王義康，王航平

以數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)為平臺(tái)培養(yǎng)理工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

王義康，王航平

針對(duì)普通本科院校理工科專業(yè)教學(xué)實(shí)際，從解決創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的瓶頸問題入手，根據(jù)數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的特點(diǎn)，構(gòu)建理工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的實(shí)施方案。方案以數(shù)學(xué)建模為核心，將實(shí)際中的數(shù)學(xué)問題以案例形式融入課程教學(xué)、競(jìng)賽集訓(xùn)和科技創(chuàng)新活動(dòng)，借助現(xiàn)代教育技術(shù)手段，運(yùn)用啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅(qū)動(dòng)式等教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

數(shù)學(xué)建模；理工科學(xué)生；創(chuàng)造力

教育部全面啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)［1］。發(fā)展創(chuàng)新教育、培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的人才是高等院校的重要使命，也是很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)高等教育發(fā)展的主要方向和最高目標(biāo)。

目前在我國(guó)普通高等院校中，理科專業(yè)理論與實(shí)踐脫節(jié)、工科專業(yè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)中數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)的缺失等問題日益突出［2］。因此，研究并構(gòu)建一種依托基礎(chǔ)課程，多數(shù)專業(yè)學(xué)生均可參與、受益面廣、形式靈活、理論與實(shí)踐并重、集約高效、并融入現(xiàn)代信息技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)方法，是當(dāng)今普通高校理工科人才培養(yǎng)過(guò)程中的一個(gè)重要探索方向。近幾年來(lái)，筆者所在學(xué)校以數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽為載體、以數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)為平臺(tái)，對(duì)理工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)進(jìn)行了大膽的探索和實(shí)踐，逐步形成一條特色鮮明、科學(xué)務(wù)實(shí)、具有一定可移植性的理工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)方法。

一、理工科專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)及創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

理科作為自然科學(xué)的典型代表，通過(guò)概念、法則、性質(zhì)、公式、定律、假設(shè)、定理、原理等自然科學(xué)知識(shí)的傳授，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想方法和良好的思考習(xí)慣。在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中注重方法的嚴(yán)謹(jǐn)和程序的規(guī)范，以邏輯思維訓(xùn)練為主，創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)在一定程度上受到了抑制，理科大學(xué)生普遍表現(xiàn)為在創(chuàng)造性傾向方面較其它學(xué)科的大學(xué)生要低［3］。而其本質(zhì)原因，是在理科專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，普遍表現(xiàn)為理論課程與實(shí)驗(yàn)課程較多，內(nèi)容比較抽象，教學(xué)方法也比較注重對(duì)抽象概念和原理加以解釋，偏重于理論科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)生抽象思維和邏輯推理能力得到提升，但在紛繁復(fù)雜實(shí)際問題面前，卻顯得束手無(wú)策。在理科類學(xué)生中普遍存在著重理論輕實(shí)踐，重口頭、筆頭，輕動(dòng)手的傾向。隨著社會(huì)對(duì)人才需求的多元化，這類學(xué)生由于創(chuàng)新實(shí)踐能力欠缺在就業(yè)中處于一定的劣勢(shì)。

工科是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)的原理，來(lái)解決實(shí)際中的問題。工程師通過(guò)想象，判斷和推理，將科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到設(shè)計(jì)、制造、對(duì)象或程序的操作中。工科的培養(yǎng)目標(biāo)是在相應(yīng)的工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才［4］。目前，工科培養(yǎng)計(jì)劃中，多數(shù)普通本科院校過(guò)于強(qiáng)調(diào)工程技術(shù)型人才的培養(yǎng)，加強(qiáng)工程實(shí)踐課程的比重，不惜通過(guò)減少學(xué)時(shí)的方法消弱數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)，致使不少工科學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性和必要性了解不夠，對(duì)工科大學(xué)生需要具備的數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)不了解，這不僅影響這些工科專業(yè)后繼課程的教學(xué)效果，而且對(duì)學(xué)生將來(lái)在工程技術(shù)崗位上發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性也存在潛在性的影響。工程技術(shù)原理的表達(dá)和推理、工程設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制作、工程技術(shù)的創(chuàng)新與研究都離不開數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)。

二、數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的特點(diǎn)

數(shù)學(xué)建模是一門十分注重理論聯(lián)系實(shí)際的課程，有別于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課程，著重對(duì)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論和技巧的訓(xùn)練，把對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)作為主要任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)與發(fā)揮數(shù)學(xué)應(yīng)用功能的重要手段與途徑［5］。數(shù)學(xué)建模指的是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的全過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)模型可以描述為，對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象，為了一個(gè)特定目的，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的簡(jiǎn)化假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)［6］。由此可見，數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)開展過(guò)程中，讓學(xué)生從現(xiàn)實(shí)世界中抽象數(shù)學(xué)模型，尋找事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，是一種知識(shí)的探索和發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。

