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教育強(qiáng)國的核心是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽是高校中參加人數(shù)最多、影響最廣泛的學(xué)科競賽之一,此項賽事由教育部高教司和中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會聯(lián)合主辦,迄今已舉辦21屆,它對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)起到了不可估量的作用,未來也將日益顯現(xiàn)它這方面的作用。長春理工大學(xué)從1996年開始參賽,成績斐然,已累計獲得國家級獎40余項,年均3項,2013年我校共有51隊153人參加全國賽,是吉林省除吉林大學(xué)外參賽隊數(shù)最多的高校。其中9隊獲得國家一等獎,11隊獲得省一等獎,21隊獲省二等獎,8隊獲省三等獎,獲獎率位居吉林省參賽高校前列。這主要?dú)w益于以下幾方面:
一、賽前的動員及組織情況
賽前周密的宣傳組織工作是本次大賽取得成功關(guān)鍵因素之一。我校一直把組織數(shù)模競賽作為一項重要的教學(xué)活動納入了全年工作日程,專門成立了數(shù)學(xué)建模競賽領(lǐng)導(dǎo)小組,協(xié)調(diào)、督促、組織數(shù)學(xué)建模競賽各項準(zhǔn)備活動。通過海報、課堂、網(wǎng)站等多種形式宣傳開展數(shù)學(xué)建?;顒樱膭罡鲗W(xué)院學(xué)生踴躍報名。
二、競賽具體過程管理和實(shí)施情況
由專人統(tǒng)籌負(fù)責(zé)競賽工作。從每年四、五月份開始采取校級、省級競賽層層選拔的制度,把最優(yōu)秀、最渴望參賽、最有能力的隊員吸納進(jìn)來組成國家賽參賽隊伍。對于國賽隊員將認(rèn)真組織賽前培訓(xùn)和輔導(dǎo)工作。
三、本年度競賽獲獎情況分析
今年我校共有51個隊參加了全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,獲得國家獎9項,省級獎40項,獲獎率幾近100%。
四、競賽過程中存在的問題及擬解決的措施
1.競賽過程中存在的主要問題還是數(shù)學(xué)軟件使用和寫作兩方面,在今后的培訓(xùn)和其他級競賽中應(yīng)加強(qiáng)這兩方面的訓(xùn)練。另外宣傳力度也有待加強(qiáng)。
2.今年全國賽我校51隊中有35支代表隊選擇了A題,此題是交通占道問題對城市交通能力的影響問題,實(shí)質(zhì)是利用數(shù)學(xué)方法建立模型,需要學(xué)生有較好的微積分、常微分方程、運(yùn)籌學(xué)等課程基礎(chǔ),正是由于我校平時對大一大二的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課的精心講解和嚴(yán)格要求才使得我校學(xué)生有信心也有能力作出此題并取得了如此好的成績,今后我們將繼續(xù)加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)科的教學(xué)工作,同時注意在教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)建模的思想、方法,培養(yǎng)學(xué)生參加建模的興趣。并希望以數(shù)學(xué)建模工作為平臺,通過多種形式大力開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)與研究活動,以賽促學(xué)、以賽促教,以競賽推動教學(xué)研究,以教學(xué)研究提高競賽質(zhì)量。B題選擇隊數(shù)相對較少,原因主要是該題是關(guān)于碎紙文字的拼接復(fù)原模型,需要隊員熟悉算法,精于編程,大多數(shù)同學(xué)不敢碰此題原因就是編程能力過弱。
3.國家賽獲獎結(jié)果反映出理學(xué)院、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、光電工程學(xué)院、電子信息工程學(xué)院的學(xué)生獲獎人數(shù)占到98%,創(chuàng)新實(shí)驗班參賽人數(shù)并不多,僅占總?cè)藬?shù)的33%,特別是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的創(chuàng)新實(shí)驗班僅有8人參加,不及總?cè)藬?shù)的6%。
五、對學(xué)校的建議和意見
1.認(rèn)真組織各級數(shù)學(xué)建模競賽,建議提前到3月中旬組織校數(shù)學(xué)建模競賽,改進(jìn)選拔方式,通過評審、教師推薦、答辯精選國賽參賽隊員,加大對數(shù)學(xué)軟件、算法的培訓(xùn);5月下旬到7月中旬,利用周六對選拔出的學(xué)生進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn),建議全體隊員模擬實(shí)戰(zhàn),完成3-4道往年的競賽題目,并提交論文,指定專門教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。
2.進(jìn)一步宣傳發(fā)動,動員更多的學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競賽,特別是加大對計算機(jī)學(xué)院的宣傳力度,爭取更多的計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,特別是動員計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新實(shí)驗班的同學(xué)參賽。
3.繼續(xù)舉辦大學(xué)生數(shù)學(xué)建模培訓(xùn),切磋技藝,交流經(jīng)驗,提高水平。組織教師精講獲國家獎的學(xué)生論文。同時每年選派2至3名指導(dǎo)教師參加建模交流會議及理論學(xué)習(xí),也讓更多教師參與數(shù)學(xué)建模類教改科研項目,將數(shù)學(xué)建模作為一件可持續(xù)發(fā)展的項目開展。
1.教學(xué)方法的改革就課程設(shè)置的目的層面而言,數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)實(shí)驗課程在傳授數(shù)學(xué)理論知識的同時,注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力,所以,對于這門課程的課堂教學(xué)主要采取了以下兩種改革方法:(1)開展案例教學(xué),適當(dāng)加入討論式教學(xué)法.在每堂課前,教師要花費(fèi)一定的時間,搜集與所講授建模方法相關(guān)的生活實(shí)際案例,在教學(xué)中教師通過這些教學(xué)案例引出相應(yīng)建模的基本思想方法,通過解決這些實(shí)際問題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還可借機(jī)根據(jù)相關(guān)問題展開討論.這樣可以避免教師的“滿堂灌”現(xiàn)象,還可以活躍課堂氣氛,提高學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)的積極性,使傳授知識的過程變?yōu)閷W(xué)習(xí)知識、應(yīng)用知識的過程,真正地達(dá)到提高學(xué)生素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)目的.案例的選擇方面,形成了以下原則:要有明確的教學(xué)目的性;要有趣味性;要有原始性;要根據(jù)教學(xué)對象的不同有所側(cè)重性;要有創(chuàng)新性.(2)開展實(shí)驗教學(xué)法.針對數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗課程學(xué)習(xí)過程中學(xué)生實(shí)踐動手能力嚴(yán)重不足的問題,采取了依據(jù)建模方法設(shè)置每節(jié)課的實(shí)驗環(huán)節(jié)和綜合性的實(shí)驗項目,包括MATLAB、LINGO兩個軟件的使用和數(shù)學(xué)建模中各種模型的求解以及一些綜合性實(shí)驗項目,使學(xué)生在計算機(jī)上的實(shí)踐和對模型的簡化處理后求解,這樣,不僅有效地培養(yǎng)了學(xué)生數(shù)學(xué)軟件使用能力,還培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決實(shí)際問題的能力.
2.考核方式的改革數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗是解決生活問題的數(shù)學(xué)應(yīng)用性活動,不適合期末一張卷的閉卷考核方式.為突出數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗課程本身的特點(diǎn)以及滿足教學(xué)基本要求,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力,在成績考核方面,采用了1∶4∶2∶3考核模式,即平時表現(xiàn)分、基本建模和實(shí)踐能力訓(xùn)練分、創(chuàng)新能力訓(xùn)練分、期末上機(jī)考試分四個部分.平時表現(xiàn)10分用來約束學(xué)生逃課和激勵學(xué)生學(xué)習(xí),包括出勤、課堂回答問題和課堂討論三方面,表現(xiàn)突出者每次都要加分、超出部分可以代替其他訓(xùn)練分?jǐn)?shù).基本建模、實(shí)踐能力訓(xùn)練和創(chuàng)新能力訓(xùn)練共60分,用來加強(qiáng)學(xué)生對基本的建模思想方法、程序算法、方程求解以及模型應(yīng)用等方面的掌握及應(yīng)用.基本建模和實(shí)踐能力訓(xùn)練部分,要求學(xué)生學(xué)習(xí)完一些章節(jié)的內(nèi)容后,自愿三人組合為一隊,完成教師布置的和隨機(jī)抽取的2-3個問題的建模與求解,并撰寫實(shí)驗報告,這可以為數(shù)學(xué)建模競賽打基礎(chǔ);創(chuàng)新能力訓(xùn)練部分是指學(xué)生在學(xué)完一些章節(jié)后,要求學(xué)生單獨(dú)完成一些綜合實(shí)驗報告.這些報告題目貼近生活,開放性強(qiáng),答案基本不唯一,有一定難度,要求單人單題,互不重復(fù),這樣不僅有效地避免學(xué)生的抄襲現(xiàn)象,還充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力.期末上機(jī)考試30分,用來考查學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力.
3.數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)與競賽選拔機(jī)制的改革改革建模競賽的培訓(xùn)方式,采用系列專題講座法.結(jié)合課程團(tuán)隊教師自身的專業(yè)和科研方向,分配以相應(yīng)的專題進(jìn)行講座.這樣能人盡其才,培訓(xùn)過程也顯得更為深刻和生動,效果也會明顯提高.要使學(xué)生在數(shù)學(xué)建模競賽中取得好成績,需要有一個科學(xué)合理的競賽選拔機(jī)制.各高校一般采用的都是三級或者四級競賽選拔機(jī)制.三級競賽選拔機(jī)制是校內(nèi)賽、幾省聯(lián)賽、國家賽;四級競賽選拔機(jī)制多一項國際競賽.很多高校根據(jù)自己的實(shí)際情況采取不同的方式.牡師院采用的是三級競賽選拔機(jī)制.即在每年4月份組織校內(nèi)賽,按照事先制定的規(guī)則和方法,教師先做專題講座后,學(xué)生參賽.大賽結(jié)束后,選拔出色隊員參加?xùn)|北三省賽;接下來在4月末開始組織參加?xùn)|北三省建模聯(lián)賽,大賽結(jié)束后,選拔出色隊員參加國家賽;最后在9月份組織參加國家賽.
2改革取得的主要成效
我們團(tuán)隊自2006年實(shí)施相關(guān)課程教學(xué)改革以來,教學(xué)效果明顯提升,學(xué)生的素質(zhì)和能力培養(yǎng)有了質(zhì)的飛躍,具體表現(xiàn)為以下四點(diǎn):(1)參加校內(nèi)競賽人數(shù)不斷上升.2009年初次舉辦校內(nèi)競賽,全校只有42人參加.2010年參賽人數(shù)達(dá)到120人,競賽規(guī)模有所改觀.2011年參加校競賽的人數(shù)上升到164人,這一規(guī)?;旧线_(dá)到了預(yù)期.在競賽過程中,大學(xué)生逐漸意識到了這項賽事的重要性,競賽組織形式由此也實(shí)現(xiàn)了由教師鼓動報名,到學(xué)生主動報名的轉(zhuǎn)換.競賽規(guī)模的不斷擴(kuò)大,佐證了牡師院廣大學(xué)生在數(shù)學(xué)應(yīng)用方面的認(rèn)識水平有了巨大提高.(2)數(shù)學(xué)建模競賽成績提高明顯.2009年以前,牡師院在2年的建模競賽中只獲得省獎6項,現(xiàn)在牡師院的競賽總體成績已呈明顯的上升趨勢.(3)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用實(shí)踐與創(chuàng)新能力明顯提高.現(xiàn)在,學(xué)生已完成大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)踐項目5項;近3年,已有近90名參賽隊員以優(yōu)異成績考取研究生,部分研究生入學(xué)后,因為其出色的建模能力被導(dǎo)師重用;一些學(xué)生在畢業(yè)后選取了和建模密切相關(guān)的行業(yè)(如證券業(yè)).牡師院第一屆參加全國賽的6名隊員目前分別在IBM、網(wǎng)易、中興、高校任職或攻讀博士學(xué)位.(4)教師的教學(xué)和科研水平明顯提高.?dāng)?shù)學(xué)建模競賽培養(yǎng)了一批新型的數(shù)學(xué)教師隊伍.近幾年先后主持教改項目6項,發(fā)表教學(xué)論文若干篇、主編教材2部,參編教材1部;獲得教學(xué)、科研成果獎勵2項;共承擔(dān)各類科研項目11項;科研論文22篇,獲獎4篇;出版專著2部;教練組的每個成員都根據(jù)自己的專業(yè)特長參與到了不同的項目當(dāng)中.這一舉措極大地提高了教練組成員的科研能力,提高了教學(xué)水平.
