创新创业教育背景下 应用型本科院校数学建模课程建设探讨

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  【摘 要】本文阐述创新创业教育背景下应用型本科院校开设数学建模课程可以在培养创新型人才、深化大学数学课程改革、指导学科竞赛方面起到重要作用,提出数学建模课程的建设措施:优选、整合教学内容,构建案例教学、问题驱动、数学实验、网络教学、小组报告“五位一体”教学模式,丰富评价指标,加强师资队伍建设,赛教融合、赛学相长。
  【关键词】应用型本科院校  创新创业教育  数学建模  课程建设  创新人才
  【中图分类号】G  【文献标识码】A
  【文章编号】0450-9889(2020)04C-0060-03
  随着科学技术的高速发展,数学模型的应用正在向自然科学、经济管理科学、社会科学及技术科学等多领域渗透,定量分析及建模能力等数学素养成为信息技术时代创新型人才应具备的基本素养。实践表明,在创新型人才培养过程中数学教育具有无可替代的作用。将数学建模引入高校课堂,是应用型本科院校实现理论学习与实践应用相结合的有效路径,也是培养创新型人才的重要方向。本文以广西外国语学院为例,探讨创新创业教育背景下应用型本科院校开设数学建模课程的必要性及建设思路。
  一、创新创业教育背景下应用型本科院校开设数学建模课程的必要性
  数学建模课程是一门数学理论知识与应用技能充分结合并注重于应用的课程,在培养创新型人才、深化大学数学课程改革、指导学科竞赛方面起到重要作用。
  (一)促进学生创新精神及实践能力的培养
  数学建模是将经济生活中的实际问题通过数学语言的刻画、描述成数学问题,并用数学思维、方法进行分析及解答的过程。数学建模课程具有很强的应用性、实践性以及学科交叉性,随着交叉学科的深入研究,许多高校逐渐开设数学建模课程。在数学建模课程的案例教学中,学生逐步掌握数学思想和方法在自身专业领域中的应用,特别是“一模型解多问题”的教学案例,学生可以从中领会到数学的灵活性与实用性。而“多模型解一问题”的案例解析,则让学生领会建模方法的多样性与创新性。因此,经过数学建模课程的学习,学生的语言表达能力、定量分析能力、创新思维和实践水平都能得到很好的提升,在后续课程的学习中将有更强的创造力,可将专业理论知识与数学思想方法相结合,更好地分析和解决专业问题。
  (二)深化大学数学课程的教学改革
  大学数学基础课程理论性、抽象性很强,对于许多数学基础薄弱的学生来说较难理解、掌握及应用,这与创新型、应用型人才的培养目标相悖。为改变这一现状,广西外国语学院引入分类教学模式,依据学生专业分为理工专业(A类)及经管专业(B类),并在A、B类数学课程中再分别设置Ⅰ类必修课和Ⅱ类选修课。其中Ⅰ类必修课旨在夯实学生的数学基础知识和基本技能,Ⅱ类选修课是在Ⅰ类课程的基础上进行知识点的扩充和加深,旨在提升学生的逻辑思维和应用数学的能力。在教学过程中渗透数学建模的思想则是为这两类课程的衔接搭建桥梁,是实行分类教学改革的意义所在。此外,开设数学建模课程也是大学数学课程加强实践教学环节的体现,从而使学生更具体、系统地了解数学知识的应用,优化自身专业知识结构,极大地提升学生整体的实践和团队协作能力,是大学数学课程改革的成效。
  (三)提高学生竞赛及科研水平
  学科竞赛在培养学生创新能力方面发挥着积极作用,因此在创新创业教育理念影响下,许多高校将学科竞赛与创新实践学分挂钩,鼓励学生参加学科竞赛。但是,大学生的学科竞赛并非单纯的学科知识竞赛,而是侧重于解决专业领域中难度较大的实际问题,竞赛考查的是学生的综合能力。数学建模课程作为极具学科交叉性的课程代表,学生可以在课程学习中获得数据挖掘、数值分析、组合优化、决策分析、预测评价等多方面的知识,这些知识储备将助力学生获得更好的竞赛成绩。同时,在数学建模课程学习中学生的逻辑思维、创新思维得到一定训练,查阅文献、写作能力也得到一定提升,对申报大学生创新创业项目、完成毕业论文(设计)也有很大帮助。
  二、创新创业教育背景下应用型本科院校数学建模课程的建设措施
