以數(shù)學(xué)建?；顒訛槠脚_培養(yǎng)理工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力

王義康，王航平

以數(shù)學(xué)建?；顒訛槠脚_培養(yǎng)理工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力

王義康，王航平

針對普通本科院校理工科專業(yè)教學(xué)實際，從解決創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的瓶頸問題入手，根據(jù)數(shù)學(xué)建?；顒拥奶攸c，構(gòu)建理工科大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的實施方案。方案以數(shù)學(xué)建模為核心，將實際中的數(shù)學(xué)問題以案例形式融入課程教學(xué)、競賽集訓(xùn)和科技創(chuàng)新活動，借助現(xiàn)代教育技術(shù)手段，運用啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅(qū)動式等教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

數(shù)學(xué)建模；理工科學(xué)生；創(chuàng)造力

教育部全面啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)［1］。發(fā)展創(chuàng)新教育、培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的人才是高等院校的重要使命，也是很長一段時期內(nèi)高等教育發(fā)展的主要方向和最高目標(biāo)。

目前在我國普通高等院校中，理科專業(yè)理論與實踐脫節(jié)、工科專業(yè)實踐實訓(xùn)中數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)的缺失等問題日益突出［2］。因此，研究并構(gòu)建一種依托基礎(chǔ)課程，多數(shù)專業(yè)學(xué)生均可參與、受益面廣、形式靈活、理論與實踐并重、集約高效、并融入現(xiàn)代信息技術(shù)的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)方法，是當(dāng)今普通高校理工科人才培養(yǎng)過程中的一個重要探索方向。近幾年來，筆者所在學(xué)校以數(shù)學(xué)建模競賽為載體、以數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實踐活動為平臺，對理工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)進行了大膽的探索和實踐，逐步形成一條特色鮮明、科學(xué)務(wù)實、具有一定可移植性的理工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)方法。

一、理工科專業(yè)教學(xué)特點及創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

理科作為自然科學(xué)的典型代表，通過概念、法則、性質(zhì)、公式、定律、假設(shè)、定理、原理等自然科學(xué)知識的傳授，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想方法和良好的思考習(xí)慣。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中注重方法的嚴(yán)謹(jǐn)和程序的規(guī)范，以邏輯思維訓(xùn)練為主，創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)在一定程度上受到了抑制，理科大學(xué)生普遍表現(xiàn)為在創(chuàng)造性傾向方面較其它學(xué)科的大學(xué)生要低［3］。而其本質(zhì)原因，是在理科專業(yè)培養(yǎng)計劃中，普遍表現(xiàn)為理論課程與實驗課程較多，內(nèi)容比較抽象，教學(xué)方法也比較注重對抽象概念和原理加以解釋，偏重于理論科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)生抽象思維和邏輯推理能力得到提升，但在紛繁復(fù)雜實際問題面前，卻顯得束手無策。在理科類學(xué)生中普遍存在著重理論輕實踐，重口頭、筆頭，輕動手的傾向。隨著社會對人才需求的多元化，這類學(xué)生由于創(chuàng)新實踐能力欠缺在就業(yè)中處于一定的劣勢。

工科是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)的原理，來解決實際中的問題。工程師通過想象，判斷和推理，將科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和實踐經(jīng)驗應(yīng)用到設(shè)計、制造、對象或程序的操作中。工科的培養(yǎng)目標(biāo)是在相應(yīng)的工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、勘探、設(shè)計、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級工程技術(shù)人才［4］。目前，工科培養(yǎng)計劃中，多數(shù)普通本科院校過于強調(diào)工程技術(shù)型人才的培養(yǎng)，加強工程實踐課程的比重，不惜通過減少學(xué)時的方法消弱數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)，致使不少工科學(xué)生對學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性和必要性了解不夠，對工科大學(xué)生需要具備的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)不了解，這不僅影響這些工科專業(yè)后繼課程的教學(xué)效果，而且對學(xué)生將來在工程技術(shù)崗位上發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性也存在潛在性的影響。工程技術(shù)原理的表達和推理、工程設(shè)計與產(chǎn)品制作、工程技術(shù)的創(chuàng)新與研究都離不開數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)。

二、數(shù)學(xué)建?；顒拥奶攸c

數(shù)學(xué)建模是一門十分注重理論聯(lián)系實際的課程，有別于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程，著重對學(xué)生進行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論和技巧的訓(xùn)練，把對學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)作為主要任務(wù)，是實現(xiàn)與發(fā)揮數(shù)學(xué)應(yīng)用功能的重要手段與途徑［5］。數(shù)學(xué)建模指的是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的全過程，一般來說，數(shù)學(xué)模型可以描述為，對于現(xiàn)實世界的一個特定對象，為了一個特定目的，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的簡化假設(shè)，運用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，得到的一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)［6］。由此可見，數(shù)學(xué)建模活動開展過程中，讓學(xué)生從現(xiàn)實世界中抽象數(shù)學(xué)模型，尋找事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，是一種知識的探索和發(fā)現(xiàn)的過程。