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)建模;思想;應(yīng)用;方法;分析
0引言
隨著自然科學(xué)的發(fā)展,利用數(shù)學(xué)等思想來解決實(shí)際問題,越來越受到人們的重視,數(shù)學(xué)作為一門歷史悠久的自然科學(xué),是在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來,但是隨著理論研究的深入,現(xiàn)在數(shù)學(xué)理論已經(jīng)非常先進(jìn),很多理論都無法付諸實(shí)踐,在這種背景下,如何利用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)理論來解決實(shí)際問題,成為了很多專家和學(xué)者研究的問題。通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn),要想利用數(shù)學(xué)來解決實(shí)際問題,首先要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,將實(shí)際的問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)符號的表達(dá)方式,這樣才能夠通過數(shù)學(xué)計算,來解決一些實(shí)際問題,從某種意義上來說,計算機(jī)就是由若干個數(shù)學(xué)模型組成的,計算機(jī)軟件之所以能夠解決實(shí)際問題,就是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要,建立了一個相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,這樣才能夠讓計算機(jī)來解決。
1數(shù)學(xué)建模思想分析
1.1數(shù)學(xué)建模思想的概念
數(shù)學(xué)是一門歷史悠久的自然科學(xué),在古時候,由于實(shí)際應(yīng)用的需要,人們就已經(jīng)開始使用數(shù)學(xué)來解決實(shí)際問題,但是受到當(dāng)時技術(shù)條件的限制,數(shù)學(xué)理論的水平比較低,只是利用數(shù)學(xué)來進(jìn)行計數(shù)等,隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的提高,尤其是在工業(yè)革命之后,自然科學(xué)得到了極大的發(fā)展,對于利用自然科學(xué)來解決實(shí)際問題,也成為了人們研究的重點(diǎn),在市場經(jīng)濟(jì)的推動下,人們將這些理論知識轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品。計算機(jī)就是在這種背景下產(chǎn)生的,在數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上,將電路的通和不通兩種狀態(tài),與數(shù)學(xué)的二進(jìn)制相結(jié)合,這樣就能夠讓計算機(jī)來處理實(shí)際問題,從本質(zhì)上來說,這就是數(shù)學(xué)建模思想的范疇,但是在計算機(jī)出現(xiàn)的早期,數(shù)學(xué)建模的理論還沒有形成,隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展,人們逐漸的意識到數(shù)學(xué)建模的重要性,發(fā)現(xiàn)利用數(shù)學(xué)建模思想,可以解決很多實(shí)際的問題,而數(shù)學(xué)建模的概念,就是將遇到的實(shí)際問題,利用特定的數(shù)學(xué)符號進(jìn)行描述,這樣實(shí)際問題就轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題,可以利用數(shù)學(xué)的計算方法來解決。
1.2數(shù)學(xué)建模思想的特點(diǎn)
如何解決實(shí)際問題,從有人類文明開始,就成為了人們研究的重點(diǎn),隨著自然科學(xué)的發(fā)展,出現(xiàn)了很多具體的學(xué)科,利用這些不同的學(xué)科,可以解決不同的實(shí)際問題,而數(shù)學(xué)就是其中最重要的一門學(xué)科,而且是其他學(xué)科的基礎(chǔ),如物理學(xué)科中,數(shù)學(xué)就是一個計算的工具,由此可以看出數(shù)學(xué)的重要性,進(jìn)入到信息時代后,計算機(jī)得到了普及應(yīng)用,無論是日常生活中還是工作中,計算機(jī)都有非常重要的應(yīng)用,而在信息時代,注重的是解決問題的效率。與其他解決問題的方式相比,數(shù)學(xué)建模顯然更加科學(xué),現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模已經(jīng)成為了一門獨(dú)立的學(xué)科,很多高校中都開設(shè)了這門課程,為了培養(yǎng)學(xué)生們利用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的能力,我國每年都會舉辦全國性的數(shù)學(xué)建模大賽,采用開放式的參賽方式,對學(xué)生們的數(shù)學(xué)建模能力進(jìn)行考驗,而大賽的題目,很多都是一些實(shí)際問題,對于比賽的結(jié)果,每個參賽隊伍的建模方式都有一定的差異,其中選出一個最有效的方式成為冠軍。由此可以看出,對于一個實(shí)際的問題,可以建立多個數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解決,但是執(zhí)行的效率具有一定的差異,如有些計算的步驟較少,而有些計算的過程比較簡單,而如何評價一個模型的效率,必須從各個方面進(jìn)行綜合的考慮。
2數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用
2.1計算機(jī)軟件中數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用
通過深入的分析可以知道,計算機(jī)之所以能夠解決實(shí)際問題,很大程度上依賴與計算機(jī)軟件,而計算機(jī)軟件自身就是一個或幾個數(shù)學(xué)模型,在軟件開發(fā)的過程中,首先要進(jìn)行需求的分析,這其實(shí)就是數(shù)學(xué)建模的第一個環(huán)節(jié),對問題進(jìn)行分析,在了解到問題之后,就要通過計算機(jī)語言,對問題進(jìn)行描述,而計算機(jī)語言是人與計算機(jī)進(jìn)行溝通的語言,最終這些語言都要轉(zhuǎn)化成0和1二進(jìn)制的方式,這樣計算機(jī)才能夠進(jìn)行具體的計算。由此可以看出,計算機(jī)就是依靠數(shù)學(xué)來解決實(shí)際問題,而每個計算機(jī)軟件,都可以認(rèn)為是一個數(shù)學(xué)模型,如在早期的計算機(jī)程序設(shè)計中,受到當(dāng)時計算機(jī)技術(shù)水平的限制,采用的還是低級語言,由于低級語言人們很難理解,因此在程序編寫之前,都會先建立一個數(shù)學(xué)模型,然后將這個模型轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的計算機(jī)語言,這樣計算機(jī)就可以解決實(shí)際的問題,由于計算機(jī)能夠自行計算的特點(diǎn),只要輸入相應(yīng)的參數(shù)后,就可以直接得到結(jié)果,不再需要人為的計算。
2.2數(shù)學(xué)建模思想直接解決實(shí)際問題
經(jīng)過了多年的發(fā)展,現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模自身已經(jīng)非常完善,為了培養(yǎng)我國的數(shù)學(xué)建模人才,從1992年開始,每年我國都會舉辦一屆全國數(shù)學(xué)建模大賽,所有的高校學(xué)生都可以參加,大賽采用了開放性的參賽方式,通常情況下,對于題目設(shè)置的也比較靈活,會有多個題目提供給隊員選擇,學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況,來選擇一個最適合自己的問題。而數(shù)學(xué)建模大賽舉辦的主要目的,就是讓學(xué)生們掌握如何利用數(shù)學(xué)理論,來解決實(shí)際問題,在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識的過程中,很多學(xué)生會認(rèn)為,數(shù)學(xué)與實(shí)踐的距離很遠(yuǎn),學(xué)習(xí)的都是純理論的知識,學(xué)習(xí)的興趣很低,與一些實(shí)踐密切相關(guān)的學(xué)科相比,選擇數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生很少,而數(shù)學(xué)建模的出現(xiàn),在很大程度上改善了這種情況,讓人們真正的了解數(shù)學(xué),并利用數(shù)學(xué)來解決復(fù)雜的問題。受到特殊的歷史因素影響,我國自然科學(xué)發(fā)展的起步較晚,在建國后經(jīng)歷了很長一段時間封,閉發(fā)展,與西方發(fā)達(dá)國家之間的交流比較少,因此對于數(shù)學(xué)建模等現(xiàn)代科學(xué),研究的時間比較短,導(dǎo)致目前我國很少會利用數(shù)學(xué)建模來解決實(shí)際問題,相比之下,發(fā)達(dá)國家在很多領(lǐng)域中,經(jīng)常會用到數(shù)學(xué)建模的知識,如在企業(yè)日常運(yùn)營中,需要進(jìn)行市場調(diào)研等工作,而對于這些調(diào)研工作的處理,在進(jìn)行之前都會建立一個數(shù)學(xué)模型,然后按照這個建立的模型來處理。
2.3數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的發(fā)展
從本質(zhì)上來說,數(shù)學(xué)是在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上,逐漸形成的一門學(xué)科,但是受到當(dāng)時技術(shù)水平的限制,雖然人們已經(jīng)懂得去計算,卻并知道自己使用的是數(shù)學(xué)知識,隨著自然科學(xué)的發(fā)展,對數(shù)學(xué)的應(yīng)用越來越多,而數(shù)學(xué)自身理論的發(fā)展速度很快,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了實(shí)際應(yīng)用的范圍,同時隨著其他學(xué)科的發(fā)展,數(shù)學(xué)變成了一種計算的工具,因此數(shù)學(xué)應(yīng)用的第一個階段中,主要是作為一種工具。隨著電子計算機(jī)的出現(xiàn),對數(shù)學(xué)的應(yīng)用達(dá)到了一個極限,人們在數(shù)學(xué)和物理的基礎(chǔ)上,制作出了能夠自動計算的機(jī)器,在計算機(jī)出現(xiàn)的早期,受到性能和體積上的限制,只能進(jìn)行一些簡單的數(shù)學(xué)計算,還不能解決實(shí)際的問題,但是計算機(jī)語言和軟件技術(shù)的發(fā)展,使其在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用,在計算的基礎(chǔ)上,能夠解決很多問題,而軟件程序的開發(fā),其實(shí)就是建立數(shù)學(xué)模型的過程,由此可以看出,數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的第二階段中,主要是以現(xiàn)代計算機(jī)等電子設(shè)備的方式,來解決實(shí)際的問題。
3數(shù)學(xué)建模思想應(yīng)用的方法
3.1分析問題
數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用都是為了解決實(shí)際問題,雖然很多問題都可以通過建模的方式來解決,但是并不是所有的問題,因此在遇到實(shí)際問題時,首先要對問題進(jìn)行具體的分析,首先就是看是否能夠轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)符號,如果能夠直接用數(shù)學(xué)語言來進(jìn)行描述,那么就可以容易的建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,但是通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn),隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,遇到的問題越來越復(fù)雜,其中很多都無法直接用數(shù)學(xué)語言來描述,這就增加了數(shù)學(xué)建模的難度。由此可以看出,分析問題作為數(shù)學(xué)建模的第一個環(huán)節(jié),也是最重要的一個環(huán)節(jié),如果問題分析的不夠具體,那么將無法建立出數(shù)學(xué)模型,同時對數(shù)學(xué)模型的建立也具有非常重要的影響,通過實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn),能夠建立高效率的數(shù)學(xué)模型,都是對問題分析的比較徹底,甚至有些獨(dú)特的理解,只有這樣才能夠采用建立一個最簡單的模型,而隨著數(shù)學(xué)建模自身的發(fā)展,現(xiàn)在建立模型的過程中,對于一個實(shí)際的問題,經(jīng)常需要建立多個模型,這樣通過多個數(shù)學(xué)模型協(xié)同來解決一個問題。
3.2數(shù)學(xué)模型的建立
