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中图分类号:G424 文献标识码: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
数学建模课程是20世纪80年代初在我国理工科大学开设的一门重要的数学课程。由于数学建模过程几乎模拟了科学研究的全过程,因而对于培养大学生的科研能力与创新意识和应用数学能力具有特殊的作用。而数学建模的多媒体教学,作为一种现代化的教学手段,具有形象直观、信息量大、交互性强等优点,对于发挥学生的主体作用、促进学生主动学习和培养学生创新能力也非常有益。这些能力也正是我们大学数学素质教育所要努力追求的。
目前国内关于数学建模课程改革的研究论文虽然比较多,也有一定的成果,当时均处于探索阶段,并且从目前数学建模课程教学改革的相关文献可以看到,大部分这方面的研究都集中体现普通高校和研究型高校或者数学建模课程的改革方案和与能力培养方面的关系,然而,尽管不少普通大学和研究型大学都在大胆尝试建模课程体系改革,但针对独立学院实际的数学建模教学改革基本空白,对数学建模课程的具体化改革对象和成果展现等方面的研究更是少见。
云南师范大学文理学院建模课程开展时间较短,从内容到体系均有待完善,所以本文就云南师范大学文理学院的实际探讨数学建模课程的改革及其成效,从而达到促进建模的教学工作,提高教学质量,同时提高自身的素质水平。
1 在独立学院开设数学建模课程的意义
云南师范大学文理学院自办学以来,针对学生的缺点和不足,以新的视角,欣赏学生的特点,梳理学生的优势,客观评价学生,掌握学生的优势、优项,树立教学信心,以积极的态度开展教学工作。培养学生处理相关信息和大量数据的能力,在数学建模过程中,我们引导学生针对所研究问题进行收集、加工,处理和应用信息的能力。学会提炼有用信息,并恰当地运用信息,并学习使用计算机和相应的数学软件。
在建模过程中我们要求学生充分发挥想象力和动手能力,采用类比的方法把表面上完全不同的实际问题,用相似的数学模型去描述解决他们,逐步达到触类旁通的效果。
另外,因为数学建模课程主要涉及的都是现实生活中的实际问题,通过数学建模课程的学习和数学建模竞赛的参与,可以极好地锻炼学生的论文写作能力和创新能力,同时提升学生的参与意识,为以后的学习和工作打下良好的基础。所以在独立学院开设数学建模课程具有重要的意义。
2 云南师范大学文理学院数学建模课程的特点和存在的问题
2.1 云南师范大学文理学院数学建模课程的特点
(1)先修课程和应用课程较多。数学建模课程需要众多的先修基础数学课程和数学软件课程,如数学分析、运筹学、微分方程、概率论与数理统计、图论、计算方法、计算数学、解析几何,MATLAB,Mathematics,lingo等,我院信息工程学院在开设数学建模课程的前期或者同时开设上述相关课程,因为需要具备扎实的专业功底,才可能较好地学习数学建模课程。
(2)教学方式灵活多变。各大高校数学建模课程是基本是案例式教学,每个章节以例子来说明,如商人过河问题,交通流问题,减肥问题,旅游地的选择问题等等,均是和实际联系较为紧密的身边的问题,激发学生的学习兴趣。但是也有一些常见的建模方法可以类比推广,如层次分析法,灰色关联度分析法,时间序列法,排队论等,我们都是有针对性地选取教学内容以适应学生现有的知识结构和接受能力。教学方法上我们采用讲授法、探讨法、历年真题论文案例法(包括学生平时作业点评)等。
(3)教学设备手段先进。建模课程需要处理大量的数据,我院配备了先进的投影多媒体教室,并且开设了与建模相关的Matlab,Mathematica等数学软件。
(4)实用性强。数学建模课程的案例基本都来自实际问题,如人口、天气、干旱等的预测模型,优化模型,决策模型,控制模型等。这些模型的引入,让学生更加深刻地领会数学建模课程的实用性。
(5)课程较难学。数学建模课程涉及的领域广,知识面大。通的(交通流问题),医疗领域(看病排队问题)等,采用的各领域的知识较多,很多时候都是现学现用,需要很高的领会能力和接受能力,这对学生和教师要求都比较高。
2.2 云南师范大学文理学院数学建模课程存在的问题
本文作者从2011年开始讲授数学专业的数学建模课程,数学建模作为数学专业的专业基础课程,在教学过程中发现数学建模课程存在的问题。
(1)教材涉及面太广,如姜启源的《数学模型》教材是我国自开设建模课程以来比较权威的一本建模教材,很多高校都在使用,但是从初等模型、简单的优化模型、线性规划模型、微分方程模型到马氏链模型等共13章,而课程安排只有周4课时,教学时间上较为紧张;另外整本教材基本都是案例,内容多且涉及的数学建模方法很少,学生看着一本厚厚的教材,心里难免畏惧,而实际上并不能完全讲授;对于三本独立院校的学生来说,专业基础不是很扎实,教材一些内容较深,学习起来较为吃力。
(2)课堂教学基本以教师为中心,教师采用纯讲授的教学方法,学生很少参与,因而缺乏学习数学建模的兴趣与积极性,学生也怕学。
基于上述问题的存在,影响学生学习数学建模课程的积极性,并且我们要参与各类建模赛事,如果不及时进行教学改革,势必影响教学和学习效果,在建模竞赛中也难取得较好的成绩,虽然关于建模课程改革的课题和论文较多,但是紧扣我院实际的还基本空白,不利于应用型人才的培养,所以有必要对现有的数学建模课教学模式进行改革。
3 对云南师范大学文理学院数学建模课程改革尝试的思路
本文作者从2011年开始教授数学建模课程开始,就在实践中开始摸索适合云南师范大学文理学院的数学建模课程改革思路,经过几年的实际教学和竞赛指导,主要收获如下:
(1)主体教材辅助方法、软件教材进行教学。目前作者使用的姜启源编写的《数学模型》对于独立学院的学生来说这本教材内容太难、太多了。作者近年来除讲解教材的基本模型外,尝试对教材进行补充、重组和开发,具体方式有根据历年的全国建模竞赛的题目类型,有倾向性地进行教学安排,并插入历年建模真题和常用方法进行课堂讲授,同时插入一些实际问题让学生进行建模论文的写作,根据我院学生的数学基础和竞赛的实际(对历年的真题出现的题型和用到的方法出现的频率)对章节进行取舍。
(2)数学建模课程教学方法改革。由于数学建模课程要进行实战演练,在学期配备相应的建模大作业习题,如手机购买问题,地方人口问题,水资源短缺问题,气候干旱问题,网吧数量萎缩等实际问题,要求学生在指定的时间内进行数据收集,整理,分析处理并以论文形式展现研究成果,同时安排论文模拟答辩,锻炼学生的解决实际问题的能力。同时学院也积极聘请省级建模专家进行专题讲座,提高大家学习的积极性。
(3)数学建模课程教学竞赛团队。我院近年来连续积极组织学生参加各类官方、民间数学建模竞赛赛事。我院专门组建立了一支建模指导教师团队,除了学期必修外,在全国建模竞赛前的假期还专门组织学生进行赛前培训,教师负责制分专题讲授离散模型、连续模型、优化模型、微分模型、概率模型、统计回归模型和软件讲授、论文写作等,突出体现教师的专长,提高了课堂教学效率,增强了学生学习的积极性。
(4)开设与数学建模课程相关的软件课程。为了让学生更好地参与到数学建模中来,我们从大学一年级就有针对可开设数学软件和建模讲座。开设Mathematic,MATLAB,Lingo等软件选修课,进行数学的应用与建模能力的培养,提高学生数学建模能力,在运筹学等课程中,有意识地让学生进行作业的排版练习,如WORD,EXCEL等常用排版计算软件。
(5)通过积累建立数学建模课程学习资源。如本校学生历年的较优秀的参赛论文,平时作业
教师教案、课件等,数学建模优秀论文等学习环境和信息交互空间。另外,给学生身边实际的问题,如云南水资源短缺问题,干旱气候预测问题,地区人口预测问题,网吧问题等进行建模练习,让学生把数学建模课程与实际应用结合起来。
(6)课程考核形式多样化。本文作者通过课堂考勤,课堂回答问题,课堂讨论,平时作业,期末大作业,作业课堂答辩等多种方式结合的方法进行课程考核。根据问题的大小,由学生独立或组队完成实际问题,若完成得好在原有成绩的基础上获得“平时成绩加分” ,给出最后考核的分数,提高学生学习数学建模课程的积极性,从而提高学生的建模能力。
(7)积极组织学生参加全国大学生数学建模竞赛和各类网络建模赛事。截至目前为止,我们已经连续五年组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,连续两年组织学生参加“认证杯”数学中国数学建模竞赛,成绩优良。并且由信息工程学院定期举办建模和软件讲座参与各类数学建模比赛,熟悉比赛流程,了解论文撰写过程,为每年九月的全国数学建模做准备。
