新農(nóng)科背景下地方農(nóng)林院校數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的現(xiàn)狀與對(duì)策
——以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)為例

李毅偉 王福貴 孫晶京 申 梅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030801)

一、引 言

2019年教育部成立了新農(nóng)科建設(shè)工作組，相繼提出了“安吉共識(shí)”“北大倉(cāng)行動(dòng)”“北京指南”等方案，開(kāi)啟了新時(shí)代高等農(nóng)林教育的全面改革在教育部的政策引導(dǎo)下,全國(guó)涉農(nóng)高校相繼部署、實(shí)施了一系列政策，布局發(fā)展符合新業(yè)態(tài)、新行業(yè)發(fā)展要求的新型涉農(nóng)學(xué)科，為鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供強(qiáng)有力的人才支撐“新農(nóng)科”是一次專業(yè)的供給側(cè)改革，其核心問(wèn)題是人才培養(yǎng)傳統(tǒng)農(nóng)科人才培養(yǎng)存在重理論、輕實(shí)踐，創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力不夠等問(wèn)題，“新農(nóng)科”建設(shè)“育新人”則要著力解決這些問(wèn)題創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力是構(gòu)成新農(nóng)科人才素質(zhì)能力體系的核心，為了適應(yīng)和匹配農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，“新農(nóng)科”人才所具備的創(chuàng)新素質(zhì)和能力迫切需要通過(guò)不同平臺(tái)進(jìn)行錘煉而參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽這類實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)便成為培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的有效途徑

數(shù)學(xué)建模是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言和方法，將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，進(jìn)一步建立變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，并進(jìn)行求解和解釋的過(guò)程數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽一般由三人組隊(duì)，分工配合，通過(guò)分析問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型，借助數(shù)學(xué)軟件解答問(wèn)題，最終以論文的形式提交數(shù)學(xué)建模的研究對(duì)象一般是日常生活中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，特別是社會(huì)熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題由于無(wú)法套用現(xiàn)有成果，學(xué)生需要發(fā)揮個(gè)人智慧和團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)造力來(lái)解決問(wèn)題通過(guò)參與各種類型的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，學(xué)生的文獻(xiàn)搜索能力、模型構(gòu)建能力、編程能力和論文寫(xiě)作能力等都會(huì)有很大的提高數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽已被普遍認(rèn)為是我國(guó)高等院校培育創(chuàng)新型人才的一種重要方式

二、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽有助于提升大學(xué)生的綜合素質(zhì)

“新農(nóng)科”建設(shè)為我國(guó)農(nóng)林院校的發(fā)展指明了方向，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的卓越農(nóng)林人才是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)林院校的首要任務(wù)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽具有開(kāi)放性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)，可以極大地拓寬學(xué)生的眼界，提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，提高他們的綜合素質(zhì)

(一)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽賽題是以社會(huì)熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題(如地鐵選址、新冠檢測(cè)、疫苗接種)為背景學(xué)生通過(guò)分析問(wèn)題，剖析事件之間的規(guī)律，在合理假設(shè)的前提下，構(gòu)建能夠解決問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型由于數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽沒(méi)有設(shè)置固定的標(biāo)準(zhǔn)答案，因此學(xué)生要大膽假設(shè)和猜想，合理運(yùn)用各種數(shù)學(xué)方法與技巧，對(duì)所提問(wèn)題進(jìn)行分析、推理和解決整個(gè)過(guò)程都能夠激發(fā)參賽者的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

(二)培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽通常以三人組隊(duì)的團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)成員分別負(fù)責(zé)建立數(shù)學(xué)模型、編寫(xiě)程序求解、論文寫(xiě)作在競(jìng)賽過(guò)程中既要有分工又需要協(xié)作配合，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)需要團(tuán)隊(duì)成員相互討論集思廣益，充分發(fā)揮個(gè)人智慧和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神因此，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)

(三)培養(yǎng)大學(xué)生的查閱文獻(xiàn)資料的能力

全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的時(shí)間為三天，參賽隊(duì)伍需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題因此每支隊(duì)伍必須在有限時(shí)間內(nèi)，快速搜集、整理、自學(xué)文獻(xiàn)資料從文獻(xiàn)資料中尋找線索，確定選題重要的是，學(xué)生不能憑空構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，需要借鑒相關(guān)文獻(xiàn)，找出問(wèn)題的本質(zhì)，完成數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建因此，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽還鍛煉了學(xué)生查閱、使用文獻(xiàn)的能力

