依托數學建模競賽 提升理工科大學生創新實踐能力

魏永生　陳玲熙　趙新生　韋露

摘 要 通過數學建模競賽系列活動，研究理工科大學生應用型技術創新人才成長的規律及其培養途徑。采用實踐教學法、以賽促學法等相結合的方式，研究理工科大學生的教學質量和教學改革工程，努力提升理工科大學生創新實踐能力的階梯式成長。

關鍵詞 數學建模；創新實踐能力；理工科大學生

中圖分類號：G652 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）06-0099-02

Abstract The growing rules and training method of practical innovation college students majoring in science and Engineering has been studied through the mathematical contest in modeling. The practice teaching method， comparative study method and case study method are employed to study the teaching quality and teaching reform project of the science and engineering college students， for promoting their innovation practical ability.

Key words mathematical modeling； practical innovation ability； science and engineering college students

1 引言

我國對創新人才的需求日益增多，尤其是理工科應用型人才需求量急劇增加[1]。培養大學生創新精神、提高動手實踐能力是高校教育改革的重要內容之一，是建立創新型國家和發展創新型社會的需要[2]。目前，普通理工科大學生的培養模式單一，缺乏多樣性和適應性，與社會需求相去甚遠[3]。提升大學生的創新實踐能力已成為當前我國高等教育教學改革的核心目標之一[4]。理工科人才應以社會應用為導向，要具有良好的實踐應用能力，具備相應的理論創新能力。因此，培養多樣性和適應性的工程類復合應用型人才是我國各類理工科專業人才培養的目標[5]。

大學生從事相關創新實踐活動，有利于創新型人才的早期發現和快速成長，有利于學生個性的發展，以及自主創新意識的培養。加強理工科大學生的實踐創新能力，培養既有理論創新能力又具有一定的實踐動手能力的復合型理工科類人才，是提升創新人才培養的質量和層次的重要途徑。本文以江蘇師范大學為例，探索通過數學建模競賽梯度式培養理工科大學生創新實踐能力以及創新人才成長規律。

2 數學建模創新能力內涵

培養和提高思維創新、自主創新能動性、理論結合實際、問題分析、模型建立、編程求解、糾錯和完善意識、團隊協作、科技論文寫作等能力，是數學建模創新實踐能力的重要內容。

發現問題能力的鍛煉和培養 創新實踐思想是實施創新實踐活動的重要前提，也是關系到創新實踐成果是否有價值的重要因素。首先要鼓勵學生自主命題，激發學生創新興趣，提高自主學習與科技創新能力。其次，幫助學生分析研究方向，把握有專業針對性、實用性、新穎性的原則，使學生在實踐中鍛煉科研創新思維能力，學習科研方法，調動課題研究的積極性。

文獻檢索和運用能力的培養 大學生在創新實踐過程中需要學會利用各種數據庫查閱并獲取大量相關的文獻資料，對他人的研究成果進行歸類、比較、分析，從有價值的新觀點、新理論、新技術和新方法中開闊視野，激發靈感，形成自己的課題構思，最后運用在創新實踐中。通過這個過程，培養學生“繼承性”創新理念，提高綜合分析能力，培養學生科學的思維方法和檢驗科研的基本功，為今后在工作中進行創新實踐打下堅實的基礎。

理論聯系實際，建立數學模型的能力 學習的重要目的是學以致用，通過對創新實踐能力的培養，提高學生利用所學知識解決實際學習工作中出現的問題的能力。同時，通過建立數學模型的過程，培養學生尋找問題中各因素之間數學關系和規律，從理論上給出問題的最佳解決方案的能力。

編程求解實際問題的能力 通過對問題進行深入剖析，設計求解算法，通過軟件如MATLAB、MATHEMATICA、LINGO、SARS等對模型進行求解，并對模型進行驗證，提高學生通過計算機編程求解實際問題的能力。同時，通過圖形、表格的方式展現求解過程中關鍵影響參數的變化規律和需要解決問題的最終結果，培養學生充分、合理展現結果的方法和技能。

提高科技論文寫作能力 撰寫科技論文是一種探索與創新相結合的綜合實踐，創新實踐活動要求學生對所研究的課題進行文獻綜述并最終寫出論文，在此基礎上培養學生撰寫論文的能力，同時將在創新實踐中獲得的理論成果和實際創造進行系統的總結并發表。

團隊協作能力的鍛煉和培養 團隊分工與協作是一項重要的工作技能。在教師的引導下，最大限度地挖掘團隊中每一成員的創新潛能，指導學生發現問題、分析問題，彼此有效爭辯和說服，形成統一共識后進行明確分工與合作，提高團隊的探索、研究和解決問題的創新實踐能力，達到“兄弟同心，其利斷金”的團隊執行能力和效果。

