依托數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽 提升理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

魏永生　陳玲熙　趙新生　韋露

摘 要 通過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽系列活動(dòng)，研究理工科大學(xué)生應(yīng)用型技術(shù)創(chuàng)新人才成長(zhǎng)的規(guī)律及其培養(yǎng)途徑。采用實(shí)踐教學(xué)法、以賽促學(xué)法等相結(jié)合的方式，研究理工科大學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程，努力提升理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的階梯式成長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)建模；創(chuàng)新實(shí)踐能力；理工科大學(xué)生

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）06-0099-02

Abstract The growing rules and training method of practical innovation college students majoring in science and Engineering has been studied through the mathematical contest in modeling. The practice teaching method， comparative study method and case study method are employed to study the teaching quality and teaching reform project of the science and engineering college students， for promoting their innovation practical ability.

Key words mathematical modeling； practical innovation ability； science and engineering college students

1 引言

我國(guó)對(duì)創(chuàng)新人才的需求日益增多，尤其是理工科應(yīng)用型人才需求量急劇增加[1]。培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神、提高動(dòng)手實(shí)踐能力是高校教育改革的重要內(nèi)容之一，是建立創(chuàng)新型國(guó)家和發(fā)展創(chuàng)新型社會(huì)的需要[2]。目前，普通理工科大學(xué)生的培養(yǎng)模式單一，缺乏多樣性和適應(yīng)性，與社會(huì)需求相去甚遠(yuǎn)[3]。提升大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力已成為當(dāng)前我國(guó)高等教育教學(xué)改革的核心目標(biāo)之一[4]。理工科人才應(yīng)以社會(huì)應(yīng)用為導(dǎo)向，要具有良好的實(shí)踐應(yīng)用能力，具備相應(yīng)的理論創(chuàng)新能力。因此，培養(yǎng)多樣性和適應(yīng)性的工程類復(fù)合應(yīng)用型人才是我國(guó)各類理工科專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)[5]。

大學(xué)生從事相關(guān)創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，有利于創(chuàng)新型人才的早期發(fā)現(xiàn)和快速成長(zhǎng)，有利于學(xué)生個(gè)性的發(fā)展，以及自主創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。加強(qiáng)理工科大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)既有理論創(chuàng)新能力又具有一定的實(shí)踐動(dòng)手能力的復(fù)合型理工科類人才，是提升創(chuàng)新人才培養(yǎng)的質(zhì)量和層次的重要途徑。本文以江蘇師范大學(xué)為例，探索通過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽梯度式培養(yǎng)理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力以及創(chuàng)新人才成長(zhǎng)規(guī)律。

2 數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新能力內(nèi)涵

培養(yǎng)和提高思維創(chuàng)新、自主創(chuàng)新能動(dòng)性、理論結(jié)合實(shí)際、問(wèn)題分析、模型建立、編程求解、糾錯(cuò)和完善意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、科技論文寫作等能力，是數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要內(nèi)容。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能力的鍛煉和培養(yǎng) 創(chuàng)新實(shí)踐思想是實(shí)施創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的重要前提，也是關(guān)系到創(chuàng)新實(shí)踐成果是否有價(jià)值的重要因素。首先要鼓勵(lì)學(xué)生自主命題，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣，提高自主學(xué)習(xí)與科技創(chuàng)新能力。其次，幫助學(xué)生分析研究方向，把握有專業(yè)針對(duì)性、實(shí)用性、新穎性的原則，使學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉科研創(chuàng)新思維能力，學(xué)習(xí)科研方法，調(diào)動(dòng)課題研究的積極性。

文獻(xiàn)檢索和運(yùn)用能力的培養(yǎng) 大學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程中需要學(xué)會(huì)利用各種數(shù)據(jù)庫(kù)查閱并獲取大量相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對(duì)他人的研究成果進(jìn)行歸類、比較、分析，從有價(jià)值的新觀點(diǎn)、新理論、新技術(shù)和新方法中開闊視野，激發(fā)靈感，形成自己的課題構(gòu)思，最后運(yùn)用在創(chuàng)新實(shí)踐中。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生“繼承性”創(chuàng)新理念，提高綜合分析能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和檢驗(yàn)科研的基本功，為今后在工作中進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