4 建模课程改革初步成效体现
我校作为独立学院从2010年开始尝试开设数学建模课程,推动大学数学素质教育方面,进行了一些探索和实践,并同年开始组织学生参加全国数学建模竞赛和网络建模竞赛,成效显著。
首先,从竞赛获奖来看,2010年全国大学生数学建模竞赛中,4个参赛队分别荣获1个省级一等奖,占总奖项的25%;2个省级二等奖,占总奖项的50%;1个省级三等奖,占总奖项的25%,获奖率100%;
2011年全国大学生数学建模竞赛中,4个参赛队分别荣获1个省级一等奖,占总奖项的25%;2个省级二等奖,占总奖项的50%;1个省级三等奖,占总奖项的25%,获奖率100%;
由于从2012年开始,数学建模竞赛组委会对建模奖项做了限制调整,获奖比例仅为原来的50%,所以2012年全国数学建模竞赛指导的参赛队教练组15个参赛队其中荣获2个省级一等奖,1个省级二等奖,9个省级三等奖,获奖率为80%,其中省级一等奖占总奖项的16.7%,省级二等奖占总奖项的8.33%,省级三等奖占总奖项的75%。
2013年“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛2个队参赛,第一阶段两个参赛队均获云南最好成绩全国二等奖,第二阶段一个队荣获云南省唯一个全国一等奖,取得全球建模能力高级认证;另一个参赛队荣获全国三等奖,取得全球建模能力基础认证,获奖率100%。
2013年全国数学建模竞赛,26个参赛队参赛,其中荣获1个国家二等奖,2个省级一等奖,3个省级二等奖,4个省级三等奖的优异成绩,奖项水平首次冲入国家奖项,建模水平大幅度提高,其中全国二等奖占总奖项的10%,省级一等奖占总奖项的20%,省级二等奖占总奖项的30%,省级三等奖占总奖项的40%。
2014年全国数学建模竞赛,22个参赛队参赛,其中荣获2个国家二等奖,2个省级一等奖,4个省级二等奖,4个省级三等奖的优异成绩,奖项水平较上年建模水平大幅度提高,其中全国二等奖占总奖项的16.7%,省级一等奖占总奖项的16.7%,省级二等奖占总奖项的33.3%,省级三等奖占总奖项的33.3%。
可以看到从开设数学建模课程以来,我校的数学建模水平到目前稳步提升,很好地锻炼了学生的创新能力和动手能力,同时增强了学生学习的自信心和积极性,成效显著。其次,从综合能力来看,通过建模课程的改革,学生的应变能力和思维能力都获得了很大的提升。
参考文献
[1] 段璐灵.数学建模课程教学改革初探教育与职业,2013(5).
[2] 常青.数学建模教学的实践与思考.http://.cn/gzsxb/jszx/jxyj/201211/t20121113_1143732.htm.2014/06/13.
[3] 姜启源,谢金星,叶俊.数学模型(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003.
[4] 朱道元.从数学建模看新世纪的数学教改[D]新世纪数学学科发展与教学改革研讨会论文集.东南大学数学系,2000.
[5] 杨霞,倪科社,王学锋.积极开展数学实践教学活动培养学生创新意识与实践能力[J].大学数学,2010(A01).
【中图分类号】G427 【文献标识码】A 【文章编号】1006-5962(2013)06(b)-0023-01
1、数学建模的概念
为了解决实际问题,通常需要作出一些必要的简化与假设,并结合适当的数学知识,构造一个数学模型,再运用适当的数学工具,计算模型的最优解,从而解决实际问题。也就是说,数学模型即利用符号、式子,以及图像等数学语言,来模拟现实的模型。从现实模型中抽象、简化出具有某种数学结构的数学模型,用以解释特定现象的实际状态,并能预测到研究对象未来的状态,或者能得出解决研究对象的最优策略,最后验证模型的合理性及结果的有效性,并用结果解释现实问题,这个过程称为数学建模。
2、数学建模思想渗透教学的有效策略
由于教学内容对原始研究背景的省略,以及教学课堂的学习时间的局限性,传统数学教学中缺乏对前人的探索过程的再现教学。任何一门数学分支学科,都是由于人类在探索自然规律的过程中的需要,而不断发展进步的。著名数学家华特海曾经说过:“数学就是对于模式的研究”。其实,一些重要概念的提出、公式和定理的推导,以及每个分支理论的完善,都是有其现实原型的,是一些具体模型的数学抽象。因而,在大学数学教学过程中渗透建模思想的教学,是非常必要和重要的。笔者根据自身实践经历,总结出数学建模思想渗透教学的以下三个策略:
第一,将建模思想渗透到概念教学中。概念的抽象性不利于学生掌握其实际意义,因此,教学过程中,应当首先给出问题,再建立相应的数学模型,并探讨解决问题的方法,最后抽象出数学概念。
第二,将建模思想渗透到定理公式的证明中。定理和公式实际上都有其自然背景,因此在教学中,可预先设定问题情境,引导学生逐步发现定理与公式。在探索过程中,培养学生的观察能力、逻辑思维能力,以及创造性能力,并同时让学生产生成就感,这样有利于进一步对学习内容的学习。
第三,将建模思想渗透到实际应用中。在教学过程中,尽量收集一些实际应用的问题,进行建模示范,通过具体问题的建模实际运用,突出建模思想的重要性与灵活性,以帮助学生对知识有更深入的理解,体会与掌握。
3、数学建模思想渗透到教学中的案例
高等学校研究生招生指标分配问题,对研究生的培养质量、学科建设和科研成果的取得有直接影响.现有数据描述如下:数据为某高校2007-2011年硕士研究生招生实际情况.研究生招生指标分配主要根据指导教师的数量以及教师岗位进行分配.其中教师岗位分为七个岗位等级(一级岗位为教师的最高级,七级岗为具备硕士招生资格的最低级).另外数据表还列出了各位教师的学科方向,2007-2011年的招生数,科研经费,发表中、英文论文数,专利数,获奖数,获得校、省优秀论文奖数量等信息,通过参考有关文献、利用数据建立数学模型,解决下列问题:
1.根据附录,建立数学模型,补全缺失数据;
2.根据完整数据,以岗位级别为指标,分析每个岗位的招生人数、科研经费、发表中英文论文数、申请专利数、获奖数、获得优秀论文数量的统计规律,并给出合理的解释;
3.找出合理的分配方案,并用此方案对2012年的名额进行预分配;
对于以上问题,我们通过分析及做出相应的模型假设,做出如下分析:
对于问题1,我们通过建立数学模型,首先利用SPSS进行主成分分析,得到在不影响结果的情况下的几个主要因子,再用这些因子的数据进行判别分析,得到第18、103、110、123、150、168、274、324、335、352位教师对应的岗位级别:
对于问题2,以岗位级别为指标,通过使用Matlab对每个岗位的招生人数、科研经费、发表中英文论文数、申请专利数、获奖数、获得优秀论文数量的数据进行预处理,再在Excel中分别作出这6个方面随岗位级别变化的统计规律,并给出合理的解释;
建模比赛的一般分工是数学模型的建立、程序编写与拟合、论文的叙述。其中论文是评定参赛队伍成绩的好坏、高低、获奖级别的唯一依据,并且也是每组参赛期间成果的结晶,这是相当重要的一部分。那么今天我们就来分享一下有关建模论文的写作的一些注意事项。
首先
论文的评阅原则是
假设的合理性 ;建模的创造性;
结果的合理性 ;表述的清晰性。
在写作的时候可以按照这些要点来给自己一个大概的估计。
我们在写论文的时候,一般是按如下的结构:
1.摘要
2.问题的叙述,问题的分析,背景的分析等
3.模型的假设,符号说明
4.模型的建立(问题分析,公式推导,基本模型,最终或简化模型等)
5.模型的求解
6.模型检验:结果表示、分析与检验,误差分析,……
7.模型评价:特点,优缺点,改进方法,推广……
8.参考文献
9.附录:计算框图、详细图表,……
摘要是整篇论文最精华的部分,也是评阅人最关注的部分。在写摘要时,我们首先要对这个模型进行数学归类,并且通过之前和队友一起进行建模过程中对整体思路有着比较清楚的了解,然后阐述模型的优点、算法特点等,最后对主要结果进行说明,即回答题目所问的全部问题。
对于模型的建立,基本原则是实用、有效,因为我们建立模型是为了解决实际问题的,而不是追求单纯理论数学上的“高大上”。能用初等方法解决就不用高级方法;能用简单方法解决就不用复杂方法;能用被更多人看懂、理解的方法就不用只能少数人看懂、理解的方法。
【摘要】本文总结了笔者组织开展数学建模培训以及组队参加全国大学生数学建模竞赛的实施方案和培训经验总结,并结合大学阶段的高等数学教学,探讨了如何更加有效的开展大学数学建模竞赛并将竞赛培训的有关经验应用于大学数学教育之中。
关键词 数学建模;数学模型;竞赛培训
