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中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)29-0278-03
全國大學生數學建模競賽是由教育部高教司與中國工業與應用數學學會聯合舉辦的一項全國性的基礎學科競賽,目的在于培養學生運用數學知識和方法來分析問題、解決問題進而處理實際問題的能力。特別是培養學生從實際問題中抽象出數學模型的能力、計算機編程能力、團隊協作和科技論文寫作能力,同時推動大學數學基礎課的教學改革。這項賽事從1992年開始,全國各高校師生積極參與,競賽的規模不斷擴大,參賽學校從1992年的79所增加到2013年的1326所,參賽隊數從1992年的314隊增加到2013年的23339隊。重慶理工大學從1995年開始組織學生參加全國大學生數學建模競賽,取得優異成績,到2013年累計獲得全國一等獎13項,二等獎59項,重慶賽區組織獎4項,重慶賽區優秀指導教師23人次,競賽成績名列重慶賽區前列。本文根據我校多年的參賽經驗,就數學建模競賽的組織和培訓做一總結和探討。
一、數學建模競賽組織
1.領導重視,經費落實。正如數學建模競賽的宗旨是團隊精神一樣,我校從1995年開始參加數學建模競賽起,歷年來十分重視競賽的組織工作;由教務處牽頭成立了包括各二級學院副院長、教務處長的學科競賽領導小組,負責競賽的學生組織、培訓和競賽場地的協調及相關經費的落實等工作。由數學與統計學院為主成立數學建模競賽教練組,承擔競賽的具體組織工作。學校主管教學的校長多次就數學建模競賽有關工作做批示,指示要全力以赴做好數學建模競賽各項工作,從經費上支持數學建模競賽的開展,并詢問各項工作的進展落實情況。競賽和培訓期間,校領導和教務處經常到培訓和競賽場地指導工作,聽取參賽師生的意見,解決具體的困難和問題,同時各二級學院和相關單位也對競賽的各方面如假期學生培訓場地和學生住宿落實,圖書資料借閱等方面提供支持,共同搞好競賽組織與協調工作。
2.全面動員,廣泛參與。數學建模競賽的目的是培養學生創新思維和解決實際問題能力,提高人才素質,吸收更多的同學參加,讓更多的同學受益。為了擴大數模競賽在學生中的影響,最大范圍地吸引學生參與該項賽事,我們主要開展了以下三方面的工作:①組建數學建模協會。從大一開始高等數學課教師就會在課程中向學生介紹全國大學生數學建模競賽,同時在課程教學過程中引入數學建模的案例,使學生對數學建模競賽有一個初步的認識。每年十一月通過數學建模協會大力宣傳我校在歷年競賽中所取得的成績,發展新會員,到目前為止,該協會已有600多位會員。派數模教練對協會工作進行指導。②組織全校性的報告會。邀請國內數學建模的專家進行有關數學建模的講座。③采取各種手段和渠道宣傳數學建模。為促進我校大學生數學建模競賽的深入開展,學校制定了《重慶理工大學關于開展全國大學生數學建模競賽活動的實施辦法》、《校級數學建模競賽章程》,對數學建模競賽規則、組織形式和學生獎和組織獎的評獎方式等方面做出了具體的規定和要求,進行政策激勵。通過以上活動的開展,吸引了許多優秀學生參加數學建模競賽。
二、數學建模競賽培訓
由教務處和學校數學建模競賽教練組負責競賽的培訓工作。具體流程如下:第一階段:每年3~5月由教練組教練開設全院選修課《數學建模技巧》。講解數學建?;A知識,激發學生對數學建模的興趣。5月上旬舉行重慶理工大學校級數學建模競賽,通過競賽選拔優秀學生參加第二階段的培訓。第二階段:5月中旬~6月下旬,進行數學建模提高培訓。完善學生的建模知識體系,增強學生數學修養,增強問題分析、建模和求解的綜合能力。第三階段:8月中旬~賽前,組織參加全國大學生數學建模競賽的隊員暑假強化培訓。主要強化學生以下幾方面的能力。
1.強化計算機編程和相關數學軟件使用的能力。
2.強化學生從互聯網獲取資料的能力。
3.強化學生科技論文寫作的能力,進行專門的培訓和指導。
4.強化學生的團隊協作能力。實踐證明,隊員之間配合的默契程度直接關系到競賽的成功與否,通過模擬競賽及答辯對三名參賽隊員進行團隊合作訓練。
三、數學建模競賽組織和培訓的體會
1.數學建模競賽提高了學生的創新精神和綜合素質。數學建模競賽的賽題工程技術、管理科學和社會熱點問題簡化而成,參加數學建模競賽需要學生掌握數學建模的基礎知識如微分方程模型、數學規劃模型、概率模型、統計回歸模型等,具備計算機編程能力和科研論文寫作能力,因此數學建模競賽本身就是學生綜合能力提高的過程。數學建模競賽由于它的競賽賽題、組織形式和評判標準,適合培養有創新精神和綜合素質人才的需要,收到廣大學生的歡迎。學生們普遍反映,通過參加數學建模競賽,提高了知識分析和解決實際問題的能力,培養學生的合作意識和團隊精神。
2.推動了大學數學基礎課程的教學改革。①教學思想和教學內容的改革。數學建模競賽為大學數學基礎課程教學改革找到了突破口。從大學數學教學思想上說,培養大學生的綜合素質有兩個方面:一是通過分析、邏輯推理或計算能夠正確地求解數學問題,即對已有的數學模型用所學的數學知識進行求解;二是對所研究的實際問題,根據研究對象的特征,做必要、合理的簡化假設,用數學語言描述研究對象的內在規律,建立實際問題的數學模型。將數學建模思想融入到大學數學基礎課程的教學過程中是對加強對各方面能力培訓的很好方法。因此在數學課程的教學過程中我們強調了數學建模思想的突出作用,注重從實際應用背景中引入數學的基本概念和基本定理,并強調用如何所授數學知識解決實際問題。②教學方法和手段的改革。教學方法上引入案例教學。具體的做法是給出實際問題的相關背景資料、帶著所要解決的問題,講解相關的數學理論和方法,再用此方法解決實際問題。選擇案例的思路是:要有鮮明的教學目的性、趣味性、高度的擬真性、代表性,求解不太復雜。使學生從解決這些問題入手,從中體會應用數學知識解決實際問題的技巧和樂趣。教學手段上可采用多媒體教學。多媒體技術的運用,加大了信息量的傳授,尤其是在案例教學方面。同時為了直觀體驗數學實驗的過程與技巧,采用實驗軟件演示教學方法,形式直觀、生動、易理解,提高了教學效果。③教師隊伍建設。數學建模競賽培訓是一項涉及面廣,勞動量龐大的工作,建設一支高水平、高素質的教師隊伍是做好數學建模競賽培訓的保證,也是取得全國數學建模競賽優異成績的基礎。我校從1995年組織學生參加全國大學生數學建模競賽開始,先后有30多位教師參加了學校的數學建模競賽教練組。通過組織學生參加數學建模競賽,對學生進行賽前培訓和賽后總結,使教練的學術水平、教學水平和科研能力得到了提高。建設了一支以中青年教師為骨干的優秀數學建模教練團隊,為我校參加數學建模競賽取得優異成績做出了貢獻。近年來,校數學建模競賽教練組承擔國家級和市級教改項目6項,發表教研論文30余篇,獲得校級教學成果一等獎兩項。
四、進一步的思考
1.如何使學生在后繼課程的學習中,以及參加工作后在工作中繼續發揚參加數學建模競賽中所培養到的團結協作和創新精神,并開花結果?
2.如何構建一套適合普通工科院校教育特點數學建模教育模式,加大數學建?;顒拥氖芤婷??
3.如何在不額外增加數學基礎課程總學時的基礎上,將數學建模的思想和方法有機地融入到大學數學基礎課程的教學中去?
