以競賽推進(jìn)數(shù)學(xué)建模課程化促進(jìn)大學(xué)生能力培養(yǎng)的實(shí)踐論文
摘要：本文從我校數(shù)學(xué)建模競賽推進(jìn)數(shù)學(xué)建模課程開設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，淺淡了數(shù)學(xué)建模促進(jìn)大學(xué)生能力的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)建模 數(shù)學(xué)建模競賽 大學(xué)生能力
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)的日益普及，數(shù)學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛和深入，數(shù)學(xué)科學(xué)的地位發(fā)生了巨大的變化，它正在從國民經(jīng)濟(jì)和科技的后臺(tái)走到了前沿。
把數(shù)學(xué)與客觀問題聯(lián)系起來的紐帶，首先是數(shù)學(xué)建模。應(yīng)用數(shù)學(xué)去解決各類實(shí)際問題，首先是建立數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實(shí)際問題的橋梁，是數(shù)學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的媒介，是數(shù)學(xué)科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化的主要途徑，數(shù)學(xué)建模在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要作用越來越受到數(shù)學(xué)界和工程界的普遍重視，它已成為現(xiàn)代科技工作者必備的重要能力之一。
一、以競賽推進(jìn)數(shù)學(xué)建模課程化
數(shù)學(xué)建模作為一門嶄新的課程在20世紀(jì)80年代進(jìn)入我國高校，蕭樹鐵先生1983年在清華大學(xué)首次為本科生講授數(shù)學(xué)模型課程，他是我國高校開設(shè)數(shù)學(xué)模型課程的創(chuàng)始人，1987年由姜啟源教授編寫了我國第一本數(shù)學(xué)建模教材。在八十年代后期開設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課或必修課只是少數(shù)老牌大學(xué)。但自1992年由中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)舉辦全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽（94年起由國家教委高教司和中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)共同舉辦）以來，隨著參加競賽高校的學(xué)生增加，各高校相繼開設(shè)了數(shù)學(xué)建模課程。2008年全國有31個(gè)省/市/自治區(qū)（包括香港）1023所院校、12846個(gè)隊(duì)（其中甲組10384隊(duì)、乙組2462隊(duì)）、3萬8千多名來自各個(gè)專業(yè)的大學(xué)生參加競賽。目前，在本科院校根據(jù)自己學(xué)校特點(diǎn)基本上開設(shè)數(shù)學(xué)課程。
我校從95年開始開設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課，到97年學(xué)校決定在原有的基礎(chǔ)上，從97級(jí)學(xué)生開始，在部分專業(yè)開設(shè)數(shù)學(xué)建模必修課，并同時(shí)對(duì)其他專業(yè)開設(shè)數(shù)學(xué)建模選修課。最初開設(shè)選修課是因?yàn)閰⒓訑?shù)學(xué)建模競賽的需要，選修的學(xué)生數(shù)較少，而且必須是往年成績較優(yōu)的學(xué)生才允許選修。我們通過以競賽為平臺(tái)，加強(qiáng)引導(dǎo)與指導(dǎo)，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。而且通過數(shù)學(xué)建模競賽，促進(jìn)了我校教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段的創(chuàng)新，參加過訓(xùn)練和競賽的學(xué)生們普遍感到，以往學(xué)多門課程的知識(shí)不如參加一次競賽集訓(xùn)學(xué)得全面和扎實(shí)。因?yàn)閿?shù)學(xué)建模競賽需要全面掌握本領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)，在深入理解、領(lǐng)會(huì)前人智能精髓的基礎(chǔ)上，敢于提出自己的想法和觀點(diǎn)。只有善于進(jìn)行創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)，善于對(duì)已知知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，注意知識(shí)積累的同時(shí)更注重對(duì)知識(shí)的處理和運(yùn)用，才能取得成功。隨著數(shù)學(xué)建模競賽在我校影響的增加，同時(shí)參加競賽過的學(xué)生能力的提高，要求選修數(shù)學(xué)建模課程的學(xué)生逐年增加，使得開設(shè)數(shù)學(xué)建模必修課有了一定的群眾基礎(chǔ)，同時(shí)開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程的目的也轉(zhuǎn)向了競賽與普及相結(jié)合，以提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力作為一個(gè)重要目標(biāo)。