淺談數學建模對農業院校學生創新能力的培養

摘 要：智能農業和大數據農業的興起給農業院校的人才培養提出了新的挑戰，對學生的創新能力和創新意識提出了更新的要求，本文分析當前農業院校創新能力培養存在的不足以及數學建模在培養學生創新能力作用，提出了基于數學建模的培養學生創新能力的策略和長效機制。

創新指人在以原有知識、經驗為基礎創造新知識、新事物的一種活動，而創新能力是創造新知識、新事物活動過程中所表現出來的心理品質。創新的關鍵在于人才，高等學校是培養人才的搖籃，特別是大數據和人工智能的興起，對大學生的創新意識和創新能力的培養提出了新的挑戰，同樣，智能農業和大數據農業的出現對農業院校人才培養產生了巨大的沖擊，培養新時期農業院校學生的創新意識和創新能力，一直是農業院校教師的教學理念和教學目標。數學建模可以使學生對所學知識進行重新組織、整合，以達到解決新的問題的能力，實現創新。因而對學生開展數學建模課程和競賽，是培養學生創新意識和創新能力的有效方法和途徑。[1]

一、農業院校學生創新能力培養的現狀。

1.對專業缺乏興趣，阻礙了創新的主動性

目前，農業院校的很多優勢學科如：種子、農學、草業等專業，由于學生對專業的認識存在一定的誤區，很多專業招生數不能滿足計劃，部分學生還是從其他專業調劑過來的，因而學生所學專業缺乏興趣，對專業知識的學習只是停留在表面，能及格就行，缺乏了解新事物，用所學知識解決新問題的主動性。[2]

2.所學知識與實際問題脫節妨礙創新能力的培養

農業院校很多專業開設的課程知識陳舊，舊的知識已經不能滿足解決新的實際問題的要求，特別是大數據時代，很多專業都會進行大量的實驗，產生大量的數據，而學生所學的數學課程如高等數學、線性代數、概率統計很少有專門處理數據的模型和方法，這就造成了學生對大量的實驗數據無從下手，不能用所學知識解決實際問題、更不用說發現新知識和新事物。[3]

3.缺少對學生創新能力培養的長效機制

目前，大學的教育仍然以應試教育為主，評價學生學習的好壞、能力的高低，在很大程度上依然是看成績的高低，雖然現在很多高校開始意識到創新能力培養的重要性，開展很多創新活動如：大學生數學建模競賽，全國大學生機器人大賽，大學生電子設計競賽等活動。但總的來說只是少部分人參加，不能覆蓋大部分學生，也不能形成一種長效的培養機制。在這種環境下，學生也很少有創新的實踐機會，嚴重打擊了學生的創新意識，削弱了學生創新能力的培養。

二、利用數學建模培養農業院校學生的創新能力

大數據時代，面對浩如煙海的原始數據，如何從這些數據中提取有用的信息，模型的問題已經變得越來越重要，數學建模就是對實際問題進行簡化和抽象，用數學表達式表示實際問題的本質特征和本質規律，建立起數學模型，用數學算法和計算機軟件進行求解，然后用實際數據對模型進行檢驗，并把符合實際的模型應用到實際問題中去，從而產生經濟和社會效益。數學建模需要學生整合所學的各種知識，如數學知識，物理知識，專業知識等產生新的知識以達到解決實際問題。因而數學建模在培養學生創新能力方面有著重要的作用，主要表現在：

1.數學建模可以提升學生的創新品質

首先，數學建模可以培養學生的團隊協作和彼此之間協調能力，數學建模問題一般來源于農業，工業，工程，環境，社會，經濟等實際問題，解決這些問題需要用到數學，計算機，以及實際問題所涉及到的專業知識，因而，要解決問題需要多個專業的學生團結協作，相互協調，發揮各自的長處。其次，數學建模可以培養學生的想象力和創造力，數學建模的問題來源于實際問題，大多數問題學生以前沒有碰到過，解決這些問題除了需要所學的基本知識外，還需要豐富的想象力和創造力去揭示新問題內部的規律，并把它用數學公式描述出來。最后，數學建模可以培養學生學習能力和進取精神，數學建模問題需要很多的知識，很多知識需要重新進行學習，在較短的時間內學會相關的知識并解決問題可以鍛煉學生的學習能力。同時建模過程也需要學生不斷的摸索，反復驗證，不達目的不罷休的進取精神。[4]