4.如何對參加全國競賽的學生進行英語論文寫作及建模水平的再培訓,使學生在美國大學生數學建模競賽中取得好成績?
參考文獻:
[1]李蘇北.以學科競賽為載體,推動課程建設與學生創新能力培養[J].大學數數學,2009,25(5):8-11.
[2]李大潛.中國大學生數學建模競賽[M].北京:高等教育出版社,2007.
[3]王義康,王航平.數學建模競賽培訓策略研究[J].重慶科技學院學報,2010,(3):196-198.
(成都師范學院數學系,四川 成都 611130)
【摘要】本文總結了筆者組織開展數學建模培訓以及組隊參加全國大學生數學建模競賽的實施方案和培訓經驗總結,并結合大學階段的高等數學教學,探討了如何更加有效的開展大學數學建模競賽并將競賽培訓的有關經驗應用于大學數學教育之中。
關鍵詞 數學建模;數學模型;競賽培訓
全國大學生數學建模競賽是由教育部主辦的全國高校規模最大的課外科技活動之一。本項比賽目的在于激發學生學習數學的積極性,提高學生建立數學模型和運用計算機技術解決實際問題的綜合能力,鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動,開拓知識面,培養創造精神及合作意識,推動大學數學教學體系、教學內容和方法的改革。我校每年11月組織學生報名,隨著比賽的逐年舉辦,學生的熱情也是日漸高漲。通過近幾年的培訓參賽,我們再歷年的比賽中取得了一些成績,同時也有更多經驗值得總結探討。
1 領導高度重視建模競賽活動
此次建模競賽中取得的成績和學校、教務處、學生處以及數學系等領導的重視是密不可分的。數學系成立了數學建模競賽工作小組組織安排此次競賽活動,學校以及教務處給予此次活動更方面的支持,親自動員并多次親臨現場看望學生,學生處領導積極解決暑期學生生活方面的各項苦難,數學系領導親自參加競賽的培訓工作,細心了解學生及培訓教師的情況并積極解決,使得此次活動能順利圓滿的進行。
2 選拔優秀學生組隊培訓和競賽
數學建模競賽的主角是參賽學生,選擇參賽學生的成功與否將直接影響到參賽成績。我們于每年11月啟動了全校規模的報名活動,為使學生更好的了解數學建模以及數學建模競賽,數學系指導教師在報名之前進行了“走進數學建?!敝黝}講座。學生報名熱情高漲,積極半報名參加。
選拔分為預賽和復賽兩個階段。主要圍繞以下三個方面選拔參賽隊員:首先要對數學建模有濃厚的興趣;其次,要有創造力,勤于思考,用于創新并且有扎實的數學功底,能熟悉操作計算機;最重要的還要有團隊合作意識。經過預賽以及復賽共選拔出30-40名同學進入競賽培訓名單。
3 科學系統的培訓方法
此次競賽培訓共分兩個階段進行。第一階段從每年3月至月,培訓教師利用周末時間向學生講解數學建模的一些基礎知識,包括:Matlab的使用;學生欠缺的知識(如運籌學,概率統計等);常用數學模型(如規劃模型,微分方程模型,回歸模型,層次分析法等)。經過第一階段的培訓,學生已經具備的初步的數學建模能力,具備了參加數學建模競賽的基礎。
第二階段從8月至9月,數學系對參賽學生進行了暑期培訓。經過第一階段的培訓,有33名同學進入了暑假培訓班。按照比賽要求,每三人一組,分本科專科組,共十余隊,其中本科組四隊,??平M七隊。由于比賽在9月初進行,暑期培訓就顯得尤為重要了。由于我校暑假的特殊情況,學生的食宿等各項問題都需解決。數學系領導及時與學生處以及各部分協調,解決了學生的生活困難,保證了培訓的順利進行。在本階段培訓以模型的案例分析為重點,主要從近年競賽真題出發,通過對試題的分析,討論,加深對數學建模的認識,同時學習了競賽論文的寫作規范。為了讓學生更好的準備比賽,數學系還邀請了四川省數學建模競賽閱卷專家來校對培訓教師以及學生進行指導。通過本階段的學習,學生已經具備了參加數學建模競賽的能力。
由于數學建模競賽需要大量用到計算機,數學系在培訓期間對學生全天開放數學系實驗室,并有培訓老師現場指導,以便學生更好的學習和練習數學建模的相關知識。
4 組建一支專業的培訓教師隊伍
在數學建模培訓中,培訓教師是核心。指導教師保證培訓效果和競賽成功的關鍵因素。為此,數學系從本系老師中抽調了專業教師組成指導教師組,制定培訓方案,組織學生培訓。從3月份集訓開始,到9月份比賽結束,指導教師放棄了周末以及暑假的休息時間進行培訓。尤其是暑假近一個月的培訓,在高溫的情況下給學生上課,所有的老師都是任勞任怨,從未有過一個老師爭報酬,講價錢。為了最后的比賽,和學生一起在暑期奮戰。
5 重視參賽工程的指導
在學生參賽過程中,指導教師的及時指導是學生完成競賽的保證。主要體現在以下方面:一是做好參賽學生的心理指導,比賽是在連續72小時內完成的,并且要和同組的隊員合作,對學生的心理和生理都是極大的挑戰。有很多學生中間會有放棄的心理,此時需要指導教師的鼓勵和關心。指導教師細致的思想工作,在整個培訓過程中不斷強調團隊合作的重要性,這些都是學生順利完成比賽的保證。二是做好論文細節方面的指導。論文格式的規范與否與能否獲獎息息相關。在競賽的最后階段,指導教師會提醒學生注意論文格式,并親自幫學生檢查論文格式是否符合要求,論文題目、摘要、
關鍵詞 是否合適,
參考文獻格式是否正確,論文是否完整等各方面問題。這些細節是論文是否取得好成績的關鍵。為了更好的指導學生參加比賽,數學系在比賽期間抽調了十余名教師在比賽三天中對學生全天進行指導。
6 競賽培訓與大學數學教育相結合
數學建模競賽想取得優異的成績不僅要依靠競賽培訓,更重要的是學生要對數學產生濃厚的學習興趣。現在,很多學生對數學興趣不高,主要是由于學生對所學到的知識無法學以致用。數學建模恰好是一個數學知識的實際應用,在這個平臺上,大學生們不僅僅是運用數學方法和計算機技術解決實際問題,更重要是鍛煉了他們分析問題、解決問題的能力。因此,經過近幾年的競賽培訓,我們總結了建模中一些和高等數學密切相關的實例,在高等數學的教學中融入相關知識,使學生體會到數學的真正樂趣。同時,在線性代數以及概率論與數理統計等課程中融入相關數學軟件的應用,增強知識的應用性,同時為數學建模打下良好基礎。
數學建模是數學走向應用的必經之路,是利用數學方法解決實際問題的一種模式,數學建模是一種微型科研的過程,是進行研究性學習的一種有效組織形式。我國從1992年開始由教育部高教司和中國工業與應用數學學會舉辦的全國大學生數學建模競賽已成為我國高校規模最大的課外科技活動。數學建模競賽提供了學生接觸現實問題的一個平臺,這對學生把所學的數學、計算機和其他專業知識用于實踐提供了舞臺,培養了學生分析問題、解決問題的能力,鍛煉了學生的創造力、想象力、思維發散能力和創新性思維能力。
將數學建模思想融入高等數學教學是經實踐證明的必要且可行的教學方法,這對于推動高等數學教學方法的改革、提高高等數學的趣味性、應用性和教學效果具有深遠的意義,全國數學建模競賽組委會李大潛院士表示“我們要開展數學建模競賽活動,努力將數學建模思想融入數學類主干課程,讓學生在學習知識的同時,有發現和創造的過程”。將數學建模思想融入到數學主干課教學指的是在數學教學中突出數學思想的來龍去脈,揭示數學概念和公式的實際來源和應用,恢復并暢通數學與外部世界的血肉聯系,它的意義在于打破了原有的高等數學課程只重視理論,忽視應用的教學內容安排,它在整個高等數學的教學過程中給學生展示了一個完整的數學,同時也訓練了學生的思維推理能力。使學生不僅學到了數學知識,而且增長了應用數學知識解決實際問題的本領。這對于培養學生的創新思維和數學應用能力,提高數學建模競賽的競賽水平,提高高等數學的教學質量都具有重要的現實意義。