在分析實(shí)際問題后,就要用數(shù)學(xué)符號來描述要解決的問題,這是建立數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)備環(huán)節(jié),要想利用數(shù)學(xué)來解決實(shí)際問題,無論采用哪種方式,都要轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)語言,然后才能夠通過計算的方式解決,而數(shù)學(xué)模型的過程,就是在描述完成后,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,通常情況下,在分析問題時,都能夠發(fā)現(xiàn)某種內(nèi)在的規(guī)律,這個規(guī)律是數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)。如果無法找到這個規(guī)律,顯然就不能利用現(xiàn)有的一些數(shù)學(xué)定律,從而建立相應(yīng)的表達(dá)式,最后解決相應(yīng)的問題,由此可以看出,分析問題的內(nèi)在規(guī)律,是影響數(shù)學(xué)建模的重要因素,而這個規(guī)律的發(fā)現(xiàn),除了在現(xiàn)有的數(shù)學(xué)知識外,也可以結(jié)合其他學(xué)科的知識,尤其是現(xiàn)在遇到的問題越來越復(fù)雜,對于以往簡單的問題,只需要建立一個簡單的模型即可解決,而現(xiàn)在復(fù)雜的問題,經(jīng)常需要建立多個模型。因此現(xiàn)在數(shù)學(xué)建模的難度越來越大,從近些年全國數(shù)學(xué)建模大賽的題目就可以看出,對于問題的描述越來越模糊,甚至出現(xiàn)了一些歷史上的難題,而不同學(xué)生根據(jù)自己的理解,建立的模型也具有很大的差異,其中一些模型非常新穎,為實(shí)際問題的解決提供了良好的參考,目前我國對數(shù)學(xué)建模的研究有限,尤其是與西方發(fā)達(dá)國家相比,實(shí)踐的機(jī)會還比較少。
3.3數(shù)學(xué)模型的校驗
在數(shù)學(xué)模型建立之后,對于這個模型是否能夠解決實(shí)際問題,具體的執(zhí)行效率如何,都需要進(jìn)行校驗,因此檢驗是數(shù)學(xué)模型建立最后的一個環(huán)節(jié),也是非常重要的一個步驟,通常情況下,經(jīng)過校驗都能夠發(fā)現(xiàn)模型中存在的一些問題,從而進(jìn)行完善,這樣才能夠保證嚴(yán)謹(jǐn)性,在實(shí)際校驗的過程中,要對數(shù)學(xué)模型的每個部分進(jìn)行驗證,通過輸入特定的數(shù)據(jù),看得到的結(jié)果是否符合理論值,如果沒有問題,就說明該模型可以解決實(shí)際問題。除了檢驗?zāi)P偷臏?zhǔn)確外,校驗還有另外一個作用,就是優(yōu)化模型,在選定數(shù)據(jù)后,能夠看到數(shù)學(xué)模型計算的整個過程,這時就可以對具體的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化,如哪部分可以減少計算的步驟,或者簡化計算的方式等,這樣可以使整個模型更加科學(xué)、合理,由此可以看出,校驗工作對于數(shù)學(xué)模型的建立,具有非常重要的意義。
4 結(jié)語
通過全文的分析可以知道,對于數(shù)學(xué)理論的應(yīng)用,從很久之前就已經(jīng)開始了,但是數(shù)學(xué)建模思想的出現(xiàn),卻是隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,逐漸形成的一門學(xué)科,電子計算機(jī)的出現(xiàn),在很大程度上改變了處理事情的方式,利用計算機(jī)軟件,只要輸入相應(yīng)的參數(shù),就可以直接得到結(jié)果,這正是數(shù)學(xué)模型完成的任務(wù),只是計算機(jī)的出現(xiàn),省略了中間的計算過程,因此計算機(jī)軟件的方式,是數(shù)學(xué)建模思想最好的應(yīng)用方法,要想解決不同的問題,只要建立不同的模型,然后編寫相應(yīng)的程序。
參考文獻(xiàn):
[1] 吳俊,勞家仁.高校師資管理中數(shù)學(xué)建模的應(yīng)用研究[J],南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2009(02):84-86
[2] 溫清芳,最優(yōu)化方法在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用[J],寧德師專學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(02):151-153
[3] 張紹艷,淺談數(shù)學(xué)建模思想的應(yīng)用[J],科技咨詢導(dǎo)報,2007(20):233
全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽以輝煌的成績即將迎來她的第17個年頭,她已是當(dāng)今培養(yǎng)大學(xué)生解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)造精神的一種重要方法和途徑,參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽已成為大學(xué)校園里的一個時尚。正因如此,為了進(jìn)一步擴(kuò)大競賽活動的受益面,提高數(shù)學(xué)建模的水平,促進(jìn)數(shù)學(xué)建?;顒咏】涤行虬l(fā)展,筆者在認(rèn)真研究大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽內(nèi)容與形式的基礎(chǔ)上,結(jié)合自己指導(dǎo)建模競賽的經(jīng)驗及前參賽獲獎選手的心得體會,對建模競賽培訓(xùn)過程中的培訓(xùn)內(nèi)容、方式方法等問題作了探索。
一、數(shù)學(xué)建模競賽培訓(xùn)工作
(一)培訓(xùn)內(nèi)容
1.建?;A(chǔ)知識、常用工具軟件的使用。在培訓(xùn)過程中我們首先要使學(xué)生充分了解數(shù)學(xué)建模競賽的意義及競賽規(guī)則,學(xué)生只有在充分了解數(shù)學(xué)建模競賽的意義及規(guī)則的前提下才能明確參加數(shù)學(xué)建模競賽的目的;其次引導(dǎo)學(xué)生通過各種方法掌握建模必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(如初等數(shù)學(xué)、高等數(shù)學(xué)等),向?qū)W生主要傳授數(shù)學(xué)建模中常用的但學(xué)生尚未學(xué)過的方法,如圖論方法、優(yōu)化中若干方法、概率統(tǒng)計以及運(yùn)籌學(xué)等方法。另外,在講解計算機(jī)基本知識的基礎(chǔ)上,針對建模特點(diǎn),結(jié)合典型的建模題型,重點(diǎn)講授一些實(shí)用數(shù)學(xué)軟件(如Mathematica、Matlab、Lindo、Lingo、SPSS)的使用及一般性開發(fā),尤其注意加強(qiáng)講授同一數(shù)學(xué)模型可以用多個軟件求解的問題。
2.建模的過程、方法。數(shù)學(xué)建模是一項非常具有創(chuàng)造性和挑戰(zhàn)性的活動,不可能用一些條條框框規(guī)定出各種模型如何具體建立。但一般來說,建模主要涉及兩個方面:第一,將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為理論模型;第二,對理論模型進(jìn)行計算和分析。簡而言之,就是建立數(shù)學(xué)模型來解決各種實(shí)際問題的過程。這個過程可以用如下圖1來表示。
為了使學(xué)生更快更好地了解建模過程、方法,我們可以借助圖1所示對學(xué)生熟悉又感興趣的一些模型(例如選取高等教育出版社2006年出版的《數(shù)學(xué)建模案例集》中的案例6:外語單詞妙記法)進(jìn)行剖析,讓學(xué)生從中體驗建模的過程、思想和方法。
3.常用算法的設(shè)計。建模與計算是數(shù)學(xué)模型的兩大核心,當(dāng)模型建立后,計算就成為解決問題的關(guān)鍵要素,而算法好壞將直接影響運(yùn)算速度的快慢及答案的優(yōu)劣。根據(jù)競賽題型特點(diǎn)及前參賽獲獎選手的心得體會,建議大家多用數(shù)學(xué)軟件(Mathematica,Matlab,Maple,Lindo,Lingo,SPSS等)設(shè)計算法,這里列舉常用的幾種數(shù)學(xué)建模算法。
(1)蒙特卡羅算法(該算法又稱隨機(jī)性模擬算法,是通過計算機(jī)仿真來解決問題的算法,同時可以通過模擬可以來檢驗自己模型的正確性,是比賽時必用的方法,通常使用Mathematica、Matlab軟件實(shí)現(xiàn))。(2)數(shù)據(jù)擬合、參數(shù)估計、插值等數(shù)據(jù)處理算法(比賽中通常會遇到大量的數(shù)據(jù)需要處理,而處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵就在于這些算法,通常使用Matlab作為工具)。(3)線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、多元規(guī)劃、二次規(guī)劃等規(guī)劃類問題(建模競賽大多數(shù)問題屬于最優(yōu)化問題,很多時候這些問題可以用數(shù)學(xué)規(guī)劃算法來描述,通常使用Lindo、Lingo軟件實(shí)現(xiàn))。(4)圖論算法(這類算法可以分為很多種,包括最短路、網(wǎng)絡(luò)流、二分圖等算法,涉及到圖論的問題可以用這些方法解決,需要認(rèn)真準(zhǔn)備,通常使用Mathematica、Maple作為工具)。(5)動態(tài)規(guī)劃、回溯搜索、分治算法、分支定界等計算機(jī)算法(這些算法是算法設(shè)計中比較常用的方法,很多場合可以用到競賽中,通常使用Lingo軟件實(shí)現(xiàn))。(6)圖象處理算法(賽題中有一類問題與圖形有關(guān),即使與圖形無關(guān),論文中也應(yīng)該不乏圖片的,這些圖形如何展示以及如何處理就是需要解決的問題,通常使用Matlab進(jìn)行處理)。
4.論文結(jié)構(gòu),寫作特點(diǎn)和要求。答卷(論文)是競賽活動成績結(jié)晶的書面形式,是評定競賽活動的成績好壞、高低,獲獎級別的惟一依據(jù)。因此,寫好數(shù)學(xué)建模論文在競賽活動中顯得尤其重要,這也是參賽學(xué)生必須掌握的。為了使學(xué)生較好地掌握競賽論文的撰寫要領(lǐng),我們的做法是:(1)要求同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽組委會最新制定的論文格式要求且多閱讀科技文獻(xiàn)。(2)通過對歷屆建模競賽的優(yōu)秀論文(如以中國人民信息工程學(xué)院李開鋒、趙玉磊、黃玉慧2004年獲全國一等獎?wù)撐模簥W運(yùn)場館周邊的MS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案為范例)進(jìn)行剖析,總結(jié)出建模論文的一般結(jié)構(gòu)及寫作要點(diǎn),讓學(xué)生去學(xué)習(xí)體會和摸索。(3)提供幾個具有一定代表性的實(shí)際建模問題讓學(xué)生進(jìn)行論文撰寫練習(xí)。
(二)培訓(xùn)方式、方法
1.盡可能讓不同專業(yè)、能力、素質(zhì)方面不同的三名學(xué)生組成小組,以利學(xué)科交叉、優(yōu)勢互補(bǔ)、充分磨合,達(dá)成默契,形成集體合力。
2.建模的基本概念和方法以及建模過程中常用的數(shù)學(xué)方法教師以案例教學(xué)為主;合適的數(shù)學(xué)軟件的基本用法以及歷屆賽題的研討以學(xué)生討論、實(shí)踐為主、教師指導(dǎo)為輔。
3.有目的有計劃地安排學(xué)生走出課堂到現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)地考察,豐富實(shí)際問題的背景知識,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會收集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的方法,培養(yǎng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問題的能力。
4.在培訓(xùn)班上,我們讓學(xué)生以3人一組的形式針對建模案例就如何進(jìn)行分析處理、如何提出合理假設(shè)、如何建模型及如何求解等進(jìn)行研究與討論,并安排讀書報告。使同學(xué)們在經(jīng)過“學(xué)模型”到“應(yīng)用模型”再到“創(chuàng)造模型”的遞進(jìn)階梯式訓(xùn)練后建模能力得到不斷提高。
關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué) 數(shù)模競賽 創(chuàng)新能力培養(yǎng) 改革舉措
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.05.015
Exploration and Practice of Mathematical Modeling Activities
in the Innovation Educational Background
WANG Wenfa[1], WU Zhongyuan[2], XU Chun[1]
([1] College of Mathematics and Computer Science, Yan'an University, Yan'an, Shaanxi 716000;
[2] Office of Academic Affairs, Yan'an University, Yan'an, Shaanxi 716000)
Abstract Under the innovative education based on university personnel training requirements and problems of traditional mathematics education, the importance of mathematical modeling of students' innovative ability to Yan'an University, for example, according to "sub-level, sub-module" model of teaching and organization contest guidance, teaching and assessment in accordance with academic competitions, math majors and computer majors, two contests with a thesis project and Daiso, boutique website and digital-analog Association and second class "four convergence" approach to student innovation and innovative ability, and made remarkable achievements in personnel training, curriculum development, team building, professional building.