(四)培養(yǎng)大學(xué)生的編程能力和論文寫(xiě)作能力

在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽過(guò)程中，大量數(shù)據(jù)的處理以及模型的求解都必須借助于數(shù)學(xué)軟件，如Matlab、SPSS、Python、Lingo等.參賽者需要熟練地運(yùn)用這些軟件編寫(xiě)程序或改寫(xiě)程序.另外，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽最終需要在線提交一篇學(xué)術(shù)論文，論文的撰寫(xiě)，需要參賽者組織語(yǔ)言，繪制各種圖形和表格，并對(duì)文章進(jìn)行排版設(shè)計(jì)整個(gè)競(jìng)賽過(guò)程很好地鍛煉了學(xué)生的編程能力和論文寫(xiě)作能力

三、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)建模現(xiàn)狀

在以農(nóng)林專業(yè)為主要學(xué)科的農(nóng)林院校中，數(shù)學(xué)建模這項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)開(kāi)展得較晚，參賽規(guī)模和參賽頻率都落后于理工類和綜合類高校如表1所示，農(nóng)林院校數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽在全國(guó)高校中處于較低水平通過(guò)對(duì)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的同學(xué)進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在參與數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽時(shí)暴露出基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)、面對(duì)海量數(shù)據(jù)不會(huì)處理、涉及物理問(wèn)題不會(huì)分析、不能熟練應(yīng)用辦公軟件、編程能力不足、論文寫(xiě)作不熟練、團(tuán)隊(duì)配合不默契，甚至由于無(wú)法抗壓在競(jìng)賽期間退賽等問(wèn)題

表1 2017—2021 全國(guó)農(nóng)林院校獲獎(jiǎng)情況

(一)數(shù)學(xué)建模推廣不足

調(diào)研發(fā)現(xiàn)參加建模競(jìng)賽的學(xué)生主要以工學(xué)院、軟件學(xué)院等理工科專業(yè)的學(xué)生為主，農(nóng)林類專業(yè)的學(xué)生參與率較低很多農(nóng)林專業(yè)的學(xué)生認(rèn)為數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽應(yīng)該是與數(shù)學(xué)有關(guān)或者數(shù)學(xué)成績(jī)好的同學(xué)參加；另外，學(xué)生普遍不清楚數(shù)學(xué)建模的參賽形式、參賽時(shí)間以及數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽需要完成哪些任務(wù)，這都體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的認(rèn)識(shí)不足此外，學(xué)校對(duì)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的支持力度不夠，學(xué)生不能深刻意識(shí)到數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)自身創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力有重要的作用同時(shí)，宣傳力度不夠，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的宣傳形式僅限于課堂宣講，宣傳對(duì)象范圍窄，不能做到全校學(xué)生全覆蓋由于宣傳力度不夠，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽在全校影響力不大，學(xué)生知曉度低

(二)指導(dǎo)教師專業(yè)性有待提高

數(shù)學(xué)建模教師團(tuán)隊(duì)是進(jìn)行建模培訓(xùn)與組織比賽的實(shí)施者，教師隊(duì)伍需要具有豐富的知識(shí)面，且對(duì)相關(guān)的學(xué)科有所了解山西農(nóng)業(yè)大學(xué)抽調(diào)數(shù)學(xué)系教師組建了一支教師隊(duì)伍，但指導(dǎo)教師的知識(shí)面多局限于自己的專業(yè)，對(duì)其他學(xué)科了解較少此外，因?yàn)橹笇?dǎo)教師還擔(dān)負(fù)著全校公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)工作和科研任務(wù)，無(wú)法投入更多精力鉆研數(shù)學(xué)建模雖然指導(dǎo)教師有一定的數(shù)學(xué)建模知識(shí)儲(chǔ)備，但在指導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、建立模型等方面所起作用有限

(三)培訓(xùn)模式有待改進(jìn)

目前，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)內(nèi)容為數(shù)學(xué)建?；灸Ｐ团c基本方法的理論，以及常用數(shù)學(xué)軟件的培訓(xùn)由于培訓(xùn)時(shí)間短、強(qiáng)度大，大部分學(xué)生零基礎(chǔ)，也沒(méi)有按照在競(jìng)賽前的分工進(jìn)行訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生難以完全掌握培訓(xùn)內(nèi)容最終的選拔考試以理論知識(shí)考核為主，脫離了數(shù)學(xué)建模重視開(kāi)放性、實(shí)踐性的特點(diǎn)，與數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽模式也不符，使得部分學(xué)生無(wú)法真正適應(yīng)高強(qiáng)度的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽因此，數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)模式有待進(jìn)一步改進(jìn)

