獨立學院數學建模課程改革探究

劉瑞娟　楊斌

摘 要 本文從云南師范大學文理學院的實際出發(fā)，探討了我院數學建模課程的特點和開設這門課程的意義，進而分析獨立學院數學建模課程存在的問題，提出了數學建模課程改革和解決的思路。通過恰當選取課程的教材和輔助教學資料，成立數學建模課程教學和競賽指導團隊，實現課堂案例討論和講解結合的授課模式，開設與數學建模課程相關的輔助課程，如概率論，數學分析，運籌學，圖論等課程，考核方式多元化，分別為課堂考勤，課堂討論回答表現，平時建模大作業(yè)和期末建模作品質量，建模答辯等方面綜合考核，另外組織學生積極參加網絡挑戰(zhàn)賽和全國大學生數學建模競賽等，成效顯著。

關鍵詞 數學建模 獨立學院 課程改革 實踐能力

中圖分類號：G424 文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.02.044

Independent College Mathematical Modeling Education Curriculum Reform

——Take College of Arts and Sciences， Yunnan Normal University as an example

LIU Ruijuan[1]， YANG Bin[2]

（ [1]College of Arts and Sciences， Yunnan Normal University， Kunming， Yunnan 650222;

[2]Yunnan Institute of Electronics Industry， Kunming， Yunnan 650031）

Abstract This article from the reality of Yunnan Normal University of Arts， discusses the characteristics of Mathematical Modeling Course and the creation of the significance of this course， and then analyzes the independent Institute of Mathematical Modeling Courses problems proposed curriculum reform and solve mathematical modeling ideas. By selecting the appropriate course materials and auxiliary teaching materials， teaching and the establishment of mathematical modeling contest guide the team to achieve classroom case discussions and presentations combine teaching mode， associated with the creation of mathematical modeling curriculum support programs， such as probability theory， mathematical analysis ， operations research， graph theory and other courses， assessment methods diversified， respectively， classroom attendance， classroom discussion to answer the performance aspects of modeling large peacetime operations and final quality modeling work， modeling reply comprehensive assessment， in addition to organize students to participate actively in the network challenge and the National mathematical Contest in Modeling and other students， with remarkable results.

Key words mathematical modeling; independent college; curriculum reform; practical ability

數學建模課程是20世紀80年代初在我國理工科大學開設的一門重要的數學課程。由于數學建模過程幾乎模擬了科學研究的全過程，因而對于培養(yǎng)大學生的科研能力與創(chuàng)新意識和應用數學能力具有特殊的作用。而數學建模的多媒體教學，作為一種現代化的教學手段，具有形象直觀、信息量大、交互性強等優(yōu)點，對于發(fā)揮學生的主體作用、促進學生主動學習和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力也非常有益。這些能力也正是我們大學數學素質教育所要努力追求的。

目前國內關于數學建模課程改革的研究論文雖然比較多，也有一定的成果，當時均處于探索階段，并且從目前數學建模課程教學改革的相關文獻可以看到，大部分這方面的研究都集中體現普通高校和研究型高?；蛘邤祵W建模課程的改革方案和與能力培養(yǎng)方面的關系，然而，盡管不少普通大學和研究型大學都在大膽嘗試建模課程體系改革，但針對獨立學院實際的數學建模教學改革基本空白，對數學建模課程的具體化改革對象和成果展現等方面的研究更是少見。

云南師范大學文理學院建模課程開展時間較短，從內容到體系均有待完善，所以本文就云南師范大學文理學院的實際探討數學建模課程的改革及其成效，從而達到促進建模的教學工作，提高教學質量，同時提高自身的素質水平。

1 在獨立學院開設數學建模課程的意義

云南師范大學文理學院自辦學以來，針對學生的缺點和不足，以新的視角，欣賞學生的特點，梳理學生的優(yōu)勢，客觀評價學生，掌握學生的優(yōu)勢、優(yōu)項，樹立教學信心，以積極的態(tài)度開展教學工作。培養(yǎng)學生處理相關信息和大量數據的能力，在數學建模過程中，我們引導學生針對所研究問題進行收集、加工，處理和應用信息的能力。學會提煉有用信息，并恰當地運用信息，并學習使用計算機和相應的數學軟件。

在建模過程中我們要求學生充分發(fā)揮想象力和動手能力，采用類比的方法把表面上完全不同的實際問題，用相似的數學模型去描述解決他們，逐步達到觸類旁通的效果。

另外，因為數學建模課程主要涉及的都是現實生活中的實際問題，通過數學建模課程的學習和數學建模競賽的參與，可以極好地鍛煉學生的論文寫作能力和創(chuàng)新能力，同時提升學生的參與意識，為以后的學習和工作打下良好的基礎。所以在獨立學院開設數學建模課程具有重要的意義。