Key words mathematical modeling teaching; mathematical modeling contest; innovative ability training; reform measures
高等學(xué)校的大學(xué)生是國家科技發(fā)展的主力軍,大學(xué)生的創(chuàng)新能力決定著國家未來的科技創(chuàng)新能力。數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與競賽的廣泛開展對高等學(xué)校大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有十分重要的作用。如何在數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與實(shí)踐中,既能增強(qiáng)大學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識,又能提高大學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識和計算機(jī)技術(shù)分析和解決問題的能力,從而達(dá)到提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的目的,這個問題是近年來眾多高校關(guān)注的問題。延安大學(xué)作為一所地方高校,在近幾年數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與實(shí)踐過程中,進(jìn)行了一系列卓有成效的探索和改革,學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力得到大幅度提升。
1 更新教育理念,充分認(rèn)識數(shù)學(xué)建模對學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性
數(shù)學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,它涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,如經(jīng)濟(jì)、計算機(jī)及軟件、管理、國防等,雖然數(shù)學(xué)在高校教育教學(xué)中的地位不斷提高,人們對其認(rèn)識也不斷加深。但是,人們對數(shù)學(xué)類課程、數(shù)學(xué)學(xué)科在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要性仍認(rèn)識不夠深入,在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、評價措施等諸多方面,仍然沿用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)類課程的教學(xué)模式和思維方式,導(dǎo)致高校人才培養(yǎng)與創(chuàng)新教育背景下的人才培養(yǎng)需求完全脫節(jié)。正如著名的數(shù)學(xué)家王梓坤院士所說“今天的數(shù)學(xué)科學(xué)兼有科學(xué)和技術(shù)兩種品質(zhì),數(shù)學(xué)科學(xué)是授人以能力的技術(shù)?!泵嫦?1世紀(jì),高等教育在高度信息化的時代培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高科技技術(shù)人才,數(shù)學(xué)作為一門技術(shù),現(xiàn)已成為一門普遍實(shí)施的技術(shù),也是未來高素質(zhì)人才必須具備的一門技術(shù)。因此,在數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與實(shí)踐過程中,必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)數(shù)學(xué)類課程的教育教學(xué)理念,不能將其簡單地當(dāng)作工具和方法,而要將其當(dāng)作是一門技術(shù),而且是一門普遍適用的高新技術(shù),在保證打牢基礎(chǔ)的同時,力求培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識與應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力,真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的目的。
2 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)的改革與實(shí)踐
2.1 分層次、分模塊實(shí)施數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)和競賽指導(dǎo)
一是在數(shù)學(xué)建模專業(yè)課、專業(yè)選修課、公共選修課教學(xué)中按照知識點(diǎn)及教師研究方向,將課程內(nèi)容分為兩個層次九個模塊。第一層次包括數(shù)學(xué)軟件、初等模型、優(yōu)化模型、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、微分方程模型等五個模塊;第二層次包括離散模型、概率模型、統(tǒng)計回歸模型、數(shù)值計算與算法設(shè)計等四個模塊。第一層次針對公共選修課教學(xué),第一層次+第二層次針對專業(yè)課和專業(yè)選修課教學(xué)。具體措施是:由數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)團(tuán)隊集體制定課程教學(xué)大綱和實(shí)施計劃,每位教師按照課程教學(xué)大綱和實(shí)施計劃主講自己所從事的方向模塊,在保證課程教學(xué)內(nèi)容完整性和系統(tǒng)性的同時,根據(jù)學(xué)生知識層次,充分發(fā)揮每位教師專業(yè)優(yōu)勢,有效地提升了課程教學(xué)質(zhì)量;二是在大學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)中,按知識點(diǎn)將數(shù)學(xué)建模思想融入其中,在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣的同時,強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力培養(yǎng);三是在校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競賽中,按照“建模知識+專題講座+模擬+競賽”的模式組織校內(nèi)建模競賽,主要以數(shù)學(xué)建模的基本思路、基本方法、基本技能為內(nèi)容,使學(xué)生對數(shù)學(xué)建模有更加深入的感知和認(rèn)識,在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)興趣和積極性的同時,培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和創(chuàng)新意識;四是在全國數(shù)學(xué)建模競賽中,按照“集訓(xùn)+軟件應(yīng)用+舊題新做+模擬選拔+強(qiáng)化訓(xùn)練”的模式組織全國建模競賽,主要以培養(yǎng)學(xué)生的洞察力、聯(lián)想力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作精神和吃苦精神為內(nèi)容,使學(xué)生的創(chuàng)新意識、團(tuán)隊協(xié)作精神得到良好培養(yǎng)。
2.2 建立數(shù)學(xué)建模精品課程網(wǎng)站,為數(shù)學(xué)建模愛好者搭建學(xué)習(xí)交流平臺
網(wǎng)站將數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)與數(shù)模競賽有機(jī)地融合,為學(xué)生全方位了解、學(xué)習(xí)和掌握數(shù)學(xué)建模的相關(guān)知識、相關(guān)技能開辟第二條通道。網(wǎng)站包括:課程介紹【課程描述、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)大綱、建設(shè)規(guī)劃】、教學(xué)團(tuán)隊【整體情況、課程負(fù)責(zé)人、主講教師】、教學(xué)資源【教學(xué)安排、多媒體課件、授課錄像、電子教案、課程作業(yè)、課程習(xí)題、模擬試卷、參考資源】、實(shí)驗教學(xué)【實(shí)驗任務(wù)、實(shí)驗大綱、實(shí)驗指導(dǎo)、課程設(shè)計、實(shí)驗作品、實(shí)驗報告】、教學(xué)研究【教學(xué)方法、教學(xué)改革、教學(xué)課題、教學(xué)論文、學(xué)生評教】、教學(xué)成果【教學(xué)成果獎、獲教學(xué)獎項、人才培養(yǎng)成果、教材建設(shè)】、在線學(xué)習(xí)【在線交流、在線自測】、成績考核【平時成績、作業(yè)成績、實(shí)驗成績】、下載專區(qū)【教學(xué)軟件、常用工具】、數(shù)模協(xié)會【協(xié)會簡介、協(xié)會章程、通知公告、新聞動態(tài)、競賽獲獎、優(yōu)秀論文、往屆賽題、模擬賽題、校內(nèi)競賽、新手入門】等,這些內(nèi)容幾乎囊括了數(shù)學(xué)建模教育教學(xué)活動的所有內(nèi)容,學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)資料學(xué)習(xí)就可以全面了解數(shù)學(xué)建模的相關(guān)知識與技能。
2.3 專業(yè)相互融合,取長補(bǔ)短,充分發(fā)揮學(xué)生各自專業(yè)優(yōu)勢
數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院現(xiàn)有數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計算科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程四個專業(yè),其中兩個為數(shù)學(xué)類專業(yè)、兩個為計算機(jī)類專業(yè)。在課程教學(xué)中針對兩專業(yè)的長處和不足,按照專業(yè)結(jié)隊子、學(xué)生結(jié)隊子的模式組織教學(xué)和小組討論,強(qiáng)化計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力培養(yǎng),強(qiáng)化數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的計算機(jī)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng);在競賽組隊中,每隊均配備至少1名計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生和1名數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生。充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,取長補(bǔ)短,使學(xué)生的綜合能力得到提升。
2.4 延伸數(shù)學(xué)建模競賽效能,不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新能力
每年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽和校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競賽試題都是從實(shí)際生活中提取出的實(shí)際問題。因此,指導(dǎo)教師在指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目時,從往屆賽題或模擬試題中選擇一些題目,將其進(jìn)行適當(dāng)?shù)难由熳鳛閷W(xué)生畢業(yè)論文(設(shè)計)和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目選題。通過這一方式,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識,為學(xué)生今后從事科學(xué)研究奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
3 數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)改革取得的成效
3.1 我校全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽成績居全省同類院校前列
我校參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽共獲得國家一等獎4項、國家二等獎6項、陜西省一等獎33項、二等獎71項,4次被評為優(yōu)秀組織獎,1名指導(dǎo)教師獲陜西省數(shù)學(xué)建模競賽陜西賽區(qū)優(yōu)秀指導(dǎo)教師,600多名學(xué)生參與大創(chuàng)項目,公開發(fā)表科研論文30余篇,學(xué)生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量得到明顯提高。該賽事因此也成為了延安大學(xué)學(xué)科競賽品牌和亮點(diǎn)。
3.2 我校數(shù)學(xué)建模教育獲得多項教學(xué)成果獎、質(zhì)量工程項目及教改項目
教學(xué)成果獎:“理工類大學(xué)生數(shù)學(xué)素質(zhì)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐”榮獲2009年陜西省教學(xué)成果二等獎;“地方性院校開展數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)踐與探索” 榮獲2003年延安大學(xué)教學(xué)成果一等獎;“計算機(jī)專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐” 榮獲2012年延安大學(xué)教學(xué)成果一等獎;“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、強(qiáng)化工程素質(zhì)和創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”榮獲2011年延安大學(xué)教學(xué)成果二等獎;“數(shù)學(xué)建模課程改革及數(shù)學(xué)建模競賽的研究與實(shí)踐”榮獲2007年延安大學(xué)教學(xué)成果二等獎。
質(zhì)量工程項目:“數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)”為2010年省級特色專業(yè);“數(shù)學(xué)建模教學(xué)團(tuán)隊”為2011年省級教學(xué)團(tuán)隊;“數(shù)學(xué)建模精品課程”為2012年校級精品課程;2014年“數(shù)學(xué)建模”課程獲批為省級精品資源共享課程;2014年“數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)”專業(yè)獲批為省級專業(yè)綜合試點(diǎn)項目。
教改項目:“大學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用能力創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革與實(shí)踐”為2009年省級重點(diǎn)教改項目;“地方高校青年教師教學(xué)能力提升途徑的研究與實(shí)踐”為2013年省級重點(diǎn);“青年教師教學(xué)能力提升的研究與實(shí)踐”為2011年校級重點(diǎn);“計算機(jī)相關(guān)專業(yè)校企合作人才培養(yǎng)模式改革的研究與實(shí)踐”為2013年校級重點(diǎn)。
3.3 依托數(shù)學(xué)建模教育平臺,推動指導(dǎo)教師教學(xué)科研能力和綜合素質(zhì)提升
數(shù)學(xué)建模教育不僅提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力,同時也為指導(dǎo)教師的教學(xué)、科研及綜合素質(zhì)的提升起到了推動作用。數(shù)學(xué)建模課程是一門面向全校理、工、經(jīng)、管、教各學(xué)科專業(yè)大學(xué)生開設(shè)的理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)課程,主要以學(xué)生的洞察能力、創(chuàng)新能力、數(shù)學(xué)語言翻譯能力、抽象能力、文字表達(dá)能力、綜合分析能力、思辨能力、使用當(dāng)代科技最新成果的能力、計算機(jī)編程能力、數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用能力、團(tuán)隊協(xié)作精神和組織協(xié)調(diào)能力等綜合素質(zhì)培養(yǎng)為目標(biāo),以數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)、數(shù)學(xué)建模競賽、第二課堂、畢業(yè)論文(設(shè)計)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目等為手段,通過“分層次、分模塊、四融合”的教學(xué)模式的有效實(shí)施,在提高我校學(xué)生解決在理、工、經(jīng)、管、教等學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域遇到的數(shù)學(xué)建模問題的能力的同時,為我校高素質(zhì)、應(yīng)用型人才培養(yǎng)做出貢獻(xiàn)。