由于數學建模競賽對學生的數學水平和科研能力提出了進一步要求,并且據競賽組委會介紹,目前在全國大學生數學建模競賽中數學專業的學生僅占10%,參賽的非專業學生占了多數,所以通常準備參加競賽的學生都要參加學校組織的競賽培訓。那么,學生如何更有效地學習數學建模,教師如何對學生進行競賽培訓才能使數學建模競賽在培養學生應用創新能力、促進大學數學課程教學改革等方面發揮更大的作用呢?本文將探討如何使圍繞數學建模競賽開展的一些列教學活動在以下兩方面都發揮更大的作用,一方面是將數學建模思想融入數學公共課程從而提高高等數學教學水平,另一方面是通過開展合適的教學培訓活動提高數學建模競賽水平。方法就是改革數學建模競賽的培訓模式,摒棄僅通過短期培訓追求某次競賽成績的功利心理,制定長期的競賽培訓計劃,使圍繞競賽開展的一系列教學活動在教學改革和數學建模競賽活動中達到相互促進共同提高的作用,實現良性循環,這將是一個值得深入研究的問題。
黑龍江八一農墾大學圍繞數學建模競賽開展了大量的教學活動,經過多年的教學實踐和不斷地研究探索,在數學建模競賽的培訓策略和模式方面積累了不少經驗,并且經過長期實踐驗證了這些方法不但有利于提高學生學習數學的效率和興趣,同時對于提高競賽成績也是有效的。尤其是近幾年學生參加數學建模競賽的規模增長迅速,參賽學生幾乎遍及全校各個專業,學生的學習程度、興趣愛好等差異性增大;各類數學建模競賽的試題類型都更趨向于專業性強、交叉性強、復雜性強的新特點。為解決數學建模競賽所面臨的新問題新挑戰,需要對數學建模競賽培訓進行更深入的研究,制訂數學建模競賽培訓的新模式,這種新方法充分考慮到在高等數學課程中潛移默化的融人數學建模思想這個策略,使學生可以更好地了解數學知識的來龍去脈,建立學數學用數學的思想,提高學生的數學綜合素質,同時通過這樣的教學活動讓學生了解數學建模競賽,再配合后期的競賽培訓活動從而達到通過數學建模競賽提高學生綜合素質的目的。
二數學建模競賽培訓的新模式
為了讓學生通過圍繞數學建模競賽開展的教學活動增強解決實際問題的實踐能力,提高數學課程的學習效果和興趣,將數學建模的思想方法應用于專業課程的學習和專業問題的研究中去,也為了讓學生更好地參加各類數學建模競賽,對數學建模競賽的培訓體系和策略進行了深入研究,采取“三步走”的競賽培訓策略,在培訓過程中抓住一條“時間線”,循序漸進的進行數學建模知識和方法的講授和訓練,從大一開始對學生的數學建?;顒影凑张嘤栍媱澾M行按部就班的培訓,從而使數學建模競賽真正的起到為教學服務的目的。本文介紹的競賽培訓新模式的具體結構框架如圖1所示,具體步驟為:
第一步:“潤物細無聲”――將數學建模思想融入高等數學課程。在保持高等數學課程原有體系和教學學時基本不變的前提下把數學建模思想融人到高數教學中去,一方面可以激發學生的學習高等數學的興趣,解決高等數學抽象性強、學生在學習過程中感到枯燥無味的問題。另一個方面也讓學生感受到數學模型的無處不在和數學思想方法的無所不能,充分調動學生應用數學知識解決實際問題的主動性,從而激發學生對數學建模的興趣和熱情,提高學生學數學和用數學的能力,提高數學建模競賽水平。
具體的做法是在高等數學課教學過程中有計劃地適當滲透數學建模思想,在保持高等數學課程原有體系不變的情況下,在數學概念和定理的引入和應用中融入建模思想。首先,數學概念來源于實際需要是數學思維的細胞,在數學概念的教學中融人數學建模思想就是要講清楚概念產生的來龍去脈以及數學思維過程,例如定積分的概念本身就是一個完整的數學建模過程,在講解概念的過程中有意識的滲透數學建模的思想和方法,不僅能使學生記住概念,更重要的是使學生真正了解到問題的本質,培養了建立數學模型解決實際問題的思想。同樣,定理的講解在高等數學的教學中也占有非常重要的地位,在諸如微分中值定理的應用、最小二乘法的應用等內容中都非常適合融人數學建模思想。把這些數學建模思想融入高等數學教學作為數學建模競賽培訓的一部分,制定周密的培訓方案,寫出具體的培訓計劃,選用合適的培訓教材,編寫高等數學應用問題案例。通過這些教學方法和理念的改革可使學生的洞察力、想象力和創造力得到培養和提高,為學生架起一座從數學知識到實際問題的橋梁。
第二步:“更上一層樓”――根據一條“時間線”安排數學建模競賽輔導。為了讓學生了解和掌握更多的數學知識和方法,從而更好地參加各種數學建模競賽,我們按競賽的時間分別組織三次培訓,每年4月針對東北三省數學建模聯賽組織大二學生參加東北賽培訓,每年暑假針對全國大學生數學建模競賽組織全國賽培訓,每年1月組織針對美國大學生數學建模競賽的美國賽培訓。采用這種階段性培訓方式,根據培訓的時間,在每個培訓階段都制定不同的培訓目的,設計不同的培訓計劃,選擇逐漸深入的培訓內容,并針對學生具體情況采用自編教材。真正做到因材施教,體現階段性遞進的培訓模式。首先,在最開始的在東北賽培訓階段主要講授數學建模的過程和建?;痉椒ǎ琈atlnb軟件的基本命令以及科技論文的寫作等,在這一階段的培訓中各種建模方法不要求學生熟
練掌握它的過程和具體的求解方法,而是要了解這些方法是解決什么問題的?常用于哪些現有的模型中?這種方法對所求問題有哪些要求?它的輸入和輸出變量都有哪些?到真正用的時候可以在查閱資料現學現用,這一階段培訓的重點是要培養學生根據需要獲取知識的興趣和能力,以及對數學建模的思維和過程的了解和熟悉。在全國賽培訓階段主要補充數學建模的理論知識,繼續介紹Lingo/Lindo軟件、SASS軟件等數學軟件的使用,并進行模擬訓練強化數學建模競賽氛圍和過程。這一階段要求學生熟練掌握線性規劃、多元統計、插值擬合、微分方程、圖論等常用的數學方法,同時了解如排隊論、系統模擬等方法,培養學生發現問題、分析問題、應用數學知識建立數學模型解決實際問題的實踐能力和上機實驗的動手能力。針對美國賽培訓主要強化學生的科技英語的閱讀、寫作能力。訓練學生對外文文獻的檢索和閱讀能力,學習了解所學學科的國際前沿的研究動態,提高自己的科研能力和意識。
第三步:“反饋再提高”――賽后研討,修正數學建模競賽培訓方案。注重賽后總結,是逐步提高競賽成績的有效方法。每次競賽結束以后,首先由指導教師針對賽題進行分析與講解,幫助學生深入理解問題,然后由各隊根據所做結果查找論文工作中的不足,并展開對問題的深入探討,以小組討論的形式進行交流,使討論班上不同的思想火花不斷地進行碰撞、交融,所有小組都能夠通過討論而達到共同進步的目的。同時通過開會總結本年度的競賽工作,參加競賽學生交流競賽經驗、心得體會、開大會表彰、獎勵獲獎學生等系列活動,及時發現競賽培訓工作中的問題,總結經驗,從而推動學校高等數學課程的教學改革,培養學生應用數學知識解決實際問題的能力,為逐步提高競賽成績打下良好的基礎。
另外,結合數學建模競賽培訓的過程和參加競賽中遇到的問題,對數學建模競賽培訓模式進行深入研究,探討數學建模思想融入高等數學課程的實施方法,改進培訓方案中的不足,增刪培訓內容,修正培訓計劃,完善數學建模競賽培訓體系。
總之,通過對數學建模競賽培訓模式的研究與實踐,構建了新的數學建模教學體系,該教學體系融數學建模理論學習、計算機軟件學習和競賽過程于一體,通過對數學建模教學體系的實施,促進大學數學課程的教學改革,實現將數學建模思想融入高等數學課程的目的,并最終實現其他專業課程的教學改革。實踐證明圍繞數學建模競賽開展的教學活動能夠為學生更好地參加數學建模競賽提供了平臺,并且能夠在促進大學數學課程的教學改革,實現將數學建模思想融入數學類課程方面發揮更大的作用。
參考文獻
[1]劉振文,趙廣宇,王崇陽.淺談數學建模競賽對大學生能力的培養與鍛煉[J].才智,2011(32):232.