全国大学生数学建模竞赛是由教育部主办的全国高校规模最大的课外科技活动之一。本项比赛目的在于激发学生学习数学的积极性,提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力,鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,开拓知识面,培养创造精神及合作意识,推动大学数学教学体系、教学内容和方法的改革。我校每年11月组织学生报名,随着比赛的逐年举办,学生的热情也是日渐高涨。通过近几年的培训参赛,我们再历年的比赛中取得了一些成绩,同时也有更多经验值得总结探讨。
1 领导高度重视建模竞赛活动
此次建模竞赛中取得的成绩和学校、教务处、学生处以及数学系等领导的重视是密不可分的。数学系成立了数学建模竞赛工作小组组织安排此次竞赛活动,学校以及教务处给予此次活动更方面的支持,亲自动员并多次亲临现场看望学生,学生处领导积极解决暑期学生生活方面的各项苦难,数学系领导亲自参加竞赛的培训工作,细心了解学生及培训教师的情况并积极解决,使得此次活动能顺利圆满的进行。
2 选拔优秀学生组队培训和竞赛
数学建模竞赛的主角是参赛学生,选择参赛学生的成功与否将直接影响到参赛成绩。我们于每年11月启动了全校规模的报名活动,为使学生更好的了解数学建模以及数学建模竞赛,数学系指导教师在报名之前进行了“走进数学建模”主题讲座。学生报名热情高涨,积极半报名参加。
选拔分为预赛和复赛两个阶段。主要围绕以下三个方面选拔参赛队员:首先要对数学建模有浓厚的兴趣;其次,要有创造力,勤于思考,用于创新并且有扎实的数学功底,能熟悉操作计算机;最重要的还要有团队合作意识。经过预赛以及复赛共选拔出30-40名同学进入竞赛培训名单。
3 科学系统的培训方法
此次竞赛培训共分两个阶段进行。第一阶段从每年3月至月,培训教师利用周末时间向学生讲解数学建模的一些基础知识,包括:Matlab的使用;学生欠缺的知识(如运筹学,概率统计等);常用数学模型(如规划模型,微分方程模型,回归模型,层次分析法等)。经过第一阶段的培训,学生已经具备的初步的数学建模能力,具备了参加数学建模竞赛的基础。
第二阶段从8月至9月,数学系对参赛学生进行了暑期培训。经过第一阶段的培训,有33名同学进入了暑假培训班。按照比赛要求,每三人一组,分本科专科组,共十余队,其中本科组四队,专科组七队。由于比赛在9月初进行,暑期培训就显得尤为重要了。由于我校暑假的特殊情况,学生的食宿等各项问题都需解决。数学系领导及时与学生处以及各部分协调,解决了学生的生活困难,保证了培训的顺利进行。在本阶段培训以模型的案例分析为重点,主要从近年竞赛真题出发,通过对试题的分析,讨论,加深对数学建模的认识,同时学习了竞赛论文的写作规范。为了让学生更好的准备比赛,数学系还邀请了四川省数学建模竞赛阅卷专家来校对培训教师以及学生进行指导。通过本阶段的学习,学生已经具备了参加数学建模竞赛的能力。
由于数学建模竞赛需要大量用到计算机,数学系在培训期间对学生全天开放数学系实验室,并有培训老师现场指导,以便学生更好的学习和练习数学建模的相关知识。
4 组建一支专业的培训教师队伍
在数学建模培训中,培训教师是核心。指导教师保证培训效果和竞赛成功的关键因素。为此,数学系从本系老师中抽调了专业教师组成指导教师组,制定培训方案,组织学生培训。从3月份集训开始,到9月份比赛结束,指导教师放弃了周末以及暑假的休息时间进行培训。尤其是暑假近一个月的培训,在高温的情况下给学生上课,所有的老师都是任劳任怨,从未有过一个老师争报酬,讲价钱。为了最后的比赛,和学生一起在暑期奋战。
5 重视参赛工程的指导
在学生参赛过程中,指导教师的及时指导是学生完成竞赛的保证。主要体现在以下方面:一是做好参赛学生的心理指导,比赛是在连续72小时内完成的,并且要和同组的队员合作,对学生的心理和生理都是极大的挑战。有很多学生中间会有放弃的心理,此时需要指导教师的鼓励和关心。指导教师细致的思想工作,在整个培训过程中不断强调团队合作的重要性,这些都是学生顺利完成比赛的保证。二是做好论文细节方面的指导。论文格式的规范与否与能否获奖息息相关。在竞赛的最后阶段,指导教师会提醒学生注意论文格式,并亲自帮学生检查论文格式是否符合要求,论文题目、摘要、
关键词 是否合适,
参考文献格式是否正确,论文是否完整等各方面问题。这些细节是论文是否取得好成绩的关键。为了更好的指导学生参加比赛,数学系在比赛期间抽调了十余名教师在比赛三天中对学生全天进行指导。
6 竞赛培训与大学数学教育相结合
1.1 数学建模竞赛的推广范围不强
赣南师院科技学院共7个系,其中一个理科系,一个文理兼招今年刚成立的系,其他系分别是音体美,以及文科相关的系。在往年的参赛中,参赛学生都来自唯一的理科系中的数学与计算机专业的学生。
1.2 学生的实际操作较少,应用较少
我国近几十年流行的思想是学生只要听老师的话、认真看书、考试并且只要有个好成绩、成绩排名靠前,只管学习就行,其它什么都不要做都行。在这种思想的引导下,学生很少做除了学习之外的事情,更少接触到把学到的知识运用到生活中去解决问题。在读大学之前大部分学生都没参加实践过,即使在读大学之后,不到学校外面参加社会实践的人也不在少数。在这种情况下,学生接触知识面单一,思维得不到训练,当参加数学建模竞赛面对赛题的解决实际问题,面对赛题的内容知识结构多样性,涉及很多方面时,就会产生严重的挫败感,这样形成一个恶性循环,致使严重削弱学生参加数学建模竞赛的积极性。
1.3 学生的合作探究能力较弱,团队精神不强
现阶段的独立学院的学生很大部分是独生子女,是在家里长辈的百般呵护下,成长起来的孩子,大部分眼里只有自己没有他人,遇事多只考虑自己不考虑他人,虽然数学建模竞赛是一种竞争,但这并不是一种单打独斗式的竞争,而是以3人团队的形式参赛虽然队员之间有比较明确的分工,但他们之间还必须要有高度的合作探究和有效的沟通,发挥团队的作用,如果合作探究能力较弱、团队精神不强,那么思维就会受到局限、创新能力就较弱,就得不到很好的培养,拿不到好的成绩,致使严重削弱学生参加数学建模竞赛的积极性。
1.4 学校竞赛的激励机制不太合理,经费提供较少
数学建模竞赛相对于其他竞赛,获奖难度更大,获奖面更小,但是目前赣南师院科技学院的奖金制度中,数学建模竞赛获奖者所获奖金远比难易程度小得多的电脑知识赛更低,甚至还不如校有奖学金高。自从2011年学生参赛奖金制度改革以来,数学建模竞赛经常面临基本上是大一学生参赛的状况。
1.5 学生的吃苦耐劳精神不强
数学建模竞赛的赛期一般为三天三夜,在比赛期间经常会面临熬夜。而在赛前的暑假里,赣南师院科技学院会组织专业的老师给学生进行为期三十至四十天的强化培训,暑假天气炎热,教学环境一般,致使学生参赛一次后就不再参赛。
2 学生参赛积极性不高的应对策略
2.1 做好组织宣传工作,提高师生对数学建模竞赛的认识
通过网站和资料室等平台,对获奖作品进行宣传和展示,让学生和老师随时了解大学生数学建模竞赛的情况,促进师生的积极性,利用学院的网站和资料室,开辟一个专栏,对数学建模竞赛进行宣传,并把历届竞赛获奖作品的相关资料进行展示。利用数学建模竞赛协会,定期组织活动,协会负责数学建模竞赛活动的宣传,如张贴海报、校报、展板、条幅、校广播台等;请参赛的老师和学生开设讲座,了解最新动态;定期举办学术讨论活动和小型竞赛;组织项目申请、项目支持、项目检验等;进行跟踪宣传,不仅能听到获奖赛后感言,更能了解这种国际性赛事的进行程序,如何选拔、历经了艰辛又坚持的过程,让数学建模竞赛成为独立学院应用型创新人才关注的话题。
2.2 实行教学方式多元化,充实课外实践活动
把课程教学活动与数学建模竞赛活动联系起来,构建数学建模竞赛与课程体系和教学方式紧密结合,使数学建模竞赛内容深入到日常教学活动中,使数学建模竞赛成为日常教学活动的有益补充。将与数学建模竞赛相关的课程纳入到校公选课中,供全校不同学科的学生选修。数学建模竞赛不是理工科学生的专项竞赛,吸收更多跨学科跨专业学生学习数学建模竞赛相关课程。同时,充分利用学生的课外活动时间和寒暑假时间进行数学建模竞赛与应用实践活动相结合,开展社会调查、专题调研、项目开发,走出校门到工厂到企业进行实地考察和现场学习,将所学的理论知识与实际相结合。还可在学院内部或兄弟院校之间举行中小型数学建模竞赛,让学生对自己发现的问题进行自主选题,试验题目的可行性,选择多种解决方法,自行设计与制作,为学生提供一个充实课外活动,丰富创新实践的舞台,较好地培养了学生的组织能力、自我管理能力、团队意识等综合素质。
3 建立健全数学建模竞赛激励机制,调动师生的积极性