  在创新创业教育开展中,应用型本科院校应以培养应用型创新人才为目标。数学建模作为一门应用性、学科交叉性极强的课程,学校應给予足够的重视,将其列入培养学生创新能力的课程体系中。具体而言,可采取以下措施推进数学建模课程建设。
  (一)优选、整合教学内容
  数学建模涉及的专业领域广泛,其教学内容也具有广泛性。教学内容选取是课程建设的重要环节,对课堂教学效果的提升和学生能力的培养至关重要。广西外国语学院在教学内容的选取上遵循适用性、拟真性、典型性原则。适用性即所选教学内容要适合学生所学专业,能为学生所用。目前广西外国语学院数学建模课程分专业选课,因此针对经管类专业的学生,重点讲授最优化、风险决策、预测评价等内容;对于理工专业的学生,侧重于选取数据挖掘、回归与拟合、神经网络等内容。拟真性指教学内容应贴近实际生活,或将教学内容进行加工整理,设置成与学生专业相关的问题情境,帮助学生更好地理解,提高学生解决实际问题的能力。最后,整合典型的案例、模型作为教学内容。典型案例、模型具有较强的代表性、延展性和创造性,可以极大地激发学生的学习兴趣和创新能力。
  (二)优化教学模式
  过去,在传统“教师讲、学生演练”的单一教学模式下,学生对实际问题的思考较为片面,常常只会照搬所学案例的模型到实际问题当中,解决问题的方法也缺乏创造性和全面性。在创新创业教育理念指导下,数学建模课程应引入先进的教学方法和教学手段,构建案例教学、问题驱动、数学实验、网络教学、小组报告“五位一体”的教学模式。
  1.以案例教学为主线。培养创新型、应用型人才,在教学中应注重理论联系实际。在一个复杂又难解决的实际问题中,其涉及的理论知识是多方面的,单纯的理论授课方式往往让学生感到内容的抽象、枯燥和难以理解。实施案例教学可以很好地呈现理论联系实际的教学效果,具体做法是:教师在备课时精心选取与教学内容密切相关的教学案例,以案例为主线贯穿整个理论教学环节,促使学生进入“直击问题—揭开理论—深层剖析—探求方法”的主动式学习模式,既凸显学生的中心地位,也大大提升课堂效率。   2.以问题驱动为导向。在数学建模课程教学中,教师在给出案例的同时还需通过问题驱动引导学生分析实际问题背后的理论知识和数学模型,启发学生如何选用模型、探寻解决问题的方案。采用问题驱动法,不仅可以增强师生互动、促进小组交流、活跃课堂气氛,更重要的是能带动学生融入问题情境,培养学生的问题意识,激发学生积极思考,科学探索解决问题的方法和路径。在层层引导和发问中,教师还要注重结合学生的动向做知识的引申和归纳,提出新的问题以培养学生的创造性思维和创新实践能力。
  3.以数模实验为助手。完整的数学建模过程包括建立模型、求解模型、验证模型和改进模型等四大基本步骤,在模型的求解和验证环节,常遇到大规模的数值分析、复杂的数值计算以及画图、编程、系统仿真等人工较难操作的任务,此时需要借助数模实验才能更好地完成。因此,数学建模课程教学要适当增加实验课时,以数模实验为助手,将数模理论中的数学知识、相关数学软件和计算机操作技术有机融合,既优化学生的知识结构,也提升学生利用计算机、软件等先进技术解决问题的能力。
  4.以网络教学为延伸。在网络信息发达的时代,利用网络平台开展教学可有效地弥补数学建模课程内容难懂而学时少的缺憾。学生通过自主学习教师上传的微课视频、教学课件等教学资料,可在课前或课后进行预习复习、深入研究;同时,教师给学生布置网络学习任务,将教学从线下课堂延伸到线上平台,补充课堂上未能涉及的教学内容,拓宽学生的知识面。线上线下相结合的教学模式促进学生更扎实地掌握数学建模课程的内容和建模方法。此外,在未来网络教学的建设中,应增加数学建模的趣味篇和入门篇,吸引更多的学生关注,进而扩大影响力。
  5.以小组报告为成果。数学建模过程是在不断地讨论中逐步去完善问题解决办法的过程,因此在数学建模教学中应始终注重学生团队协作能力的培养。对于复杂的建模问题,学生个人不易做到全面分析,小组合作可以互相取长补短、共同进步。具体做法是:学生自由组合,3人为一个小组,在课堂讨论环节以小组为单位进行探讨,再将小组意见进行归纳提炼后由小组代表汇报,最后教师进行点评。这种教学模式可以很好地激发学生的团队意识,培养学生善于表达和沟通、吸收与配合的能力,最终发挥团队合作、创新的优势。