理論聯(lián)系實(shí)際，建立數(shù)學(xué)模型的能力 學(xué)習(xí)的重要目的是學(xué)以致用，通過(guò)對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際學(xué)習(xí)工作中出現(xiàn)的問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生尋找問(wèn)題中各因素之間數(shù)學(xué)關(guān)系和規(guī)律，從理論上給出問(wèn)題的最佳解決方案的能力。

編程求解實(shí)際問(wèn)題的能力 通過(guò)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，設(shè)計(jì)求解算法，通過(guò)軟件如MATLAB、MATHEMATICA、LINGO、SARS等對(duì)模型進(jìn)行求解，并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，提高學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)編程求解實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)圖形、表格的方式展現(xiàn)求解過(guò)程中關(guān)鍵影響參數(shù)的變化規(guī)律和需要解決問(wèn)題的最終結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生充分、合理展現(xiàn)結(jié)果的方法和技能。

提高科技論文寫作能力 撰寫科技論文是一種探索與創(chuàng)新相結(jié)合的綜合實(shí)踐，創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)要求學(xué)生對(duì)所研究的課題進(jìn)行文獻(xiàn)綜述并最終寫出論文，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生撰寫論文的能力，同時(shí)將在創(chuàng)新實(shí)踐中獲得的理論成果和實(shí)際創(chuàng)造進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)并發(fā)表。

團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的鍛煉和培養(yǎng) 團(tuán)隊(duì)分工與協(xié)作是一項(xiàng)重要的工作技能。在教師的引導(dǎo)下，最大限度地挖掘團(tuán)隊(duì)中每一成員的創(chuàng)新潛能，指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，彼此有效爭(zhēng)辯和說(shuō)服，形成統(tǒng)一共識(shí)后進(jìn)行明確分工與合作，提高團(tuán)隊(duì)的探索、研究和解決問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)踐能力，達(dá)到“兄弟同心，其利斷金”的團(tuán)隊(duì)執(zhí)行能力和效果。

3 研究方法

采用實(shí)踐教學(xué)法、以賽促學(xué)法等相結(jié)合方式研究理工科大學(xué)生的創(chuàng)新能力成長(zhǎng)規(guī)律。首先，在學(xué)院內(nèi)培養(yǎng)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)興趣；其次，通過(guò)校內(nèi)賽選拔數(shù)學(xué)建模集訓(xùn)隊(duì)員；最后，通過(guò)優(yōu)化學(xué)科專業(yè)組隊(duì)，對(duì)參賽隊(duì)進(jìn)行賽前知識(shí)系統(tǒng)和模塊專項(xiàng)培訓(xùn)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和知識(shí)儲(chǔ)備能力。分別通過(guò)參加江蘇省、全國(guó)和國(guó)際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，進(jìn)行拔尖創(chuàng)新人才的選拔。通過(guò)不同層次的比賽并結(jié)合相關(guān)人員的課程實(shí)踐等成績(jī)成長(zhǎng)曲線，研究不同層次大學(xué)生創(chuàng)新能力的成長(zhǎng)變化規(guī)律。

研究創(chuàng)新實(shí)踐能力的基本成長(zhǎng)規(guī)律 在所有理工科學(xué)院內(nèi)部，通過(guò)相關(guān)教師在日常教學(xué)中進(jìn)行數(shù)學(xué)建模興趣引導(dǎo)，并采用學(xué)生自愿報(bào)名的方式，利用課外時(shí)間進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)建模知識(shí)的培訓(xùn)。采用比較研究法和個(gè)案研究法，分別鎖定一定數(shù)量科目成績(jī)相似的學(xué)生，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的相關(guān)跟蹤，研究參加和不參加數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力提高的水平及規(guī)律。

優(yōu)化選拔培訓(xùn)隊(duì)員 通過(guò)各學(xué)院內(nèi)部數(shù)學(xué)建模選拔賽的成績(jī)，推薦一定名額的學(xué)生參加學(xué)校范圍內(nèi)的培訓(xùn)。發(fā)揮學(xué)生自主能動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)自我推薦、介紹自己的優(yōu)勢(shì)和隊(duì)友選擇條件，跨專業(yè)交叉組隊(duì)。根據(jù)每次培訓(xùn)后教練的專項(xiàng)技能考核成績(jī)，由專項(xiàng)技能成績(jī)較高的學(xué)生優(yōu)先選擇隊(duì)友進(jìn)行優(yōu)化組隊(duì)。比較分析和研究交叉學(xué)科組隊(duì)與單一學(xué)科組隊(duì)之間的優(yōu)劣勢(shì)和異同點(diǎn)。

