數學建模活動對高職學生專業型科學素養的培育

謝小韋　馮再勇　楊曉慧　王理峰

[摘要]根據學院深化分類培養，本文將高職科學素養的培養分為兩類，闡述了高職專業型科學素養的內涵，然后從科學品質的養成，科學知識和技能的積累，科學創新能力和實踐能力的提升三個方面，探討了數學建?；顒訉Ω呗殞W生專業型科學素養的培養。

[關鍵詞]數學建模；科學素養；創新能力

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-5918（2016）13-0090-03

doi；10.3969/j.issn.1671-5918.2016.13.044 [本刊網址]http：∥www.hbxb.net

國務院辦公廳近日印發了《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）》。該方案明確指出：“完善高等教育階段的科技教育，引導大學生樹立科學思想，弘揚科學精神，激發大學生創新創造創業熱情，提高大學生開展科學研究和就業創業的能力?！笨梢姟笆濉睍r期，培養和提升大學生的科學素養將成為我國重點開展的一項工作。

就高職教育而言，各高職院校學生的素質教育和科學素養的培養已全面開展，并取得一定的成效。同時，根據部分高職院校深化分類培養，促進大學生多樣化成才，將優秀高職大學生的科學素養提高至專業型科學素養水平，進一步提高教育改革的成果。本文探討數學建?；顒訉Ω呗殞W生，尤其是技術技能型人才科學素養的培育。

一、科學素養

科學素養即科學素質的養成，通過教育、學習、實踐等方式養成科學素質的過程?？茖W素養的培育對現代高職大學生具有極其重要的意義。根據層次要求的不同，科學素養可按不同的水平進行分類。對于高職院校而言，部分學院深化分類培養，促進大學生多樣化成才，將高職科學素養分成兩個層面，即大學生科學素養和專業型科學素養。

（一）科學素養的分類

1.大學生科學素養，面向的對象是全體大學生。大學生科學素養要求受到高等教育的所有高職大學生掌握基本的科學知識、科學方法和思維方式，具有分析問題和解決問題的一般能力。

2.專業型科學素養，是科學素養的高級層次要求，面向的對象是重點培養的優秀高職學生。要求掌握較全面的科學知識（尤其是專業知識）、科學方法，具備創新思維方式，具有較強的提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（二）專業型科學素養的內涵

具備專業型科學素養的人，必須弘揚科學精神，熟悉全面的科學知識，掌握必備的科研方法和研究技能，能夠運用科學創新思維進行科學探索和實踐。

1.科學精神

科學精神是由科學性質所決定，體現在科學知識中的思想或信念。是長期的科學活動中形成的理念，并貫穿于科學實踐活動之中的精神狀態和思維方式?？茖W精神是科學與科學活動的內在精神和靈魂。專業型科學素養包括的科學精神是具備追求真理、實事求是的精神；是合理懷疑、正確批評的精神；是鍥而不舍、執著探索的精神；是敢于突破、勇于創新的精神等等。

2.科學知識

對科學知識的包括基本概念、基本原理、基本規律等?？茖W素養的幾個要素中，知識在科學素養中起著基礎作用?？茖W知識主要通過學校的教育來實現，可以通過素質教育來實現，專業型科學素養要求學生在課堂教學和課外活動中了解和掌握各學科的科學現象和事實，掌握較全面的科學知識。

3.科學方法

科學方法是人們在認識和改造世界中遵循或運用的、符合科學一般原則的各種途徑和手段，包括在理論研究、應用研究、開發推廣等科學活動過程中采用的思路、程序、規則、技巧和模式?？茖W方法是在科學技術研究的過程中，解決問題時需要掌握的科學方法。專業型科學素養需要掌握的科學方法包括自然科學一般方法、學科科學方法、學科學習方法等等。

4.科學實踐能力

科學實踐能力是將學到的科學知識、科學方法和技能用來解決問題的實踐能力和素質，是運用較強的分析問題和運用科學技術解決實際問題的能力?？茖W實踐能力一般包括科學認知能力、觀察能力、思維能力、理解能力、實踐操作能力等。高職教育培養的是應用型人才，專業型科學素養要培養學生科學的技術研究和改革的探索精神，善于溝通和協調的社會生存能力，解決生產和服務實際問題的能力等等。

二、在數學建?；顒又写龠M專業型科學素養的培育

全國大學生數學建模競賽創辦于1992年，一年舉辦一次，現已成為全國高校中規模最大的基礎性學科競賽，同時是世界上規模最大的數學競賽。全國大學生數學建模競賽是全國高校規模最大的課外科技活動之一。數學建模是架設在數學知識與實際問題之間的一座橋梁，也是數學走向應用的一條必經之路。全國大學生數學建模競賽題目來源于現實，具有較大的靈活性，能激發學生學習的積極性，主要的是讓學生們學會用數學的思維、數學的觀點、數學的語言描述實際問題、并學會應用所學知識解決實際問題提供方法，提高學生建立數學模型并運用計算機技術解決實際問題的綜合能力，培養學生的實踐能力、創新能力和團隊合作精神等等。

數學建模活動可以培養學生的專業型科學素養，數學建模過程有利于挖掘學生的潛能，有利于學生科學品質的形成，有利于培養學生的自主學習能力，有利于學生問題意識和創新能力、實踐能力的培養和提升。

（一）有利于學生科學品質的形成

科學精神與科學品質等非智力因素是提升科學素養的內在動力，是科學素養形成的前提和基礎。部分學院的數學建?；顒臃譃榕嘤栯A段和比賽階段，培訓階段分為基礎段、提高段、沖刺段，在數學建模培訓的階段，建模小組成員要學習的都是從未接觸過的有難度的知識和方法，每個階段都有相應的要求和目標；正式比賽階段在每年的9月，數學建模比賽是3天3夜，比賽持續時間較長，題目具有相當的難度，任務量大。在整個培訓和比賽的過程中會遇到各種各樣的問題和困難，必須有克服困難的意志品質，有很大的毅力和堅持，頑強拼搏的精神，才能堅持到最后一刻，交出滿意的答卷。因此，數學建?；顒优囵B了大學生意志力和勇于攻關的能力。