[2]李大潛,將數學建模思想融入數學類主干課程[J]中國大學數學,2006(1):4-8.
【關鍵詞】數學建模;職業教育;高等數學;教學改革
一、引言
數學建模競賽是用數學的符號、數學結構對實際問題的近似描述,是關于部分現實世界為一定目的的抽象、簡化的數學結構.目前在我們國家,各大高校為了提高學生的綜合素質以及實際解決問題的能力,紛紛組隊參與數學建模競賽,通過這項賽事,我們也發現了很多當前數學教學方面的缺失.
二、通過數學建模競賽,促進高等數學教學改革的途徑
本文從數學建模競賽分析了高職數學教學改革的三個重要方面:1.適當調整原有的教學內容;2.開設數學建模課;3.增加數學實驗.
(一)適當調整原有的教學內容
現行的教材已經不能充分地體現現代數學的方法和數學建模的思想,內容陳舊,選用的實例不符合現代社會的實際工作的需要.例如,(1)在函數的極值和最值內容部分,最值問題實際上就是簡單的優化問題,近幾年來,數學建模競賽題也大多為優化問題.增加方面的課時非常有必要,通過“廣告與利潤”關系問題的解決,可看到做廣告太多、太少均不能產生最大利潤,作為多元函數最值的推廣,介紹一些最優化方法及一些數學模型,另外還可以介紹導數經濟方面的應用,適當引入邊際函數、邊際需求等概念.(2)在微分方程中可適當介紹初步的穩定性理論,并結合微分方程(組)介紹一些實現生活中人們所遇到的實際問題,這部分知識與高等數學知識聯系很大,學生比較容易理解,但需要進一步討論模型解的穩定性,需要適當增加微積分方程的穩定性理論,這樣學生才會對微分方程模型有個比較全面的認識.
(二)開設數學建模課
數學教學不僅是為了要讓學生掌握準確快捷的計算方法與嚴密的邏輯推理,更要培養他們利用數學方法與各種知識去分析、解決實際問題的意識和能力.顯然,傳統的數學教育偏重于前者,而開設數學建模課程則是對加強后者大有裨益的嘗試.大學生的數學建模活動注重數學建模的過程和解題思路,注重所建立的數學模型的實際效果和應用,對于計算機編程要求很高,對各種數學難題的計算也有著很高的要求.
許多大學生認識不到數學的重要性,常常困惑于“數學何用”的問題.他們在學習了一系列數學課程諸如微積分、線性代數、概率統計、微分方程等等之后,卻依然無法深刻地領會并廣泛地應用它們.問題的關鍵就在于他們幾乎從未切身參與到知識的形成與應用過程之中,而開設數學建模課程則能很好地彌補這個缺憾.建模是一種思維創造的過程,參與其中,學生能感受到數學的生機與活力,能體會到數學應用的深度與廣度,如此可激發他們學習數學的興趣和應用數學的積極性.因此,數學建模課程的開設與發展勢在必行.
(三)增加數學實驗
數學實驗是以數學理論與實際問題為載體,利用現代教學手段和數學軟件,通過一些數學問題和實際問題的計算機模擬和數值計算,將數學知識、實際問題與計算機應用有機結合起來,讓學生初步掌握利用數學軟件分析和解決數學問題的能力.因為數學實驗課的特殊性,我們要充分利用計算機運算速度快的優勢,幫助學生將所學的數學知識與計算機相結合,促進數學的教學.
數學實驗區別于傳統的數學課,特點就是從問題出發,把學生置身于情境之中,在講述理論的同時,要研究算法,還要在計算機上實現計算,得出結果并在計算機上進行驗證.也就是說,首先,學生要對實際問題進行分析,提煉成一個數學模型,然后,決定采取一定的算法,使用相應的數學軟件,在計算機上編程計算,最后,將結果代回到實際問題中討論、分析、驗證.數學實驗的題目一般都具有開放性,學生能對問題進行推廣,甚至問題的結果具有不確定性,給學生充分的聯想空間,以發揮他們的聰明才智,在提高分析問題、解決問題能力的同時,讓學生體會發現和創造的樂趣.開設這門課程,要充分利用多媒體教學手段,講授和學生動手實驗相結合,以實驗為主.在講清所涉及的理論知識后不要急于給出結果,要讓學生在實驗中去觀察,自己發現規律.要鼓勵學生建立自己的描述語言,提出猜想.鼓勵用不同的思路和方法去研究所遇到的問題.
數學建模與數學實驗課是實施素質教育的有效途徑,它既增強了學生的數學應用意識,又提高了學生運用數學知識和計算機技術分析和解決問題的能力,提高了學生的創新能力.
三、結束語
今天的高等職業教育已近成為中國高等教育的半壁江山,其作用和地位是毋庸置疑的,對加快中國的現代化建設有著積極的意義.本文對高職院校計算機專業開設的高等數學課程與計算機專業培養的目標之間的矛盾進行了分析,并就此提出了一些解決問題的措施,對高等職業教育計算機知識中數學教學改革有著積極的探索意義.
【參考文獻】
[1]劉翌.從數學建模競賽談高職數學教學改革[J].教育與職業,2006(14):155-157.