(四)學(xué)生在競(jìng)賽期間時(shí)間規(guī)劃不合理

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽期間，學(xué)生通常需要花費(fèi)半天時(shí)間，仔細(xì)閱讀并分析競(jìng)賽題目，通過(guò)廣泛查閱文獻(xiàn)資料，從文獻(xiàn)中尋找線索，從而確定選題一方面，很多隊(duì)伍僅僅通讀完競(jìng)賽題目，就決定了選題，較少借助參考文獻(xiàn)匆忙定下題目的后果是學(xué)生對(duì)所選題目無(wú)從下手，有些隊(duì)伍在建模競(jìng)賽的第二天又臨陣換題，以至于浪費(fèi)了大量的寶貴時(shí)間另一方面，在求解每道問(wèn)題時(shí)，很多隊(duì)伍對(duì)解答題目時(shí)間的規(guī)劃不合理，花費(fèi)大量時(shí)間解答第一問(wèn)，導(dǎo)致沒(méi)有充足時(shí)間處理其余問(wèn)題這些都體現(xiàn)了學(xué)生在時(shí)間規(guī)劃方面有所欠缺

(五)學(xué)生的編程能力和論文寫(xiě)作能力較弱

數(shù)學(xué)建模需要借助各種軟件來(lái)對(duì)模型進(jìn)行求解如遇大量數(shù)據(jù)，需要借助計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選處理調(diào)研發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程能力較弱，不能靈活地使用Phyton等軟件處理大量數(shù)據(jù)，不擅長(zhǎng)用Matlab制作繪制各種圖像，遇到最優(yōu)化問(wèn)題不能熟練使用Lingo解決，以及不擅長(zhǎng)使用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析.另外，競(jìng)賽最終是以論文的形式提交，很多團(tuán)隊(duì)的論文存在字體使用不規(guī)范、論文寫(xiě)作不標(biāo)準(zhǔn)、圖表命名不準(zhǔn)確、參考文獻(xiàn)引用不正確等問(wèn)題，這些都表明學(xué)生的編程能力以及論文寫(xiě)作能力需要加強(qiáng)培養(yǎng).

(六)學(xué)生磨合不夠，團(tuán)隊(duì)缺乏默契

參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的學(xué)生，通常涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、工學(xué)院等多個(gè)院系，大多數(shù)學(xué)生之前根本不認(rèn)識(shí)而數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽又是以團(tuán)隊(duì)形式參與，學(xué)生之間需要通過(guò)短時(shí)間的磨合，迅速組建隊(duì)伍，但是競(jìng)賽期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)分工重疊的情況，比如，小組內(nèi)成員都擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)建模，缺少擅長(zhǎng)寫(xiě)作或編寫(xiě)程序的成員組員之間往往因?yàn)槟ズ喜粔?，?dǎo)致最終成績(jī)不佳

四、推進(jìn)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽工作的建議

鑒于數(shù)學(xué)建模目前所存在的問(wèn)題，為提高全校學(xué)生的參與率以及自主學(xué)習(xí)能力，提升數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)的質(zhì)量，提高獲獎(jiǎng)率，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)通過(guò)借鑒其他院校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將從以下四個(gè)方面開(kāi)展改革與實(shí)驗(yàn)，具體措施如下：

(一)全校范圍內(nèi)大力宣傳

由數(shù)學(xué)建模團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)省內(nèi)、國(guó)內(nèi)數(shù)學(xué)建模名師到我校舉辦講座，組織校內(nèi)獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)交流參賽的心得體會(huì)教師在課堂教學(xué)中，將數(shù)學(xué)建模思想和案例引入課堂，普及建模的實(shí)用性和優(yōu)點(diǎn)，吸引學(xué)生的興趣，提升數(shù)學(xué)建模在學(xué)生中的影響力同時(shí)，學(xué)校也利用各種渠道，面向全校學(xué)生推廣相關(guān)的數(shù)學(xué)建模方法和軟件，介紹生動(dòng)有趣的建模案例，力爭(zhēng)將數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽推廣為全校各專業(yè)學(xué)生都積極參加的實(shí)踐活動(dòng)

(二)組建復(fù)合型建模教師團(tuán)隊(duì)

指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)的成員不應(yīng)局限在數(shù)學(xué)系教師，還應(yīng)該從計(jì)算機(jī)、物理、統(tǒng)計(jì)等學(xué)院中挑選具有較好數(shù)學(xué)背景的教師，打造一個(gè)業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、研究方向全面的復(fù)合型數(shù)學(xué)建模指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)另外，數(shù)學(xué)建模教師團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該積極參加國(guó)家和省級(jí)的建模教師培訓(xùn)會(huì)，組內(nèi)定期進(jìn)行數(shù)學(xué)建模專題研討，以及利用“雨課堂”等豐富的在線資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而不斷提升教師團(tuán)隊(duì)的數(shù)學(xué)建模能力

