測與決策、控制與優(yōu)化、規(guī)劃與管理等方面[3]。
2.數(shù)學(xué)建模在培養(yǎng)高質(zhì)量、高層次科技創(chuàng)新人才中起到了關(guān)鍵作用。數(shù)學(xué)建模本身就是一個(gè)創(chuàng)造性的思維過程,從數(shù)學(xué)建模的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法,以及一系列的數(shù)學(xué)建模競賽的培訓(xùn)都是圍繞一個(gè)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才這個(gè)核心主題內(nèi)容進(jìn)行的,其內(nèi)容取材于實(shí)際,方法結(jié)合于實(shí)際,結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際。總之,知識的創(chuàng)新、方法的創(chuàng)新、結(jié)果的創(chuàng)新、應(yīng)用的創(chuàng)新無不在數(shù)學(xué)建模的過程中得到體現(xiàn),這正是數(shù)學(xué)建模的創(chuàng)新所在。
3.在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革中起到了推動(dòng)和深化作用。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師講授,學(xué)生被動(dòng)地聽,師生之間沒有良好的互動(dòng),導(dǎo)致課堂枯燥乏味,降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量下降。解決該問題的有效途徑之一就是在教學(xué)中引入數(shù)學(xué)建模。一方面,數(shù)學(xué)建模題目具有開放性,沒有固定的方法和答案,從而不會(huì)限制學(xué)生的思維,可以采用不同的方法和方式求解。教師若能在相應(yīng)的課堂內(nèi)容上,引入適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型,讓學(xué)生參與其中,無論學(xué)生做得好還是不好,對學(xué)生和教師來說,都是雙贏的。學(xué)生在求解過程中會(huì)用的所學(xué)的知識,甚至是教材中學(xué)不到的知識,提高他們即學(xué)即用的能力,還可以培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣,從而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量;對教師而言,可以豐富教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容。另一方面,引入數(shù)學(xué)建模可以師生交換角色,有些模型可以讓學(xué)生講,老師聽。這樣更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,同時(shí)對學(xué)生來說也是一種鍛煉[4]。
總之,數(shù)學(xué)建模課程和競賽可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力,可以推動(dòng)大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革。而數(shù)學(xué)建模在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力方面具有重要的作用,主要體現(xiàn)在如下方面。
四、數(shù)學(xué)建模對大學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)
1.培養(yǎng)學(xué)生的想象力和解決實(shí)際問題的能力。大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,只是要求學(xué)生做一些相關(guān)的題目,鞏固所學(xué)知識,這不僅沒有體現(xiàn)數(shù)學(xué)的真正用途,而且限制了學(xué)生的思維方式和創(chuàng)新能力。結(jié)合數(shù)學(xué)建模的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué),可以不斷激發(fā)和提高學(xué)生的想象力和動(dòng)手能力。在教學(xué)過程中引入數(shù)學(xué)建模,在平時(shí)留適當(dāng)?shù)难芯空n題,讓學(xué)生利用數(shù)學(xué)模型求解,讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)知識不僅可以求解數(shù)學(xué)問題,還可以很巧妙地解決實(shí)際問題,這樣不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性,更提高了他們利用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。針對實(shí)際問題,學(xué)生可以找到它的關(guān)鍵部分,對其進(jìn)行深入分析,借助學(xué)到的知識與每個(gè)人的豐富想象力和創(chuàng)造性,得到一個(gè)好的數(shù)學(xué)模型和合理的結(jié)果。比如2010年全國大學(xué)生數(shù)模競賽B題,要求學(xué)生從感興趣的某個(gè)方面建立模型,定量分析上海世博會(huì)的影響力。這個(gè)題目給學(xué)留下了很大的空間,學(xué)生可以從不同的側(cè)面建立模型,如科學(xué)技術(shù)、歷史文化、合作管理等方面。