1 贛南師院科技學院學生參賽積極性不高的原因
1.1 數學建模競賽的推廣范圍不強
贛南師院科技學院共7個系,其中一個理科系,一個文理兼招今年剛成立的系,其他系分別是音體美,以及文科相關的系。在往年的參賽中,參賽學生都來自唯一的理科系中的數學與計算機專業的學生。
1.2 學生的實際操作較少,應用較少
我國近幾十年流行的思想是學生只要聽老師的話、認真看書、考試并且只要有個好成績、成績排名靠前,只管學習就行,其它什么都不要做都行。在這種思想的引導下,學生很少做除了學習之外的事情,更少接觸到把學到的知識運用到生活中去解決問題。在讀大學之前大部分學生都沒參加實踐過,即使在讀大學之后,不到學校外面參加社會實踐的人也不在少數。在這種情況下,學生接觸知識面單一,思維得不到訓練,當參加數學建模競賽面對賽題的解決實際問題,面對賽題的內容知識結構多樣性,涉及很多方面時,就會產生嚴重的挫敗感,這樣形成一個惡性循環,致使嚴重削弱學生參加數學建模競賽的積極性。
1.3 學生的合作探究能力較弱,團隊精神不強
現階段的獨立學院的學生很大部分是獨生子女,是在家里長輩的百般呵護下,成長起來的孩子,大部分眼里只有自己沒有他人,遇事多只考慮自己不考慮他人,雖然數學建模競賽是一種競爭,但這并不是一種單打獨斗式的競爭,而是以3人團隊的形式參賽雖然隊員之間有比較明確的分工,但他們之間還必須要有高度的合作探究和有效的溝通,發揮團隊的作用,如果合作探究能力較弱、團隊精神不強,那么思維就會受到局限、創新能力就較弱,就得不到很好的培養,拿不到好的成績,致使嚴重削弱學生參加數學建模競賽的積極性。
1.4 學校競賽的激勵機制不太合理,經費提供較少
數學建模競賽相對于其他競賽,獲獎難度更大,獲獎面更小,但是目前贛南師院科技學院的獎金制度中,數學建模競賽獲獎者所獲獎金遠比難易程度小得多的電腦知識賽更低,甚至還不如校有獎學金高。自從2011年學生參賽獎金制度改革以來,數學建模競賽經常面臨基本上是大一學生參賽的狀況。
1.5 學生的吃苦耐勞精神不強
數學建模競賽的賽期一般為三天三夜,在比賽期間經常會面臨熬夜。而在賽前的暑假里,贛南師院科技學院會組織專業的老師給學生進行為期三十至四十天的強化培訓,暑假天氣炎熱,教學環境一般,致使學生參賽一次后就不再參賽。
2 學生參賽積極性不高的應對策略
2.1 做好組織宣傳工作,提高師生對數學建模競賽的認識
通過網站和資料室等平臺,對獲獎作品進行宣傳和展示,讓學生和老師隨時了解大學生數學建模競賽的情況,促進師生的積極性,利用學院的網站和資料室,開辟一個專欄,對數學建模競賽進行宣傳,并把歷屆競賽獲獎作品的相關資料進行展示。利用數學建模競賽協會,定期組織活動,協會負責數學建模競賽活動的宣傳,如張貼海報、校報、展板、條幅、校廣播臺等;請參賽的老師和學生開設講座,了解最新動態;定期舉辦學術討論活動和小型競賽;組織項目申請、項目支持、項目檢驗等;進行跟蹤宣傳,不僅能聽到獲獎賽后感言,更能了解這種國際性賽事的進行程序,如何選拔、歷經了艱辛又堅持的過程,讓數學建模競賽成為獨立學院應用型創新人才關注的話題。
2.2 實行教學方式多元化,充實課外實踐活動
把課程教學活動與數學建模競賽活動聯系起來,構建數學建模競賽與課程體系和教學方式緊密結合,使數學建模競賽內容深入到日常教學活動中,使數學建模競賽成為日常教學活動的有益補充。將與數學建模競賽相關的課程納入到校公選課中,供全校不同學科的學生選修。數學建模競賽不是理工科學生的專項競賽,吸收更多跨學科跨專業學生學習數學建模競賽相關課程。同時,充分利用學生的課外活動時間和寒暑假時間進行數學建模競賽與應用實踐活動相結合,開展社會調查、專題調研、項目開發,走出校門到工廠到企業進行實地考察和現場學習,將所學的理論知識與實際相結合。還可在學院內部或兄弟院校之間舉行中小型數學建模競賽,讓學生對自己發現的問題進行自主選題,試驗題目的可行性,選擇多種解決方法,自行設計與制作,為學生提供一個充實課外活動,豐富創新實踐的舞臺,較好地培養了學生的組織能力、自我管理能力、團隊意識等綜合素質。
3 建立健全數學建模競賽激勵機制,調動師生的積極性
3.1 創立創新學分制度。建立創新學分制度,這是激勵數學建模競賽活動持續開展的內在動力。學院制定學分認定管理辦法,明確規定通過數學建模競賽培訓或競賽獲獎可以認定相應的公共選修課程學分。
3.2 調整競賽獎勵制度。學院可針對競賽的級別、獲獎的難易程度、獲獎面等綜合考慮后給出競賽的獎勵制度。
Abstract: Taking the mathematical modeling contest for the effective carrier, by optimizing the personnel training programs, and improving operating mechanism of discipline competition, by means of construction of innovation education base to develop students practical and creative abilities, and improve creativity and overall quality of students.
關鍵詞:數學建模競賽;載體;培養;創新能力
Key words: mathematical contest in modeling;carrier;culture;ability
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)11-0016-01
0引言
隨著社會發展,數學的應用在各個領域發揮越來越重要作用,社會對于數學的需求除了一些數學家和一些研究數學的人員外,更需要的是那些能在日常工作中熟練的使用數學思維去發現問題并解決問題的人才,他們能夠運用數學知識熟練的解決在實際生活中遇到的問題,帶來經濟和社會效益。應運而生的數學建模恰好符合了這一歷史需求。數學建模就是從復雜的實際問題進行分析,發現其中的可以用數學語言來描述的關系或規律,把這個實際問題化成一個數學問題,建立數學模型的過程。對數學建模競賽與創新能力的培養,已有不少學校的老師對其進行了研究并應用于教學[1-4]。
1數學建模競賽的特點
我國自1992 年舉辦全國大學生數學建模競賽,已有十七年的歷史,現在它已經成為了我國高校最重要的學科競賽之一。數學建模競賽是以用數學技術解決實際問題為主題的,競賽題目涉及到社會的各種行業,具有很高的實用性。競賽題目并沒有唯一的答案,而是需要參賽人員在短時間內,通過對題目的研究思考迅速的得出自己的結論并形成論文。在這一過程中,需要學生綜合運用想象,直覺思維、猜測、轉換、構造等能力。而這些能力的綜合運用正是高校應用型人才培養目標所要具備的基本特征,能培養學生的創新能力。
2數學建模競賽與大學生創新能力培養的關系
創新以人的創造性勞動為載體,外顯為人的某些行為特征和能力,通過人的創造性勞動而從內在的意識存在狀態物化為外在的物質存在狀態。創新是一個民族的靈魂,是一個國家興旺發達的不竭動力,創新也是網絡時代的根本要求和本質特征,培養學生的創新精神,不是對基礎知識的否定,更不是不要基礎知識的教學;創新不是異想天開,新知識的發現是在扎實的基礎上,運用創造思維能力,通過艱苦的探索和努力才能獲得。所以,創新精神的培養是全面素質教育的一個重要部分,高校舉辦數學建模競賽的初衷是為了提高學生綜合素質,培養學生創新能力,構建解決實際問題的思維意識,從人才培養的角度,數學建模競賽主要側重于考察參賽者利用所學知識解決實際問題的能力,強調創新意識和思維亮點,是一條培養高素質和創新能力人才的重要途徑。
3數學建模競賽在創新人才培養中的意義
數學建模活動包括數學建模課程、數學建模競賽和數學建模試驗課程等方面。建?;顒颖旧砭褪且豁梽撛煨缘乃季S活動,它既具有一定的理論性又具有較大的實踐性;既要求思維的數量,還要求思維的深刻性和靈活性。
4通過數學建模教學與競賽培養學生創新能力的措施
4.1 從低年級的數學課程教學中就滲透建模思想,培養學生的建模興趣講課時盡量從問題出發,注重數學思想的體現,這樣逐漸給學生滲透一種數學來源于生產實踐,再應用于生產實踐的概念,學習數學是為了解決問題的。這樣也自然地將數學建模活動和數學教學有機地結合起來,并在教學中更好地體現了素質教育的思想。
4.2 在專業設置中體現應用能力的培養目標我們將數學建模與數學實驗課作為數學類專業的必修課和理工農經管等專業的公共任選課進行開設。使用模塊化教學,數學建模教學團隊的老師各自負責一塊對學生進行教學,提高課堂教學的效果,為學生打好數學基礎能利用數學軟件解決一些實際問題。
4.3 抓好數學建模課程教學的兩個階段第一個階段是開設數學建模課,學習一些數學建模的基礎性的知識,接觸一些簡單的實際問題和數學模型,體會數學模型課程的基本內容、基本方法和基本要求。第二階段數模競賽暑期的強化培訓,它的廣度和深度都要高于第一個階段,主要是提高學生利用數學知識解決實際問題的能力,當然這要在教師的指導下進行。
4.4 設立了校數學建模協會與數學建模研究小組校數學建模協會每年舉辦校內數學建模競賽,請專家進行建模講座,這些貼近學生的具體活動,宣傳了數學建模和思想,培養學生興趣,并為選拔優秀學生奠定了良好基礎。通過數學建模協會的宣傳與發動成立數學模型研究小組對往屆的真題進行研究,對一些實際問題進行研究,從而培養學生的創新能力。
4.5 結合數學建模與挑戰杯大學生課外學術科技作品競賽每年我們組織數學建模研究小組,每一個小組研究一個實際問題,然后把研究成果成文參加挑戰杯大學生課外學術科技作品競賽,收到很好的效果,能培養學生利用數學解決實際問題,從而提升他們的創新能力。
4.6 結合數學建模與大學生研究性學習與創新性實驗計劃立項 通過數學建模研究小組的研究,指導教師的參與,對某一課題進行研究,根據研究的深度進行討論,如果能繼續研究,我們鼓勵學生申報大學生研究性學習與創新性實驗計劃立項,爭取資金進行進一步研究,達到培養學生創新能力的培養。借助于數學建摸競賽、教師課題以及學生創新活動,以輔導、講座、討論會、課外實踐為載體,將數學建模的教學推到更高層次。該層次主要任務是教師設立研究方向,學生自覺探索資料和實際勘測,并由教師把關,完成對地方經濟有價值的學術成果。
4.7 通過數學建模賽后的總結與反思提升學生創新能力數學建模是一種綜合訓練,可以培養學生綜合應用數學進行分析、推理、證明、計算的能力,組織、協調、管理的能力,交流表達的能力、寫作的能力, 當然最關鍵的還是豐富的想象力和敏銳的洞察力。
參考文獻:
[1] 李蘇北,以學科競賽為載體 推動課程建設與學生創新能力培養,大學數學,2009,25(5):8-10.
