依托數學建模與數學實驗課程改革培養學生創新能力的研究

桑海風+楊月婷+李慶春

【摘要】針對創新實踐能力在大學生培養中的重要性，本文給出數學建模與數學實驗課程具體的教學改革方法和步驟.利用微課的翻轉課堂模式，充分發揮學生主體作用，培養學生創新實踐能力，進一步提高學生應用數學知識解決實際問題的能力.

【關鍵詞】數學建模；數學實驗；創新能力；微課；翻轉課堂

隨著大學生數學建模競賽的不斷開展，各高校也越來越重視數學建模和數學實驗課程的教學工作，并通過圍繞該賽事組織本校的預賽等工作，大力推廣數學建模的參與面.分析歷年來大學生數學建模競賽賽題，可以發現近年的賽題有如下一些特點：題目的難度逐年升高，對數學知識的要求超出書本范圍；問題越來越接近解決生活中遇到的實際問題，題目應用性很強；題目中常常會出現大數據，這些數據的處理和合理應用直接影響題目的求解；題目經常是命題專家的課題的一部分或簡化，要求有一定的專業背景知識；解決問題的手段與計算機的聯系也越來越密切，數學軟件的使用趨于普遍，對學生的計算機能力要求越來越高；問題的綜合性要求較高，對學生的數學應用能力和創新能力也要求更高.

一、當前數學建模和數學實驗課程的特點及不足

目前已有的數學建模和數學實驗的教學工作，主要是針對典型的教學案例，講授如何建立適當的數學模型的理論知識，以及分析問題和解決問題的過程.教學中，教師還是以電子課件的課堂講授為主，學生的實驗活動主要是在課外完成，練習作業也基本以較為簡單的題目為主，學生難以獲得系統的、全面的訓練.因此，數學建模與數學實驗課程傳統的教學內容、教學手段、教學方法與近年數學建模競賽和學生對競賽輔導的要求的距離較大.學生在面對大學生數學建模競賽的真題時，普遍感覺題目較難，難以下手；很多學生在建模的過程中有一些好的想法，但是由于數學軟件基礎較弱，難以實現自己的算法.同時，由于這兩門課程通常分期開設，加之學時有限，使學生很難把兩門課程有效地聯系起來.

二、數學建模與數學實驗課程改革內容

（一）教學形式多樣化

1.高等代數和數學分析等數學主干課程的教學中，要融入數學建模和數學實驗的內容，增加一些簡單建模的例題，強調運用數學知識解決實際問題的教學.

2.我校每年舉辦多次數學建模系列講座，對更多的學生進行數學建模啟蒙教育，宣傳數學建模的基本思想，激發了學生們對數學建模的興趣.

3.同時，基于微課的翻轉課堂模式，開設數學實驗和數學建模公共選修課，系統介紹數學建模的基本內容和數學軟件的功能，培養學生的數學建模能力.

4.每年組織開展1次校內數學建模競賽、2次建模夏令營，選拔優秀學生參加全國大學生數學建模競賽和美國大學生數學建模競賽.2016年獲得美賽二等獎3項、國賽一等獎1項、國賽二等獎6項、國賽省一等獎11項.目前我校數學建模成績在吉林市名列前茅.

5.從數學建模和數學實驗出發，為學生開設創新實驗，建立數學建模工作室，鼓勵學生申請數學建模的大學生創新項目，培養優秀學生的數學建模的素養和能力.

（二）教學內容多樣化

1.結合課程的特點，在數學主干課程中穿插具有建模思想的例題.例如，在常微分方程課程中，增加對汽車碰撞模型的介紹.這類教學主要是讓學生了解和體會數學建模的基本思想和基本概念，激發學生應用數學知識解決問題的興趣.

2.數學建模講座可以選取某種模型，使學生全面理解模型的適用范圍、典型特征、建模及求解過程.通過對該模型比較深入的理解，能了解數學建模的全過程，能舉一反三.

3.數學建模和數學實驗的選修課可以比較系統地講授常用的數學模型的基本知識，介紹一種數學軟件的使用.通過該課程的學習，使學生能比較系統地了解數學建模的基本過程，掌握數學建模的基本技能，能運用數學模型解決較為簡單的實際問題.

（三）將數學建模與數學實驗課程合并

將數學理論知識、數學建模的思維方法與數學實驗融為一體，充分體現了數學的應用價值.

1.學生在學習各種典型案例的同時，可以利用數學軟件及時開展實驗.這樣既彌補了單獨開設的缺點，又在一定程度上節省了課時，效果也有了明顯改觀.

2.合并后的課程強調淡化理論，特別注重學生實踐動手能力的培養.

3.教學方式采用的是分專題的案例教學法，比如，在數據處理專題中，會介紹數據擬合、插值、線性回歸和非線性回歸分析的相關案例以及實驗工具.

4.課程宗旨就是讓學生通過課程學習，在分析問題，應用數學方法原理建立數學模型，并綜合應用計算機技術解決實際問題的能力培養上有質的飛躍.

（四）考核方式多樣化

本著以學生為主體，以能力考查為中心，以提高教學質量為根本的理念，我們對課程的考核方式進行了改革，具體的成績評定方案如下：

1.平時成績占最終成績的10%；

2.實驗課考核占最終成績的30%；

3.實踐論文（模型+求解+排版）占最終成績的60%.

總體看，新的考核方式更看重實踐環節的考核.這里的實踐有兩層含義：一是學數學，用數學，嘗試解決一些生活實際問題；二是上機實踐，要求熟練掌握各種基本的數學軟件工具，并能輔助學生對實際問題進行探究和求解.

三、結語

通過開設數學模型與數學實驗課程，使得學生能夠真正認識到數學的應用性，培養了學生分析和解決實際問題的能力，也培養了學生使用計算機和數學軟件的能力，更培養了學生創新實踐能力.總之，數學建模是學生創新能力和綜合素質培養的重要途徑.