2 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點和存在的問題

2.1 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點

（1）先修課程和應用課程較多。數學建模課程需要眾多的先修基礎數學課程和數學軟件課程，如數學分析、運籌學、微分方程、概率論與數理統(tǒng)計、圖論、計算方法、計算數學、解析幾何，MATLAB，Mathematics，lingo等，我院信息工程學院在開設數學建模課程的前期或者同時開設上述相關課程，因為需要具備扎實的專業(yè)功底，才可能較好地學習數學建模課程。

（2）教學方式靈活多變。各大高校數學建模課程是基本是案例式教學，每個章節(jié)以例子來說明，如商人過河問題，交通流問題，減肥問題，旅游地的選擇問題等等，均是和實際聯系較為緊密的身邊的問題，激發(fā)學生的學習興趣。但是也有一些常見的建模方法可以類比推廣，如層次分析法，灰色關聯度分析法，時間序列法，排隊論等，我們都是有針對性地選取教學內容以適應學生現有的知識結構和接受能力。教學方法上我們采用講授法、探討法、歷年真題論文案例法（包括學生平時作業(yè)點評）等。

（3）教學設備手段先進。建模課程需要處理大量的數據，我院配備了先進的投影多媒體教室，并且開設了與建模相關的Matlab，Mathematica等數學軟件。

（4）實用性強。數學建模課程的案例基本都來自實際問題，如人口、天氣、干旱等的預測模型，優(yōu)化模型，決策模型，控制模型等。這些模型的引入，讓學生更加深刻地領會數學建模課程的實用性。

（5）課程較難學。數學建模課程涉及的領域廣，知識面大。通的（交通流問題），醫(yī)療領域（看病排隊問題）等，采用的各領域的知識較多，很多時候都是現學現用，需要很高的領會能力和接受能力，這對學生和教師要求都比較高。

2.2 云南師范大學文理學院數學建模課程存在的問題

本文作者從2011年開始講授數學專業(yè)的數學建模課程，數學建模作為數學專業(yè)的專業(yè)基礎課程，在教學過程中發(fā)現數學建模課程存在的問題。

（1）教材涉及面太廣，如姜啟源的《數學模型》教材是我國自開設建模課程以來比較權威的一本建模教材，很多高校都在使用，但是從初等模型、簡單的優(yōu)化模型、線性規(guī)劃模型、微分方程模型到馬氏鏈模型等共13章，而課程安排只有周4課時，教學時間上較為緊張;另外整本教材基本都是案例，內容多且涉及的數學建模方法很少，學生看著一本厚厚的教材，心里難免畏懼，而實際上并不能完全講授;對于三本獨立院校的學生來說，專業(yè)基礎不是很扎實，教材一些內容較深，學習起來較為吃力。

（2）課堂教學基本以教師為中心，教師采用純講授的教學方法，學生很少參與，因而缺乏學習數學建模的興趣與積極性，學生也怕學。

基于上述問題的存在，影響學生學習數學建模課程的積極性，并且我們要參與各類建模賽事，如果不及時進行教學改革，勢必影響教學和學習效果，在建模競賽中也難取得較好的成績，雖然關于建模課程改革的課題和論文較多，但是緊扣我院實際的還基本空白，不利于應用型人才的培養(yǎng)，所以有必要對現有的數學建模課教學模式進行改革。

3 對云南師范大學文理學院數學建模課程改革嘗試的思路

本文作者從2011年開始教授數學建模課程開始，就在實踐中開始摸索適合云南師范大學文理學院的數學建模課程改革思路，經過幾年的實際教學和競賽指導，主要收獲如下：

（1）主體教材輔助方法、軟件教材進行教學。目前作者使用的姜啟源編寫的《數學模型》對于獨立學院的學生來說這本教材內容太難、太多了。作者近年來除講解教材的基本模型外，嘗試對教材進行補充、重組和開發(fā)，具體方式有根據歷年的全國建模競賽的題目類型，有傾向性地進行教學安排，并插入歷年建模真題和常用方法進行課堂講授，同時插入一些實際問題讓學生進行建模論文的寫作，根據我院學生的數學基礎和競賽的實際（對歷年的真題出現的題型和用到的方法出現的頻率）對章節(jié)進行取舍。

（2）數學建模課程教學方法改革。由于數學建模課程要進行實戰(zhàn)演練，在學期配備相應的建模大作業(yè)習題，如手機購買問題，地方人口問題，水資源短缺問題，氣候干旱問題，網吧數量萎縮等實際問題，要求學生在指定的時間內進行數據收集，整理，分析處理并以論文形式展現研究成果，同時安排論文模擬答辯，鍛煉學生的解決實際問題的能力。同時學院也積極聘請省級建模專家進行專題講座，提高大家學習的積極性。

