工程教育背景下數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系

楊蕾 林紅 陳華 郭會(huì)

摘要：為實(shí)現(xiàn)工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)工科數(shù)學(xué)建模課程與實(shí)驗(yàn)體系，強(qiáng)化課程案例問題的“工程性”與“專業(yè)性”，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的“設(shè)計(jì)性”和“創(chuàng)新性”，結(jié)合數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等大學(xué)生科技實(shí)踐活動(dòng)，我院構(gòu)建形成了以“數(shù)學(xué)建模課程”為基礎(chǔ)，“數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)”為訓(xùn)練手段，“數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽”為實(shí)踐平臺(tái)的三級(jí)數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，增強(qiáng)數(shù)學(xué)建模在工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系中的作用。

關(guān)鍵詞：工程教育；數(shù)學(xué)建模；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）09-0111-02

一、引言

當(dāng)前，工程教育在高校培養(yǎng)體系中的重要意義愈發(fā)凸顯，其目標(biāo)是培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。為此，2010年教育部啟動(dòng)“卓越工程師”計(jì)劃，中國石油大學(xué)作為首批試點(diǎn)高校，已有7個(gè)工科專業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)，其中大多專業(yè)開設(shè)了《數(shù)學(xué)建?！氛n程?！稊?shù)學(xué)建模》作為一門運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的數(shù)學(xué)思維、增強(qiáng)工程創(chuàng)新能力有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

目前，經(jīng)過多年探索和發(fā)展，《數(shù)學(xué)建?！氛n程與實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面取得了較好的成效。然而，為了滿足工程教育對(duì)于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，現(xiàn)行課程與實(shí)驗(yàn)體系仍存在需要改革和完善的方面：（1）課程“案例問題”基礎(chǔ)性強(qiáng)，而“工程性”與“專業(yè)性”不足，無法滿足工程教育的要求；（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中“操作性”和“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)過多，“設(shè)計(jì)性”和“探究性”實(shí)驗(yàn)偏少，不利于工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、數(shù)學(xué)建模工程創(chuàng)新培養(yǎng)體系總體設(shè)計(jì)

1.具有工程教育支撐性的課程體系。針對(duì)現(xiàn)行數(shù)學(xué)建模案例“工程性”與“專業(yè)性”不足的問題，深入調(diào)研“石油工程”、“油氣儲(chǔ)運(yùn)工程”、“勘查工程”及“安全工程”等工科專業(yè)對(duì)《數(shù)學(xué)建?！氛n程體系的培養(yǎng)需求，明確梳理《數(shù)學(xué)建?！氛n程體系對(duì)于工程教育核心課程的支撐作用與知識(shí)關(guān)系圖譜，如圖1。

2.數(shù)學(xué)建模工程創(chuàng)新培養(yǎng)模式的總體設(shè)計(jì)。圍繞工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，通過“工程性案例庫”和“創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)題庫”的建設(shè)，優(yōu)化課程案例體系，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的“設(shè)計(jì)性”和“探究性”，增強(qiáng)和發(fā)揮《數(shù)學(xué)建?！氛n程體系在工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，總體設(shè)計(jì)流程如圖2。

三、強(qiáng)化工程教育特色，優(yōu)化課程與實(shí)驗(yàn)體系

1.優(yōu)化課程體系，建設(shè)“工程性教學(xué)案例庫”。調(diào)整優(yōu)化現(xiàn)行教學(xué)案例體系，構(gòu)建以“專業(yè)問題”為導(dǎo)向的案例體系。目前教材大多以“模型方法”為主線，基礎(chǔ)性、類型重復(fù)案例設(shè)置較多，且工程適用性欠缺，易造成工科學(xué)生學(xué)習(xí)倦怠。為此，對(duì)相應(yīng)章節(jié)的“案例問題”進(jìn)行刪減與調(diào)整合并，進(jìn)而結(jié)合工科專業(yè)問題和工程性競(jìng)賽題目，通過篩選、簡(jiǎn)化和加工，設(shè)計(jì)增加了面向我校相關(guān)工科專業(yè)的案例問題。例如，針對(duì)我校油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，結(jié)合教材中“自來水輸送的最優(yōu)規(guī)劃問題”，拓展引申到儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)所涉及的“輸氣管道優(yōu)化問題”，從而緊密結(jié)合工科專業(yè)特色。具體的“工程案例問題”設(shè)置情況見表1。

通過上述教學(xué)案例體系的調(diào)整和“工程性案例問題”的設(shè)計(jì)，建設(shè)完善了面向工程教育的數(shù)學(xué)建模教學(xué)資源。

2.完善實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)，發(fā)揮工程創(chuàng)新培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于工程教育而言，數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)具有更強(qiáng)的實(shí)踐性和操作性，學(xué)生參與度更高，解決問題的方法靈活性更強(qiáng)，在工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，現(xiàn)有數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“操作性”和“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)過多，而“設(shè)計(jì)性”和“探究性”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少，無法充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在工程創(chuàng)新培養(yǎng)中的優(yōu)勢(shì)。因此，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少基本操作和“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，增加“設(shè)計(jì)性”和“探究性”實(shí)驗(yàn)題目，具體包括：（1）減少對(duì)于Matlab等數(shù)學(xué)軟件基本操作的單獨(dú)訓(xùn)練，轉(zhuǎn)而在具體實(shí)驗(yàn)題目中進(jìn)行導(dǎo)向性訓(xùn)練。（2）調(diào)整優(yōu)化對(duì)于“微積分”和“線性代數(shù)”基本數(shù)學(xué)原理所進(jìn)行的重復(fù)性“驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”訓(xùn)練。（3）結(jié)合工程案例，增加“設(shè)計(jì)性”和“探究性”實(shí)驗(yàn)題目。具體實(shí)驗(yàn)題目的調(diào)整及設(shè)置情況見表2。

四、結(jié)論

我院構(gòu)建了具有工程教育支撐性的《數(shù)學(xué)建模》課程與實(shí)驗(yàn)體系，完善了課程與實(shí)驗(yàn)的工程性教學(xué)資源建設(shè)，突出了案例問題的“工程性”與“專業(yè)性”，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的“設(shè)計(jì)性”和“探究性”，并充分結(jié)合第二課堂的多種形式，促進(jìn)了《數(shù)學(xué)建?！氛n程在工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系中的作用。

參考文獻(xiàn)：

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