基金項目:2013 “地方高校青年教師教學(xué)能力提升途徑的研究與實(shí)踐”(項目編號:13BZ37);2014年陜西本科高等學(xué)校“精品資源共享課程建設(shè)”項目“數(shù)學(xué)建?!闭n程建設(shè)階段性成果
參考文獻(xiàn)
“數(shù)學(xué)模型是對于現(xiàn)實(shí)世界的一個特定對象,為了一個特定目的,根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律,作出一些必要的簡化假設(shè),運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具而得到的一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)?!睌?shù)學(xué)作為一門技術(shù)的應(yīng)用,是在深入調(diào)查、充分了解研究對象的信息、作出簡化假設(shè)的基礎(chǔ)上,用數(shù)學(xué)的理論和數(shù)學(xué)的思維方法以及相關(guān)知識去解決實(shí)際問題,可以直接利用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型,也能夠創(chuàng)新建立新的數(shù)學(xué)模型和方法,然后,對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析、計算,用得到的結(jié)果來解釋實(shí)際問題,并接受實(shí)際的檢驗。這個全過程就稱為“數(shù)學(xué)建?!薄?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)在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的媒介,是數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化的主要途徑。數(shù)學(xué)建模是一項創(chuàng)造性的工作,其特征是:問題具有現(xiàn)實(shí)性和挑戰(zhàn)性,分析結(jié)果具有非唯一的開放性,強(qiáng)調(diào)了數(shù)學(xué)方法的過程性與發(fā)展性、各學(xué)科知識的綜合性和應(yīng)用性。數(shù)學(xué)建模的思想和方法已滲透科學(xué)、技術(shù)、工程、經(jīng)濟(jì)、管理及社會生活的各個方面,在分析與設(shè)計、預(yù)報與決策、控制與優(yōu)化、規(guī)劃與管理等諸多方面都有著非常具體的應(yīng)用。一般認(rèn)為,數(shù)學(xué)建模對能力的要求有以下幾個方面:第一是具有較強(qiáng)的“數(shù)感”,對給定的復(fù)雜問題背景進(jìn)行數(shù)學(xué)化分析的能力;第二是對數(shù)學(xué)知識與方法的綜合應(yīng)用和創(chuàng)新、建立數(shù)學(xué)模型的能力;第三是數(shù)學(xué)模型的求解能力,包括對計算機(jī)和數(shù)學(xué)軟件的使用能力;第四是調(diào)查研究和搜集資料的能力;第六是良好的協(xié)調(diào)和合作能力;第七是較強(qiáng)的數(shù)學(xué)語言和文字語言的表達(dá)能力??梢詺w結(jié)稱為“數(shù)學(xué)建模的能力”。對數(shù)學(xué)建模能力的培養(yǎng)是數(shù)學(xué)教育的一個重要方向,可以認(rèn)為,數(shù)學(xué)建模教育以其獨(dú)特的內(nèi)容和方式契合了復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求。
二、數(shù)學(xué)建模教學(xué)的內(nèi)容和師資準(zhǔn)備
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的日益普及,數(shù)學(xué)的應(yīng)用從傳統(tǒng)的物理、力學(xué)等領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)、金融、信息、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、管理、服務(wù)等各個學(xué)科及交叉領(lǐng)域。數(shù)學(xué)建模的專業(yè)領(lǐng)域涉及面廣、建模方法形式靈活,基本方法包括初等分析方法、概率統(tǒng)計方法、微分方程方法、評價方法、優(yōu)化方法、預(yù)測方法、決策分析方法等。數(shù)學(xué)建模教學(xué)的一般方式是以學(xué)生為主,教師利用一些事先設(shè)計好的問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引導(dǎo)學(xué)生主動查閱文獻(xiàn)資料,幫助學(xué)生建立并完善相關(guān)的知識儲備,鼓勵學(xué)生積極開展討論和辯論,并對困難和問題進(jìn)行及時分析和評價等。數(shù)學(xué)建模教學(xué)要求教師具備良好的知識基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和較強(qiáng)的教學(xué)指導(dǎo)能力。從知識準(zhǔn)備上主要有以下三方面:1.數(shù)學(xué)專業(yè)知識。數(shù)學(xué)理論知識是數(shù)學(xué)建模必不可少的知識基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)建模的基本方法實(shí)際是應(yīng)用數(shù)學(xué)的各個分支,涵蓋了運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)規(guī)劃、最優(yōu)化方法、圖論、數(shù)學(xué)實(shí)驗等多門課程內(nèi)容,要掌握其中最核心的技術(shù)和方法。2.數(shù)學(xué)應(yīng)用背景知識。數(shù)學(xué)建模教學(xué)的問題都來自工程技術(shù)和社會生活,具有較強(qiáng)的實(shí)際專業(yè)背景,如全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的賽題2004年的“電力市場的輸電阻塞管理”、2006年的“艾滋病療法的評價及療效的預(yù)測”、2008年的“數(shù)碼相機(jī)定位”、2009年的“汽車制動器試驗臺的控制方法”等,對實(shí)際背景的認(rèn)知是解決問題的關(guān)鍵。3.應(yīng)用軟件知識。常用的綜合應(yīng)用軟件如Matlab、Mathematica、優(yōu)化軟件Lingo/Lindo、統(tǒng)計軟件SPSS、圖論工具軟件等一些專業(yè)應(yīng)用軟件包。在教學(xué)實(shí)踐中,教師應(yīng)能根據(jù)實(shí)際問題應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)輔助教學(xué),對軟件進(jìn)行合理的使用,并能對學(xué)生利用計算機(jī)分析處理實(shí)際問題能力進(jìn)行培訓(xùn),以縮短教學(xué)理論與實(shí)際問題的距離。從知識結(jié)構(gòu)來看,數(shù)學(xué)建模的全部教學(xué)不可能由一位教師單獨(dú)完成或單獨(dú)完成的難度非常大,因此,很多學(xué)校是由教師團(tuán)隊來共同協(xié)作完成教學(xué)和競賽培訓(xùn)的。一般是每個專題模型的教學(xué)由一位教師負(fù)責(zé)。但各個專題又不完全是相互獨(dú)立的,每位教師必須具備對應(yīng)用數(shù)學(xué)各學(xué)科的宏觀駕馭能力,才能對學(xué)生進(jìn)行方向性的指導(dǎo)。而數(shù)學(xué)應(yīng)用的背景知識往往是數(shù)學(xué)教師所缺乏的,因此必須要求教師具有較強(qiáng)的合作意識,能與不同學(xué)科專業(yè)的人進(jìn)行廣泛的合作與交流,才能促進(jìn)知識的橫向聯(lián)系,形成優(yōu)勢互補(bǔ)。
三、數(shù)學(xué)建模教育在獨(dú)立學(xué)院的創(chuàng)新模式探索
(一)獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)特色國家依靠“新機(jī)制、新模式”推動高等教育的規(guī)模擴(kuò)張,由普通本科院校和社會力量合辦獨(dú)立學(xué)院,人才培養(yǎng)目標(biāo)以應(yīng)用型為主。獨(dú)立學(xué)院在中國高等教育領(lǐng)域還屬新生力量,必須在教育教學(xué)管理、人才培養(yǎng)模式、學(xué)科專業(yè)建設(shè)方面開拓創(chuàng)新,力爭形成特色,創(chuàng)出品牌,贏得社會影響力和美譽(yù)度。從以下三點(diǎn)可以看到獨(dú)立學(xué)院在辦學(xué)機(jī)制和教育資源優(yōu)化方面對應(yīng)用型人才培養(yǎng)有著獨(dú)特的優(yōu)勢。1.靈活的專業(yè)設(shè)置,創(chuàng)新的教學(xué)體系。與公辦普通高校相比,獨(dú)立學(xué)院擁有更多辦學(xué)自,專業(yè)設(shè)置以市場需求為導(dǎo)向,以應(yīng)用型專業(yè)為主,有良好的就業(yè)前景和發(fā)展?jié)摿Γ淅碚摻虒W(xué)體系依據(jù)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的要求,按職業(yè)活動實(shí)踐的需要來重新組合課程,培養(yǎng)出的學(xué)生不僅應(yīng)掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識,更重要的是具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。2.年輕化的師資隊伍。獨(dú)立學(xué)院的師資隊伍一般由母體學(xué)校的聘任教師、退休教師、本學(xué)院的專職專任教師、外?;蛏鐣系膶<医處煹冉M成。根據(jù)《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評估指標(biāo)體系》要求,專職專任教師占教師總數(shù)不低于1/2,其中具有高級職稱和具有研究生學(xué)位的比例均占30%以上,目前主要以引進(jìn)優(yōu)秀碩士畢業(yè)生為主,這樣一支年輕的教師隊伍在思想上更具有與時俱進(jìn)的創(chuàng)新理念,大膽嘗試新的教學(xué)模式,既善于從老教師身上學(xué)習(xí)寶貴的經(jīng)驗,也敢于向傳統(tǒng)挑戰(zhàn)。3.資源優(yōu)化與共享。獨(dú)立學(xué)院通常以文、理、工、法、商、管理等多專業(yè)共存,是小規(guī)模的綜合性大學(xué),不同專業(yè)的學(xué)生和老師有更多的交流,在資源配置方面具有靈活的適用性;為更好地培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新實(shí)踐能力,獨(dú)立學(xué)院積極組織學(xué)生開展各種課外科技創(chuàng)新活動,為學(xué)生提供自主開展科學(xué)實(shí)驗和實(shí)踐創(chuàng)新的專業(yè)實(shí)驗室,不同專業(yè)資源共享;與社會力量合辦的模式有助于學(xué)校充分利用各種社會資源,到企業(yè)去開展實(shí)踐,建立校外實(shí)習(xí)基地,使得學(xué)生有更多機(jī)會接觸到行業(yè)專家的專業(yè)指導(dǎo),有效地使理論和實(shí)踐相結(jié)合。
四、數(shù)學(xué)建模教育在獨(dú)立學(xué)院的發(fā)展現(xiàn)狀
在獨(dú)立學(xué)院“基礎(chǔ)知識夠用,應(yīng)用特性鮮明”的整體教學(xué)原則的基礎(chǔ)上,數(shù)學(xué)課程的教學(xué)改革提出了“精講多練,去掉理論性太強(qiáng)的內(nèi)容,增加實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容,注重提高學(xué)生的應(yīng)用能力”的目標(biāo)。但在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn),單學(xué)科的知識能夠解決的實(shí)際問題是很少的,由于課程的基礎(chǔ)性特征及課時限制,也未能很好體現(xiàn)出數(shù)學(xué)知識與技術(shù)在解決更廣泛的專業(yè)問題的宏觀指引作用及實(shí)現(xiàn)功能。在大部分學(xué)生的基礎(chǔ)相對較弱的獨(dú)立學(xué)院,更直接影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。但從每年組織全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽時學(xué)生的報名情況可見,獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生并不缺乏學(xué)習(xí)的積極性和主動性,正是數(shù)學(xué)建模所突出的數(shù)學(xué)應(yīng)用的特點(diǎn)和技術(shù)功能激發(fā)了學(xué)生的求知欲望,希望學(xué)以致用。但是,一方面,開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的課時不會太多,參加建模培訓(xùn)班的同學(xué)更是有限。目前針對各類數(shù)學(xué)建模競賽所采取的賽前短期集訓(xùn)方式,雖然在一定程度上可以有針對性地提高學(xué)生的競賽能力,但從長期目標(biāo)來看,數(shù)學(xué)建模的能力并不是短時間集訓(xùn)突擊能獲得的,學(xué)生也普遍感覺很累,而且對數(shù)學(xué)方法的深入領(lǐng)悟是經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用的長期堅持和循序漸進(jìn)而慢慢形成的。另一方面,獨(dú)立學(xué)院的專任教師都比較年輕,對于數(shù)學(xué)建模教學(xué)經(jīng)驗不足。最初的模式是由學(xué)院教師負(fù)責(zé)組織學(xué)生參與,而由學(xué)院聘請主辦高校的有經(jīng)驗的教師對學(xué)生進(jìn)行授課,這在一定程度上緩解了師資缺乏的壓力,但外聘教師上課來,下課走,沒有太多時間與學(xué)生進(jìn)行溝通和交流,也容易造成教學(xué)與實(shí)踐交流脫節(jié)的局面。另外,部分教師依然受傳統(tǒng)教育方式的影響,填鴨式的教學(xué)違背了數(shù)學(xué)建模教育的初衷,使得大部分學(xué)生逐漸望而生畏、敬而遠(yuǎn)之。
五、數(shù)學(xué)建模教育在獨(dú)立學(xué)院開展的創(chuàng)新模式
為了更好開展數(shù)學(xué)建模教育,我們結(jié)合獨(dú)立學(xué)院獨(dú)特的靈活辦學(xué)機(jī)制和資源共享優(yōu)勢,提出“優(yōu)勢+全面”的數(shù)學(xué)建模教育模式。
(一)創(chuàng)新的教學(xué)體系改革,為數(shù)學(xué)建模教育提供切實(shí)保障
1.將數(shù)學(xué)建模教育滲透到基礎(chǔ)課程教學(xué)中
高等數(shù)學(xué)或微積分等基礎(chǔ)課程是絕大多數(shù)專業(yè)的必修課程,課時多,當(dāng)前大多數(shù)教材的例子多是幾何應(yīng)用或物理應(yīng)用,理論上大都是連續(xù)型的,而且信息量較少,不能較好體現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)學(xué)思想和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法,相對于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)而言,有些理論已滯后于實(shí)際的需要,有些對于新的科研成果并沒能及時更新,急需改進(jìn)或推廣。在獨(dú)立學(xué)院的教學(xué)改革體系下,基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革也能廣開思路,制定適合學(xué)生發(fā)展需求的教學(xué)大綱,選擇或自編應(yīng)用功能較強(qiáng)的教材,立足于基礎(chǔ)教學(xué),從不同的細(xì)節(jié)和角度滲透、穿插適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)建模知識,注重培養(yǎng)學(xué)生的建模意識。如在教學(xué)中除了講清高等數(shù)學(xué)的產(chǎn)生背景、研究對象、知識體系外,更要介紹其應(yīng)用概況;通過工程實(shí)例和經(jīng)濟(jì)實(shí)例強(qiáng)調(diào)分段函數(shù)、復(fù)合函數(shù)的概念,介紹函數(shù)的擬合和分析方法;在第二個重要極限公式教學(xué)中介紹連續(xù)復(fù)利模型和人口增長模型;作為零點(diǎn)存在定理的應(yīng)用,介紹“椅子在不平的地面上能放穩(wěn)嗎?”的數(shù)學(xué)模型;由最值推廣產(chǎn)生最優(yōu)化方法等。將數(shù)學(xué)建模教育滲透到基礎(chǔ)課程教學(xué)中,做好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課和數(shù)學(xué)建模課之間的銜接工作,這應(yīng)該成為數(shù)學(xué)建模教育中最基礎(chǔ)的部分。