賽前培訓(xùn)和基礎(chǔ)能力培養(yǎng) 通過(guò)初期培訓(xùn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)儲(chǔ)備的重要性，學(xué)習(xí)文獻(xiàn)檢索和應(yīng)用能力，體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作模式；然后通過(guò)強(qiáng)化培訓(xùn)，加強(qiáng)問(wèn)題分析能力以及理論聯(lián)系實(shí)際、將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型的能力等創(chuàng)新實(shí)踐能力。在建模培訓(xùn)、管理方面進(jìn)行跟蹤反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和提高學(xué)生的弱項(xiàng)，并進(jìn)行相關(guān)總結(jié)，形成符合學(xué)校實(shí)際的通過(guò)數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)理工科大學(xué)生理論創(chuàng)新能力的實(shí)施方案。

團(tuán)隊(duì)合作及競(jìng)賽實(shí)踐 通過(guò)組隊(duì)參加江蘇省、全國(guó)、國(guó)際等不同層次大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽過(guò)程，篩選不同創(chuàng)新實(shí)踐能力的學(xué)生，針對(duì)前期鎖定的目標(biāo)群體，探索不同層次的競(jìng)賽對(duì)理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力梯度提高的影響規(guī)律，揭示數(shù)學(xué)建模過(guò)程與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提高之間的關(guān)系。

總結(jié)與跟蹤研究 研究不同級(jí)別的培訓(xùn)和競(jìng)賽對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的不同要求，以及相關(guān)創(chuàng)新能力學(xué)習(xí)提高的規(guī)律。對(duì)參加過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的理工科大學(xué)生進(jìn)行后期的跟蹤研究，調(diào)查和分析經(jīng)過(guò)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)過(guò)程對(duì)其之后升學(xué)、工作的幫助，通過(guò)反饋信息修正和完善基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新實(shí)踐人才的培養(yǎng)和提高機(jī)制。進(jìn)而補(bǔ)充和修正通過(guò)數(shù)學(xué)建模提高理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的成長(zhǎng)規(guī)律和提高策略。

4 案例經(jīng)驗(yàn)

2014年，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽提升理工科大學(xué)生創(chuàng)新能力的課題被立項(xiàng)為校級(jí)教研項(xiàng)目；11月份，江蘇師范大學(xué)開展數(shù)學(xué)建模選拔和賽前集訓(xùn)，在學(xué)校理工科學(xué)院之間有效溝通，在實(shí)驗(yàn)室、科研設(shè)備資源共享、學(xué)生交叉組隊(duì)培訓(xùn)、比賽等方面達(dá)成創(chuàng)新實(shí)踐能力人才培養(yǎng)的共識(shí)。2015年2月，組織大學(xué)生參加美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，競(jìng)賽期間成立數(shù)學(xué)建模教練組，統(tǒng)一指導(dǎo)學(xué)生參賽；教務(wù)處和各參賽理工科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)親自“掛帥”，競(jìng)賽所需的圖書、計(jì)算機(jī)和競(jìng)賽用房等有充足保障。最終，江蘇師范大學(xué)參賽3支隊(duì)伍中榮獲一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

通過(guò)此項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，不僅在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽隊(duì)員選拔、賽前培訓(xùn)、競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)等方面進(jìn)行了實(shí)踐練習(xí)，積累了工作經(jīng)驗(yàn)，還通過(guò)數(shù)學(xué)建模過(guò)程實(shí)現(xiàn)了有效提高理工科大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，有效篩選不同創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的大學(xué)生，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和能力，揭示理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的成長(zhǎng)規(guī)律和提高策略。

5 結(jié)論

以江蘇師范大學(xué)為例，研究數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)對(duì)創(chuàng)新人才成長(zhǎng)的影響規(guī)律及培養(yǎng)方法。研究發(fā)現(xiàn)，要重視在創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程中激發(fā)學(xué)生的興趣，完成學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)、由正向思維到逆向思維的轉(zhuǎn)變，提升理工科學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，提高工科類人才培養(yǎng)的多樣性和適應(yīng)性。

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