3.1 创立创新学分制度。建立创新学分制度,这是激励数学建模竞赛活动持续开展的内在动力。学院制定学分认定管理办法,明确规定通过数学建模竞赛培训或竞赛获奖可以认定相应的公共选修课程学分。
数学思想已成为现代科技发展的原动力,微观的机理性研究离不开数学,宏观的决策也离不开数学,人们已逐渐习惯了用数学的思维去思考问题、用数学的语言去表述客观的现象、用数学的方法去分析和了解事物发展的客观规律。而架起各门科学与数学的桥梁,正是数学建模!大学生是未来的工程技术人员、科技工作者、工矿企业和政府机关管理人员,理应具备扎实的数学基础和良好的数学素质,数学建模教育也就成为培养大学生综合科学素质和创新能力的必经和有效途径。
一、数学建模对学生能力的培养
数模竞赛是培养学生综合科学素质和创新能力的一个极好载体,而且能充分考验学生的洞察能力、创造能力、数学语言翻译能力、文字表达能力、综合应用分析能力、联想能力、使用当代科技最新成果的能力等。学生们同舟共济的团队精神和协调组织能力,以及诚信意识和自律精神的塑造,都能得到很好地培养。通过数学建模的教学和训练,应对大学生从以下七个方面进行培养和引导[1,2]。
1.将实际问题抽象和简化成数学问题。引导学生在遇到实际问题时反复理解问题的本质,我们已有哪些条件?需要哪些相关的知识?与数学的哪些概念可能有关联?通过阅读题目,仔细推敲每一句话、每一个概念,客观正确地理解问题,根据研究对象的具体情况,抓住问题的核心和关键,进行必要的合理假设,然后根据自己已掌握或通过查阅而及时了解的相关知识,建立起相应的数学模型。同时,培养学生对其运用数学手段处理的研究结果做出通俗合理的解释,使读者较为容易地理解自己的思想。
2. 数学方法和思想的综合应用能力。随着数学向经济、人口、生态、地质等领域的渗透,一些交叉学科如计量经济学、人口控制论、数学生态学、数学地质学等应运而生,当用数学方法研究这些领域中的定量关系时,数学建模就成为首要的、关键的步骤和这些学科发展的基础。在国民经济和社会活动的诸多方面,数学建模都有着非常具体的应用,如通过药物浓度在人体内的变化以分析药物的疗效;数值模拟设计新飞机的机翼;预报与决策方法对产品质量指标的预报、气象预报、经济增长预报、经济收益最大的价格决策、费用最小的维修决策;控制与优化方法用于生产过程的最优控制、零件设计的参数优化;规划与管理模型用于生产计划、运输网络规划、排队策略、物资管理等[3]。这些都依赖于平时的积累,一方面要求学生有博览群书的习惯,更重要的是任课教师的知识扩展。例如,讲授微积分学课程的教师,不能仅仅介绍数学符号的运算,在讲到微分、级数等内容时应让学生知道它可用来做近似计算等。
3. 观察力,洞察力,想象力和创造性。学生面对的建模问题是一个没有现成答案和模式的问题,只能依靠充分发挥自己的创造性去解决。这就需要学生具有丰富的想象能力,从大量的文献资料中摄取有用的思想和方法,从貌似不同的问题中窥视出其本质的东西,加工处理,创造出新的形象;同时要具有把握问题内在本质的能力,即洞察力。例如,当你遇见诸如速度、变化率、衰减、增长、边际、弹性等字眼的时候,你是否想到了导数和微分?进而可建立一个微分方程模型来分析运动的机理?当你遇见诸如使什么最大(极大或尽可能大)、最小(极小或尽可能小)、最佳、最省等字眼的时候,你是否会想到要建立一个目标函数呢?进而去建立一个优化决策的数学模型?
4. 熟练使用计算技术手段。即运用计算机编程解决模型的数值解。学生在学习计算机课程时,教材所提供的问题只是为了熟悉掌握一些编程的命令和语句,计算机编程能力相对较差。数学建模教学的开展,给学生提供了综合运用各种命令和语言编写程序的机会,学生针对教师所精选出的不同模型编写出许多较大的程序,并通过运用程序求出模型问题的数值解,使学生编程能力和解模能力大大提高,为以后从事科研工作奠定必要的基础。
5.学生的自学能力和善于使用文献资料的能力。学生仅靠课堂上学习的知识远远不能满足建模工作的需要,一方面,通过集中的培训和讲授,可补充一些知识;另一方面,通过让学生实际做一些建模题目,给学生布置一些没有学过的数学内容和没有接触过的建模问题,有意识地培养其自学能力和善于使用文献资料的能力。并让学生尝试完成在网站上搜索他们感兴趣或认为比较重要的建模题目,以此提高其自我评价意识、自觉性、积极性和主动性。
6. 交流和表达能力,团结合作精神。竞赛是集体项目,现代的科技开发也越来越需要多人多方面的合作。应在平时就开始注重培养学生密切合作、集思广益、取长补短的团队精神,使其善于倾听别人的意见,并能从不同观点的讨论中综合出最优的方案。这种相互协作的集体主义精神,是学生在未来的工作和生活中非常需要的。
7. 科技论文写作能力。学生在参加数学建模学习之前,科技论文写作的能力普遍较弱,有的甚至是一片空白,对如何写摘要、提取关键词、使用数学公式编辑器等,都需要教师指导。不少学生初次写出的建模论文根本无法阅读。教师应手把手地教,一字一句地改,让学生知道为什么要这样写?这样写的目的和意义是什么?这样才能使学生的写作水平得到提高和稳定地发挥。
二、数学建模课程教学改革的实践探索
有了正确的认识和理念,才会有明确的行动方案和实效。我校的数学建模工作起步于1994年,通过数学建模工作者的不断探索,开辟了现在的良好局面。
1.好的政策和稳定的教师队伍是数学建模教改成功的保障。在我校的数学学科中有一批稳定而热情的数学建模教师队伍。他们团结、协作,从过去的三人发展到现在的十多人,并有主教练负责。学校出台了对学生和指导教师具有相当吸引力的鼓励和奖励政策,建立了校级数学建模实验室,指导学生成立了全校的数学建模协会,为数学建模工作在本校的深入开展提供了有力的保障。
2.教学内容的选取是提高学生参与度的核心环节。教学内容是培养目标和教学目的的直接反映,在提高教学质量和培养学生创新实践能力中具有决定性作用,教学内容的先进性和科学性,是直接关系到学生参与度的核心环节。
起步时期的建模教学内容,是以数学相关知识介绍为主。大致介绍数学建模的思想和一些简单的建模案例,让学生初步了解数学建模的意义、基本方法和步骤,了解数学建模的特点、分类和作用。内容较为平淡,其收效不大,当学生遇到真正的数学建模问题时,就难以下手解决,学与用存在脱节的现象,特别是学生参加全国大学生数学建模竞赛成绩不理想。
在数学建模教练小组的努力下,成功申报了一个省级教改项目“加强数学建模课程建设,提高大学生综合素质”,深入开展教学改革研究。首先,组织编写了数学建模竞赛培训资料,并作为该课程使用教材,这也有利于让该课程与大学生数学建模竞赛接轨;其次,教材依据数学建模中常用的一些方法,如数据分析方法、线性规划和非线性规划、概率统计、微分方程、方差分析、聚类和分类、图论、综合评价、预测方法、满意度评价以及科技论文的写作等,并有机地结合相关的一些典型建模案例的分析和求解。这样,使教材变得生动,大大提升了学生的学习兴趣。
3.好的教学方法和手段是提高教学质量的保证。培养学生的综合实践能力,是开展数学建模教育的根本目的。科学有效的教学方法,可以提高学生的效率和创新实践能力。因此,在教学活动中,注重理论教学的同时更应加强实践环节。
数学建模的整个过程是学生能力的综合体现。在教学过程中,按照数学建模竞赛的模式进行专题教学和训练,我们的具体作法是:(1)按照全国大学生参赛办法,将三个学生组成一个队,以队为单位和教师一起参与经常性的讨论,讨论地点放在数学建模实验室。(2)免费开放数学建模实验室,方便学生查阅资料和建模训练。(3)通过多媒体教学课件,介绍数学建模方法,让学生随时都可以反复学习和查阅。(4)精选训练题目,按竞赛要求,让学生在一定时间内完成并提交论文。(5)对完成较好的论文,让学生自己讲解所完成题目的思想、方法,提出解题中的优点和不足,达到互相学习的目的。(6)指导教师和学生一起讨论所写论文中存在的问题并进行修改。通过这种训练式的教学方式,学生无论是在分析问题处理问题方面,还是在论文写作方面,都有了很大提高。
4.数学建模课程的考评应不同于传统的考核模式。由于数学建模注重的是综合能力的培养,因此,在该课程考评方面,应不同于传统的考核模式,我们的具体作法是:(1)由老师提供若干论文题目。
这些题目尽可能没有现存的论文。(2)学生事先组好队,依据所学专业的性质,每队完成2~3篇论文。(3)为尽可能避免相互抄袭,每个题目最多不超过5个队做,如果出现雷同,则返工重做。(4)根据教师制定的评分标准,按质量高低给分,并对每篇论文写出评语,指出论文中的优缺点。(5)期末不再进行考试,该门课程的期末成绩由几次论文质量决定,每次论文在期末成绩中所占权重基本相同。