數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)主要包括數(shù)學(xué)建模課程的教學(xué)和與之有關(guān)的競(jìng)賽和科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為問題的多樣性、解決方法的靈活性、應(yīng)用技術(shù)的先進(jìn)性和知識(shí)需求的廣泛性。成功參與數(shù)學(xué)建模活動(dòng)，一般需要學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，同時(shí)需要學(xué)生具有靈活的思維和快速學(xué)習(xí)的能力。理工科專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，普遍設(shè)置了一定比例的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面的課程，這為數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的開展提供了有利條件。因此在理工科學(xué)生中大力推行以數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)為平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)是切實(shí)可行的。

三、創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的實(shí)施方案

以數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)為平臺(tái)，著眼于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，構(gòu)建較為完整的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)實(shí)施方案，方案的基本框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 以數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)為平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)框架結(jié)構(gòu)圖

以社會(huì)對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的需求為導(dǎo)向，將實(shí)際中數(shù)學(xué)問題融入到課程教學(xué)體系、競(jìng)賽集訓(xùn)體系和綜合科技創(chuàng)新活動(dòng)中，借助現(xiàn)代教育技術(shù)手段，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，夯實(shí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，提升數(shù)學(xué)素養(yǎng)。具體實(shí)施方案如下：

（一）將單一的數(shù)學(xué)建模課程拓展為數(shù)學(xué)建模課程體系和競(jìng)賽集訓(xùn)體系

以數(shù)學(xué)建模為核心，構(gòu)建以知識(shí)集群為主的課程體系，如數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)軟件、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)籌學(xué)、優(yōu)化理論與實(shí)踐等；以知識(shí)拓展和能力提升為主的集訓(xùn)體系，如數(shù)學(xué)建模入門、基礎(chǔ)知識(shí)講座、提高專題講座、集訓(xùn)綜合研討、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽指導(dǎo)等。形成以數(shù)學(xué)應(yīng)用、程序設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、綜合創(chuàng)新、系列比賽為一體的分層次、呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的綜合科技創(chuàng)新活動(dòng)體系。體系中的課程既有適合初學(xué)者的入門課，也有適合比賽需求的提高課，同時(shí)還有適合能力拓展和實(shí)踐需求的專題知識(shí)講座與軟件應(yīng)用課程。

（二）將實(shí)際中的數(shù)學(xué)問題融入到課程教學(xué)、集訓(xùn)體系和科技創(chuàng)新活動(dòng)中

創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)與競(jìng)賽指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)結(jié)合身邊實(shí)際，將身邊實(shí)際中的若干數(shù)學(xué)問題，進(jìn)行簡(jiǎn)化、加工、處理，凝練成為若干數(shù)學(xué)建模的教學(xué)案例，融入到課程教學(xué)、競(jìng)賽集訓(xùn)和科技創(chuàng)新活動(dòng)中，吸引學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，提升了學(xué)生實(shí)踐能力。如校車調(diào)度問題、食堂窗口優(yōu)化設(shè)計(jì)問題、校內(nèi)移動(dòng)售貨亭的設(shè)置問題、最優(yōu)排課問題和獎(jiǎng)學(xué)金名額的公平分配問題等。

（三）運(yùn)用啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅(qū)動(dòng)式等多種教學(xué)方法

根據(jù)數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的特點(diǎn)，大力實(shí)施啟發(fā)式、探索式、研究式、問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和求知欲，將被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成為主動(dòng)探究和自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生的參與意識(shí)。

（四）將單一的學(xué)科競(jìng)賽拓展成綜合科技創(chuàng)新活動(dòng)

以數(shù)學(xué)建模為核心，構(gòu)建綜合科技創(chuàng)新活動(dòng)體系。涵蓋學(xué)生科研計(jì)劃項(xiàng)目、新苗計(jì)劃項(xiàng)目、程序設(shè)計(jì)大賽、開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、數(shù)學(xué)建模系列比賽等，將單一的學(xué)科競(jìng)賽拓展成為綜合科技創(chuàng)新活動(dòng)。通過(guò)學(xué)生的廣泛參與，擴(kuò)大了數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的受益面。