2.培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力。對數(shù)學(xué)建模課程的考核方式或作業(yè),采用與競賽類似的形式,三個(gè)人為一組提交報(bào)告或論文。在這個(gè)建模過程中,學(xué)生會(huì)受到口頭表達(dá)能力和書面表達(dá)能力的訓(xùn)練。
(1)口頭表達(dá)能力。為得到一個(gè)好的報(bào)告或論文,學(xué)生就會(huì)圍繞所做的東西進(jìn)行認(rèn)真深入的討論,某個(gè)學(xué)生的一個(gè)好的想法如何讓另外兩個(gè)同學(xué)明白,依靠該同學(xué)的口頭表達(dá)能力,如果表達(dá)不出來或者表達(dá)不明確,再好的想法也無法付諸實(shí)踐。所以在平時(shí)的訓(xùn)練和模擬比賽中,要求學(xué)生之間盡可能多地溝通和交流,使其在表達(dá)時(shí)能夠做到語言簡潔、準(zhǔn)確,方便隊(duì)友理解。
(2)書面表達(dá)能力。當(dāng)一個(gè)小課題或競賽結(jié)束時(shí),學(xué)生需要提交一份報(bào)告或論文,展示他們的想法、模型和結(jié)果,依靠的就是書面表達(dá)能力。文字表述的是否準(zhǔn)確恰當(dāng),數(shù)學(xué)符號和公式、圖形、圖表是否合理到位,是否有相應(yīng)的分析說明,報(bào)告和論文的整體是否結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、層次是否分明等。這些并不是一下子就能做得好的,需要經(jīng)過多次練習(xí),反復(fù)修改、斟酌才可以。
3.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識和協(xié)作能力。隨著社會(huì)的進(jìn)步,競爭日益激烈,為在競爭中立足,在各行各業(yè)中,都要求以團(tuán)隊(duì)的形式參與競爭。因此,學(xué)生在校期間就要有良好的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作意識方面的訓(xùn)練。一些社團(tuán)活動(dòng)對培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、大局觀念有一定的幫助,而在數(shù)學(xué)建模中更能體現(xiàn)這一點(diǎn),學(xué)生為了使提交的報(bào)告或論文盡可能完善,需要三個(gè)人群策群力、分工明確,相互合作、相互信任、相互鼓勵(lì),才能最終實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)。筆者在培訓(xùn)和指導(dǎo)數(shù)學(xué)建模比賽過程中,遇到兩個(gè)很典型的例子。一個(gè)各方面能力很出色的學(xué)生,第一次參加全國數(shù)模比賽時(shí),自認(rèn)為受制于同組中的高年級的隊(duì)友,表現(xiàn)出來明顯的不合作姿態(tài),結(jié)果三人無功而返。第二次參賽時(shí),該同學(xué)又不信任隊(duì)友,幾乎包辦了所有的工作,查資料、編程、寫論文等,結(jié)果還是無功而返。另外一個(gè)例子是,由于各種原因有三個(gè)學(xué)生被迫組成一隊(duì)參加競賽,但是這三個(gè)學(xué)生配合得非常默契,最后獲得了我校當(dāng)年的最高獎(jiǎng)項(xiàng)全國二等獎(jiǎng)。從上面的兩個(gè)例子中,我們可以看出合作的重要性。團(tuán)隊(duì)合作往往能激發(fā)出不可思議的潛力,集體協(xié)作干出的成果往往能超過成員個(gè)人成績的總和,正所謂“同心山成玉,協(xié)力土變金”。如果一個(gè)團(tuán)體組織渙散,人人自行其是,個(gè)人再有雄心斗志,也難以得到充分發(fā)揮。一個(gè)畢業(yè)生如果具有了良好的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)助意識,一定會(huì)在今后的工作中受益。
4.培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。每個(gè)學(xué)生在畢業(yè)時(shí)都會(huì)做的一件事就是做畢業(yè)設(shè)計(jì),這就要求學(xué)生要有最基本的科研能力。有的同學(xué)會(huì)繼續(xù)深造,更應(yīng)該有較扎實(shí)的科研功底,如:查閱文獻(xiàn)資料的能力、分析解決問題的能力、熟練使用計(jì)算機(jī)的能力。
(1)數(shù)學(xué)建模是多學(xué)科知識和技能的綜合運(yùn)用,所用到的知識未必學(xué)過,那么學(xué)生可以在老師的啟發(fā)下,可以利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等資源,如:中國期刊網(wǎng)、IEEE、谷歌學(xué)術(shù)、百度百科等,圍繞所做的題目,采取廣泛查閱相關(guān)資料、部分深入學(xué)習(xí)研究的方法,從中提取自己所需要的信息。
(2)應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解數(shù)學(xué)模型,是數(shù)學(xué)建模非常重要的環(huán)節(jié)。有些問題學(xué)生需要設(shè)計(jì)算法,利用一些計(jì)算軟件編寫程序,如Matlab等,最后求出結(jié)果;而有的問題中含有大量的數(shù)據(jù),如果手工其處理這些數(shù)據(jù),可操作性和效率就可想而知了。如2009年全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽中彈殼的劃痕問題,2014年美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中關(guān)于合作者網(wǎng)絡(luò)模型問題[5]。在對模型驗(yàn)證時(shí)要做仿真,沒有計(jì)算機(jī)的輔助幾乎就是不可完成的任務(wù)。在寫論文時(shí),所用到的圖表、結(jié)果分析、論文的排版等工作時(shí),計(jì)算機(jī)可以提供幫助。因此,數(shù)學(xué)建模活動(dòng)對提高學(xué)生計(jì)算機(jī)操作能力是一種重要的途徑。