通过对数学建模教学改革的努力探索,我校在全国大学生数学建模竞赛中成绩发生了根本性变化。2006年以来共获得了国家一、二等奖13队,省级奖45项,平均获奖率达86%。
参考文献:
【关键词】数学建模 人才培养
中图分类号:G642 文献标识码:A
1. 开展数学建模活动的背景与意义
在我国,由教育部高教司与中国工业应用数学学会共同组织的全国大学生数学建模竞赛活动已历时二十二年[1](1992年~2013年)。据统计,2013年有33省/市/区(含港澳)及新加坡,美国,伊朗的1324所学校23187队参加,成为全国高校中规模最大的学生科技活动[2]。
围绕培养“适应市场需求的,社会所需要的高质量应用型人才”的目标,我们积极探索开展数学建模活动及其竞赛的新途径和新方法,从有效教学走向优质教学,建立了“知识、能力、实践”三位一体的人才培养体系,构建起科学、规范、高效、持续的数学建模竞赛的管理和运行机制。并且通过日常的数学建模活动、数学建模竞赛以及数学建模联赛等形式,努力探索与实践,使学生的主动性、独立性、独特性、交往性、体验性及创新性得到进一步提升,学生的受益面越来越广,实践应用能力不断提高,同时促进了教师教学科研水平的提高,也带动了课程的改革与建设,成为基础课部乃至整个学校教学的一大亮点。
2.“知识、能力、实践”三位一体的人才培养体系的构建。
在整个人才培养体系的构建过程中,我们先着力在师资与教学内容上进行积极的改革与探索。比如为了提高现
有数学建模指导教师的教学水平,先后选派了多位教师参加 “国家自然科学基金西部高校数学教师培训班”;积极参加全国的数学建模与数学实验年会;积极培养新人,储备后续力量等。在教学内容上也大胆改革传统教学内容,增加新内容和新技术的应用,在数学系列课程的教学中逐步融入数学建模的思想,向学生输送数学建模的方法,激发学生的学习与应用数学、参与数学建模竞赛活动的兴趣。
“知识、能力、实践”三位一体的人才培养体系是我们长期探索与实践的经验总结,它以数学建模教学与竞赛支撑平台为基础,包括环境建设、知识传授平台、能力培养平台、实践平台四个方面,最终目标是培养“创新实践能力强的高质量应用型人才”,在我们的数学建模活动开展中起着纲领性作用。
组织学生参加各类数学建模活动是我们最重要的一项工作,我们通过以下几个方面组织学生参加各类数学建模活动:①开设数学建模、计算方法、数学实验选修课;②加强对数学建模协会活动内容的指导,每学期都要举办5-6次数学建模专题讲座,内容涉及数学建模基础、数学软件基础、竞赛案例分析、竞赛报告写作等多个方面,并组织和指导学生参加校内外各种数学建模竞赛活动;③组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,并且已经探索出一套有效的数学建模竞赛的管理和运行机制。
3.近5年在培养应用型人才方面取得的成果
经过指导教师的精心培训和学生的刻苦努力, 我校学生在近5年的全国大学生数学建模竞赛中均取得优异成绩,具体获奖情况如下:
其次,我校学生参加其它类型的数学建模竞赛也取得较好的成绩,具体获奖情况如下:
表2 近5年参加其它数学建模竞赛获奖统计
比赛时间获奖情况
2009年全国“电工杯”数学建模竞赛,获得一等奖2队,二、三等奖10队
2010年苏北赛二等奖2队,三等奖3队
2011年全国“电工杯”数学建模竞赛,获得一等奖2队,二、三等奖15队
2011年参加美国数学建模比赛获得二等奖一项
2012年参加美国数学建模比赛获得一等奖一项,二等奖一项
2013年苏北赛一等奖4队,二等奖6队,三等奖7队
2013年参加美国数学建模比赛获得二等奖三项
通过数学建模培训和数学建模竞赛以及数学建模、数学实验选修课的开设,每年都有近500名学生从中受益。学生在这个过程中可以掌握数学软件的使用,学会利用丰富的数学理论建立不同实际问题的数学模型并用计算机求解,知道如何查阅计算机网络资源,熟悉科技论文的写作格式与要求等。而这些知识对学生以后走上社会工作岗位时是非常实用的。借助于数学建模,我们已经为学校、社会培养了很多具有创新精神的人才,他们中的一些已经在工作中发挥着骨干的作用。比如04级茅以升班的陈惠粉(2006年获数学建模全国一等奖,保送为清华大学研究生)、04铁运的赵军(2006、2007连续两年获数学建模全国一等奖,毕业后保送西南交通大学研究生,09年读研期间被四川农业大学聘为数学建模指导传授建模经验),2006级数学建模国家奖获得者史彦峰、马利、青亮等分别保送北航、电子科大、西电等名校。2007级数学建模国家奖获得者蒋雪峰获得专利2项,并且保送到南大直博等。
怎样使数学建模在培养具有创新精神的人才中发挥更大的作用,还需要我们不断探索和实践。
数学建模有利于将数学理论付诸实践应用,在各行业中作用巨大。大学生数学建模教育的实施,也是素质教育创新的重要要求。开展数学建模竞赛,有利于提高大学生创新能力,对提升大学生综合素质也有帮助。研究如何通过大学生数学建模竞赛培养大学生创新能力,具有十分重要的现实价值。
一、通过数学建模竞赛培养大学生创新能力的途径与策略
高校组织开展数学建模比赛,对创新型大学生的选拔机制进行完善,为大学生创新能力的提高提供实战平台。教师不仅要激发学生对数学建模的兴趣,也要培养大学生的创新能力。学校鼓励全体学生共同参与数学建模竞赛,通过竞赛实现大学生各方面能力的培养。竞赛的开展主要分为初期选拔、暑期选拔以及赛前选拔三个阶段。
1.初期选拔阶段。高校于每年的4月开始进行初期选拔的筹备工作,在5月初开始进行动员宣传,采用张贴海报及制作展板等形式进行文件的,全校级别的数学建模竞赛于6月份组织开展。随着近些年数学建模竞赛的不断发展,学生对数学建模的兴趣高涨。数学指导组教师一同进行竞赛论文的评审,遵循一定的评审原则,保证评审的合理性、客观性。获奖人数根据参赛总人数进行合理设置,通常约占总人数的50%。经过校级竞赛选拔部分善于创新的学生进行暑期培训。整体而言,数学建模竞赛具有较大的影响,涉及较多的学校与学生,学生从中也可获得较大的好处,对大学生创新能力的培养有利。
2.暑期选拔以及再次选拔阶段。高校通常在8月开始着手参赛学生的建模专题培训,合理制订数学建模专题的培训计划,对竞赛知识内容进行科学编排,保证理论课与实验课课时的均衡安排,使指导教师的教学优势得到发挥。课程组按照大纲的指示,进行年度教学计划的科学制订。教师也可一同进行备课,以全国竞赛出题为中心进行探讨,促进学生竞赛能力的提高。
在短期集训课的学习完成后,对参训学生进行再次选拔。此时学生的竞争意识将十分强烈,选拔竞争也十分激烈。数模指导组教师需仔细考量选拔的结果,一同进行各小组学生论文的评审,善于发现创新型学生,坚持公正平等的原则对待各个参赛学生,最终选出享有全国大学生数学建模竞赛资格的学生,并且对这些学生的组合进行优化。
3.赛前再选拔以及模拟训练阶段。高校在8月下半月进行赛题模拟训练,模拟训练的要求遵循全国赛的标准,频率为5天一轮。指导教师此时需要在指导工作中投入大量心血与实践,做好学生的指导与点评工作。学生根据全国赛的标准进行论文写作,指导教师共同对学生的作品进行审阅和点评。各小组可选出一名代表作点评,讨论汇报工作,由小组其他成员进行补充。此时学生的讨论将十分激烈,在这个过程中,问题的结果也将逐渐浮现,数学建模理论也逐渐实现提升。
二、数学建模竞赛开展培养大学生创新能力的效果分析
1.大学生参赛积极性高,参赛成绩较为理想。通过以上方法,大学生在数学建模竞赛中的参与十分积极,成绩越来越理想,创新能力也得到阶段性提高。近些年,大学生参赛人数持续上涨,上涨幅度甚至将近20%,学生的参赛成绩也达到新的高度。与此同时,大学生在挑战杯活动中的参与也同样热情高涨。这些学生凭借数学建模竞赛,实现了数学素质与创新能力的提高。
2.大学生创新思维与能力得到有效提高。在数学建模训练的作用下,大学生信息收集与处理的能力得到培养,使学生形成科学的数量观念,能够对事物数量及其变化进行敏锐观察。并且,数学的严谨推导可使学生养成认真、仔细的良好习惯,使学生的逻辑思维能力得到提高,从而思路更加清晰,可以轻松地应对各项事务,使问题能得到有效解决,使数学理论能够付诸实践,从而使大学生的数学素养得到有效提高。
三、结语
总之,大学生数学建模竞赛的开展,对大学生创新能力的培养与提高十分有益,并且能使学生其他素质得到提高,如团队合作能力、竞争能力及表达交流能力等。高校应积极有效地组织和开展数学建模竞赛,使大学生素质教育在此途径中得到发展,促进大学生综合素质的全面提高。
参考文献:
[1]王文发,郝继升,马燕.在数学建模竞赛活动中提高大学生的创新能力和综合素质[J].延安大学学报(自然科学版),2010(1):40-43.