數(shù)學(xué)建?；顒又饕〝?shù)學(xué)建模課程的教學(xué)和與之有關(guān)的競賽和科技創(chuàng)新實踐活動，其主要特點表現(xiàn)為問題的多樣性、解決方法的靈活性、應(yīng)用技術(shù)的先進性和知識需求的廣泛性。成功參與數(shù)學(xué)建?；顒?，一般需要學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計算機應(yīng)用能力，同時需要學(xué)生具有靈活的思維和快速學(xué)習(xí)的能力。理工科專業(yè)教學(xué)計劃中，普遍設(shè)置了一定比例的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計算機應(yīng)用等方面的課程，這為數(shù)學(xué)建?；顒拥拈_展提供了有利條件。因此在理工科學(xué)生中大力推行以數(shù)學(xué)建?；顒訛槠脚_的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)是切實可行的。

三、創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的實施方案

以數(shù)學(xué)建?；顒訛槠脚_，著眼于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，構(gòu)建較為完整的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)實施方案，方案的基本框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 以數(shù)學(xué)建?；顒訛槠脚_的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)框架結(jié)構(gòu)圖

以社會對學(xué)生應(yīng)用能力的需求為導(dǎo)向，將實際中數(shù)學(xué)問題融入到課程教學(xué)體系、競賽集訓(xùn)體系和綜合科技創(chuàng)新活動中，借助現(xiàn)代教育技術(shù)手段，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，夯實數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，提升數(shù)學(xué)素養(yǎng)。具體實施方案如下：

（一）將單一的數(shù)學(xué)建模課程拓展為數(shù)學(xué)建模課程體系和競賽集訓(xùn)體系

以數(shù)學(xué)建模為核心，構(gòu)建以知識集群為主的課程體系，如數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)軟件、數(shù)學(xué)實驗、運籌學(xué)、優(yōu)化理論與實踐等；以知識拓展和能力提升為主的集訓(xùn)體系，如數(shù)學(xué)建模入門、基礎(chǔ)知識講座、提高專題講座、集訓(xùn)綜合研討、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽指導(dǎo)等。形成以數(shù)學(xué)應(yīng)用、程序設(shè)計、科學(xué)研究、綜合創(chuàng)新、系列比賽為一體的分層次、呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的綜合科技創(chuàng)新活動體系。體系中的課程既有適合初學(xué)者的入門課，也有適合比賽需求的提高課，同時還有適合能力拓展和實踐需求的專題知識講座與軟件應(yīng)用課程。

（二）將實際中的數(shù)學(xué)問題融入到課程教學(xué)、集訓(xùn)體系和科技創(chuàng)新活動中

創(chuàng)新實踐教學(xué)與競賽指導(dǎo)團隊結(jié)合身邊實際，將身邊實際中的若干數(shù)學(xué)問題，進行簡化、加工、處理，凝練成為若干數(shù)學(xué)建模的教學(xué)案例，融入到課程教學(xué)、競賽集訓(xùn)和科技創(chuàng)新活動中，吸引學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，提升了學(xué)生實踐能力。如校車調(diào)度問題、食堂窗口優(yōu)化設(shè)計問題、校內(nèi)移動售貨亭的設(shè)置問題、最優(yōu)排課問題和獎學(xué)金名額的公平分配問題等。

（三）運用啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅(qū)動式等多種教學(xué)方法

根據(jù)數(shù)學(xué)建?；顒拥奶攸c，大力實施啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅(qū)動式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和求知欲，將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成為主動探究和自主學(xué)習(xí)，增強了學(xué)生的參與意識。

（四）將單一的學(xué)科競賽拓展成綜合科技創(chuàng)新活動

以數(shù)學(xué)建模為核心，構(gòu)建綜合科技創(chuàng)新活動體系。涵蓋學(xué)生科研計劃項目、新苗計劃項目、程序設(shè)計大賽、開放實驗項目、數(shù)學(xué)建模系列比賽等，將單一的學(xué)科競賽拓展成為綜合科技創(chuàng)新活動。通過學(xué)生的廣泛參與，擴大了數(shù)學(xué)建?；顒拥氖芤婷妗?/p>

（五）利用網(wǎng)絡(luò)平臺等現(xiàn)代教育技術(shù)手段

理工科學(xué)生性格普遍比較內(nèi)斂，很多學(xué)生不善于與他人交流和溝通。廣泛利用QQ群、課程網(wǎng)站、協(xié)會網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)平臺，采用網(wǎng)上互動答疑、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)討論組等多種教學(xué)手段和方法，增強了學(xué)生參與的靈活性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和解決問題的創(chuàng)造力。

