陳 昊，梅學(xué)婷

（淮北師范大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北235000）

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，帶動(dòng)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，由此進(jìn)入一個(gè)大數(shù)據(jù)（Big data）時(shí)代.大數(shù)據(jù)具有“4V”特征：（1）數(shù)據(jù)量大（Volume），數(shù)量級(jí)可達(dá)到ZB 級(jí)別；（2）輸入和處理速度快（Velocity）；（3）數(shù)據(jù)多樣性（Variety），數(shù)據(jù)的類(lèi)型從一般的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；（4）價(jià)值密度低（Value）［1-4］.人們?yōu)橥ㄟ^(guò)大數(shù)據(jù)更好地了解世界，從而改變世界，所以需要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并用一種精確的語(yǔ)言來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的某種特定現(xiàn)象.數(shù)學(xué)建模就是使用數(shù)學(xué)方法解決這種實(shí)際問(wèn)題的橋梁［5］.

1 大數(shù)據(jù)時(shí)代需要培養(yǎng)具備科研能力和創(chuàng)新能力的大學(xué)生

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)人才培養(yǎng)的要求更高，需要越來(lái)越多的創(chuàng)新型人才.《國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020）》提出“加強(qiáng)科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，鼓勵(lì)科研院所與高等院校合作培養(yǎng)研究型人才.支持研究生參與或承擔(dān)科研項(xiàng)目，鼓勵(lì)本科生投入科研工作，在創(chuàng)新實(shí)踐中培養(yǎng)他們的探索興趣和科研精神”［6］.由此可見(jiàn)，培養(yǎng)大學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度.高等院校是培育創(chuàng)新型人才的重要基地，因此，加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的鍛煉和培養(yǎng)必須引起足夠的重視和支持.當(dāng)前，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)融入到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)方面，數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用的能力對(duì)社會(huì)發(fā)展的制約也越來(lái)越凸顯出來(lái).這就要求培養(yǎng)的大學(xué)生不但要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，而且要有靈活的應(yīng)用數(shù)據(jù)的能力，即要培養(yǎng)出創(chuàng)新型的人才［7-8］.具有創(chuàng)新型的人才的一個(gè)顯著特征就是要具備良好的科研能力和創(chuàng)新能力.因此，在大數(shù)據(jù)背景下，培養(yǎng)具備良好的科研能力和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才顯得尤為緊迫，并具有非常重要的意義［9-13］.

人才的培養(yǎng)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需求，對(duì)大學(xué)生而言，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要鍛煉其科研能力和創(chuàng)新能力.怎樣才能培養(yǎng)大學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力呢？大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽正是基于這種需要，突破傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的框架，結(jié)合最新的、實(shí)用性的問(wèn)題，要求大學(xué)生短時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題，從而有利于大學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

2 大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽

進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代后，數(shù)據(jù)對(duì)人們的影響是無(wú)處不在的，如數(shù)據(jù)在城市智能交通系統(tǒng)、移動(dòng)通信行業(yè)、金融領(lǐng)域和城市規(guī)劃等方面均有廣泛的應(yīng)用.

全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽創(chuàng)辦于1992年，每年9月份舉辦，2007 年被列入教育部質(zhì)量工程首批資助的學(xué)科競(jìng)賽之一，已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng).2018年，共有來(lái)自全國(guó)34個(gè)省/市/區(qū)（包括香港、澳門(mén)和臺(tái)灣）及美國(guó)和新加坡的1 449所院校/校區(qū)、42 128隊(duì)（本科38 573隊(duì)、專(zhuān)科3 555隊(duì)），超過(guò)12萬(wàn)人報(bào)名參加本項(xiàng)賽事.

一年一度的美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽始創(chuàng)于1985 年，由美國(guó)數(shù)學(xué)及應(yīng)用聯(lián)合會(huì)（the Consortium for Mathematics and Its Application，COMAP）主辦，分為數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽（Mathematical Contest In Modeling，MCM）和交叉學(xué)科競(jìng)賽（Interdisciplinary Contest In Modeling，ICM）.是國(guó)際上參賽人數(shù)最多的學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng).2018年，共有來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、加拿大、印度、英國(guó)、西班牙、南非、韓國(guó)、越南、墨西哥、蘇格蘭、愛(ài)爾蘭、芬蘭、印度尼西亞等國(guó)家和地區(qū)的10 670支隊(duì)伍參賽.