第一階段：開(kāi)設(shè)建模選修課(線上+線下)

開(kāi)設(shè)選修課，將數(shù)學(xué)建模模型和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)兩門(mén)選修課納入全校公共選修課中，想要參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模的學(xué)生必須修過(guò)這兩門(mén)選修課在教學(xué)方式上，數(shù)學(xué)建模模型選修課主要以線上學(xué)習(xí)為主，教師可充分利用雨課堂、Mooc以及學(xué)習(xí)通等線上豐富資源，篩選出有關(guān)數(shù)學(xué)建模模型和算法、數(shù)學(xué)建模論文撰寫(xiě)有關(guān)的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，并采取線上教學(xué)結(jié)合自學(xué)的形式.數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)以線下實(shí)踐為主，主要進(jìn)行常用數(shù)學(xué)軟件的培訓(xùn)，如Matlab、Phyton、SPSS和Lingo等，并對(duì)歷年優(yōu)秀獲獎(jiǎng)?wù)撐倪M(jìn)行解讀.

第二階段：組織學(xué)生參加各類數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽選拔

教師組織學(xué)生參與各類數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，如山西農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)建模選拔賽、山西省大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽教師可通過(guò)以賽代練的方式鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力、累積經(jīng)驗(yàn)，使其適應(yīng)數(shù)學(xué)建模國(guó)賽模式，并將參賽成績(jī)作為篩選國(guó)賽隊(duì)員的依據(jù)從山西農(nóng)業(yè)大學(xué)多年組織建模比賽的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，參與過(guò)建模競(jìng)賽的學(xué)生，從確定選題、搜集文獻(xiàn)、編寫(xiě)程序到撰寫(xiě)論文方面均較未參賽的學(xué)生有明顯的優(yōu)勢(shì)

第三階段：暑期分組進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)

教師通過(guò)第二階段參賽，找出學(xué)生的擅長(zhǎng)方向，可將學(xué)生分成三組：將擅長(zhǎng)構(gòu)建模型的同學(xué)分為一組，培訓(xùn)其借助“雨課堂”等豐富的教學(xué)資源，搜集整理經(jīng)典的數(shù)學(xué)建模方法，強(qiáng)化學(xué)習(xí)如何進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；將擅長(zhǎng)編程的同學(xué)分成一組，通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模常用軟件以及經(jīng)典算法，專項(xiàng)加強(qiáng)他們的編寫(xiě)程序能力和改寫(xiě)程序的能力；將擅長(zhǎng)論文撰寫(xiě)的同學(xué)分成一組，帶領(lǐng)他們分析歷年優(yōu)秀的學(xué)術(shù)論文，使他們了解寫(xiě)作的基本框架和要求，掌握建模論文的寫(xiě)作技巧這種根據(jù)學(xué)生特長(zhǎng)進(jìn)行分組培訓(xùn)，開(kāi)展針對(duì)性的強(qiáng)化訓(xùn)練的方式，有利于發(fā)揮每位參賽者的特長(zhǎng)

(四)制定相關(guān)政策

學(xué)校也需要出臺(tái)相關(guān)政策給予數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽支持為充分調(diào)動(dòng)教師參與數(shù)學(xué)建模教學(xué)、培訓(xùn)和競(jìng)賽指導(dǎo)的積極性，學(xué)校應(yīng)該給予教師工作量的認(rèn)可，指導(dǎo)學(xué)生在競(jìng)賽獲得較好成績(jī)的教師在職稱評(píng)定、評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)方面給予一定的重視此外，為提升學(xué)生參與競(jìng)賽活動(dòng)的積極性，增加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽對(duì)學(xué)生的吸引力，學(xué)?？商峁﹫?bào)名費(fèi)報(bào)銷的鼓勵(lì)措施若成功參賽則退還學(xué)生所交報(bào)名費(fèi)，若中途退出則不退還報(bào)名費(fèi)；對(duì)于獲獎(jiǎng)同學(xué)，學(xué)校則根據(jù)等級(jí)不同，在獎(jiǎng)學(xué)金、榮譽(yù)稱號(hào)、學(xué)分認(rèn)定等方面給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)

五、總 結(jié)

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為“新農(nóng)科”培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供了很好的平臺(tái)如果農(nóng)林院校數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與實(shí)踐能順利開(kāi)展，那么必定能為農(nóng)林院校注入源源不斷的新鮮血液，我們需要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，健全機(jī)制，鼓勵(lì)更多農(nóng)林專業(yè)的學(xué)生參與各類數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，以此提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為國(guó)家和社會(huì)培育創(chuàng)新型農(nóng)林人才