目前，已在自動(dòng)化、信息管理、統(tǒng)計(jì)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)、軟件、通信等專業(yè)的學(xué)生開設(shè)不同層次的數(shù)學(xué)建模必修課與限選課，同時(shí)仍然在全校開設(shè)不同層次的數(shù)學(xué)建模選修課。對(duì)于不同層次，理論教學(xué)學(xué)時(shí)分別為34、50、66學(xué)時(shí)，并輔以上機(jī)實(shí)踐訓(xùn)練，每年從當(dāng)初幾十名學(xué)生到目前每年近2000名學(xué)生修讀此課。為了進(jìn)一步提高實(shí)踐動(dòng)手能力，在軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息與計(jì)算科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程設(shè)計(jì)，取得了比較明顯的效果。
為了讓信息與計(jì)算科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生能更好的應(yīng)用計(jì)算機(jī)工具和數(shù)學(xué)軟件來解決各種實(shí)際問題，從2001年開始我們開設(shè)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為數(shù)學(xué)建模課程的補(bǔ)充和完善，并且目前面向全校開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課。為了進(jìn)一步推廣和普及數(shù)學(xué)建模，讓更多的學(xué)生了解和參與數(shù)學(xué)建模，在原開設(shè)多種課程基礎(chǔ)上，在學(xué)校以及教務(wù)部門的支持下，課程組于2000年起結(jié)合課程教學(xué)安排，在每年五月底舉辦全校大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽。該項(xiàng)活動(dòng)得到了全校學(xué)生的積極響應(yīng)，2009年有152個(gè)組，456人參賽。我校數(shù)學(xué)建模教學(xué)已經(jīng)形成了多個(gè)品種、多種層次、多種方式的教學(xué)格局。
二、數(shù)學(xué)建模促進(jìn)大學(xué)生能力的培養(yǎng)
數(shù)學(xué)建模活動(dòng)包括數(shù)學(xué)建模課程、數(shù)學(xué)建模競賽和數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程等方面。建模活動(dòng)本身就是一項(xiàng)創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，它既具有一定的理論性又具有較大的實(shí)踐性；既要求思維的數(shù)量，還要求思維的深刻性和靈活性。著名數(shù)學(xué)家丁石孫副委員長對(duì)數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)給予了很高的評(píng)價(jià)，他說：“我們教了幾十年的數(shù)學(xué)，曾經(jīng)花了很多力氣想使大家能夠認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)的重要性，但是我們沒有找到一個(gè)合適的方法，數(shù)學(xué)建模活動(dòng)是一個(gè)很好的方法，使很多的學(xué)生包括他們的朋友都能夠認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)的真正用處”。李大潛院士也曾說過：“數(shù)學(xué)建模活動(dòng)具有強(qiáng)大的生命力，并必將不斷發(fā)展、日臻完善”。很多高校從當(dāng)初為了競賽的需要，但隨著對(duì)數(shù)學(xué)建模對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)，數(shù)學(xué)教學(xué)改革的深入發(fā)展，許多普通高校都在積極思考，大膽探索，取得了許多可喜的成果。特別是對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)改革以數(shù)學(xué)建模為突破口，在教學(xué)體系、方法和內(nèi)容上都進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性的改革，已取得了突破性的成果。如改革教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)行研討式教學(xué)等，這也為數(shù)學(xué)建模網(wǎng)絡(luò)教學(xué)奠定了很好的基礎(chǔ)。我校從1997年開始，我校將數(shù)學(xué)建模的教育從面向少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚋嗟钠毡閷W(xué)生。越來越多的學(xué)生從數(shù)學(xué)建模的'學(xué)習(xí)中獲得了進(jìn)步，使數(shù)學(xué)建模教學(xué)在大學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)中日益發(fā)揮著巨大的作用。
1、促進(jìn)大學(xué)生邏輯思維能力與抽象思維能力的提高。建模是從實(shí)際問題到數(shù)學(xué)問題，從數(shù)學(xué)問題到數(shù)學(xué)解，從數(shù)學(xué)解到實(shí)際問題的解決，這一過程提高了大學(xué)生邏輯思維能力與抽象思維能力。
2、促進(jìn)大學(xué)生的適應(yīng)能力增強(qiáng)的。通過數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)及競賽訓(xùn)練，他們不僅受到了現(xiàn)代數(shù)學(xué)思維及方法的熏陶，更重要的是對(duì)于不同的實(shí)際問題，如何進(jìn)行分析、推理、概括以及利用數(shù)學(xué)方法與計(jì)算機(jī)知識(shí)，還有各方面的知識(shí)綜合起來解決它。因此，他們具有較高的素質(zhì)，無論到什么行業(yè)，都能很快適應(yīng)需要。