縱觀歷年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本科組和美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽試題，其中不乏對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并建立數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題，如2017年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本科組“A題：CT系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定及成像”共有138 250個(gè)數(shù)據(jù)；2017年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本科組“B題‘拍照賺錢(qián)’的任務(wù)定價(jià)”共有4 788個(gè)數(shù)據(jù)；2012年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本科組“A題：葡萄酒的評(píng)價(jià)”有23 247個(gè)數(shù)據(jù)；2011年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本科組“A題：城市表層土壤重金屬污染分析”有3 828個(gè)數(shù)據(jù)；2010年全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽本科組“A題 儲(chǔ)油罐的變位識(shí)別與罐容表標(biāo)定”有5 528個(gè)數(shù)據(jù).2019年美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽“C題：阿片類(lèi)藥物危機(jī)”有240 630個(gè)數(shù)據(jù)；2018年美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽“C題：能源生產(chǎn)”有424 795個(gè)數(shù)據(jù)；2016年美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽“C題 優(yōu)質(zhì)基金挑戰(zhàn)”有51 754個(gè)數(shù)據(jù).由此可見(jiàn)，大學(xué)生需要具備一定的大數(shù)據(jù)分析和處理能力.如何培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新性的處理和運(yùn)用數(shù)據(jù)呢？大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽顯示出強(qiáng)有力的作用.

3 依托數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽培養(yǎng)大學(xué)生的科研和創(chuàng)新等方面的能力

數(shù)學(xué)建模的研究對(duì)象通常是生活中的實(shí)際問(wèn)題，尤其是熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題.解決這些問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，需要學(xué)生具備理論聯(lián)系實(shí)際的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力、語(yǔ)言表達(dá)的能力等.大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為大學(xué)生培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新能力提供非常好的平臺(tái).

3.1 培養(yǎng)大學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力

數(shù)學(xué)建模的過(guò)程中首先要將具體的實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題，然后建立數(shù)學(xué)模型.在這個(gè)過(guò)程中需要大學(xué)生將所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)、理論與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，避免出現(xiàn)理論和實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象.目前，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，很多新的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支相繼涌現(xiàn)，促進(jìn)數(shù)學(xué)在物理學(xué)、生物學(xué)、金融學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用.通過(guò)參加大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，學(xué)生根據(jù)數(shù)學(xué)理論建立數(shù)學(xué)模型，能夠深刻體會(huì)到應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，提升其將理論應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的能力.我國(guó)首家數(shù)學(xué)建模公司（北京諾亞數(shù)學(xué)建模科技有限公司）的創(chuàng)辦者，多次參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，在此過(guò)程中體會(huì)到數(shù)學(xué)的重要應(yīng)用價(jià)值，畢業(yè)后以數(shù)學(xué)建模的應(yīng)用為方向組建自己的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)［14］.

3.2 培養(yǎng)大學(xué)生的科研能力

培養(yǎng)大學(xué)生的科研能力是指大學(xué)生需要具備發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，并對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析和思考的能力.雖然大學(xué)本科學(xué)生的科技競(jìng)賽活動(dòng)、學(xué)術(shù)競(jìng)賽活動(dòng)、學(xué)術(shù)交流活動(dòng)多種多樣，但是基于數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為平臺(tái)的科研能力培養(yǎng)模式，是各類(lèi)活動(dòng)中效果最為明顯的［15］.通過(guò)在本科生中開(kāi)設(shè)數(shù)學(xué)建模課程，培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的興趣，激發(fā)學(xué)生參與科學(xué)研究的熱情，使其具備初步科研能力.鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類(lèi)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，如“深圳杯”數(shù)學(xué)建模挑戰(zhàn)賽、Mathor Cup高校數(shù)學(xué)建模挑戰(zhàn)賽、全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽和美國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等，在競(jìng)賽過(guò)程中鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、活學(xué)活用的能力，開(kāi)闊學(xué)生的視野，提升學(xué)生的科研能力.對(duì)于參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的學(xué)生，指導(dǎo)他們根據(jù)建模競(jìng)賽的成果撰寫(xiě)科研論文，使他們的研究?jī)?nèi)容轉(zhuǎn)化成研究成果.從淮北師范大學(xué)10余年的參加建模競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，曾經(jīng)參加過(guò)建模競(jìng)賽的學(xué)生，從查閱參考文獻(xiàn)、收集資料到撰寫(xiě)畢業(yè)論文，較未曾參賽的學(xué)生有明顯的優(yōu)勢(shì).