（六）建設(shè)高水平的創(chuàng)新實踐教學(xué)與競賽指導(dǎo)團隊

構(gòu)建一支職稱比例、學(xué)歷層次、知識結(jié)構(gòu)合理，具有一定工程實踐和指導(dǎo)能力、教學(xué)與科研水平高的創(chuàng)新實踐與競賽指導(dǎo)團隊，發(fā)揮團隊在培養(yǎng)學(xué)生中的主導(dǎo)作用。團隊在教學(xué)設(shè)計、思路啟迪、作品評價等方面發(fā)揮著重要的作用。

四、創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)成效

筆者所在學(xué)校近3年參與數(shù)學(xué)建?；顒拥膶W(xué)生數(shù)顯著增長，學(xué)生在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中所獲得的成績也得到大幅提升。自2009年以來，在全國、國際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中，取得國家級以上獎項23項，省級獎65項，總獲獎率高達84%。

學(xué)校在2011年獲得資助受邀參加2011年“深圳杯”全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模夏令營活動，獲邀師生在活動中報告了論文作品，并獲得了優(yōu)秀論文獎，在兄弟院校中產(chǎn)生了強烈的反響。通過課程體系、集訓(xùn)體系和創(chuàng)新實踐活動的設(shè)置與廣泛開展，學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力得到大幅提升，綜合數(shù)學(xué)素質(zhì)顯著提高。現(xiàn)代教育技術(shù)手段的應(yīng)用，使得全校理工科專業(yè)有近33%的學(xué)生參與數(shù)學(xué)建?；顒?，受益學(xué)生日益增多。近3年，學(xué)校在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、國際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中取得的成績，在省屬高校中處于領(lǐng)先位置。參與過數(shù)學(xué)建模競賽活動的學(xué)生中，有近80%的學(xué)生考入大院名校攻讀研究生；參與過數(shù)學(xué)建?；顒拥膶W(xué)生，在畢業(yè)設(shè)計、就業(yè)和考研中較其他學(xué)生具有明顯的優(yōu)勢。參與數(shù)學(xué)建模的學(xué)生中有47人次公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文，有近1/3的學(xué)生參與各類創(chuàng)新科研計劃項目，并有多人次獲得授權(quán)實用新型專利和發(fā)明專利。與此同時，連續(xù)匯編印制學(xué)生參與數(shù)?；顒有牡梦募赌Ｂ沸恼Z》《我的2011數(shù)模記憶》等，并拍制了多部數(shù)學(xué)建模活動記錄片，豐富了校園文化，有效提升了理工科學(xué)生的人文素質(zhì)。

五、結(jié)語

實踐證明，以數(shù)學(xué)建?；顒訛槠脚_，大力拓展和優(yōu)化資源建設(shè)，充分發(fā)揮數(shù)學(xué)建模的輻射和傳動作用，構(gòu)建獨具特色的理工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)實施方案，開展系列科技創(chuàng)新實踐活動，可以有效拓展學(xué)生知識面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識和能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。這為新時期高等教育大眾化背景下如何解決理科學(xué)生理論與實踐脫節(jié)、工科學(xué)生數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)缺失，培養(yǎng)理工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，夯實工科學(xué)生數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，提升工科實踐實訓(xùn)中的數(shù)學(xué)思維和能力，落實實踐育人做出了一些行之有效的探索和實踐。

[1]周英.落實卓越工程師教育培養(yǎng)計劃大力培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011(8).

[2]戚業(yè)國.大學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系改革的深層次思考[J].中國高等教育,2010(7).

[3]彭興躍.關(guān)于理科大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的思考[J].廈門大學(xué)學(xué)報，哲學(xué)社科版，2006(8).

[4]王剛.工科教育模式的改革與實踐[J].高等工程教育研究，2011(1).

[5]姜啟源,謝金星.一項成功的高等教育改革實踐—數(shù)學(xué)建模教學(xué)與競賽活動的探索與實踐[J].中國高教研究,2011(12).

[6]姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學(xué)模型[M].北京,高等教育出版社,2010.

G642.0

A

1673-1999（2012）06-0176-02

王義康（1976-），男，安徽壽縣人，博士，中國計量學(xué)院（浙江杭州 310018）理學(xué)院講師；王航平（1959-），男，浙江舟山人，碩士，中國計量學(xué)院理學(xué)院副教授。

2012-01-05

浙江省教育科學(xué)規(guī)劃2012研究課題（SCG35）；浙江省新世紀(jì)教學(xué)改革與研究項目（ZC2010034）。