基于創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的數(shù)學(xué)建模改革與實(shí)踐

陳鳳欣

摘要：本文主要分析了基于創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的數(shù)學(xué)建模課程改革方法，在優(yōu)化目標(biāo)的基礎(chǔ)上明確人才培養(yǎng)的目標(biāo)導(dǎo)向，并建立與之相適應(yīng)的多元化人才培養(yǎng)模式和以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教育教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)踐能力;數(shù)學(xué)建模;改革與實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）22-0165-02

在整個(gè)人類歷史發(fā)展和社會生活中，數(shù)學(xué)發(fā)揮著不可替代的作用，是人們學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的基本工具。著名數(shù)學(xué)家高斯說過：“數(shù)學(xué)是科學(xué)的女王?！睌?shù)學(xué)不僅是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，也是重大技術(shù)革命的基礎(chǔ)。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，是數(shù)學(xué)科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化的主要途徑。數(shù)學(xué)建模在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用越來越受到數(shù)學(xué)界和工程界的普遍重視，它已成為現(xiàn)代科技工作者必備的重要能力之一。意大利科學(xué)家伽利略曾經(jīng)說過：“數(shù)學(xué)是人類用來改寫宇宙的文字”，這其實(shí)從某一方面來講就是對數(shù)學(xué)建模的一種形象闡述。數(shù)學(xué)建模就是通過把一個(gè)實(shí)際問題進(jìn)行抽象處理簡化成一個(gè)數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)等相應(yīng)的工具進(jìn)行分析求解，最終達(dá)到對實(shí)際問題進(jìn)行解答或者預(yù)測的目的。

2018年9月10日，全國教育大會在北京召開，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，教育要在增強(qiáng)綜合素質(zhì)上下功夫，教育引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)綜合能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和培養(yǎng)高水平、高層次科技人才的需要，數(shù)學(xué)建模已經(jīng)在大學(xué)教育中逐步開展起來，國內(nèi)外越來越多的大學(xué)正在進(jìn)行數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)和參加開放性的數(shù)學(xué)建模競賽。眾多實(shí)踐表明，數(shù)學(xué)建模課程和數(shù)學(xué)建模競賽在學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)中的作用不可低估，它能激發(fā)學(xué)生的潛力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的動(dòng)力與興趣，培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)用基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識指導(dǎo)實(shí)踐，從實(shí)踐中深化對知識的理解，實(shí)現(xiàn)知識與能力的結(jié)合，同時(shí)這些能力的掌握對于學(xué)生將來邁進(jìn)社會也十分重要。

作為一所交通類的理工科院校，數(shù)學(xué)建模是學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)綜合能力的一個(gè)標(biāo)志，數(shù)學(xué)建模能極大地提高大學(xué)數(shù)學(xué)教育與我校人才培養(yǎng)目標(biāo)的契合度。為了有效提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，我們從以下幾個(gè)方面對數(shù)學(xué)建模課程和數(shù)學(xué)建模競賽進(jìn)行了改革和實(shí)踐。

一、打造高水平的數(shù)學(xué)建模教學(xué)團(tuán)隊(duì)

在服務(wù)專業(yè)建設(shè)的過程中，我們以信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)為試點(diǎn)，著手建設(shè)數(shù)學(xué)建模教學(xué)團(tuán)隊(duì)，使其成為理學(xué)院專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的骨干力量，專業(yè)實(shí)驗(yàn)課和開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主力軍。團(tuán)隊(duì)建設(shè)的最終目標(biāo)是服務(wù)于人才培養(yǎng)，培養(yǎng)具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，掌握科學(xué)的基本理論、方法和技能，能解決工程技術(shù)和工程計(jì)算中的實(shí)際問題的高級專門人才。

二、建立了“一心一群多模塊”課程體系

以《數(shù)學(xué)建?！窞楹诵模浴哆\(yùn)籌學(xué)》、《數(shù)值分析》、《離散數(shù)學(xué)》、《算法設(shè)計(jì)與分析》、《Matlab應(yīng)用》、《線性代數(shù)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》等課程群為技術(shù)基礎(chǔ)，以信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)核心課程模塊和綜合實(shí)訓(xùn)為應(yīng)用目標(biāo)的課程體系建設(shè)，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和就業(yè)競爭力。該系列課程涵蓋了開展科學(xué)研究和課題研究的各種基本理論的教學(xué)與各種基本技能的培養(yǎng)。通過建設(shè)這些課程，確實(shí)起到了提高學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)際能力的作用。