2.基礎(chǔ)選修和階段性競賽培訓(xùn)相結(jié)合
每學(xué)期開設(shè)40學(xué)時左右的數(shù)學(xué)建模選修課,允許不同專業(yè)不同年級的學(xué)生一起選課,學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)建模方法和軟件技術(shù)。同時,建立網(wǎng)上教學(xué)平臺和資源建設(shè),為學(xué)生提供課程學(xué)習(xí)資料,提供網(wǎng)上答疑和開設(shè)討論區(qū),讓學(xué)生加強(qiáng)學(xué)習(xí)交流。通過延長學(xué)習(xí)周期和延伸學(xué)習(xí)空間,讓學(xué)生不致于倍感壓力和難以消化,輕松學(xué)習(xí)。針對數(shù)學(xué)建模競賽的賽前集中培訓(xùn)也可以分段開展,分初級、中級和強(qiáng)化培訓(xùn),一般是鼓勵二至三年級已參加過選修課的學(xué)生參加。主要是按照數(shù)學(xué)建模競賽的規(guī)范和要求全面展開練習(xí)。初級階段為建模培訓(xùn)做好準(zhǔn)備工作,如應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)查找和資料搜集,以及實(shí)際調(diào)查取證等相關(guān)技能培訓(xùn),數(shù)據(jù)分析和處理的技術(shù)方法,如常見的回歸分析、相關(guān)分析、聚類分析等數(shù)理統(tǒng)計中常用的數(shù)據(jù)分析的方法等;中級培訓(xùn)主要以案例分析和論文選讀為主,選擇有學(xué)科代表性、方法代表性和綜合性較強(qiáng)的典型建模問題和論文進(jìn)行分析學(xué)習(xí),這是培訓(xùn)過程的重心;強(qiáng)化培訓(xùn)是進(jìn)行競賽模擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練,選定模擬題目讓參賽小組按照競賽的要求完成問題分析、模型建立和求解、論文寫作等全過程,指導(dǎo)教師針對學(xué)生的論文寫作過程中存在的問題進(jìn)行點(diǎn)評和指導(dǎo)。對數(shù)學(xué)建模的這種開放式教學(xué)模式,要建立開放的評價體系,相信學(xué)生有獨(dú)立創(chuàng)新的能力,只要學(xué)生有興趣參與,成果的好壞是次要的,堅持培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì),如自覺的創(chuàng)新意識、積極的求知欲、頑強(qiáng)的毅力、良好的分工合作能力。
3.數(shù)學(xué)建模文化活動納入教學(xué)大綱,加強(qiáng)對數(shù)學(xué)建模文化和成果的宣傳
很多大學(xué)都有數(shù)學(xué)建模協(xié)會,其宗旨是傳播數(shù)學(xué)建模文化、組織學(xué)習(xí)活動,如名家講座和經(jīng)驗交流等,同時為全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽選拔隊員。通過協(xié)會精心策劃的活動,讓更多學(xué)生感受到原來數(shù)學(xué)與生活是那么的貼近,數(shù)學(xué)的應(yīng)用那么廣泛,真正理解數(shù)學(xué)、熱愛數(shù)學(xué)。與其他實(shí)踐應(yīng)用型競賽活動相比,數(shù)學(xué)建模的成果很難以成品的形式直觀展示出來,但可以通過學(xué)生以報告的形式發(fā)表自己的創(chuàng)意和演示模型,讓學(xué)生通過現(xiàn)場講演分析和與同學(xué)互動,讓更多學(xué)生了解建模的過程和分享成功體驗。要更好發(fā)揮社團(tuán)活動的作用,首先,要建設(shè)規(guī)范的管理制度,將數(shù)學(xué)建模協(xié)會活動的組織與開展納入數(shù)學(xué)建模教學(xué)大綱,設(shè)立創(chuàng)新學(xué)分,形成完整的數(shù)學(xué)建模教育體系。另外,還要形成一套較為成熟的活動開展監(jiān)督機(jī)制,聘請專業(yè)老師指導(dǎo),以保證活動的健康發(fā)展。
(二)高學(xué)歷年輕化的教師隊伍,為數(shù)學(xué)建模教育注入新的活力
1.加強(qiáng)數(shù)學(xué)教師與其他專業(yè)教師的交流和開展聯(lián)合教學(xué)
為了更好開展數(shù)學(xué)建模教育,獨(dú)立學(xué)院應(yīng)大膽選拔培養(yǎng)本院教師作為教學(xué)骨干力量。我國目前的碩士研究生的培養(yǎng)仍以單一的科研型、學(xué)術(shù)型為主,新進(jìn)的青年教師長處是學(xué)科理論基礎(chǔ)好,對于實(shí)驗室研究方式和論文報告駕輕就熟,但是缺乏對實(shí)際問題的深切了解,缺乏從理論向?qū)嶋H成果轉(zhuǎn)化的實(shí)踐經(jīng)驗,而且教師的單一知識結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)數(shù)學(xué)建模教學(xué)的需要。在獨(dú)立學(xué)院多專業(yè)共存發(fā)展的格局下,可充分發(fā)揮其他學(xué)科專業(yè)教師對數(shù)學(xué)建模內(nèi)容實(shí)際應(yīng)用背景分析的優(yōu)勢,促進(jìn)知識的橫向聯(lián)系,形成優(yōu)勢互補(bǔ)。也可以組織不同學(xué)科專業(yè)的老師參與數(shù)學(xué)建模教學(xué),與學(xué)生有更直接的交流。通過具體指導(dǎo)學(xué)生開展數(shù)學(xué)建模競賽,也能使年青教師獲得全面發(fā)展和提高。這對獨(dú)立學(xué)院的年青教師培養(yǎng)也起到促進(jìn)作用。同時加強(qiáng)與其他同類院校的交流學(xué)習(xí),切實(shí)制定符合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)和培訓(xùn)模式。
2.開展師生合作型創(chuàng)新實(shí)踐項目課題研究
很多數(shù)學(xué)建模的題目都是很好的科研題材,可通過設(shè)立學(xué)生“數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實(shí)踐項目”活動專項資金,由學(xué)生自主選題或指導(dǎo)老師申請項目課題,創(chuàng)造條件讓學(xué)生有更多機(jī)會參與科研工作,真正實(shí)現(xiàn)從調(diào)查研究、數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計分析到解決問題、實(shí)踐應(yīng)用和信息反饋等實(shí)際實(shí)踐活動的全體驗,提高學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用意識和創(chuàng)新能力。另外,數(shù)學(xué)建模可以為學(xué)生提供很好的畢業(yè)設(shè)計題材。青年教師充滿熱情,樂于與學(xué)生交流,在師生合作的過程中,更容易產(chǎn)生思想的碰撞和創(chuàng)新的靈感。數(shù)學(xué)建?;顒邮且浴拔⒖蒲小钡姆绞竭M(jìn)行的,教師要加快教學(xué)觀念的更新,只有提高自己的科研意識、研究水平和洞察力,才能以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲酗L(fēng)格影響學(xué)生,以良好的科研能力指導(dǎo)學(xué)生。
(三)優(yōu)質(zhì)資源共享,為數(shù)學(xué)建模教育提供實(shí)踐基地
1.不同專業(yè)的學(xué)生合作學(xué)習(xí),取長補(bǔ)短
現(xiàn)代各學(xué)科的不斷交叉和融合,學(xué)生的知識面也要求以專業(yè)為核心的多向發(fā)展。通過數(shù)學(xué)建模內(nèi)容的實(shí)際背景分析,了解不同科學(xué)領(lǐng)域的分析方法。數(shù)學(xué)建模教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)的很好途徑。數(shù)學(xué)建模教學(xué)一般以學(xué)生的合作學(xué)習(xí)方式開展,可以鼓勵不同專業(yè)的學(xué)生組隊,發(fā)揮各自的專業(yè)特點(diǎn)、優(yōu)勢,在解決問題過程中取長補(bǔ)短。獨(dú)立學(xué)院多專業(yè)共存發(fā)展的機(jī)制使得各種資源共享,使得學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)有了強(qiáng)大的依托,對數(shù)學(xué)建模問題所涉及的一些其他專業(yè)技術(shù)原理增進(jìn)了了解。例如,廣西大學(xué)行健文理學(xué)院建立的“創(chuàng)新實(shí)驗教學(xué)中心”已建有計算機(jī)軟件開發(fā)與實(shí)訓(xùn)室、電子產(chǎn)品設(shè)計室、機(jī)電產(chǎn)品制作室、生物工程設(shè)計室等,并擁有了計算機(jī)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制計算機(jī)、單片機(jī)開發(fā)裝置、可編程控制器、印刷電路板設(shè)計制作裝置等軟硬件設(shè)備,建立起了一支勇于創(chuàng)新、相對穩(wěn)定的指導(dǎo)教師隊伍。這些優(yōu)質(zhì)資源的共享也為數(shù)學(xué)建模教學(xué)實(shí)踐提供了便利,特別是有助于對一些工科技術(shù)背景的理解。
2.利用獨(dú)立學(xué)院的企業(yè)和社會資源,互補(bǔ)互足
從全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的社會影響來看,賽題一般來源于工程技術(shù)和管理科學(xué)等社會多方面經(jīng)過適當(dāng)簡化加工的實(shí)際問題,有些是直接由企業(yè)直接提供的,如2006年“出版社資源配置”就是由高等教學(xué)出版社提供的素材形成,因此賽題的實(shí)用性也引起了一些有關(guān)企業(yè)的關(guān)注,希望通過對賽題的進(jìn)一步研究,使研究成果在生產(chǎn)和管理實(shí)踐中得到直接應(yīng)用。獨(dú)立學(xué)院獨(dú)有的校企合作模式以及廣闊的多專業(yè)校外實(shí)習(xí)實(shí)踐基地資源,有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)和社會資源互補(bǔ)互足。在校方的全力支持下,選擇合適的數(shù)學(xué)建模應(yīng)用項目促進(jìn)橫向科研及其成果的轉(zhuǎn)化,讓學(xué)生真正體驗到建模的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)建模 獨(dú)立學(xué)院 課程改革 實(shí)踐能力
中圖分類號:G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.16400/ki.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(shù)學(xué)建模課程是20世紀(jì)80年代初在我國理工科大學(xué)開設(shè)的一門重要的數(shù)學(xué)課程。由于數(shù)學(xué)建模過程幾乎模擬了科學(xué)研究的全過程,因而對于培養(yǎng)大學(xué)生的科研能力與創(chuàng)新意識和應(yīng)用數(shù)學(xué)能力具有特殊的作用。而數(shù)學(xué)建模的多媒體教學(xué),作為一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段,具有形象直觀、信息量大、交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),對于發(fā)揮學(xué)生的主體作用、促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力也非常有益。這些能力也正是我們大學(xué)數(shù)學(xué)素質(zhì)教育所要努力追求的。
目前國內(nèi)關(guān)于數(shù)學(xué)建模課程改革的研究論文雖然比較多,也有一定的成果,當(dāng)時均處于探索階段,并且從目前數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)改革的相關(guān)文獻(xiàn)可以看到,大部分這方面的研究都集中體現(xiàn)普通高校和研究型高?;蛘邤?shù)學(xué)建模課程的改革方案和與能力培養(yǎng)方面的關(guān)系,然而,盡管不少普通大學(xué)和研究型大學(xué)都在大膽嘗試建模課程體系改革,但針對獨(dú)立學(xué)院實(shí)際的數(shù)學(xué)建模教學(xué)改革基本空白,對數(shù)學(xué)建模課程的具體化改革對象和成果展現(xiàn)等方面的研究更是少見。
云南師范大學(xué)文理學(xué)院建模課程開展時間較短,從內(nèi)容到體系均有待完善,所以本文就云南師范大學(xué)文理學(xué)院的實(shí)際探討數(shù)學(xué)建模課程的改革及其成效,從而達(dá)到促進(jìn)建模的教學(xué)工作,提高教學(xué)質(zhì)量,同時提高自身的素質(zhì)水平。
1 在獨(dú)立學(xué)院開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的意義
云南師范大學(xué)文理學(xué)院自辦學(xué)以來,針對學(xué)生的缺點(diǎn)和不足,以新的視角,欣賞學(xué)生的特點(diǎn),梳理學(xué)生的優(yōu)勢,客觀評價學(xué)生,掌握學(xué)生的優(yōu)勢、優(yōu)項,樹立教學(xué)信心,以積極的態(tài)度開展教學(xué)工作。培養(yǎng)學(xué)生處理相關(guān)信息和大量數(shù)據(jù)的能力,在數(shù)學(xué)建模過程中,我們引導(dǎo)學(xué)生針對所研究問題進(jìn)行收集、加工,處理和應(yīng)用信息的能力。學(xué)會提煉有用信息,并恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用信息,并學(xué)習(xí)使用計算機(jī)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)軟件。
在建模過程中我們要求學(xué)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(shí)際問題,用相似的數(shù)學(xué)模型去描述解決他們,逐步達(dá)到觸類旁通的效果。
另外,因為數(shù)學(xué)建模課程主要涉及的都是現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題,通過數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)習(xí)和數(shù)學(xué)建模競賽的參與,可以極好地鍛煉學(xué)生的論文寫作能力和創(chuàng)新能力,同時提升學(xué)生的參與意識,為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。所以在獨(dú)立學(xué)院開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程具有重要的意義。
2 云南師范大學(xué)文理學(xué)院數(shù)學(xué)建模課程的特點(diǎn)和存在的問題
2.1 云南師范大學(xué)文理學(xué)院數(shù)學(xué)建模課程的特點(diǎn)
(1)先修課程和應(yīng)用課程較多。數(shù)學(xué)建模課程需要眾多的先修基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程和數(shù)學(xué)軟件課程,如數(shù)學(xué)分析、運(yùn)籌學(xué)、微分方程、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、圖論、計算方法、計算數(shù)學(xué)、解析幾何,MATLAB,Mathematics,lingo等,我院信息工程學(xué)院在開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的前期或者同時開設(shè)上述相關(guān)課程,因為需要具備扎實(shí)的專業(yè)功底,才可能較好地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模課程。
