王義康，王航平

以數(shù)學建模活動為平臺培養(yǎng)理工科學生創(chuàng)新實踐能力

王義康，王航平

針對普通本科院校理工科專業(yè)教學實際，從解決創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的瓶頸問題入手，根據(jù)數(shù)學建?；顒拥奶攸c，構建理工科大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的實施方案。方案以數(shù)學建模為核心，將實際中的數(shù)學問題以案例形式融入課程教學、競賽集訓和科技創(chuàng)新活動，借助現(xiàn)代教育技術手段，運用啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅動式等教學方法，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力。

數(shù)學建模；理工科學生；創(chuàng)造力

教育部全面啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務［1］。發(fā)展創(chuàng)新教育、培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的人才是高等院校的重要使命，也是很長一段時期內高等教育發(fā)展的主要方向和最高目標。

目前在我國普通高等院校中，理科專業(yè)理論與實踐脫節(jié)、工科專業(yè)實踐實訓中數(shù)學綜合素質的缺失等問題日益突出［2］。因此，研究并構建一種依托基礎課程，多數(shù)專業(yè)學生均可參與、受益面廣、形式靈活、理論與實踐并重、集約高效、并融入現(xiàn)代信息技術的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)方法，是當今普通高校理工科人才培養(yǎng)過程中的一個重要探索方向。近幾年來，筆者所在學校以數(shù)學建模競賽為載體、以數(shù)學建模創(chuàng)新實踐活動為平臺，對理工科學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)進行了大膽的探索和實踐，逐步形成一條特色鮮明、科學務實、具有一定可移植性的理工科學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)方法。

一、理工科專業(yè)教學特點及創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

理科作為自然科學的典型代表，通過概念、法則、性質、公式、定律、假設、定理、原理等自然科學知識的傳授，培養(yǎng)學生科學的思想方法和良好的思考習慣。在傳統(tǒng)教學過程中注重方法的嚴謹和程序的規(guī)范，以邏輯思維訓練為主，創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)在一定程度上受到了抑制，理科大學生普遍表現(xiàn)為在創(chuàng)造性傾向方面較其它學科的大學生要低［3］。而其本質原因，是在理科專業(yè)培養(yǎng)計劃中，普遍表現(xiàn)為理論課程與實驗課程較多，內容比較抽象，教學方法也比較注重對抽象概念和原理加以解釋，偏重于理論科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，學生抽象思維和邏輯推理能力得到提升，但在紛繁復雜實際問題面前，卻顯得束手無策。在理科類學生中普遍存在著重理論輕實踐，重口頭、筆頭，輕動手的傾向。隨著社會對人才需求的多元化，這類學生由于創(chuàng)新實踐能力欠缺在就業(yè)中處于一定的劣勢。

工科是培養(yǎng)學生應用科學和技術的原理，來解決實際中的問題。工程師通過想象，判斷和推理，將科學、技術、數(shù)學和實踐經驗應用到設計、制造、對象或程序的操作中。工科的培養(yǎng)目標是在相應的工程領域從事規(guī)劃、勘探、設計、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級工程技術人才［4］。目前，工科培養(yǎng)計劃中，多數(shù)普通本科院校過于強調工程技術型人才的培養(yǎng)，加強工程實踐課程的比重，不惜通過減少學時的方法消弱數(shù)學、物理等基礎學科的教學，致使不少工科學生對學習數(shù)學的重要性和必要性了解不夠，對工科大學生需要具備的數(shù)學綜合素質不了解，這不僅影響這些工科專業(yè)后繼課程的教學效果，而且對學生將來在工程技術崗位上發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性也存在潛在性的影響。工程技術原理的表達和推理、工程設計與產品制作、工程技術的創(chuàng)新與研究都離不開數(shù)學綜合素質。

二、數(shù)學建?；顒拥奶攸c

數(shù)學建模是一門十分注重理論聯(lián)系實際的課程，有別于傳統(tǒng)的數(shù)學課程，著重對學生進行嚴格的數(shù)學理論和技巧的訓練，把對學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)作為主要任務，是實現(xiàn)與發(fā)揮數(shù)學應用功能的重要手段與途徑［5］。數(shù)學建模指的是構建數(shù)學模型的全過程，一般來說，數(shù)學模型可以描述為，對于現(xiàn)實世界的一個特定對象，為了一個特定目的，根據(jù)特有的內在規(guī)律，做出一些必要的簡化假設，運用適當?shù)臄?shù)學工具，得到的一個數(shù)學結構［6］。由此可見，數(shù)學建模活動開展過程中，讓學生從現(xiàn)實世界中抽象數(shù)學模型，尋找事物發(fā)展的內在規(guī)律，是一種知識的探索和發(fā)現(xiàn)的過程。