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2012)17-0100-02
众所周知,21世纪是知识经济的时代。所谓知识经济,是以现代科学技术为核心,建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济;是以智力资源为第一生产力要素的经济;是以高科技产业为支柱产业的经济。知识创新和技术创新是知识经济的基本要求和内在动力,培养高素质、复合型的创新人才是时展的需要。创新型人才是指具有较强的创新精神、创新意识和创新能力,并能够将创造能力转化为创造性成果的高素质人才。而数学建模活动则旨在培养学生的创新意识和创新能力、应用意识和应用能力。[1]为此,国外在20世纪80年代就开始举办数学建模竞赛,我国也于1994年开始由中国工业与应用数学学会和教育部高教司联合举办一年一次的全国大学生数学建模竞赛,极大地推动了高校数学教学的改革。随着全国大学生建模竞赛进入二十个年头,参赛学校越来越多。到2011年,有来自全国33个省/市/自治区(包括香港和澳门特区)及新加坡、美国、伊朗的1251所院校、19490个队(其中本科组16008队、专科组3482队)、58000多名大学生报名参加本项竞赛。在组织和培训学生参赛过程中,积累了一些经验,但还存在许多问题,特别是数学建模教学的目标与短期利益要求不一致的问题,需要相关人员继续努力,推动数学建模教学,提高学生应用数学解决实际问题的能力和素质。
一、高职院校数学建模教学现状
2003年,湖北省数学建模竞赛组委会在襄樊职业技术学院召开全国大学生数学建模研讨会,各高职院校派教师参加了会议。会后,经过学院领导的批准,湖北职业技术学院(以下简称“我院”)选派了两个代表队参加全国数学建模竞赛,以后每年都自己组织选拔学生参加这项竞赛。开始的几年,数学建模教学实际上只停留在赛前培训上。由于硬件原因,培训过程仍然是上理论课多,学生实际动手的少,加之每年参赛队数的限制,使得数学建模教学变成只是为竞赛培训而进行,学生受益面很有限,在学生中的影响也很小。参加竞赛开始的几年,由于领导重视,指导教师的努力,同时我院在2005年投资建立了应用数学实验室,为数学建模提供了一定的硬件基础,使得数学建模教学能够实现培养学生动手能力的目标。再加上学生的勤奋,因此,在2005年前取得了四个全国二等奖和三个湖北省一等奖、一个湖北省二等奖的好成绩;但是随着我院工作重心的转移,数学课程教学时数的大幅压缩,招收学生的数学素质的逐步下降,加之数学建模竞赛实际上赛的是学生的应用数学的能力和素质,仅靠短期的培训往往收效不大,所以近几年竞赛成绩都不太理想,和同类院校相差较大,也直接影响到数学建模教学的发展。
为了改变这种不利的局面,根据专业计划的调整进行数学教学改革,进一步推动数学建模教学,在相关专业开设数学建模与数学实验选修课程,实现真正意义上的数学建模教学。为了进一步扩大影响和学生的受益面,鼓励学生成立数学建模协会,我院每年举办一次应用数学知识校内竞赛,使得数学建模教学大大地前进了一步。
二、高职院校数学建模教学中存在的问题
随着高职院校参加各种专业技能竞赛的增加,数学建模竞赛在高职学生中的影响渐渐下降,学生参加数学建模竞赛的积极性也逐渐下降。同时,数学建模教学存在的问题仍然很多。首先是竞赛成绩与数学建模教学目标之间存在的矛盾。如前所述,数学建模竞赛赛的是学生应用数学的综合素质,而且举办数学建模竞赛的初衷是推动数学教学改革,只有把数学建模的思想方法融入到高职数学课程的整个教学中,才能实现数学建模教学的目标。随着参加数学建模学生的增加,各高职院校在数学建模实践设备的投资严重不足,设备老化没有更新,不能满足竞赛队员的培训,在很大程度上制约了数学建模教学的发展。
其次,对数学建模缺乏应有的宣传,直接影响了学生参与热情,因而降低了应有的受益面。相对其它活动,数学建模的相关信息在各高职院校的新闻报道中很少听到、见到,也没有场地用来开展数学建模协会的活动,即使是教师进行数学建模的讲座场地,也要经过多方审批。多年来,高职院校经常将获奖学生的奖励包括奖金直接发给学生,没有举行颁奖仪式,重视程度也大大不及学生的专业竞赛和文体活动,这说明这方面的工作确实有较大的问题。
第三,学校的政策层面也对教师进行数学建模教学鼓励不够,甚至有些政策直接减少了教师在数学建模教学上的投入。追求科研项目、科研论文,使得教师没有足够的精力投入到数学建模教学中,有的纯粹是应付差事、对付数学建模竞赛,根本达不到通过数学建模教学提高学生应用素质的效果。急功近利的短视行为,很大程度上影响着数学建模竞赛和数学建模教育的健康发展。把目标仅仅放在获奖上,而忽略了数学建模教学和学习的规律,不在开发思路与培养能力上下工夫,只在注重历年建模题型、所用工具的训练上做文章,到真正遇到实际问题或者没见过的类型时,就会一筹莫展。制约数学建模教学的根本问题还在于高等数学基础课程开设不够,甚至很多专业根本就没有开设,即使开设高等数学的专业也只开设了一个学期的微积分,只靠一个学期的高等数学课和一个多月数学建模培训,想要提高学生的应用数学素质实非易事。
三、推动数学建模教学,培养学生应用数学素质的措施
为了数学建模教学健康发展,提高学生应用数学素质,一方面需要好的政策和领导的重视,更重要的是数学教师自己的努力。因此,可以采取以下措施来推动数学建模教学,培养高职学生的应用数学素质。
首先,根据制约数学建模教学的根本问题,鼓励和要求从事数学建模教学的教师利用高等数学课程的教学,改造学生的数学知识结构,培养学生的数学思维。由于高职学生普遍缺少足够的数学建模能力和相应的数学建模教育,导致他们难以体验到数学应用性的特点,因而数学学习兴趣不高。数学在实际生活中的运用,往往需要经过数学建模的过程。数学建模能力不足,学生难以体验数学的运用,从而感觉不到数学的应用性,导致学生数学学习兴趣不高。因此在高等数学的教学内容中增加与生活实际和专业相关的实际问题,鼓励和要求从事数学课程教学的教师把数学建模的思想方法融入到整个教学活动中,使学生能更好地进行数学建模的学习和实践,进而提高分析问题、建立数学建模、求解模型、解决实际问题的能力。[2]
其次,可以在高等数学的教学中,开展数学建模周活动,拿出一到二周时间进行数学建模的教学,主要讲述数学建模的一般原理和建模方法,布置与生活实际和专业相关的问题,让学生用数学建模的方法去解决,并写出论文报告,作为学生的高等数学学业成绩的一部分。
第三,继续开设数学实验课程,让学生体会到数学也可以这样学,数学也可以解决身边的实际问题,体会到数学的应用价值,同时结合计算机的操作以提高学生学习数学的积极性。
第四,加强数学建模的宣传力度,利用新闻广播、报纸、宣传橱窗、电子网络学习平台进行数学建模的相关报道,向数学建模教学开展好的学校学习,通过数学建模协会举办数学建模活动,并在举办形式上有所改进,不断提高活动的档次,把每年一届的应用数学知识竞赛提高到学校层面上,争取有领导挂帅,使活动的影响力显著增加。
第五,继续加强数学建模教学环节,给学生灌输正确的学习观念与目标,把参加数学建模竞赛获奖作为参加数学建模学习的副产品,而通过学习和参与的过程,把培养应用数学的素质和解决问题的能力作为真正的目标,真正实现全国大学生数学建模竞赛的宗旨:培养学生“创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争”。