關鍵詞:數學建模;團隊建設;教學方法
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)43-0206-02
《數學建?!氛n程教學體系是指《數學建模》及其相關實驗課程的總稱,它是自1994以來在全國普遍開展“大學生數學建模競賽”的活動中而逐漸產生的一個新的課程教學體系,它的特點是理論聯系實際特別是非數學領域,知識面較廣,具有探索性。當今各高校非常重視數學建模這項競賽活動,但是多數學校忠實的是成績而不是讓大多數的大學生受益,存在著普及度不夠、受益面較小的問題。意識到《數學建模》課程教學體系在一般院校的教學現狀,我們將來又應怎樣做呢?又如何去成立和建設優秀的數學建模教學團隊呢?本文從大連海洋大學學生參加大學生數學建模競賽的實踐過程探討了農科院校數學建模課程及創新團隊的建設。
一、我校的數學建模課程建設
1.我校數學建模課程實踐教學過程中的問題。我校是以水產養殖、生物技術、海洋漁業等農科專業為特色專業的學校。學校于1996年開始參加全國大學生數學建模競賽,1999年我校由李盛德教授首次開設數學建模公共選修課,課程學時48學時。2003年我校開設了信息與計算科學專業,在以前數學建模課程基礎上,對信息計算科學專業設置數學建模、MATLAB課程。我校1996年~2003年每年有五六隊參賽到2004年為10隊,2006、2007年以來每年有15隊參加全國大學生數學建模競賽,2002年首獲全國二等獎1隊,這個成績也使得數學建模課程選修的學生人數急劇增加。大學生通過選修數學建模課程和數學建模競賽的實踐,增強了在其專業知識的學習中的數學應用意識和創新能力。例如:數學建模課程教學中布置與實際問題相關的課題讓學生在課外查找數據、參考文獻討論解決,一方面讓學生時刻關注身邊周圍的生產、生活實際問題、自己本專業問題,考慮如何將這些實際問題轉化為數學問題,并建立數學模型解決之。我們布置的這些和學生自己專業結合的問題,學生興趣濃厚并且很快給出了解決問題的較有效方法,對學生以后進一步學習專業課程和實踐具有重要的指導意義。在數學建模課程及數學建模競賽取得成績的同時,也存在著一些實踐中期急需解決的問題,如:數學建模課程必修只有2個班級,另外我校對公共選修課程在2005年進行了改革學時由48降到了32,學校教學資源緊張數學建模選修課又不能進行實踐只有理論的教學等諸多原因,造成選修學生人數逐年減少以至于課程選不上,這與數學建模競賽的成績、整體發展水平是不相稱的。
2.數學建模課程建設的建議。(1)擴大必修面,增加選修課程的上機實踐。建議學校在課程設置上應增加一些專業把數學建模課程設置為必選課或是必修課;進一步加強對數學建模課程及其競賽的宣傳,讓學生充分認識到學習數學建模課的重要作用,鼓勵學生參加數學建模選修課程。課題組準備申請選修課程設置的改革方案,使得更多的學生參加到課程學習中來,使得數學建模的教學更好地進行。(2)在教學中應改變傳統教學模式,采用電子教案加黑板的教學方式,上課采用啟發式和探討式的教學方法。進行考核改革,考核中主要考核學生的應用能力和創新能力。(3)重視實踐環節,提供合理的時間和物質條件?,F在選修數學建模選修課程的學生只有理論教學沒有上機課程,使得課程教學非常困難,亟待解決數學建模教學的上機課程。(4)數學建模BP網絡教學平臺的建立和完善。通過網絡教學平臺使學生更快更好地了解數學建模課程以及數學建模競賽。
二、我校數學建模教學團隊的建設
1.目前我校數學建模教學團隊建設中的問題。(1)數學建模教學團隊組建的方式存在問題,作者在2001年畢業開始從事數學建模競賽的培訓工作,由于我們數學教研室教學任務繁重,師資較少,所以在以前數學建模團隊中主要由3名教師組成。(2)數學建模教學團隊建設功利性較強,人員流動性較大,一些教師為了完成學校的各項考核或者是作者的邀請,臨時加入到競賽團隊,數學建模知識和指導能力是比較缺乏的。另外在數學建模競賽團隊中,指導教師付出較多得到的較少,使得一些教師剛參加進來就退出了。(3)數學建模教學團隊功能單一,數學建模競賽團隊中的教師不應該僅是競賽的指導者,而更應該是科研的實踐者。因為教學、競賽與科研是互相補充、互相促進的,好的教學效果為競賽培養了創新能力較強的科研工作者,因此這些較適合學生參加到科研工作中來。
2.我校數學建模教學團隊建設中的實踐做法。(1)競賽團隊人員的優化,確定團隊的幾個主攻方向,通過和數學教研室教師的溝通了解、教師的主動參與組建了一支數學建模教學團隊。團隊中教師的專業面較寬有運籌學的、計算數學的還有應用數學的;團隊中1名教授,名(這里是多少名,請核實原文)副教授,3名具有博士學位或在讀的博士;團隊中教師以青年教師為主具有較強的工作能力。(2)開展一系列以數學建模為背景的創新實踐,結合數學建模競賽,團隊查找若干各專業相關數學建模問題,培養學生的課堂理論學習轉入課后實踐的能力。另外在數學建模競賽結束后,讓學生繼續進行題目的深入研究,鼓勵學生、指導學生,在以后的挑戰杯等科技競賽中取得了一些成績。(3)開展數學建模競賽研究與數學建模教學研究活動,數學建模競賽團隊每年對教師開展數學建模競賽的研究活動,主要由競賽試題的分析、競賽中論文寫作注意事項等,全面提升教學建模教學團隊指導教師的水平。在數學建模競賽取得成績的前提下,數學建模教學團隊開展相關教學改革與研究,團隊中的教師積極申報升級、消極與數學建模相關的教學改革項目,近五年我們團隊中主持和參加的各類教學改革項目十余項。
經過幾年的教學嘗試,我們已經取得了一些成績。選修課能夠較好地開設出來,并且近五六年的數學建模競賽也取得了不錯的成績,其中2006年我校數學建模競賽的成績取得了突破,獲得國家一等獎1隊、國家二等獎2隊,2007年獲得國家二等獎2隊,2012年獲得國家三等獎3隊。我們進一步要加強數學建模課程及團隊建設建設,進一步完善數學建模網絡平臺,爭取將數學建模課程建設成為校級精品課程,五年內申請數學建模教學團隊為省級優秀教學團隊。
參考文獻:
[1]武嬌,何滿喜.工科院校數學建模課程建設的探索與實踐[J].技術監督教育學刊,2006,(2):26-28.