3.3 培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是社會(huì)進(jìn)步與民族進(jìn)步的靈魂，是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭源泉.培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，需要理論知識(shí)、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展［16］.數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽是用數(shù)學(xué)的理論、方法去解決實(shí)際問(wèn)題，數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的題目涉及到金融管理、工程技術(shù)、運(yùn)籌優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘等各個(gè)領(lǐng)域.參賽學(xué)生需要將實(shí)際問(wèn)題抽象化，做出合理的假設(shè)，探索事物之間的規(guī)律，建立起可以解決問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型.在此過(guò)程中，需要學(xué)生發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，具有開(kāi)闊的視野、善于獨(dú)立思考的精神和發(fā)散的思維能力，能夠觸類(lèi)旁通地解決具有實(shí)用性和挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情、創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)意識(shí)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造能力.在大數(shù)據(jù)時(shí)代，需要提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力，這也關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量，以數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為平臺(tái)，可以增強(qiáng)大學(xué)生的科學(xué)研究能力、學(xué)術(shù)能力和創(chuàng)新能力.

3.4 培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神

在信息和技術(shù)日新月異的大數(shù)據(jù)時(shí)代，團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神對(duì)大學(xué)生的成長(zhǎng)和成才具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽以團(tuán)隊(duì)參賽，每支隊(duì)伍3人，在競(jìng)賽過(guò)程中每個(gè)人既要有分工也要有合作，隊(duì)員間要相互配合，遇到問(wèn)題時(shí)要相互討論集思廣益，為取得良好的成績(jī)，必須要充分發(fā)揮個(gè)人智慧和團(tuán)隊(duì)合作精神.因此，積極參加各類(lèi)建模競(jìng)賽，可以很好的鍛煉大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和相互間的團(tuán)隊(duì)合作精神.

3.5 培養(yǎng)大學(xué)生的自學(xué)能力、查閱文獻(xiàn)資料和使用文獻(xiàn)資料的能力

全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的時(shí)間為3 d，美國(guó)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的時(shí)間為4 d，參賽隊(duì)伍需在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交一篇符合要求的科技論文.這就要求參賽大學(xué)生在競(jìng)賽時(shí)間內(nèi)，快速查閱有效的文獻(xiàn)資料，快速自學(xué)文獻(xiàn)資料，并創(chuàng)造性地使用文獻(xiàn)資料進(jìn)行數(shù)學(xué)建模.在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的過(guò)程中，需要用到很多相關(guān)學(xué)科的理論，通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)的自主學(xué)習(xí)，有效利用資料，快速掌握問(wèn)題的本質(zhì)，完成數(shù)學(xué)模型的建立.為以后繼續(xù)學(xué)習(xí)，鍛煉查閱、使用文獻(xiàn)的能力和自學(xué)能力.

3.6 培養(yǎng)大學(xué)生學(xué)術(shù)論文寫(xiě)作能力

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的結(jié)果要以科研論文的形式提交.在撰寫(xiě)論文的過(guò)程中，需要制作各種圖和表，涉及各種數(shù)學(xué)軟件的應(yīng)用，同時(shí)要有較好的語(yǔ)言表達(dá)能力，最后還要對(duì)論文結(jié)構(gòu)、排版進(jìn)行設(shè)計(jì).2018年淮北師范大學(xué)參賽隊(duì)伍中，已在大學(xué)學(xué)報(bào)發(fā)表論文1篇，錄用2篇.通過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，較好地培養(yǎng)大學(xué)生的科研論文寫(xiě)作技能.

3.7 培養(yǎng)大學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力已經(jīng)成為大學(xué)生必須具備的基本技能.在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽過(guò)程中，很多時(shí)候數(shù)據(jù)的處理必須要借助計(jì)算機(jī)，數(shù)學(xué)模型的求解也往往要編程.因此，參加建模競(jìng)賽的學(xué)生需要熟練運(yùn)用Matlab、SPSS、SAS、Lingo、公式編輯器等數(shù)學(xué)軟件，熟練掌握word（WPS）、Excel等基本工具的應(yīng)用技巧.通過(guò)參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，可以非常有效地鍛煉大學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力.

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)相得益彰.在數(shù)學(xué)建模過(guò)程中，需要發(fā)揮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、探索精神、批判精神，也需要在知識(shí)、方法、應(yīng)用等方面有所創(chuàng)新.通過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，學(xué)生初步了解科學(xué)研究的過(guò)程，具備基本的科學(xué)研究素養(yǎng)以及基本的學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作能力.數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為培養(yǎng)大學(xué)生的科研、創(chuàng)新等綜合能力提供良好的平臺(tái).