（五）利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等現(xiàn)代教育技術(shù)手段

理工科學(xué)生性格普遍比較內(nèi)斂，很多學(xué)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(huì)網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用網(wǎng)上互動(dòng)答疑、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)討論組等多種教學(xué)手段和方法，增強(qiáng)了學(xué)生參與的靈活性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和解決問題的創(chuàng)造力。

（六）建設(shè)高水平的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)與競(jìng)賽指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)

構(gòu)建一支職稱比例、學(xué)歷層次、知識(shí)結(jié)構(gòu)合理，具有一定工程實(shí)踐和指導(dǎo)能力、教學(xué)與科研水平高的創(chuàng)新實(shí)踐與競(jìng)賽指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)在培養(yǎng)學(xué)生中的主導(dǎo)作用。團(tuán)隊(duì)在教學(xué)設(shè)計(jì)、思路啟迪、作品評(píng)價(jià)等方面發(fā)揮著重要的作用。

四、創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)成效

筆者所在學(xué)校近3年參與數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的學(xué)生數(shù)顯著增長(zhǎng)，學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中所獲得的成績(jī)也得到大幅提升。自2009年以來(lái)，在全國(guó)、國(guó)際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中，取得國(guó)家級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)23項(xiàng)，省級(jí)獎(jiǎng)65項(xiàng)，總獲獎(jiǎng)率高達(dá)84%。

學(xué)校在2011年獲得資助受邀參加2011年“深圳杯”全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模夏令營(yíng)活動(dòng)，獲邀師生在活動(dòng)中報(bào)告了論文作品，并獲得了優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，在兄弟院校中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的反響。通過(guò)課程體系、集訓(xùn)體系和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)置與廣泛開展，學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力得到大幅提升，綜合數(shù)學(xué)素質(zhì)顯著提高。現(xiàn)代教育技術(shù)手段的應(yīng)用，使得全校理工科專業(yè)有近33%的學(xué)生參與數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)，受益學(xué)生日益增多。近3年，學(xué)校在全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、國(guó)際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中取得的成績(jī)，在省屬高校中處于領(lǐng)先位置。參與過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽活動(dòng)的學(xué)生中，有近80%的學(xué)生考入大院名校攻讀研究生；參與過(guò)數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)的學(xué)生，在畢業(yè)設(shè)計(jì)、就業(yè)和考研中較其他學(xué)生具有明顯的優(yōu)勢(shì)。參與數(shù)學(xué)建模的學(xué)生中有47人次公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文，有近1/3的學(xué)生參與各類創(chuàng)新科研計(jì)劃項(xiàng)目，并有多人次獲得授權(quán)實(shí)用新型專利和發(fā)明專利。與此同時(shí)，連續(xù)匯編印制學(xué)生參與數(shù)?；顒?dòng)心得文集《模路心語(yǔ)》《我的2011數(shù)模記憶》等，并拍制了多部數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)記錄片，豐富了校園文化，有效提升了理工科學(xué)生的人文素質(zhì)。

五、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，以數(shù)學(xué)建?；顒?dòng)為平臺(tái)，大力拓展和優(yōu)化資源建設(shè)，充分發(fā)揮數(shù)學(xué)建模的輻射和傳動(dòng)作用，構(gòu)建獨(dú)具特色的理工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)實(shí)施方案，開展系列科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，可以有效拓展學(xué)生知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。這為新時(shí)期高等教育大眾化背景下如何解決理科學(xué)生理論與實(shí)踐脫節(jié)、工科學(xué)生數(shù)學(xué)綜合素質(zhì)缺失，培養(yǎng)理工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，夯實(shí)工科學(xué)生數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，提升工科實(shí)踐實(shí)訓(xùn)中的數(shù)學(xué)思維和能力，落實(shí)實(shí)踐育人做出了一些行之有效的探索和實(shí)踐。

[1]周英.落實(shí)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃大力培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011(8).

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

[3]彭興躍.關(guān)于理科大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的思考[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)，哲學(xué)社科版，2006(8).

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

[5]姜啟源,謝金星.一項(xiàng)成功的高等教育改革實(shí)踐—數(shù)學(xué)建模教學(xué)與競(jìng)賽活動(dòng)的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)高教研究,2011(12).

[6]姜啟源,謝金星,葉俊.數(shù)學(xué)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(guó)計(jì)量學(xué)院（浙江杭州 310018）理學(xué)院講師；王航平（1959-），男，浙江舟山人，碩士，中國(guó)計(jì)量學(xué)院理學(xué)院副教授。

2012-01-05

浙江省教育科學(xué)規(guī)劃2012研究課題（SCG35）；浙江省新世紀(jì)教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（ZC2010034）。