3、促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力。由于數(shù)學(xué)模型實(shí)際問題的廣泛性，大學(xué)生在建模實(shí)踐中要用到的很多知識(shí)是學(xué)生以前沒有學(xué)過的，而且也沒有時(shí)間再由老師作詳細(xì)講解來補(bǔ)課，只能由教師講一講主要的思想方法，同學(xué)們通過自學(xué)及相互討論來進(jìn)一步掌握。這就培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和分析綜合能力。他們走上工作崗位之后正是靠這種能力來不斷擴(kuò)充和更新自己的知識(shí)。
4、促進(jìn)大學(xué)生相互協(xié)作能力。在數(shù)學(xué)建模學(xué)習(xí)過程中，有大量的數(shù)學(xué)模型不是單靠數(shù)學(xué)知識(shí)就能解決的，它需要跨學(xué)科、跨專業(yè)的知識(shí)綜合在一起才能解決，當(dāng)今科學(xué)的發(fā)展也使得一個(gè)人再也沒有足夠精力去通曉每一門學(xué)科，這就需要具有不同知識(shí)結(jié)構(gòu)的人經(jīng)常在一起相互討論，從中受到啟發(fā)。數(shù)學(xué)建模集訓(xùn)、競賽提供了這一場所。三位同學(xué)在學(xué)習(xí)、集訓(xùn)、競賽過程是彼此磋商、團(tuán)結(jié)合作、互相交流思想、共同解決問題，使得知識(shí)結(jié)構(gòu)互為補(bǔ)充，取長補(bǔ)短。這種能力、素質(zhì)的培養(yǎng)對(duì)他們的科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。
5、促進(jìn)大學(xué)生分析、綜合和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。這是由數(shù)學(xué)建模的任務(wù)，目的所決定的。建模過程大體都要經(jīng)過分析與綜合、抽象與概括、比較與類比、系統(tǒng)化與具體化的階段，其中分析與綜合是基礎(chǔ)，抽象與概括是關(guān)鍵。而從數(shù)學(xué)解答與模型檢驗(yàn)而言，要求大學(xué)生所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)與計(jì)算機(jī)知識(shí)還有其它方面知識(shí)綜合起來，動(dòng)手去解決，根據(jù)計(jì)算結(jié)果作出合理的解釋。通過實(shí)踐，明白學(xué)以致用，提高了分析、綜合與解決實(shí)際問題的能力。
6、促進(jìn)大學(xué)生的創(chuàng)造能力的提高。在數(shù)學(xué)建模實(shí)踐中，大多問題沒有現(xiàn)成的答案、沒有現(xiàn)成的模式，要靠充分發(fā)揮自己（和隊(duì)友）的創(chuàng)造性去解決。而面對(duì)一大堆資料、計(jì)算機(jī)軟件等，如何用于解決問題，也要充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性。數(shù)學(xué)建模對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)造性的培養(yǎng)是很有好處的。
三、開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程取得的效應(yīng)
數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)十分有利于達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的育人目標(biāo)。我校開設(shè)的數(shù)學(xué)建模課程，在師資水平、普及程度、特色內(nèi)容建設(shè)、校內(nèi)競賽以及全國競賽等幾個(gè)方面，在國內(nèi)同類院校中處于領(lǐng)先地位，特別是每年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽中，我校都取得了良好的成績，而且在全國也有一定的影響，得到全國競賽組委會(huì)專家的充分肯定。
在教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面取得明顯成效。從最初的4名教師，逐步擴(kuò)大到涉及運(yùn)籌與優(yōu)化、微分方程、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算科學(xué)、最優(yōu)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等在數(shù)學(xué)建模中常用的學(xué)科方向的十多名教師，不僅解決了課程教學(xué)的需要，也促進(jìn)了教師教學(xué)科研水平的提高。
在課程設(shè)置研究方面。根據(jù)我們這樣一類學(xué)校的實(shí)際情況，我們?cè)诓煌瑢I(yè)的學(xué)生中開設(shè)了多種不同課時(shí)不同程度要求的數(shù)學(xué)建模課，滿足了各種不同程度不同水平的學(xué)生的需要。并在個(gè)別專業(yè)開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)必修課，同時(shí)面向全體開設(shè)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課，把數(shù)學(xué)理論教學(xué)與數(shù)學(xué)軟件以及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了很好的結(jié)合，進(jìn)一步豐富了數(shù)學(xué)建模教學(xué)的內(nèi)涵。以及在幾個(gè)不同專業(yè)中開設(shè)了數(shù)學(xué)建模課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有效地解決了大量一般學(xué)生如何加強(qiáng)數(shù)學(xué)實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)的問題。