5.培養(yǎng)學(xué)生的競爭能力、自控能力和心理承受能力。競爭能力是人們順利完成某項(xiàng)活動(dòng)必備的一種心理特征,也是大學(xué)生及至人類都在追求的一種能力品質(zhì)。現(xiàn)在的大學(xué)生已經(jīng)基本上意識到競爭能力是自身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的需要;是實(shí)力的一種展示方式,掌握更多的技能技巧,善于抓住機(jī)會(huì),勇于展示自己才會(huì)在競爭社會(huì)中獲勝。作為平時(shí)模擬訓(xùn)練的一種檢驗(yàn)手段,組織學(xué)生參加國內(nèi)外數(shù)模競賽,在檢驗(yàn)自己的同時(shí),也增強(qiáng)他們的競爭意識,促進(jìn)他們與其他高校的學(xué)生的交流,發(fā)現(xiàn)不足之處后加以彌補(bǔ)。
建模過程中最難的一步就是會(huì)隨時(shí)遇到各種各樣的難題或困難,好的想法無法實(shí)現(xiàn),與其他隊(duì)友的意見不統(tǒng)一,要用到?jīng)]有學(xué)過或者沒有見得到過的知識,在有限的時(shí)間里,任務(wù)重,壓力大,等等。這時(shí)學(xué)生要學(xué)會(huì)如何克服這些困難,指導(dǎo)老師給予鼓勵(lì),要有不輕言放棄的斗志,冷靜思考,沉著應(yīng)戰(zhàn),當(dāng)一個(gè)個(gè)的困難被解決掉后,會(huì)有一種成就感,回顧整個(gè)過程,發(fā)現(xiàn)擺在面前的最大困難實(shí)際上就是自己,戰(zhàn)勝了自己,一切困難都可以解決。
五、結(jié)語
數(shù)學(xué)建模無論是教學(xué)內(nèi)容上,還是教學(xué)方式上,都有很強(qiáng)的靈活性,不僅可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的意識,還可以鍛煉學(xué)生的綜合能力。除上述講到的能力之外,對學(xué)生的其他能力也很有幫助,如:組織能力、決策能力等。有些能力的培養(yǎng)都是很多社會(huì)活動(dòng)和社團(tuán)活動(dòng)所不能比擬的,因此經(jīng)常組織學(xué)生參與數(shù)學(xué)建模的訓(xùn)練、比賽,對學(xué)生今后的發(fā)展有很大的幫助。
如何使更多的學(xué)生參與到數(shù)學(xué)建模中,如何更有效地組織學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競賽,如何將數(shù)學(xué)建模這個(gè)課程開設(shè)得更具有吸引力,如何將數(shù)學(xué)建模融入到大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,這些都是有待進(jìn)一步研究的課題。
參考文獻(xiàn):
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[2]韓中庚.數(shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2005.
[3]張建勇,張斌武.數(shù)學(xué)建模思想在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)過程中的應(yīng)用探討[J].臺州學(xué)院學(xué)報(bào),2010,32(6):76-80.
關(guān)鍵詞: 數(shù)學(xué)建模競賽 地方院校 機(jī)制 教學(xué)改革
1.引言
數(shù)學(xué)建模是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實(shí)際問題的橋梁,是數(shù)學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的媒介。加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模教學(xué),開展數(shù)學(xué)建模競賽,是強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用能力、啟迪創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)新能力、培養(yǎng)高素質(zhì)人才的一條重要途徑;也是激發(fā)學(xué)習(xí)欲望,培養(yǎng)主動(dòng)探索、努力進(jìn)取學(xué)風(fēng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的有力措施,是科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化的主要途徑。
全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽是由教育部和中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦四大學(xué)科競賽之一,自1992年首次舉辦以來獲得全國高校廣泛響應(yīng)。為進(jìn)一步提高學(xué)生參加競賽的積極性,促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展,有必要根據(jù)教育部及省廳有關(guān)文件精神,結(jié)合各個(gè)高校自身實(shí)際,進(jìn)一步推進(jìn)各學(xué)校的競賽管理工作。
2.探索高校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽組織工作的目的和意義