数学建模教学是培养学生综合素质和能力的教学,不能停留在理论学习上,只有让学生真正参加到通过建立数学模型解决实际问题的过程中,才能真正体会到其中的苦与乐,才能真正有所收获。教师的任务在于创造机会和条件,让尽可能多的学生参加到数学建模的学习和活动中来。只有这样,才能使学生学好数学,学到有用的数学,数学教学改革才能落到实处。
二、如何在医药类高职高专院校开展数学建模活动
1.注重数学思维能力的培养
在《高等数学》的教学中,形成“用推理、重逻辑、偏应用”的方式思考问题。医药类高职高专院校的数学教学不能为了迎合应用教育观而一味地摒弃数学的推理过程,应有度的把握,适度地将推理过程直观和浅显化。教学尽量与医药学案例相结合,结合数学建模思想介绍微积分在医药学的应用,从而调动学生的学习积极性。我校从事高等数学教学的教师,结合医药类高职高专院校的特点和近几年的建模经验,于2012年编著了一本《医药应用高等数学》教材,每一章的内容安排都有3部分构成,第一部分是数学家简介,第二部分是微积分基本知识,第三部分是微积分在医药学中的应用,即医药领域简单的数学模型。通过近几年的教学实践发现,结合医药数学模型进行教学,不仅对学生进行了数学思维的培养,而且很大一定程度上提高医药专业学生对数学的学习兴趣。
2.注重应用能力的培养
数学建模中涉及到的许多计算都可以通过一些数学软件进行运算(比如求函数导数、微分、积分、T检验、方差分析、正交设计等),这类问题我们都可以结合Mathematica、SPSS或者Excel软件进行教学。数学的教学应当有两个目的,一是培养学生数学思维,二是提供学生解决问题的方法。事实上,软件的应用使得解决问题的方法简单明了,且更加适合高职高专学生的特点。尽管如此,但医药类高职高专院校的数学教学适合在某些章节利用软件实现题目的求解,并不是全部。由于缺乏实验室,我校教师在进行《高等数学》的教学时,结合Mathematica的智能手机版本进行教学,首先指导每一个学生在自己的智能手机上下载安装好Mathematica的APP,在学生学习完每一个知识点并完全掌握之后,让学生尝试进行Mathematica计算,从而不仅训练了学生的数学思维,而且还帮助学生掌握了一种新的数学软件。在进行《医药统计》教学时,首先对每一种统计方法的原理和计算进行详细讲解,并要求同学会面对具体的问题时会选择出合适的统计方法进行统计分析,最后指导学生通过SPSS或者EXCEL怎么进行统计分析,这样不仅使得学生掌握了统计学原理和方法,而且还掌握了相应的统计软件,真正体现了以应用型为导向的高等职业教育。
3.合理安排培训内容
为了让学生更好地参加全国数学建模竞赛,更为了让学生通过数学建模竞赛增强解决实际问题的实践创新能力,以及真正地将数学建模的思想方法应用于专业课程学习、专业问题研究,从而使学生成长为创新型人才,在进行比赛之前,要组织一个月左右的集训,时间主要实在暑假。培训过程中主要采用学生与教师角色互换的方法,即前一天教师将任务布置给学生,让学生以小组为单位在课后进行讨论,第二天先以小组为单位给其他各小组及老师进行汇报讲解,然后教师和学生一起讨论,互相取长补短,这样在很大程度上开拓了学生的创新思维。考虑到医药类高职高专学生已经学过《高等数学》和《医药统计》,并且已经掌握了基本的微积分理论和各种简单的统计分析方法,数学建模培训应以数学知识和方法为纵向,内容上主要包括包括线性代数、线性规划、优化、微分方程、计算方法、综合评价等,以及常用的数学软件Matlab、Mathematic、SPSS、Lingo等,培训时以问题为横向由易到难,由浅入深安排课程内内容。
4.全身心投入竞赛
对于医药类专业的高职高专学生来说,数学建模竞赛是一次“真刀真枪”的实战训练,也为优秀大学生创造了有利的条件,同时也为以后的专升本打下了坚实的基础。整个竞赛过程给参加过的学生留下了非常深刻的回忆,参加过竞赛的学生表示,不管竞赛的成绩如何,一定要动员学生认真参加培训、自学、讨论、竞赛的全过程,让学生全身心投入竞赛。我校是从2010年开始组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,并取得了优异的成绩,比如:2014年参赛队1队,获国家二等奖1项;2013年获参赛队1队,获省一等奖1项;2011年参赛队3队,获省二等奖1项;2010年参赛队1队,获省一等奖1项。
三、数学建模在创新型人才培养中的作用
现代教育思想的核心是培养学生的创新能力,而能力是在知识的教学和技能的训练中,通过有意识的培养而得到发展的。数学建模的整个过程通常是很难直接套用已现有的方法和结论,要完成数学建模,经常会涉及一些杂乱无章的数据,要求学生能够有效地对数据进行修复和筛选,并进行归纳、整理、分析和研究,这就需要学生拥有良好的建模思想和创造性的思维能力,组建出相应的数学模型,而建模方法和思想都是学生的原创性冲动,所以,在整个建模的过程能够唤醒学生进行创造性工作的意识,有助于学生创造性思维过程的培养。另一方面,在数学建模中,大多数问题没有现成的答案,没有固定的求解方法和参考书,更加也没有已经成型的数学问题,都是目前还尚未解决的问题,这就要求学生一开始就要自己进行思考和研究,学生必须具备创新意识和创造性思维,充分结合自己已经掌握的理论知识去巧妙地解决实际问题,这整个过程有助于学生创造力的提高。另外,在全国大学生数学建模竞赛中创新性被提到了一个新的高度,在竞赛论文的评阅过程中对于认定有突出创新点的论文才有可能获奖。数学建模的整个过程都是围绕着创新这个核心主题进行的,开展数学建模活动,增强了学生的自学能力、资料的查阅能力、计算机编程能力、论文的撰写能力、团队协作能力,这一切都有助于培养高职学生的创新能力。
中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)14-0132-03
一、引言
在北京,中国物流与采购联合会举办的一个专家论坛上,各位专家都普遍认为,物流管理人才的匮乏是制约我国物流业发展的“瓶颈”[1]。随着第一、第二利润源被各个企业挖掘殆尽,作为企业的“第三利润源”的物流的重要性就愈发凸显。为增强企业的竞争力,许多企业纷纷去各大高校找寻物流人才,却发现可用的物流管理人才寥寥无几。针对我国物流人才的巨大缺口,各个高校开设的物流课程的滞后性、学生所学与实际情况脱节难辞其咎。纵观各个高校开设的物流课程,学生所用教材滞后,无法适应当今知识经济时代知识更新换代的速度,此外,教材中的知识抽象难懂,无法激起学生的求知欲望,即便有部分W生通过自己的努力弄懂了书本中的知识,可是由于缺乏动手解决实际问题的能力,仍是无法实现高效专业教育的人才培养与社会需求的对接。
基于这样的背景下,通过教学改革让学生所学与社会实际相接,提高学生解决现实社会实际问题的能力的需求迫在眉睫。为此,本文通过理论联系实际的调查研究,对物流课程改革提出几个设想。
二、课程改革方式方法
(一)与物流企业相结合
毋庸置疑,培养物流人才的目的就是解决各个物流企业在现实中面临的问题,所以提高高校培养的适应性至关重要。高校可以通过聘请产业界专家为学校专业建设和课程教学进行咨询指导、为企业建立专业实习基地、与企业开展培训及技术项目合作方式与产业界建立稳定的联系,进行订单式培养,让学生上岗实训,在实践中积累经验[2]。
此外,通过实践,学生可以理论联系实际,更好地参透理论知识,并在实践中提高用理论知识解决实际问题的能力。
(二)与全国大学生物流设计大赛相结合