在加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容與方法的研究與實(shí)踐方面，并取得明顯成效。除了選用合適的優(yōu)秀教材作為參考資料，更是投入精力編寫了適合我校的教學(xué)用書（即將在高教出版社出版）以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)材料。數(shù)學(xué)建模教學(xué)的目的是能夠讓學(xué)生知道到什么地方找什么工具來解決什么樣的問題，我們堅(jiān)持努力把研究式討論式的教學(xué)方法應(yīng)用到數(shù)學(xué)建模教學(xué)中去。2000年開始，每年結(jié)合春季的數(shù)學(xué)建模教學(xué)工作，在五月底進(jìn)行校內(nèi)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽。該項(xiàng)活動(dòng)推廣普及了數(shù)學(xué)建模教學(xué)，使更多學(xué)生的研究能力和實(shí)踐動(dòng)手能力得到了鍛煉，同時(shí)也有力促進(jìn)了數(shù)學(xué)建模競賽活動(dòng)在地方性普通院校中的開展，促進(jìn)了競賽水平的提高。
在教學(xué)改革方面。將數(shù)學(xué)建模思想融入到其他工科數(shù)學(xué)課程中去，并且在教學(xué)中注意強(qiáng)調(diào)討論式教學(xué)以及學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。
在同類院校樹范性方面。2003年，該課程被確定為浙江省首批省級(jí)精品課程。通過幾年的建設(shè)，已初步建成較有特色的課程資源。充分提升了網(wǎng)絡(luò)工具的輻射作用，一方面加強(qiáng)了我校數(shù)學(xué)建模教學(xué)和競賽工作，以及數(shù)學(xué)建模課外活動(dòng)的開展，另一方面對(duì)其他同類高校能起到較好輻射作用。另外，我校數(shù)學(xué)建模課程教師曾多次作為講課教師參加浙江省數(shù)學(xué)建模教練培訓(xùn)工作，多次應(yīng)邀到兄弟院校講課，也曾有多所院校到我校參觀調(diào)研。
通過幾年努力，完成數(shù)學(xué)建模教改研究項(xiàng)目《數(shù)學(xué)建模提高大學(xué)生綜合知識(shí)能力的探索與實(shí)踐》、《在工科院校中開設(shè)數(shù)學(xué)建模必修課和選修課的實(shí)踐》與《以學(xué)科競賽促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“四維互動(dòng)”模式研究與實(shí)踐》，三項(xiàng)成果皆獲得浙江省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。組織學(xué)生數(shù)學(xué)建模課外活動(dòng)的開展，申報(bào)“新苗人才計(jì)劃”、“創(chuàng)新杯”并取得成功。自1995年組織學(xué)生參加全國大學(xué)生建模競賽以來，共獲全國一等獎(jiǎng)25項(xiàng)，全國二等獎(jiǎng)41項(xiàng)，浙江省獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)42項(xiàng)，二等獎(jiǎng)48項(xiàng)，三等獎(jiǎng)41項(xiàng)。2006年至今共獲國際一等獎(jiǎng)8項(xiàng)，國際二等獎(jiǎng)14項(xiàng)。取得了省參賽高校與全國高校中的優(yōu)異成績。
通過參加數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)，很多學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和科研能力得到了顯著提高，在畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)和研究生階段的學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，得到用人單位和研究生導(dǎo)師的普遍認(rèn)可。從2001年至今獲得“計(jì)算機(jī)世界獎(jiǎng)學(xué)金”十幾位學(xué)生中，清一色在數(shù)學(xué)建模競賽中取得優(yōu)異成績。而且隨著數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)的不斷深入開展，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和各行業(yè)的用人單位逐漸對(duì)數(shù)學(xué)建模在實(shí)際中的應(yīng)用和人才培養(yǎng)中的地位和作用都有了新的認(rèn)識(shí)。目前，數(shù)學(xué)建模活動(dòng)在我校的開展，得到了越來越多同學(xué)的歡迎。數(shù)學(xué)建�；顒�(dòng)不斷走向深入，由階段性轉(zhuǎn)向日常教學(xué)活動(dòng)。在教學(xué)方面，由初期的只在優(yōu)秀學(xué)生與部分專業(yè)學(xué)生開設(shè)選修課，發(fā)展形成了多個(gè)品種、多種層次、教學(xué)格局；在競賽方面，由初期的只參加全國競賽，發(fā)展到既參加全國競賽，又將參加國際競賽，同時(shí)每年舉辦校內(nèi)競賽；在撰寫論文方面，由初期的只研究如何撰寫競賽論文，發(fā)展到現(xiàn)在與教師做課題與一般學(xué)術(shù)論文寫作，參加新苗人才計(jì)劃與創(chuàng)新杯等。
參考文獻(xiàn)
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