數(shù)學建?；顒又饕〝?shù)學建模課程的教學和與之有關的競賽和科技創(chuàng)新實踐活動，其主要特點表現(xiàn)為問題的多樣性、解決方法的靈活性、應用技術的先進性和知識需求的廣泛性。成功參與數(shù)學建?；顒?，一般需要學生具有較好的數(shù)學基礎和計算機應用能力，同時需要學生具有靈活的思維和快速學習的能力。理工科專業(yè)教學計劃中，普遍設置了一定比例的數(shù)學基礎和計算機應用等方面的課程，這為數(shù)學建?；顒拥拈_展提供了有利條件。因此在理工科學生中大力推行以數(shù)學建?；顒訛槠脚_的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)是切實可行的。

三、創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的實施方案

以數(shù)學建?；顒訛槠脚_，著眼于學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，構建較為完整的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)實施方案，方案的基本框架結構如圖1所示。

圖1 以數(shù)學建模活動為平臺的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)框架結構圖

以社會對學生應用能力的需求為導向，將實際中數(shù)學問題融入到課程教學體系、競賽集訓體系和綜合科技創(chuàng)新活動中，借助現(xiàn)代教育技術手段，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力，夯實數(shù)學基礎，提升數(shù)學素養(yǎng)。具體實施方案如下：

（一）將單一的數(shù)學建模課程拓展為數(shù)學建模課程體系和競賽集訓體系

以數(shù)學建模為核心，構建以知識集群為主的課程體系，如數(shù)學建模、數(shù)學軟件、數(shù)學實驗、運籌學、優(yōu)化理論與實踐等；以知識拓展和能力提升為主的集訓體系，如數(shù)學建模入門、基礎知識講座、提高專題講座、集訓綜合研討、大學生數(shù)學建模競賽指導等。形成以數(shù)學應用、程序設計、科學研究、綜合創(chuàng)新、系列比賽為一體的分層次、呈網(wǎng)絡結構的綜合科技創(chuàng)新活動體系。體系中的課程既有適合初學者的入門課，也有適合比賽需求的提高課，同時還有適合能力拓展和實踐需求的專題知識講座與軟件應用課程。

（二）將實際中的數(shù)學問題融入到課程教學、集訓體系和科技創(chuàng)新活動中

創(chuàng)新實踐教學與競賽指導團隊結合身邊實際，將身邊實際中的若干數(shù)學問題，進行簡化、加工、處理，凝練成為若干數(shù)學建模的教學案例，融入到課程教學、競賽集訓和科技創(chuàng)新活動中，吸引學生的興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造力，提升了學生實踐能力。如校車調度問題、食堂窗口優(yōu)化設計問題、校內移動售貨亭的設置問題、最優(yōu)排課問題和獎學金名額的公平分配問題等。

（三）運用啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅動式等多種教學方法

根據(jù)數(shù)學建模活動的特點，大力實施啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅動式教學方法，激發(fā)學生的創(chuàng)造力和求知欲，將被動學習轉變成為主動探究和自主學習，增強了學生的參與意識。

（四）將單一的學科競賽拓展成綜合科技創(chuàng)新活動

以數(shù)學建模為核心，構建綜合科技創(chuàng)新活動體系。涵蓋學生科研計劃項目、新苗計劃項目、程序設計大賽、開放實驗項目、數(shù)學建模系列比賽等，將單一的學科競賽拓展成為綜合科技創(chuàng)新活動。通過學生的廣泛參與，擴大了數(shù)學建?；顒拥氖芤婷?。

（五）利用網(wǎng)絡平臺等現(xiàn)代教育技術手段

理工科學生性格普遍比較內斂，很多學生不善于與他人交流和溝通。廣泛利用QQ群、課程網(wǎng)站、協(xié)會網(wǎng)站等網(wǎng)絡平臺，采用網(wǎng)上互動答疑、設置網(wǎng)絡討論組等多種教學手段和方法，增強了學生參與的靈活性，激發(fā)學生學習的積極性和解決問題的創(chuàng)造力。