二、教學(xué)資源建設(shè)

首先，在教材建設(shè)方面，在教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革的基礎(chǔ)上，教師認(rèn)真討論各門課程之間的關(guān)系、知識點(diǎn)的銜接與滲透，明確各門課程的教學(xué)內(nèi)容，制訂課程教學(xué)大綱，編寫了適合本校學(xué)生實(shí)際的《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《運(yùn)籌學(xué)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)》《大學(xué)物理》等基礎(chǔ)課程教材。

其次，團(tuán)隊(duì)也在開展網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，通過建設(shè)數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與競賽指導(dǎo)網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱、電子版教案、Matlab、Mathematica、Lingo、SPSS等軟件的使用方法、數(shù)學(xué)建模競賽試題、經(jīng)驗(yàn)交流等資源的共享，并以此為平臺進(jìn)行網(wǎng)上在線交流和指導(dǎo)。

四、探索新的教學(xué)模式

1.教學(xué)形式多樣化，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中，正確把握傳授知識和培養(yǎng)能力的關(guān)系，采用案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法及設(shè)問式教學(xué)法等多種教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生深入思考的積極性，讓學(xué)生敢于懷疑并提出問題，盡可能的解決問題。在課堂上適當(dāng)?shù)亟M織一些小組討論，通過實(shí)施自主學(xué)習(xí)與合作研討相結(jié)合的研究式教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程從以講授為主向以導(dǎo)學(xué)為主的轉(zhuǎn)變。

2.教師在授課過程中能夠激發(fā)并及時(shí)抓住學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中閃現(xiàn)出來的創(chuàng)造性思想火花，并給予積極的指導(dǎo)，讓學(xué)生從知識的被動(dòng)接受者變?yōu)橹鲃?dòng)參與者和探索者。同時(shí)，對于一些好的創(chuàng)意，積極指導(dǎo)學(xué)生申請我校的大學(xué)生科技立項(xiàng)。選拔優(yōu)秀的學(xué)生參與到教師的研究課題中，使學(xué)生盡早接觸到一些前沿的學(xué)科知識，擴(kuò)大他們的知識面。

3.在授課過程中充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)手段的優(yōu)勢，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法與多媒體相結(jié)合的方式，給學(xué)生動(dòng)態(tài)地展示一些前沿的研究成果，并通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實(shí)時(shí)進(jìn)行輔導(dǎo)答疑，很大程度上帶動(dòng)了學(xué)生進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)的積極性。

五、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐性教學(xué)

學(xué)院專門建設(shè)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，通過開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，以便隨時(shí)對所學(xué)知識進(jìn)行練習(xí)，教師也可以對學(xué)生進(jìn)行及時(shí)的訓(xùn)練指導(dǎo)。在競賽過程中，實(shí)驗(yàn)室作為專門場所用于學(xué)生參賽及指導(dǎo)教師進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。競賽結(jié)束以后，學(xué)生還可以繼續(xù)在此制作或開發(fā)項(xiàng)目，進(jìn)一步申報(bào)山東交通學(xué)院“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生科技立項(xiàng)。抓住數(shù)學(xué)建模的課程特性，與專業(yè)相結(jié)合，融入實(shí)踐性教學(xué)。教師在授課過程中注重讓學(xué)生掌握數(shù)學(xué)的基本思想方法，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特色，把實(shí)踐性教學(xué)融入課堂教學(xué)中，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極探索相關(guān)專業(yè)中的一些熱點(diǎn)和前沿問題，搜集資料，撰寫科研論文。

實(shí)踐表明，上述措施的施行充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模課程和參與數(shù)學(xué)建模競賽的積極性。通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對各種數(shù)學(xué)知識及相關(guān)學(xué)科知識的理解加深，應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決實(shí)際問題的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到了提高。學(xué)生在受到全方位鍛煉的同時(shí)，對科學(xué)研究產(chǎn)生了極大的興趣。