在建?；顒舆^程中，根據選題的要求和數學嚴謹性的特點，學生必須從實際出發，科學理性地思維，認真踏實地探究，實事求是地得出結論，數學語言的精確性使得數學的結論不會模棱兩可，不允許有任何弄虛作假的行為存在。因此，數學建模活動培養了大學生求真務實的科學品質，科學品質在反復地實踐中得到增強。

在數學建模的培訓和比賽中，大學生是以3人為一建模小組。在培訓和競賽中，小組內應做好分工合作，因各小組成員知識面的側重點或專長有所不同，做好合理的安排，如誰負責查找資料，論文撰寫，編寫程序等等。而對于某些問題，如高職組選題在C題和D題中選一個；選題的思路和方法；如何建立模型等，小組三人應相互交流與合作，互相啟發，才能激發出靈感。因此，數學建?；顒釉鰪妼W生的合作意識，培養團隊合作精神。

（二）有利于學生科學知識和技能的積累

數學建模要求學生有扎實的基本數學功底，參加數學建模競賽暑期培訓的學生還需要不停的地去學習許多數學分支的知識，諸如優化、圖論、微分方程、計算方法、層次分析法、數理統計，數學軟件MATLAB、LINGO的基本知識和實際操作等等，此外，還要了解經濟投資、保險業、房地產等多方面的知識，但培訓的時間有限，用的學時不多，多數是老師們啟發性的介紹一些基本的概念和方法，大部分主要需要同學們課后去消化吸收，然后進行擴充地學，在這過程中，發揮了主觀能動性，培養他們的自學能力，鍛煉了解和掌握新知識的技能，充分發揮同學們的潛能。

數學建模需要學生充分利用圖書館和網絡資源，學生在暑期培訓真題訓練中或正式建模競賽時，在確定選題以后，根據題中的主題方向，需要進行相關文獻檢索，查詢與題目相關資料和數據，盡量獲得比較全面的知識和信息，并進行整理和加工，獲取對選題有用的信息和資料。掌握文獻資料的檢索方法，并能進行加工處理，也就掌握了獲取知識的捷徑，這是現代人才必備的素質。

數學建模的答卷是以書面文字表述的。在三天的時間內把競賽的選題以一篇二十頁左右的論文呈現給評閱專家，論文的質量對最終的成績至關重要。在暑期建模培訓階段，學生將學習論文的撰寫，如建模論文的基本框架結構，寫作的步驟和規范等等。在進行往屆的真題訓練，以競賽要求的時間和方式來模擬正式建模比賽，建模論文需要結構層次強、思路清晰、語言簡練等。所以，在建模過程中會增強學生寫作技能和撰寫論文以及文字排版的能力。

（三）有利于創新能力和實踐能力的培養

王真東認為：“創新精神就是一個人的問題意識，問題意識主要指學生具有自由探討，積極思考，敢于發現問題、提出問題、闡述問題等自覺的心理活動。它是學生創造力的一個重要組成部分?！痹跀祵W建模的過程中，學生會遇到一些難以解決的理論或實際問題時，會產生一種困惑和探究的心理狀態，這種心理狀態會促使學生積極地思考一解題的思路，不斷地分析問題一建立模型，解決問題一求解模型，再分析問題一檢驗模型。問題意識是科學素質養成的關鍵，因為提出問題比解決問題更為重要。數學建模過程提升了學生善于發現問題，提出問題的素養，培養學生積極思維、執著追求的精神狀態。

數學建模競賽培訓涉及到一些常見實際案例應用分析，這過程提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生綜合運用知識分析實際問題的能力。數學建模競賽的賽題一般來自社會生活、工程技術和經濟管理等方面經過適當簡化加工的實際問題，非常具有實用性和挑戰性，例如，2015年D題是關于眾籌筑屋規劃方案設計，在房地產眾籌項目推出的背景下，建模者通過考慮諸多因素并結合國家相關規定，對眾籌項目進行分析研究，建立數學模型對眾籌筑屋項目原方案進行全面的核算；接著兼顧考慮參籌者的購買意愿和開發商的投資回報率，重新設計建設規劃方案，將原眾籌規劃方案基礎上作了更科學合理的優化。在這過程中，建模者根據所選題目，積極思考，拓展思路，充分發揮創造力，綜合運用知識建立數學模型，并結合計算機技術解決實際問題。數學建模活動能培養學生的實踐能力和創新能力。數學建模創新實踐能力的提升使學生在日后的工作和生活中能想到使用數學、利用計算機軟件及當代高新科技成果的意識，能將各項科學知識有機地結合起來去解決實際問題，提升學生的社會應用能力。

三、結語

參加數學建模活動對高職學生的優秀科學品質的培養，發揮高職學生的主觀能動性和創造性，增強學生的科學素質和綜合能力有很大幫助。數學建?；顒拥谋举|不僅僅在于高職優秀學生，而應向全體高職大學生進行科學素質的教育，高職院校應多開展科技創新活動，舉辦科技創新活動月，并讓學生有效地參與到其中，多方位培養讓全體學生樹立科學思想、崇尚科學精神，了解必要的科技知識，掌握科學方法，充分挖掘學生的內在潛力，提高學生的綜合能力，培養學生具備應用科學知識和科學方法去處理實際問題的實踐能力和創新能力，為社會培養一批具有優良科學素質的人才。

（責任編輯：封麗萍）