[2]張立峰.以競賽推進農科院校數學建模課程開設的研究與實踐[J].遼寧師范大學學報,2010.
關鍵詞 數學建模 獨立學院 課程改革 實踐能力
中圖分類號:G424 文獻標識碼: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
數學建模課程是20世紀80年代初在我國理工科大學開設的一門重要的數學課程。由于數學建模過程幾乎模擬了科學研究的全過程,因而對于培養大學生的科研能力與創新意識和應用數學能力具有特殊的作用。而數學建模的多媒體教學,作為一種現代化的教學手段,具有形象直觀、信息量大、交互性強等優點,對于發揮學生的主體作用、促進學生主動學習和培養學生創新能力也非常有益。這些能力也正是我們大學數學素質教育所要努力追求的。
目前國內關于數學建模課程改革的研究論文雖然比較多,也有一定的成果,當時均處于探索階段,并且從目前數學建模課程教學改革的相關文獻可以看到,大部分這方面的研究都集中體現普通高校和研究型高?;蛘邤祵W建模課程的改革方案和與能力培養方面的關系,然而,盡管不少普通大學和研究型大學都在大膽嘗試建模課程體系改革,但針對獨立學院實際的數學建模教學改革基本空白,對數學建模課程的具體化改革對象和成果展現等方面的研究更是少見。
云南師范大學文理學院建模課程開展時間較短,從內容到體系均有待完善,所以本文就云南師范大學文理學院的實際探討數學建模課程的改革及其成效,從而達到促進建模的教學工作,提高教學質量,同時提高自身的素質水平。
1 在獨立學院開設數學建模課程的意義
云南師范大學文理學院自辦學以來,針對學生的缺點和不足,以新的視角,欣賞學生的特點,梳理學生的優勢,客觀評價學生,掌握學生的優勢、優項,樹立教學信心,以積極的態度開展教學工作。培養學生處理相關信息和大量數據的能力,在數學建模過程中,我們引導學生針對所研究問題進行收集、加工,處理和應用信息的能力。學會提煉有用信息,并恰當地運用信息,并學習使用計算機和相應的數學軟件。
在建模過程中我們要求學生充分發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際問題,用相似的數學模型去描述解決他們,逐步達到觸類旁通的效果。
另外,因為數學建模課程主要涉及的都是現實生活中的實際問題,通過數學建模課程的學習和數學建模競賽的參與,可以極好地鍛煉學生的論文寫作能力和創新能力,同時提升學生的參與意識,為以后的學習和工作打下良好的基礎。所以在獨立學院開設數學建模課程具有重要的意義。
2 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點和存在的問題
2.1 云南師范大學文理學院數學建模課程的特點
(1)先修課程和應用課程較多。數學建模課程需要眾多的先修基礎數學課程和數學軟件課程,如數學分析、運籌學、微分方程、概率論與數理統計、圖論、計算方法、計算數學、解析幾何,MATLAB,Mathematics,lingo等,我院信息工程學院在開設數學建模課程的前期或者同時開設上述相關課程,因為需要具備扎實的專業功底,才可能較好地學習數學建模課程。
(2)教學方式靈活多變。各大高校數學建模課程是基本是案例式教學,每個章節以例子來說明,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,均是和實際聯系較為緊密的身邊的問題,激發學生的學習興趣。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,灰色關聯度分析法,時間序列法,排隊論等,我們都是有針對性地選取教學內容以適應學生現有的知識結構和接受能力。教學方法上我們采用講授法、探討法、歷年真題論文案例法(包括學生平時作業點評)等。
(3)教學設備手段先進。建模課程需要處理大量的數據,我院配備了先進的投影多媒體教室,并且開設了與建模相關的Matlab,Mathematica等數學軟件。
(4)實用性強。數學建模課程的案例基本都來自實際問題,如人口、天氣、干旱等的預測模型,優化模型,決策模型,控制模型等。這些模型的引入,讓學生更加深刻地領會數學建模課程的實用性。
(5)課程較難學。數學建模課程涉及的領域廣,知識面大。通的(交通流問題),醫療領域(看病排隊問題)等,采用的各領域的知識較多,很多時候都是現學現用,需要很高的領會能力和接受能力,這對學生和教師要求都比較高。
2.2 云南師范大學文理學院數學建模課程存在的問題
本文作者從2011年開始講授數學專業的數學建模課程,數學建模作為數學專業的專業基礎課程,在教學過程中發現數學建模課程存在的問題。
(1)教材涉及面太廣,如姜啟源的《數學模型》教材是我國自開設建模課程以來比較權威的一本建模教材,很多高校都在使用,但是從初等模型、簡單的優化模型、線性規劃模型、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,教學時間上較為緊張;另外整本教材基本都是案例,內容多且涉及的數學建模方法很少,學生看著一本厚厚的教材,心里難免畏懼,而實際上并不能完全講授;對于三本獨立院校的學生來說,專業基礎不是很扎實,教材一些內容較深,學習起來較為吃力。
(2)課堂教學基本以教師為中心,教師采用純講授的教學方法,學生很少參與,因而缺乏學習數學建模的興趣與積極性,學生也怕學。
基于上述問題的存在,影響學生學習數學建模課程的積極性,并且我們要參與各類建模賽事,如果不及時進行教學改革,勢必影響教學和學習效果,在建模競賽中也難取得較好的成績,雖然關于建模課程改革的課題和論文較多,但是緊扣我院實際的還基本空白,不利于應用型人才的培養,所以有必要對現有的數學建模課教學模式進行改革。
3 對云南師范大學文理學院數學建模課程改革嘗試的思路
本文作者從2011年開始教授數學建模課程開始,就在實踐中開始摸索適合云南師范大學文理學院的數學建模課程改革思路,經過幾年的實際教學和競賽指導,主要收獲如下:
(1)主體教材輔助方法、軟件教材進行教學。目前作者使用的姜啟源編寫的《數學模型》對于獨立學院的學生來說這本教材內容太難、太多了。作者近年來除講解教材的基本模型外,嘗試對教材進行補充、重組和開發,具體方式有根據歷年的全國建模競賽的題目類型,有傾向性地進行教學安排,并插入歷年建模真題和常用方法進行課堂講授,同時插入一些實際問題讓學生進行建模論文的寫作,根據我院學生的數學基礎和競賽的實際(對歷年的真題出現的題型和用到的方法出現的頻率)對章節進行取舍。
(2)數學建模課程教學方法改革。由于數學建模課程要進行實戰演練,在學期配備相應的建模大作業習題,如手機購買問題,地方人口問題,水資源短缺問題,氣候干旱問題,網吧數量萎縮等實際問題,要求學生在指定的時間內進行數據收集,整理,分析處理并以論文形式展現研究成果,同時安排論文模擬答辯,鍛煉學生的解決實際問題的能力。同時學院也積極聘請省級建模專家進行專題講座,提高大家學習的積極性。
(3)數學建模課程教學競賽團隊。我院近年來連續積極組織學生參加各類官方、民間數學建模競賽賽事。我院專門組建立了一支建模指導教師團隊,除了學期必修外,在全國建模競賽前的假期還專門組織學生進行賽前培訓,教師負責制分專題講授離散模型、連續模型、優化模型、微分模型、概率模型、統計回歸模型和軟件講授、論文寫作等,突出體現教師的專長,提高了課堂教學效率,增強了學生學習的積極性。
(4)開設與數學建模課程相關的軟件課程。為了讓學生更好地參與到數學建模中來,我們從大學一年級就有針對可開設數學軟件和建模講座。開設Mathematic,MATLAB,Lingo等軟件選修課,進行數學的應用與建模能力的培養,提高學生數學建模能力,在運籌學等課程中,有意識地讓學生進行作業的排版練習,如WORD,EXCEL等常用排版計算軟件。
(5)通過積累建立數學建模課程學習資源。如本校學生歷年的較優秀的參賽論文,平時作業