(2)教學(xué)方式靈活多變。各大高校數(shù)學(xué)建模課程是基本是案例式教學(xué),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(shí)際聯(lián)系較為緊密的身邊的問題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)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(guān)聯(lián)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(xué)內(nèi)容以適應(yīng)學(xué)生現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)和接受能力。教學(xué)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(xué)生平時作業(yè)點(diǎn)評)等。
(3)教學(xué)設(shè)備手段先進(jìn)。建模課程需要處理大量的數(shù)據(jù),我院配備了先進(jìn)的投影多媒體教室,并且開設(shè)了與建模相關(guān)的Matlab,Mathematica等數(shù)學(xué)軟件。
(4)實(shí)用性強(qiáng)。數(shù)學(xué)建模課程的案例基本都來自實(shí)際問題,如人口、天氣、干旱等的預(yù)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(xué)生更加深刻地領(lǐng)會數(shù)學(xué)建模課程的實(shí)用性。
(5)課程較難學(xué)。數(shù)學(xué)建模課程涉及的領(lǐng)域廣,知識面大。通的(交通流問題),醫(yī)療領(lǐng)域(看病排隊問題)等,采用的各領(lǐng)域的知識較多,很多時候都是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用,需要很高的領(lǐng)會能力和接受能力,這對學(xué)生和教師要求都比較高。
2.2 云南師范大學(xué)文理學(xué)院數(shù)學(xué)建模課程存在的問題
本文作者從2011年開始講授數(shù)學(xué)專業(yè)的數(shù)學(xué)建模課程,數(shù)學(xué)建模作為數(shù)學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)建模課程存在的問題。
(1)教材涉及面太廣,如姜啟源的《數(shù)學(xué)模型》教材是我國自開設(shè)建模課程以來比較權(quán)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(xué)時間上較為緊張;另外整本教材基本都是案例,內(nèi)容多且涉及的數(shù)學(xué)建模方法很少,學(xué)生看著一本厚厚的教材,心里難免畏懼,而實(shí)際上并不能完全講授;對于三本獨(dú)立院校的學(xué)生來說,專業(yè)基礎(chǔ)不是很扎實(shí),教材一些內(nèi)容較深,學(xué)習(xí)起來較為吃力。
(2)課堂教學(xué)基本以教師為中心,教師采用純講授的教學(xué)方法,學(xué)生很少參與,因而缺乏學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模的興趣與積極性,學(xué)生也怕學(xué)。
基于上述問題的存在,影響學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)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(jìn)行教學(xué)改革,勢必影響教學(xué)和學(xué)習(xí)效果,在建模競賽中也難取得較好的成績,雖然關(guān)于建模課程改革的課題和論文較多,但是緊扣我院實(shí)際的還基本空白,不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng),所以有必要對現(xiàn)有的數(shù)學(xué)建模課教學(xué)模式進(jìn)行改革。
3 對云南師范大學(xué)文理學(xué)院數(shù)學(xué)建模課程改革嘗試的思路
本文作者從2011年開始教授數(shù)學(xué)建模課程開始,就在實(shí)踐中開始摸索適合云南師范大學(xué)文理學(xué)院的數(shù)學(xué)建模課程改革思路,經(jīng)過幾年的實(shí)際教學(xué)和競賽指導(dǎo),主要收獲如下:
(1)主體教材輔助方法、軟件教材進(jìn)行教學(xué)。目前作者使用的姜啟源編寫的《數(shù)學(xué)模型》對于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生來說這本教材內(nèi)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(jìn)行補(bǔ)充、重組和開發(fā),具體方式有根據(jù)歷年的全國建模競賽的題目類型,有傾向性地進(jìn)行教學(xué)安排,并插入歷年建模真題和常用方法進(jìn)行課堂講授,同時插入一些實(shí)際問題讓學(xué)生進(jìn)行建模論文的寫作,根據(jù)我院學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和競賽的實(shí)際(對歷年的真題出現(xiàn)的題型和用到的方法出現(xiàn)的頻率)對章節(jié)進(jìn)行取舍。
(2)數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)方法改革。由于數(shù)學(xué)建模課程要進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練,在學(xué)期配備相應(yīng)的建模大作業(yè)習(xí)題,如手機(jī)購買問題,地方人口問題,水資源短缺問題,氣候干旱問題,網(wǎng)吧數(shù)量萎縮等實(shí)際問題,要求學(xué)生在指定的時間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,整理,分析處理并以論文形式展現(xiàn)研究成果,同時安排論文模擬答辯,鍛煉學(xué)生的解決實(shí)際問題的能力。同時學(xué)院也積極聘請省級建模專家進(jìn)行專題講座,提高大家學(xué)習(xí)的積極性。
(3)數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)競賽團(tuán)隊。我院近年來連續(xù)積極組織學(xué)生參加各類官方、民間數(shù)學(xué)建模競賽賽事。我院專門組建立了一支建模指導(dǎo)教師團(tuán)隊,除了學(xué)期必修外,在全國建模競賽前的假期還專門組織學(xué)生進(jìn)行賽前培訓(xùn),教師負(fù)責(zé)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(xiàn)教師的專長,提高了課堂教學(xué)效率,增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
(4)開設(shè)與數(shù)學(xué)建模課程相關(guān)的軟件課程。為了讓學(xué)生更好地參與到數(shù)學(xué)建模中來,我們從大學(xué)一年級就有針對可開設(shè)數(shù)學(xué)軟件和建模講座。開設(shè)Mathematic,MATLAB,Lingo等軟件選修課,進(jìn)行數(shù)學(xué)的應(yīng)用與建模能力的培養(yǎng),提高學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力,在運(yùn)籌學(xué)等課程中,有意識地讓學(xué)生進(jìn)行作業(yè)的排版練習(xí),如WORD,EXCEL等常用排版計算軟件。
(5)通過積累建立數(shù)學(xué)建模課程學(xué)習(xí)資源。如本校學(xué)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(shù)學(xué)建模優(yōu)秀論文等學(xué)習(xí)環(huán)境和信息交互空間。另外,給學(xué)生身邊實(shí)際的問題,如云南水資源短缺問題,干旱氣候預(yù)測問題,地區(qū)人口預(yù)測問題,網(wǎng)吧問題等進(jìn)行建模練習(xí),讓學(xué)生把數(shù)學(xué)建模課程與實(shí)際應(yīng)用結(jié)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(jié)合的方法進(jìn)行課程考核。根據(jù)問題的大小,由學(xué)生獨(dú)立或組隊完成實(shí)際問題,若完成得好在原有成績的基礎(chǔ)上獲得“平時成績加分” ,給出最后考核的分?jǐn)?shù),提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)建模課程的積極性,從而提高學(xué)生的建模能力。
(7)積極組織學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽和各類網(wǎng)絡(luò)建模賽事。截至目前為止,我們已經(jīng)連續(xù)五年組織學(xué)生參加全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽,連續(xù)兩年組織學(xué)生參加“認(rèn)證杯”數(shù)學(xué)中國數(shù)學(xué)建模競賽,成績優(yōu)良。并且由信息工程學(xué)院定期舉辦建模和軟件講座參與各類數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)建模做準(zhǔn)備。
4 建模課程改革初步成效體現(xiàn)
我校作為獨(dú)立學(xué)院從2010年開始嘗試開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程,推動大學(xué)數(shù)學(xué)素質(zhì)教育方面,進(jìn)行了一些探索和實(shí)踐,并同年開始組織學(xué)生參加全國數(shù)學(xué)建模競賽和網(wǎng)絡(luò)建模競賽,成效顯著。
首先,從競賽獲獎來看,2010年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)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(xué)生數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)建模競賽組委會對建模獎項做了限制調(diào)整,獲獎比例僅為原來的50%,所以2012年全國數(shù)學(xué)建模競賽指導(dǎo)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?wù)伎偑勴椀?6.7%,省級二等獎?wù)伎偑勴椀?.33%,省級三等獎?wù)伎偑勴椀?5%。
2013年“認(rèn)證杯”數(shù)學(xué)中國數(shù)學(xué)建模網(wǎng)絡(luò)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?nèi)珖泉?,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(rèn)證;另一個參賽隊榮獲全國三等獎,取得全球建模能力基礎(chǔ)認(rèn)證,獲獎率100%。
2013年全國數(shù)學(xué)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?wù)伎偑勴椀?0%,省級一等獎?wù)伎偑勴椀?0%,省級二等獎?wù)伎偑勴椀?0%,省級三等獎?wù)伎偑勴椀?0%。
2014年全國數(shù)學(xué)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?wù)伎偑勴椀?6.7%,省級一等獎?wù)伎偑勴椀?6.7%,省級二等獎?wù)伎偑勴椀?3.3%,省級三等獎?wù)伎偑勴椀?3.3%。
可以看到從開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程以來,我校的數(shù)學(xué)建模水平到目前穩(wěn)步提升,很好地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力,同時增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生的應(yīng)變能力和思維能力都獲得了很大的提升。
參考文獻(xiàn)
[1] 段璐靈.數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)改革初探教育與職業(yè),2013(5).
[2] 常青.數(shù)學(xué)建模教學(xué)的實(shí)踐與思考.http://.cn/gzsxb/jszx/jxyj/201211/t20121113_1143732.htm.2014/06/13.
[3] 姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學(xué)模型(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003.
[4] 朱道元.從數(shù)學(xué)建??葱率兰o(jì)的數(shù)學(xué)教改[D]新世紀(jì)數(shù)學(xué)學(xué)科發(fā)展與教學(xué)改革研討會論文集.東南大學(xué)數(shù)學(xué)系,2000.
[5] 楊霞,倪科社,王學(xué)鋒.積極開展數(shù)學(xué)實(shí)踐教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識與實(shí)踐能力[J].大學(xué)數(shù)學(xué),2010(A01).
[6] 張銀龍,劉敏.創(chuàng)新人才的培養(yǎng)與數(shù)學(xué)建模意識的形成[J].長春金融高等??茖W(xué)校學(xué)報,2008(2).
【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模;競賽;創(chuàng)新能力培養(yǎng)
1前言
全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽主要目的在于激發(fā)研究生群體的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)興趣,提高研究生建立數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用計算機(jī)解決實(shí)際問題的綜合能力。通過建模競賽,使得參賽學(xué)生拓寬知識面,培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團(tuán)隊合作意識,促進(jìn)研究生中優(yōu)秀人才的脫穎而出、迅速成長,同時更加能夠推動研究生教育改革,增進(jìn)各高校之間及高校、研究所與企業(yè)之間的交流與合作。研究生數(shù)學(xué)建模競賽自舉辦之日起就得到了全國大部分高校的積極響應(yīng),其規(guī)模和影響力巨大,在廣大研究生中打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
2數(shù)學(xué)建模競賽有助于研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
如何借助研究生數(shù)學(xué)建模競賽進(jìn)一步促進(jìn)研究生數(shù)學(xué)教學(xué)改革,帶動學(xué)風(fēng)建設(shè),推動創(chuàng)新人才培養(yǎng),需要不斷探索與實(shí)踐,也是數(shù)學(xué)建模工作的重中之重。針對西北民族大學(xué)研究生的實(shí)際情況,我們細(xì)化建模的每一步工作,大致從建模準(zhǔn)備、建模過程、建模經(jīng)驗總結(jié)等方面進(jìn)行研究生創(chuàng)新能力強(qiáng)化培養(yǎng)。
2.1建模準(zhǔn)備工作對研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
2.1.1做好賽前建模培訓(xùn)培訓(xùn)分為兩個階段:第一階段為強(qiáng)化基礎(chǔ)階段,通過教師講解與課下學(xué)生自學(xué)的方式,使學(xué)生掌握數(shù)學(xué)建模的基本方法和應(yīng)用軟件求解模型的基本技能。第二個階段為案例分析與實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練階段。通過對歷年具有代表性的真題、優(yōu)秀論文的分析與點(diǎn)評,讓學(xué)生領(lǐng)會建模的思想、方法與步驟,掌握建模論文的寫作方法與技巧。2.1.2組織校內(nèi)建模競賽校內(nèi)數(shù)學(xué)建模競賽不僅是檢驗研究生運(yùn)用數(shù)學(xué)建模方法解決實(shí)際問題的綜合能力的平臺,而且還是選拔全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽參賽隊的資格賽。在參加競賽時,我們鼓勵參賽隊自主選擇參賽題目而不加干預(yù),自主制定解題方案而不參與具體指導(dǎo),為創(chuàng)新思維創(chuàng)造了自由的學(xué)術(shù)氛圍。2.1.3查缺補(bǔ)漏教學(xué)方面:通過校內(nèi)建模競賽,指導(dǎo)教師應(yīng)總結(jié)出學(xué)生的進(jìn)步與欠缺,根據(jù)建模過程中的典型問題再次進(jìn)行講解,然后完成自己的模型;而教師團(tuán)隊要對所有同學(xué)犯的重點(diǎn)錯誤進(jìn)行總結(jié),讓成功與失敗的同學(xué)共同探討交流經(jīng)驗,督促學(xué)生有則改之無則加勉。指導(dǎo)老師則要求有更深厚的建模專業(yè)知識和軟件操作能力。管理方面:競賽的組織策劃、教學(xué)培訓(xùn)等方面要再次制定更加有效的方案,把數(shù)學(xué)建模競賽和數(shù)學(xué)建模教育結(jié)合起來,在日常教學(xué)中逐漸滲入建模思想和方法,使得學(xué)生與教師、建模與課堂能夠有效的銜接,形成一種模式。同時設(shè)有專項經(jīng)費(fèi)保障。