2.數學建模可以增強學生的創新意識

首先，數學建模所研究的問題很多都是開放性的，沒有固定的模型和方法，也沒有固定的答案，這需要學生發揮主觀能動性，不停的摸索，不停的實踐，在摸索和實踐中不斷發現新的問題，解決新問題。在解決問題的過程中形成自己的思維方法，積累解決問題的經驗，增強創新意識。其次，通過數學建模可以培養學生大膽假設小心求證的科學探索精神，有助于學生了解科學研究的過程，培養學生創新的意識。

3.數學建模為高校培養學生創新能力提供了一種有效途徑

當前數學建模已被越來越多的高校所重視，基本上每個學校都會開設相關的課程，有相關的協會、團體，全國大數學建模競賽也是高校學科競賽涉及范圍最廣、人數最多的競賽，如2018年，共有12萬多名大學生參加競賽，涉及33個省市區、香港、澳門、臺灣、美國、新加坡的1449所院校。數學建模在高校已深入人心，有廣泛的群眾基礎，為高校順利開展數學建模培養學生創新能力的實踐并形成一種長效的培養機制提供堅實的基礎。[5]

三、數學建模培養農業院校學生的創新能力的策略

雖然現在很多農業院校越來越重視數學建模，但大多數側重于參與數學建模競賽，其所涉及的專業也不是很廣，主要集中在數學、計算機、部分工科類專業，很少涉及農學等方面的專業，遠沒有把數學建模作為培養學生創新能力的一種手段并形成一種長效機制。因而數學建模在農業院校還有很長的路要走，具體措施如下：

1.繼續擴大數學建模的影響

一方面，加大宣傳力度，通過建模協會開展豐富多彩的數學建模實踐活動。另一方面，在平常的數學公共課教學中，融入數學建模的思想，使數學課堂更具趣味性，學生不再害怕數學，也擴大了數學建模影響，讓更多的人喜歡上數學建模。

2.將數學建模融入專業課的學習中

收集農業院校專業課教學中和實驗中所碰到的與數學建模相關的問題，并制作成教學案例，以問題驅動的形式進行相關的數學建模培訓，如農藥殘留問題，土壤重金屬污染問題，節水灌溉問題，魚群放養等問題 這些問題既可以讓學生對專業知識的產生興趣，又可以培養學生探索問題本質的精神，激發創新的欲望。

3.構建基于數學建模的培養學生實踐創新的長效機制

首先，建立完善的數學建模平臺，包括數學建模實驗室建設、指導老師培養、數學建模協會的發展、與各專業相關的案例庫的建設以及數學建模課程網站的建設，使各專業的學生都能找到與專業相關的實踐創新的機會。其次，在各專業選拔優秀學生組建數學建模創新實驗班作為重點培養，調動這些學生主觀能動性，發揮傳幫帶的作用，實現以舊帶新的良性循環。最后，搭建學生的科研創新平臺，讓學生積極參與各類競賽，熟悉科研過程，提升論文寫作能力，增強科研創新能力。接著為學生牽線搭橋尋找可以參與的課題，包括各專業老師的課題，學生的創新實驗項目，科技創新等項目，讓學生在參與科研過程中提升創新能力。

結語

大數據農業和智能農業的出現給農業院校培養學生創新能力提出了新的要求，數學建模為農業院校學生的創新能力的培養提供一種可行有效的途徑，因而優化數學建模平臺，構建基于數學建模培養學生創新能力的長效機制可以促進學生全面發展，提高學生的創新能力和創新意識。

參考文獻

[1]李啟建.基于創新能力培養的數學建模策略研究[J].江蘇科技信息，2018，35（28）：61-64.

[2]高瑾，林園.基于數學建模的大學生創新能力和綜合素質培養[J].教育教學論壇，2017（40）：214-215.

[3]孫威.數學建模在學生創新能力培養中的作用研究[J].佳木斯大學社會科學學報，2018，36（2）：170-172.

[4]許先云，楊永清.突出數學建模思想培養學生創新能力[J].大學數學，2007，23（4）：137-140.

[5]付軍，朱宏，王憲昌.在數學建模教學中培養學生創新能力的實踐與思考[J].數學教育學報，2007，16（4）：93-95.

作者簡介

王明春（1979—）男，漢，湖南農業大學信息科學技術學院信科與統計系講師，主要從事系統優化與大數據建模方面的研究。