  (三)丰富评价指标
  数学建模教学案例的结果是开放的,而实际问题的解决方案通常也不具有唯一性,为此数学建模课程考核应采用多维度的评价方式。结合教学模式的改革,可采取过程学习评价与期末考核相结合的方式。其中,过程学习评价主要观测指标是日常数模实验报告、网络学习积分和小组报告,对学生的课堂和网络学习成果给予肯定。期末考核则参考全国大学生数学建模竞赛的方式以校赛的形式开展,考查学生在有限时间内应用所学知识解决实际问题的能力,教师将根据建模报告中模型的合理性、有效性和创新性,将数学软件的应用能力以及文献检索和论文写作水平等纳入评价指标体系,最终按过程学习与期末考核5∶5的比例给予学生综合评价。
  (四)加强师资队伍建设
  目前大部分院校数学建模课程教学团队主要由数学教师构成,然而数学建模课程教学有别于高等数学等大学数学类课程,要求教师不但具有厚实的数学功底,还要有很强的数学应用意识及技能。要提高数学建模课程教学质量,师资队伍的建设刻不容缓。
  首先,数学建模教学团队要及时更新创新创业的教育理念,在教学中落实“学生为主体、教师为主导”的思想,要求教师扮演好课堂的组织者,通过对问题情境的设计,营造良好的课堂氛围,调动学生融入课堂主体的角色;以培养学生创新思维和实践能力为目标,精心准备教学案例,发挥教师的课堂主导作用,不断激发学生的学习主动性和创造性。
  其次,鼓励和支持教师参加数学建模教学和竞赛指导方面的培训及研讨会。通过参加相关培训和研讨会,打破教师原有的理论知识体系,打通数学知识、数学软件与其他学科知识之间的道路,增进教师间的跨学科学习和交流,扩充教师自身的知识,在数学建模教学中凸显数学应用技能。
  最后,注重打造优势互补、技能扎实、结构合理的数学建模教学团队,积极开展教学研讨活动,共同探讨教学内容、教学案例,发挥团队智慧改革创新教学方法、教学手段,不断适应应用型、创新型人才培养的需要,促进数学建模教学团队整体教学水平及教学能力的提升。
  (五)赛教融合、赛学相长
  应用型本科院校应将全国大学生数学建模竞赛的内容和要求融入数学建模课程的日常教学中,促进应用型、创新型人才的培养。竞赛的内容通过教师的巧妙设计可以成为课堂教学中的生动案例或实训项目,提高教学效果;競赛的要求可以促进学生学习计算机文档编辑、绘图等应用技能,加强文献检索和文献阅读的训练,注重论文写作的逻辑性和规范性,进而全面提高综合素质。同时,高质量的日常教学效果将促进学生以扎实的基础和良好的心理素质参与到竞赛中,获得良性循环,实现赛学相长。
  在知识经济时代,创新已经成为引领经济发展的第一动力,数学建模课程建设中,应确立与应用型、创新型人才培养目标相适应的课程目标和要求,优化教学理念,将灵活多样的教学方法付诸实践教学,切实提高学生应用数学知识解决实际问题的能力和创新实践能力,增强学生的创新意识和团队协作意识,进而为培养高质量、高素质的创新型人才作出更大贡献。
  【参考文献】
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  [6]王爱花.应用型人才培养模式下高等数学分类教学探究——以广西外国语学院为例[J].广西教育,2019(27)
  【基金项目】2017年度广西高等教育本科教学改革工程项目(一般项目)“基于分类教学模式的应用型民办高校数学课程优化建设研究”(2017JGA353);2018年度广西高等教育本科教学改革工程项目(一般项目)“《数学建模》课程对应用型大学创新型人才培养的影响研究”(2018JGB372)
  【作者简介】农秋红(1985— ),女,壮族,广西大新人,广西外国语学院国际经济与贸易学院讲师,研究方向:数学教育、数据挖掘与建模。
  (责编 卢 雯)
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