（3）數學建模課程教學競賽團隊。我院近年來連續(xù)積極組織學生參加各類官方、民間數學建模競賽賽事。我院專門組建立了一支建模指導教師團隊，除了學期必修外，在全國建模競賽前的假期還專門組織學生進行賽前培訓，教師負責制分專題講授離散模型、連續(xù)模型、優(yōu)化模型、微分模型、概率模型、統(tǒng)計回歸模型和軟件講授、論文寫作等，突出體現教師的專長，提高了課堂教學效率，增強了學生學習的積極性。

（4）開設與數學建模課程相關的軟件課程。為了讓學生更好地參與到數學建模中來，我們從大學一年級就有針對可開設數學軟件和建模講座。開設Mathematic，MATLAB，Lingo等軟件選修課，進行數學的應用與建模能力的培養(yǎng)，提高學生數學建模能力，在運籌學等課程中，有意識地讓學生進行作業(yè)的排版練習，如WORD，EXCEL等常用排版計算軟件。

（5）通過積累建立數學建模課程學習資源。如本校學生歷年的較優(yōu)秀的參賽論文，平時作業(yè)

教師教案、課件等，數學建模優(yōu)秀論文等學習環(huán)境和信息交互空間。另外，給學生身邊實際的問題，如云南水資源短缺問題，干旱氣候預測問題，地區(qū)人口預測問題，網吧問題等進行建模練習，讓學生把數學建模課程與實際應用結合起來。

（6）課程考核形式多樣化。本文作者通過課堂考勤，課堂回答問題，課堂討論，平時作業(yè)，期末大作業(yè)，作業(yè)課堂答辯等多種方式結合的方法進行課程考核。根據問題的大小，由學生獨立或組隊完成實際問題，若完成得好在原有成績的基礎上獲得“平時成績加分” ，給出最后考核的分數，提高學生學習數學建模課程的積極性，從而提高學生的建模能力。

（7）積極組織學生參加全國大學生數學建模競賽和各類網絡建模賽事。截至目前為止，我們已經連續(xù)五年組織學生參加全國大學生數學建模競賽，連續(xù)兩年組織學生參加“認證杯”數學中國數學建模競賽，成績優(yōu)良。并且由信息工程學院定期舉辦建模和軟件講座參與各類數學建模比賽，熟悉比賽流程，了解論文撰寫過程，為每年九月的全國數學建模做準備。

4 建模課程改革初步成效體現

我校作為獨立學院從2010年開始嘗試開設數學建模課程，推動大學數學素質教育方面，進行了一些探索和實踐，并同年開始組織學生參加全國數學建模競賽和網絡建模競賽，成效顯著。

首先，從競賽獲獎來看，2010年全國大學生數學建模競賽中，4個參賽隊分別榮獲1個省級一等獎，占總獎項的25%;2個省級二等獎，占總獎項的50%;1個省級三等獎，占總獎項的25%，獲獎率100%;

2011年全國大學生數學建模競賽中，4個參賽隊分別榮獲1個省級一等獎，占總獎項的25%;2個省級二等獎，占總獎項的50%;1個省級三等獎，占總獎項的25%，獲獎率100%;

由于從2012年開始，數學建模競賽組委會對建模獎項做了限制調整，獲獎比例僅為原來的50%，所以2012年全國數學建模競賽指導的參賽隊教練組15個參賽隊其中榮獲2個省級一等獎，1個省級二等獎，9個省級三等獎，獲獎率為80%，其中省級一等獎占總獎項的16.7%，省級二等獎占總獎項的8.33%，省級三等獎占總獎項的75%。

2013年“認證杯”數學中國數學建模網絡挑戰(zhàn)賽2個隊參賽，第一階段兩個參賽隊均獲云南最好成績全國二等獎，第二階段一個隊榮獲云南省唯一個全國一等獎，取得全球建模能力高級認證;另一個參賽隊榮獲全國三等獎，取得全球建模能力基礎認證，獲獎率100%。

2013年全國數學建模競賽，26個參賽隊參賽，其中榮獲1個國家二等獎，2個省級一等獎，3個省級二等獎，4個省級三等獎的優(yōu)異成績，獎項水平首次沖入國家獎項，建模水平大幅度提高，其中全國二等獎占總獎項的10%，省級一等獎占總獎項的20%，省級二等獎占總獎項的30%，省級三等獎占總獎項的40%。

2014年全國數學建模競賽，22個參賽隊參賽，其中榮獲2個國家二等獎，2個省級一等獎，4個省級二等獎，4個省級三等獎的優(yōu)異成績，獎項水平較上年建模水平大幅度提高，其中全國二等獎占總獎項的16.7%，省級一等獎占總獎項的16.7%，省級二等獎占總獎項的33.3%，省級三等獎占總獎項的33.3%。

可以看到從開設數學建模課程以來，我校的數學建模水平到目前穩(wěn)步提升，很好地鍛煉了學生的創(chuàng)新能力和動手能力，同時增強了學生學習的自信心和積極性，成效顯著。其次，從綜合能力來看，通過建模課程的改革，學生的應變能力和思維能力都獲得了很大的提升。

參考文獻

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