教師教案、課件等,數學建模優秀論文等學習環境和信息交互空間。另外,給學生身邊實際的問題,如云南水資源短缺問題,干旱氣候預測問題,地區人口預測問題,網吧問題等進行建模練習,讓學生把數學建模課程與實際應用結合起來。
(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,期末大作業,作業課堂答辯等多種方式結合的方法進行課程考核。根據問題的大小,由學生獨立或組隊完成實際問題,若完成得好在原有成績的基礎上獲得“平時成績加分” ,給出最后考核的分數,提高學生學習數學建模課程的積極性,從而提高學生的建模能力。
(7)積極組織學生參加全國大學生數學建模競賽和各類網絡建模賽事。截至目前為止,我們已經連續五年組織學生參加全國大學生數學建模競賽,連續兩年組織學生參加“認證杯”數學中國數學建模競賽,成績優良。并且由信息工程學院定期舉辦建模和軟件講座參與各類數學建模比賽,熟悉比賽流程,了解論文撰寫過程,為每年九月的全國數學建模做準備。
4 建模課程改革初步成效體現
我校作為獨立學院從2010年開始嘗試開設數學建模課程,推動大學數學素質教育方面,進行了一些探索和實踐,并同年開始組織學生參加全國數學建模競賽和網絡建模競賽,成效顯著。
首先,從競賽獲獎來看,2010年全國大學生數學建模競賽中,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年全國大學生數學建模競賽中,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,數學建模競賽組委會對建模獎項做了限制調整,獲獎比例僅為原來的50%,所以2012年全國數學建模競賽指導的參賽隊教練組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%,其中省級一等獎占總獎項的16.7%,省級二等獎占總獎項的8.33%,省級三等獎占總獎項的75%。
2013年“認證杯”數學中國數學建模網絡挑戰賽2個隊參賽,第一階段兩個參賽隊均獲云南最好成績全國二等獎,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證;另一個參賽隊榮獲全國三等獎,取得全球建模能力基礎認證,獲獎率100%。
2013年全國數學建模競賽,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,其中全國二等獎占總獎項的10%,省級一等獎占總獎項的20%,省級二等獎占總獎項的30%,省級三等獎占總獎項的40%。
2014年全國數學建模競賽,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,其中全國二等獎占總獎項的16.7%,省級一等獎占總獎項的16.7%,省級二等獎占總獎項的33.3%,省級三等獎占總獎項的33.3%。
可以看到從開設數學建模課程以來,我校的數學建模水平到目前穩步提升,很好地鍛煉了學生的創新能力和動手能力,同時增強了學生學習的自信心和積極性,成效顯著。其次,從綜合能力來看,通過建模課程的改革,學生的應變能力和思維能力都獲得了很大的提升。
參考文獻
[1] 段璐靈.數學建模課程教學改革初探教育與職業,2013(5).
[2] 常青.數學建模教學的實踐與思考.http://.cn/gzsxb/jszx/jxyj/201211/t20121113_1143732.htm.2014/06/13.
[3] 姜啟源,謝金星,葉俊.數學模型(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2003.
[4] 朱道元.從數學建模看新世紀的數學教改[D]新世紀數學學科發展與教學改革研討會論文集.東南大學數學系,2000.
[5] 楊霞,倪科社,王學鋒.積極開展數學實踐教學活動培養學生創新意識與實踐能力[J].大學數學,2010(A01).
[6] 張銀龍,劉敏.創新人才的培養與數學建模意識的形成[J].長春金融高等??茖W校學報,2008(2).
教育國的核心是培養創新型人才。全國大學生數學建模競賽是高校中參加人數最多、影響最廣泛的學科競賽之一,此項賽事由教育部高教司和中國工業與應用數學學會聯合主辦,迄今已舉辦21屆,它對創新型人才的培養起到了不可估量的作用,未來也將日益顯現它這方面的作用。長春理工大學從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外參賽隊數最多的高校。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。這主要歸益于以下幾方面:
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鍵因素之一。我校一直把組織數模競賽作為一項重要的教學活動納入了全年工作日程,專門成立了數學建模競賽領導小組,協調、督促、組織數學建模競賽各項準備活動。通過海報、課堂、網站等多種形式宣傳開展數學建?;顒樱膭罡鲗W院學生踴躍報名。
二、競賽具體過程管理和實施情況
由專人統籌負責競賽工作。從每年四、五月份開始采取校級、省級競賽層層選拔的制度,把最優秀、最渴望參賽、最有能力的隊員吸納進來組成國家賽參賽隊伍。對于國賽隊員將認真組織賽前培訓和輔導工作。
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生數學建模競賽,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學軟件使用和寫作兩方面,在今后的培訓和其他級競賽中應加強這兩方面的訓練。另外宣傳力度也有待加強。
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,實質是利用數學方法建立模型,需要學生有較好的微積分、常微分方程、運籌學等課程基礎,正是由于我校平時對大一大二的數學基礎課的精心講解和嚴格要求才使得我校學生有信心也有能力作出此題并取得了如此好的成績,今后我們將繼續加強數學基礎科的教學工作,同時注意在教學中滲透數學建模的思想、方法,培養學生參加建模的興趣。并希望以數學建模工作為平臺,通過多種形式大力開展數學建模教學與研究活動,以賽促學、以賽促教,以競賽推動教學研究,以教學研究提高競賽質量。B題選擇隊數相對較少,原因主要是該題是關于碎紙文字的拼接復原模型,需要隊員熟悉算法,精于編程,大多數同學不敢碰此題原因就是編程能力過弱。
3.國家賽獲獎結果反映出理學院、計算機科學與技術學院、光電工程學院、電子信息工程學院的學生獲獎人數占到98%,創新實驗班參賽人數并不多,僅占總人數的33%,特別是計算機科學與技術學院的創新實驗班僅有8人參加,不及總人數的6%。
五、對學校的建議和意見
1.認真組織各級數學建模競賽,建議提前到3月中旬組織校數學建模競賽,改進選拔方式,通過評審、教師推薦、答辯精選國賽參賽隊員,加大對數學軟件、算法的培訓;5月下旬到7月中旬,利用周六對選拔出的學生進行實戰培訓,建議全體隊員模擬實戰,完成3-4道往年的競賽題目,并提交論文,指定專門教師負責指導。
2.進一步宣傳發動,動員更多的學生參加數學建模競賽,特別是加大對計算機學院的宣傳力度,爭取更多的計算機科學與技術學院,特別是動員計算機科學與技術學院創新實驗班的同學參賽。
3.繼續舉辦大學生數學建模培訓,切磋技藝,交流經驗,提高水平。組織教師精講獲國家獎的學生論文。同時每年選派2至3名指導教師參加建模交流會議及理論學習,也讓更多教師參與數學建模類教改科研項目,將數學建模作為一件可持續發展的項目開展。
4.抓好數學建?;亟ㄔO,定期做講座和研討,打造一支高素質建模指導教師隊伍。