參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、協(xié)作及實(shí)踐能力,提升學(xué)校的辦學(xué)實(shí)力、知名度和社會(huì)聲譽(yù),推動(dòng)高校教學(xué)改革,從總體上提高高等教育質(zhì)量。其教育教學(xué)層面上主要有以下實(shí)踐意義。
(1)體現(xiàn)了當(dāng)前高等教育的主要任務(wù)。我國高等教育自1999年實(shí)施擴(kuò)招以來,招生數(shù)量連年增加,當(dāng)前高等教育需要進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量,產(chǎn)生良好的社會(huì)效益,必須采取措施。針對地方本科的特點(diǎn),廣泛開展學(xué)科競賽是一種切實(shí)可行的方式,且在實(shí)踐中已被證明并取得了良好的效果。
(2)推動(dòng)地方本科院校,特別是新升本科院校教學(xué)質(zhì)量的提升。地方本科院校特別是地方本科院校從學(xué)科競賽中同國內(nèi)一些同類地方院校相比較,尋找差距,促進(jìn)各校間交流,提高高校各類學(xué)生學(xué)科競賽的發(fā)展水平,探索教學(xué)的相關(guān)規(guī)章制度、組織措施等相關(guān)政策,推動(dòng)學(xué)校間的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)交流有積極的意義。
(3)加深對數(shù)學(xué)建模競賽和數(shù)學(xué)教學(xué)的研究,以數(shù)學(xué)建模競賽為突破口,深化數(shù)學(xué)課程教學(xué)改革,提升高校畢業(yè)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì),為培養(yǎng)高素質(zhì)人才構(gòu)建有力的平臺,進(jìn)一步增強(qiáng)高等學(xué)校的辦學(xué)實(shí)力。
(4)探索適合地方院校實(shí)際的學(xué)生參加學(xué)科競賽的訓(xùn)練方法與特點(diǎn),為學(xué)校完善學(xué)科競賽的相關(guān)制度、建立相應(yīng)機(jī)制,提供實(shí)踐依據(jù)。
3.地方院校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的探索與實(shí)踐
數(shù)學(xué)建模本身是一個(gè)創(chuàng)造性的思維過程,數(shù)學(xué)建模的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法,以及數(shù)學(xué)建模競賽活動(dòng)的培訓(xùn)等都是圍繞著培養(yǎng)創(chuàng)新人才這個(gè)核心主題進(jìn)行的。數(shù)學(xué)建模競賽,以它特有的內(nèi)容和形式深深吸引著廣大學(xué)生。結(jié)合幾年組織參賽的經(jīng)驗(yàn),做好如下幾個(gè)方面的工作,對競賽本身、教學(xué)改革和人才培養(yǎng)有積極的實(shí)踐意義。
(1)對比參加競賽學(xué)生與未參加競賽學(xué)生在綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力方面的進(jìn)步情況比較,探索研究學(xué)科競賽在學(xué)生素質(zhì)全面進(jìn)步中的作用,競賽教學(xué)對學(xué)校辦學(xué)特色、學(xué)科發(fā)展與專業(yè)建設(shè)的促進(jìn)作用。
(2)探索適合自身學(xué)校實(shí)際的學(xué)生參加學(xué)科競賽的訓(xùn)練方法與特點(diǎn),促進(jìn)適合各校實(shí)際的數(shù)學(xué)教學(xué)改革方式的轉(zhuǎn)變方向。圍繞競賽開展,可采取的教學(xué)活動(dòng)形式,積極探索強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新方法。
(3)參與競賽對學(xué)生的科研能力與學(xué)術(shù)水平的提升作用。
(4)探索參與競賽與畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)系,競賽對提升學(xué)生畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)術(shù)水平與創(chuàng)新能力作用。
(5)競賽對教師教學(xué)科研能力的影響,對教學(xué)思想和教學(xué)體系的推動(dòng)作用,教學(xué)方法和手段的豐富,數(shù)學(xué)教學(xué)的改革等方面的影響。
4.結(jié)語
學(xué)科競賽對推動(dòng)學(xué)校進(jìn)行教育教學(xué)改革具有重要意義,而學(xué)科競賽的組織管理工作及與之相關(guān)的規(guī)章制度、措施的完善對學(xué)科競賽的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用,對于很多新升本科院校來說,相關(guān)的規(guī)章制度措施都還很不完善,而制定一個(gè)完善而又切實(shí)可行的制度,必須結(jié)合本地區(qū)本學(xué)校的實(shí)際情況,并需要經(jīng)過實(shí)際的檢驗(yàn)。
將學(xué)科競賽的一般理論與方法與學(xué)校實(shí)際相結(jié)合,探索適合各校學(xué)生參加學(xué)科競賽的訓(xùn)練方法與特點(diǎn),促進(jìn)適合各校實(shí)際的數(shù)學(xué)教學(xué)改革方式的轉(zhuǎn)變。圍繞競賽開展,采取多種形式的教學(xué)活動(dòng),積極探索強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的新方法。
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