3 研究方法

采用實踐教學法、以賽促學法等相結合方式研究理工科大學生的創新能力成長規律。首先，在學院內培養大學生數學建模的學習興趣；其次，通過校內賽選拔數學建模集訓隊員；最后，通過優化學科專業組隊，對參賽隊進行賽前知識系統和模塊專項培訓，提高學生的自主學習能力和知識儲備能力。分別通過參加江蘇省、全國和國際大學生數學建模競賽，進行拔尖創新人才的選拔。通過不同層次的比賽并結合相關人員的課程實踐等成績成長曲線，研究不同層次大學生創新能力的成長變化規律。

研究創新實踐能力的基本成長規律 在所有理工科學院內部，通過相關教師在日常教學中進行數學建模興趣引導，并采用學生自愿報名的方式，利用課外時間進行相關數學建模知識的培訓。采用比較研究法和個案研究法，分別鎖定一定數量科目成績相似的學生，進行長時間的相關跟蹤，研究參加和不參加數學建模學習對學生的創新能力提高的水平及規律。

優化選拔培訓隊員 通過各學院內部數學建模選拔賽的成績，推薦一定名額的學生參加學校范圍內的培訓。發揮學生自主能動性，鼓勵學生通過自我推薦、介紹自己的優勢和隊友選擇條件，跨專業交叉組隊。根據每次培訓后教練的專項技能考核成績，由專項技能成績較高的學生優先選擇隊友進行優化組隊。比較分析和研究交叉學科組隊與單一學科組隊之間的優劣勢和異同點。

賽前培訓和基礎能力培養 通過初期培訓，讓學生認識到知識儲備的重要性，學習文獻檢索和應用能力，體驗團隊協作模式；然后通過強化培訓，加強問題分析能力以及理論聯系實際、將實際問題轉化成數學模型的能力等創新實踐能力。在建模培訓、管理方面進行跟蹤反饋，及時發現和提高學生的弱項，并進行相關總結，形成符合學校實際的通過數學建模培養理工科大學生理論創新能力的實施方案。

團隊合作及競賽實踐 通過組隊參加江蘇省、全國、國際等不同層次大學生數學建模競賽過程，篩選不同創新實踐能力的學生，針對前期鎖定的目標群體，探索不同層次的競賽對理工科大學生創新實踐能力梯度提高的影響規律，揭示數學建模過程與大學生創新實踐能力提高之間的關系。

總結與跟蹤研究 研究不同級別的培訓和競賽對大學生創新實踐能力的不同要求，以及相關創新能力學習提高的規律。對參加過數學建模競賽和創新實踐能力培養的理工科大學生進行后期的跟蹤研究，調查和分析經過創新實踐能力培養過程對其之后升學、工作的幫助，通過反饋信息修正和完善基礎學科拔尖創新實踐人才的培養和提高機制。進而補充和修正通過數學建模提高理工科大學生創新實踐能力的成長規律和提高策略。

4 案例經驗

2014年，數學建模競賽提升理工科大學生創新能力的課題被立項為校級教研項目；11月份，江蘇師范大學開展數學建模選拔和賽前集訓，在學校理工科學院之間有效溝通，在實驗室、科研設備資源共享、學生交叉組隊培訓、比賽等方面達成創新實踐能力人才培養的共識。2015年2月，組織大學生參加美國大學生數學建模競賽，競賽期間成立數學建模教練組，統一指導學生參賽；教務處和各參賽理工科學院領導親自“掛帥”，競賽所需的圖書、計算機和競賽用房等有充足保障。最終，江蘇師范大學參賽3支隊伍中榮獲一等獎和二等獎各1項。

通過此項實踐教學活動，不僅在數學建模競賽隊員選拔、賽前培訓、競賽實戰等方面進行了實踐練習，積累了工作經驗，還通過數學建模過程實現了有效提高理工科大學生的創新實踐能力，有效篩選不同創新意識和實踐能力的大學生，培養團隊合作意識和能力，揭示理工科大學生創新實踐能力的成長規律和提高策略。

5 結論

以江蘇師范大學為例，研究數學建模競賽活動對創新人才成長的影響規律及培養方法。研究發現，要重視在創新實踐過程中激發學生的興趣，完成學生由被動學習到主動學習、由正向思維到逆向思維的轉變，提升理工科學生的創新實踐能力，提高工科類人才培養的多樣性和適應性。

參考文獻

[1]尹太輝.大學生創新實踐能力存在的問題和對策[J].青春歲月，2013（14）：172-173.

[2]李健睿.大學生創新實踐能力培養的探索與思考[J].成功：教育，2012（12）：54.

[3]余華東.大學生創新能力的構成要素探究[J].太原師范學院學報：社會科學版，2011，10（3）：116-121.

[4]夏春陽，袁欲彬，王偉.大型儀器設備資源共享機制新方案[J].科學管理研究，2005（3）：18-20.

[5]胡芳，徐浩.論高校大型精密儀器設備共享平臺建設[J].實驗室研究與探索，2008，27（12）：149-152.