全国大学生物流设计大赛目的在于实现物流教学与实践相结合,提高大学生实际动手能力、策划能力、协调组织能力,促进大学物流人才培养模式、课程设置、教学内容和方法的改革,推动物流教学改革和科学研究,为全国高校搭建开放的物流教学改革及学术交流平台,建立社会群众宣传普及物流知识的平台,更好地培养和发现物流人才。
通过以上对全国大学生物流设计大赛的目的的解读,可以得知将物流的课程改革与其结合将大有裨益。举例来说,第五届“郑明杯”全国大学生物流设计大赛的案例13为郑明物流如何切入冷链零担物流市场,参赛学生可以充分调动自己所学的仓储、运输、配送等方面的知识来解决这个案例,提高学生动手能力、思考能力的同时,也能够提高学生对物流课程的兴趣,从而促进了学生对物流课程的学习。
(三)与数学建模竞赛相结合
自从1985年举办了第一届美国大学生数学建模竞赛,因其在培养学生创新能力,提高学生实践技能,拓展学生知识面的突出作用,各个组织也纷纷举办了自己的数学建模竞赛,如全国组委会和高等教育出版社联合举办的全国大学生数学建模竞赛、中国电机工程学会举办的全国大学生电工数学建模竞赛、校苑数模举办的亚太地区的数学建模竞赛等,数学建模的受众面上呈现出逐年上升的趋势。
推动教学改革是全国大学生数学建模竞赛宗旨之一,为了贯彻其宗旨,数学建模的赛题旨在要求学生用所学的知识解决实际的问题,比如2015年亚太地区的数学建模竞赛的A题题目为发展21世纪海上丝绸之路的影响,物流专业的学生可以通过调用自己所学的国际物流学等知识去解决这道问题,这不仅可以很好地巩固学生所学的知识,而且学生可以在查阅资料的过程中,扩大自己的知识面,也有助于学生对当今全球的国际物流形式有一个正确的认识,培养学生的国际化物流视角。
本科生通过参加数学建模竞赛,笔者认为有以下几点重要意义。
1.数学建模竞赛是大学生创新能力、实践能力和综合素质的重要检验指标,通过参加数学建模竞赛,学生在这几个方面的能力都可以得到提升。
2.学生参加暑期的数学建模竞赛,不仅可以提高自己的能力,而且在炎热的夏季在教室上课也是对自己意志品质的一种锻炼。以郑州大学为例,郑州大学每年都会对拟参加本年九月份全国大学生数学建模竞赛的同学进行暑期为期一个多月三个阶段的培训。以2015年为例,学校对拟参加本年9月份的学生进行了三阶段的培训,第一阶段为2015年月23日至2015年6月14日,培训时间为这期间的每周周末,培训内容为系统工程、运筹学、计算机软件等方面的知识。第二阶段为7月13日至7月18日,培训内容为往届建模案例分析,第三阶段为8月14日至8月29日,这阶段只要是进行竞赛的模拟训练,每训练完一道题,老师再给学生讲解思路,同学们也分享自己的做题经验。通过系统的训练,学生们可以在多个方面提升自己的能力。
3.由于数学建模竞赛是三人组成一个参赛队伍,队伍中的三个人一般来自于不同的院系不同的专业,由于专业背景的不同,学生的思维方式难免会有很大的差异,通过与不同院系的队友交流,学生不仅可以提高沟通能力、团队协作能力,还极有可能在团队交流的过程中碰撞出思想的火花。
4.竞赛的三天三夜是对大家拼搏精神和毅力的考验[3]。三天三夜的竞赛历程无疑是十分辛苦的。初见赛题的兴奋,选题时的激烈争论。然而,分析题目,弄清题意才是问题的关键。大家字斟句酌,各抒己见,直至说服别人或被别人说服,坚持是一种毅力,妥协亦是一种艺术。选择怎样的数学方法也是在争论和商讨中进行。接下来就是队长将任务进行分解,责任到人,分头查阅资料,上网搜集信息。竞赛的日日夜夜里已然分不清白天和黑夜,参赛队员们在教室里通宵达旦,不知是哪里来的劲头与精力。
竞赛最后的夜晚主要是修正模型、写摘要以及为模型润色的时间,这时也是参赛队员们最为疲惫的时候,有参赛队员在分享参赛体验时曾说:最后的一夜是最难忍受的,但是为了不给自己留下遗憾,还是在拼命坚持。队友们拿出各种方式来为整个队伍提神,咖啡、笑话,你能够想得到的提神方法都派上了用场。次日早晨,交卷了,队友们都深吸了一口气,庆幸自己不曾放弃,庆幸自己又一次战胜了自我,亦庆幸自己的这段比获奖更重要的经历为自己的人生画上了浓墨重彩的一笔。
(四)与科研项目相结合
随着大学人才培养目标的调整,科研在培养高层次创新人才的过程中具有重要的意义和作用[4]。
1.通过本科生科研,可以使本科生接触科学家,受到科研文化的熏陶的同时,也可以更加深刻的感悟科研精神。
2.通过本科生科研,可以使本科生掌握科研的方法,提高科研能力和探索精神。美国波杜大学教授万科特和奥雷维克孜指出:“本科生从事科研可以培养学生的实验技能、计算机技能、时间管理技能、特别是项目设计和按时完成任务的技能。每周一次的与导见面,可以培养学生非正式的口头表达能力,撰写科研报告是练习写作能力的好机会,参加会议正式宣读论文则有助于提高交流技巧。”
3.通过本科生科研,可以使本科生增强对课题学习的理解。
4.通过本科生科研,可以使本科生顺利进入研究生阶段的学习。本科生科研使学生受到早期科研训练,可以增强其接受研究生教育的能力和信心,也可以增强学生的竞争力以为接受美国卫生研究院资助从事过三年科研的学生说:“当我申请读研究生时,我肯定比其他申请人有优势。”另外,通过本科生科研,可以陶冶本科生的情感和人格,培养合作精神和技巧。
(五)与毕业设计相结合
毕业设计及其论文是高等理工科院校教学计划中的重要组成部分,是本科生在系统掌握专业知识和技术的基础上,按照规范化的研究程序与方法所进行的科研活动,是为学生参加未来工作所进行的科研准备,也是提高学生科研和工作能力的重要环节[5]。
毕业论文写作的质量与本科生专业理论的学习与实践,以及自身的综合运用能力密切相关。目前,高校许多学生专业基础知识不扎实,对专业核心知识没有宏观系统的框架;综合运用能力差,既无法做到知识间的融会贯通,又不能将理论与实践结合起来,缺乏创新精神。再者许多高校缺乏对学生专业论文写作的培养,本科生在进行毕业论文写作之前,很少进行相关学术论文写作的练习,加上许多学生缺乏文献检索能力和学术规范意识,盲目照搬或者断章取义,甚至抄袭剽窃的现象比较严重[6]。
通过本科生课程改革与毕业设计相结合,在以下几个方面将对学生有重要作用。第一,让学生提早认识何为毕业设计,消除学生对毕业设计的恐惧心理,让学生用一个正确的、平常的心态去面对毕业设计;第二,将毕业设计引入课堂,可以让学生提早为毕业设计做准备,避免最后在大四下学期一个学期中因时间匆忙而导致的毕业设计论文的质量低下问题;第三,可以让学生将课堂所学快速应用于实践,提高学生的理论联系实际能力的同时也提高了学生的综合素质。
三、结论
我国物流业发展迅速,社会和企业对物流人才的需求与日俱增,为弥补物流人才供需的巨大缺口,高校物流课程改革势在必行。只有通过不断探寻与完善我国物流人才培养模式,才能不断为社会和市场输送与国际接轨的、具有创新意识和实践能力的高素质物流人才,从而解决我国物流人才的供需矛盾,造福高校毕业生和社会。
参考文献:
[1]刘显波.第三方物流企业的人才支撑体系研究[D].北京交通大学,2010.
[2]张旭风等.物流企业人才需求与高校物流专业培养模式分析[J].研究与探讨,2009,28(1):53-54.
[3]韩成标,贾进涛.高职院校参加数学建模竞赛大有可为[J].工程数学报,2003,20(8):140-142.
[4]刘宝存.美国大学的创新人才培养与本科生科研[J].外国教育研究,2005,(12):39-43.
[5]沈赤兵.提高理工科本科生毕业设计质量探讨[J].高等教育研究学报,2007,30(2):49-51.