（六）建設高水平的創(chuàng)新實踐教學與競賽指導團隊

構建一支職稱比例、學歷層次、知識結構合理，具有一定工程實踐和指導能力、教學與科研水平高的創(chuàng)新實踐與競賽指導團隊，發(fā)揮團隊在培養(yǎng)學生中的主導作用。團隊在教學設計、思路啟迪、作品評價等方面發(fā)揮著重要的作用。

四、創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)成效

筆者所在學校近3年參與數(shù)學建?；顒拥膶W生數(shù)顯著增長，學生在全國大學生數(shù)學建模競賽中所獲得的成績也得到大幅提升。自2009年以來，在全國、國際大學生數(shù)學建模競賽中，取得國家級以上獎項23項，省級獎65項，總獲獎率高達84%。

學校在2011年獲得資助受邀參加2011年“深圳杯”全國大學生數(shù)學建模夏令營活動，獲邀師生在活動中報告了論文作品，并獲得了優(yōu)秀論文獎，在兄弟院校中產生了強烈的反響。通過課程體系、集訓體系和創(chuàng)新實踐活動的設置與廣泛開展，學生創(chuàng)新能力、實踐能力得到大幅提升，綜合數(shù)學素質顯著提高?，F(xiàn)代教育技術手段的應用，使得全校理工科專業(yè)有近33%的學生參與數(shù)學建?；顒?，受益學生日益增多。近3年，學校在全國大學生數(shù)學建模競賽、國際大學生數(shù)學建模競賽中取得的成績，在省屬高校中處于領先位置。參與過數(shù)學建模競賽活動的學生中，有近80%的學生考入大院名校攻讀研究生；參與過數(shù)學建模活動的學生，在畢業(yè)設計、就業(yè)和考研中較其他學生具有明顯的優(yōu)勢。參與數(shù)學建模的學生中有47人次公開發(fā)表學術論文，有近1/3的學生參與各類創(chuàng)新科研計劃項目，并有多人次獲得授權實用新型專利和發(fā)明專利。與此同時，連續(xù)匯編印制學生參與數(shù)模活動心得文集《模路心語》《我的2011數(shù)模記憶》等，并拍制了多部數(shù)學建模活動記錄片，豐富了校園文化，有效提升了理工科學生的人文素質。

五、結語

實踐證明，以數(shù)學建?；顒訛槠脚_，大力拓展和優(yōu)化資源建設，充分發(fā)揮數(shù)學建模的輻射和傳動作用，構建獨具特色的理工科學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)實施方案，開展系列科技創(chuàng)新實踐活動，可以有效拓展學生知識面，激發(fā)學生學習的主觀能動性，增強學生自主學習意識和能力，提升學生的創(chuàng)新實踐能力。這為新時期高等教育大眾化背景下如何解決理科學生理論與實踐脫節(jié)、工科學生數(shù)學綜合素質缺失，培養(yǎng)理工科學生創(chuàng)新實踐能力，夯實工科學生數(shù)學理論基礎，提升工科實踐實訓中的數(shù)學思維和能力，落實實踐育人做出了一些行之有效的探索和實踐。

[1]周英.落實卓越工程師教育培養(yǎng)計劃大力培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才[J].中國大學教學，2011(8).

[2]戚業(yè)國.大學創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系改革的深層次思考[J].中國高等教育,2010(7).

[3]彭興躍.關于理科大學生創(chuàng)新素質培養(yǎng)的思考[J].廈門大學學報，哲學社科版，2006(8).

[4]王剛.工科教育模式的改革與實踐[J].高等工程教育研究，2011(1).

[5]姜啟源,謝金星.一項成功的高等教育改革實踐—數(shù)學建模教學與競賽活動的探索與實踐[J].中國高教研究,2011(12).

[6]姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學模型[M].北京,高等教育出版社,2010.

G642.0

A

1673-1999（2012）06-0176-02

王義康（1976-），男，安徽壽縣人，博士，中國計量學院（浙江杭州 310018）理學院講師；王航平（1959-），男，浙江舟山人，碩士，中國計量學院理學院副教授。

2012-01-05

浙江省教育科學規(guī)劃2012研究課題（SCG35）；浙江省新世紀教學改革與研究項目（ZC2010034）。