2.2建模比賽過程對研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
研究生數(shù)學(xué)建模競賽的題目都是開放且有選擇的。大多數(shù)學(xué)模型問題并非像考試題目那么具體,給出的僅僅是某些數(shù)據(jù),需要參賽者從大量的數(shù)據(jù)中找出問題,建立適合于一般問題的模型,這就要求研究生有提出問題的能力。2.2.1建模前準(zhǔn)備在拿到題目要確定選題之前,參賽選手需要去圖書館借閱相關(guān)書籍,或是到互聯(lián)網(wǎng)查閱有關(guān)知識。在這個過程中,學(xué)生的知識在不斷地得到擴(kuò)充,不斷地融合,為培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力以及使用文獻(xiàn)資料的能力創(chuàng)設(shè)了良好的環(huán)境。建模前的準(zhǔn)備過程是參賽隊員對知識深入理解的過程,是對知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程,也是知識創(chuàng)新的培養(yǎng)過程。2.2.2模型的假設(shè)與建立根據(jù)準(zhǔn)備好相關(guān)知識確定選題后,接下來就是根據(jù)所選題目建立數(shù)學(xué)模型。第一步是對選題進(jìn)行模型假設(shè)。這個過程需要參賽隊員根據(jù)題目所示的現(xiàn)實(shí)問題看到其本質(zhì),通過形象思維來簡化問題,最后做出合理的想象與假設(shè),從而實(shí)現(xiàn)用數(shù)學(xué)語言來表達(dá)所要解決的問題的目的。數(shù)學(xué)建模的選題一般是來源于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、工程技術(shù)和管理科學(xué)等方面,經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ず笮纬傻膶?shí)際問題。在這個過程中學(xué)生面對的往往是一個從未接觸過的問題,所以必須要拓寬思路,大膽想象,針對具體問題具體分析,大膽地做出假設(shè),充分發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力。假設(shè)后進(jìn)行模型的建立,建立過程往往需要運(yùn)用所學(xué)的所有知識,通過自己的思維和想象選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ú⒓右愿脑?,使得建立的模型更具?shí)用性。這是理論聯(lián)系實(shí)際的最好的實(shí)踐。2.2.3模型的求解與檢驗?zāi)P徒⒑?,接著就是對所建模型進(jìn)行求解。這個過程大多需要參賽選手運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行求解,一般情況下大致為Matlab、SPSS、Lingo等。這就促使參賽選手學(xué)習(xí)更多的計算機(jī)編程的知識。參賽選手通過編寫程序,運(yùn)行程序、根據(jù)運(yùn)行結(jié)果對相應(yīng)程序進(jìn)行調(diào)試和修改,最終得出的程序就可求解所建立的模型。建模的整個過程中,參賽選手不僅需要綜合以前所學(xué)過的所以知識,而且還學(xué)習(xí)了更多的編程知識,拓寬了知識面,也加深了知識的深度。通過競賽把理論知識應(yīng)用到實(shí)際中去,充分體會數(shù)學(xué)的魅力所在?!耙淮伪荣?,終身受益”是許多參賽同學(xué)的共同感受。建模比賽重要的不是成績,而是在整個過程中學(xué)到了什么,這是數(shù)學(xué)建模競賽對研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的最重要的作用。
2.3建模后期延拓對研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
經(jīng)歷過數(shù)學(xué)建模競賽后,學(xué)生提高了充分運(yùn)用所學(xué)知識的能力,提高了計算機(jī)編程能力,提高了面對未知提問發(fā)揮創(chuàng)造力、洞察力及解決的邏輯推理的能力,培養(yǎng)了合作精神和交流能力,培養(yǎng)了規(guī)范的數(shù)學(xué)用語的表達(dá)能力,培養(yǎng)了正確的數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)觀,培養(yǎng)了對數(shù)學(xué)能力。更重要的,鍛煉了學(xué)生的交流能力,培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊合作的意識。建模過程是艱難而枯燥的,參賽隊員只有保持樂觀的心態(tài),積極奮發(fā),知難而進(jìn),才能取得成功。這種精神更是人生不可多得的財富。
3結(jié)語
數(shù)學(xué)教育家蕭樹鐵先生曾經(jīng)說過:“全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽活動是以數(shù)學(xué)應(yīng)用為突破點(diǎn),以競賽為動力,為高等院校教學(xué)改革提供一個契機(jī)和先導(dǎo)”。而全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽亦然。研究生數(shù)學(xué)建模競賽活動不僅鍛煉了參賽隊員運(yùn)用理論知識聯(lián)系解決實(shí)際問題的能力,讓學(xué)生拓展了自己的思維和知識面,增強(qiáng)了團(tuán)隊意識和交流能力,而且是發(fā)現(xiàn)學(xué)生潛在能力和興趣的極佳的方式,更重要的是,也使培訓(xùn)老師提升了自己的教研水平??傊芯可鷶?shù)學(xué)建模競賽是有利的“助推器”,學(xué)生應(yīng)積極參與到其中,學(xué)校學(xué)院層面應(yīng)大力鼓勵和支持。
參考文獻(xiàn):
[1]李喬祥.論數(shù)學(xué)建模競賽對提高學(xué)生綜合素質(zhì)的作用[J].高等理科教育,2004,53(1):60~63.
【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)建模;基礎(chǔ)課程
一、現(xiàn)狀及存在的問題
最近一些年來,數(shù)學(xué)建模活動日益受到國家和教育部的重視。教育部連續(xù)多年委托全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽組委會組織全國性的數(shù)學(xué)建模競賽活動??梢哉f,參與數(shù)學(xué)建模的積極性和所取得的成績,越來越成為評價一所高校數(shù)學(xué)教學(xué)和科研水平的重要指標(biāo);數(shù)學(xué)建?;顒颖旧硪惨呀?jīng)成為高校展現(xiàn)自我風(fēng)采,樹立學(xué)校形象的重要舞臺。除了社會層面的積極影響外,數(shù)學(xué)建?;顒訉τ谕苿痈咝?nèi)部的教學(xué)改革也起到了至關(guān)重要的作用。數(shù)學(xué)建模將抽象理論與社會實(shí)踐相結(jié)合,不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性、主動性,而且調(diào)動了教師不斷提高自身業(yè)務(wù)水平,積極參與教學(xué)改革的動力。目前數(shù)學(xué)建?;顒釉诟鞲咝S兄鴱V泛而良好的師生基礎(chǔ)。學(xué)校老師參與的積極性也很高。每年都有參賽隊伍獲得國家和地區(qū)的數(shù)學(xué)建模競賽大獎,為學(xué)校贏得了榮譽(yù)。然而,在取得巨大成績的同時,我們也應(yīng)該看到,數(shù)學(xué)建?;顒舆€存在一定的改進(jìn)和提升空間。這主要體現(xiàn)在以下三個方面。第一,目前數(shù)學(xué)建模相關(guān)課程設(shè)置存在一定的局限,主要表現(xiàn)在課程數(shù)量較少,并且大部分是以大班選修課的形式授課,因此難以挖掘優(yōu)秀的數(shù)學(xué)建模人才,難以做到有針對性的教育和對優(yōu)秀學(xué)生的重點(diǎn)培養(yǎng)。第二,既有的建模課程一般采用單獨(dú)講授建模相關(guān)知識的方式,而與現(xiàn)有的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論等內(nèi)容分離。第三,關(guān)于數(shù)學(xué)建模的課外活動匱乏,致使參加全國數(shù)學(xué)建模大賽的參賽隊伍都是賽前集中培訓(xùn),缺乏系統(tǒng)連貫的日常積累?;跀?shù)學(xué)建?;顒拥膶?shí)際情況,通過組建數(shù)學(xué)建模課外活動小組的方式,達(dá)到以下目的:第一,將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)從課堂延伸到課外,幫助同學(xué)將課堂所學(xué)的抽象數(shù)學(xué)知識,在課下得以應(yīng)用。從社會實(shí)際問題出發(fā),讓學(xué)生親自參與到問題解決的過程中。第二,在活動中,教師研究課外活動組織形式的有效性,增強(qiáng)學(xué)生間、師生間的有效互動,進(jìn)而提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力。第三,研究數(shù)學(xué)建?;顒訉A(chǔ)課程體系改革的輔助作用,使之成為數(shù)理知識體系改革的有利工具。
二、數(shù)學(xué)建?;顒优c數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容關(guān)系的研究
數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程和數(shù)學(xué)建?;顒又g存在著密不可分的關(guān)系,課堂上教師講授的知識是數(shù)學(xué)建模活動得以順利進(jìn)行的保障。將數(shù)學(xué)建模小組的相關(guān)活動內(nèi)容與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來,通過數(shù)學(xué)建?;顒尤フ宫F(xiàn)理論教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用,可以起到既提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的興趣又提高他們的建模能力的雙重作用。初級建模教學(xué)活動主要選用高等數(shù)學(xué)中定積分、定積分應(yīng)用,線性代數(shù)中矩陣、線性方程組四大知識模塊去解決現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)問題。如“怎樣合理負(fù)擔(dān)出租車費(fèi)”、“紅綠燈管制的設(shè)計”、“住房問題”等。研究和探索與日常教學(xué)相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)建模知識,能夠讓學(xué)生體會到“學(xué)以致用”的樂趣,進(jìn)一步可以提高基礎(chǔ)課程知識的理解,提高課程成績。此外在初級建?;顒又校貜?qiáng)化學(xué)生對數(shù)學(xué)軟件的學(xué)習(xí)和使用。數(shù)學(xué)軟件是數(shù)學(xué)建?;顒拥挠辛ぞ?,強(qiáng)大的數(shù)據(jù)、圖像處理功能可以讓學(xué)生比較直觀地感受數(shù)學(xué)的應(yīng)用。在常用的數(shù)學(xué)軟件中,Matlab是應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大、容易掌握的一個數(shù)學(xué)軟件。它不但可以進(jìn)行數(shù)值計算,還具有良好的圖形功能,可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)的主要數(shù)學(xué)軟件。
三、初級建模知識基礎(chǔ)上培養(yǎng)解決綜合建模問題的能力
在基本數(shù)學(xué)建模知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生解答綜合性的社會問題,具體研究的對象可以是一些非數(shù)學(xué)領(lǐng)域的問題,如存儲問題、經(jīng)濟(jì)問題、傳染病問題、交通問題等。具體案例如“公交車調(diào)度”、“交通堵塞疏導(dǎo)”、“艾滋病療法的評價”等。這類問題是多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用,因此需要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識向?qū)I(yè)知識的擴(kuò)展。基于這一思路,以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)兩門課程為知識中心向其他相關(guān)學(xué)科擴(kuò)展,如計算方法、化學(xué)工程、經(jīng)濟(jì)管理學(xué)等等。其他學(xué)科內(nèi)容教師可以做選擇性介紹,根據(jù)所解決的實(shí)際問題,介紹重要的知識要點(diǎn),拋磚引玉,讓學(xué)生在知識要點(diǎn)的基礎(chǔ)上自主學(xué)習(xí)其他所用知識,尋求解決方案。
四、數(shù)學(xué)建?;顒咏M織形式研究
除明確的教學(xué)活動內(nèi)容外,數(shù)學(xué)建?;顒拥慕M織方式也非常重要。課堂學(xué)習(xí)主要由教師傳授知識,而課外建?;顒觿t更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主參與性?;谶@一認(rèn)識,除傳統(tǒng)的教師講授學(xué)習(xí)外,學(xué)習(xí)方式還應(yīng)該包括以下幾個方面:第一,邀請其他專業(yè)的老師進(jìn)行數(shù)學(xué)建模知識講座,增強(qiáng)不同學(xué)科之間的融合。第二,邀請有數(shù)學(xué)建模競賽經(jīng)驗的同學(xué)開展數(shù)學(xué)建模知識交流會,增強(qiáng)學(xué)生之間的交流、合作。第三,邀請學(xué)校老師作評委,在學(xué)校內(nèi)部開展數(shù)學(xué)建模競賽,作為高教社杯數(shù)學(xué)建模競賽的選拔賽。第四,網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的使用。如今很多高校已經(jīng)推出網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,如網(wǎng)上答疑系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、考試系統(tǒng)等。借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為學(xué)生數(shù)學(xué)建模知識的自學(xué)、相互交流搭建平臺。同時還為課外老師與學(xué)生之間交流提供了便利。通過積極探索數(shù)學(xué)建?;顒咏M織方式,將常規(guī)的課堂講學(xué)延伸到課外活動,為數(shù)學(xué)建?;顒犹峁┮粋€良好的組織、學(xué)習(xí)、發(fā)掘和培養(yǎng)建模人才的平臺。
五、結(jié)束語
數(shù)學(xué)建模教學(xué)活動的研究,對于推動大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)改革,加強(qiáng)數(shù)學(xué)建模課程建設(shè),培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的綜合型人才具有重要的意義。教師可以通過數(shù)學(xué)建模和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)活動的高質(zhì)量結(jié)合,研究提高學(xué)生處理綜合問題能力的有效方法,進(jìn)而不斷提升自身的教學(xué)研究能力。同時研究數(shù)學(xué)建?;顒优c數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程體系之間的關(guān)系,使數(shù)學(xué)建模成為基礎(chǔ)課程體系改革的有利輔助工具。
【參考文獻(xiàn)】
[1]姜啟源.數(shù)學(xué)實(shí)驗與數(shù)學(xué)建模[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識,2001.31(5):613~617
級別:統(tǒng)計源期刊
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