新農科背景下地方農林院校數學建模競賽的現狀與對策
——以山西農業大學為例

李毅偉 王福貴 孫晶京 申 梅

(山西農業大學，山西 晉中 030801)

一、引 言

2019年教育部成立了新農科建設工作組，相繼提出了“安吉共識”“北大倉行動”“北京指南”等方案，開啟了新時代高等農林教育的全面改革在教育部的政策引導下,全國涉農高校相繼部署、實施了一系列政策，布局發展符合新業態、新行業發展要求的新型涉農學科，為鄉村振興和農業現代化發展提供強有力的人才支撐“新農科”是一次專業的供給側改革，其核心問題是人才培養傳統農科人才培養存在重理論、輕實踐，創新意識、創新能力不夠等問題，“新農科”建設“育新人”則要著力解決這些問題創新意識、創新能力是構成新農科人才素質能力體系的核心，為了適應和匹配農業產業發展，“新農科”人才所具備的創新素質和能力迫切需要通過不同平臺進行錘煉而參加數學建模競賽這類實踐創新活動便成為培養和提高學生創新意識和創新能力的有效途徑

數學建模是用數學語言和方法，將實際問題轉化為數學問題，進一步建立變量間的數學關系模型，并進行求解和解釋的過程數學建模競賽一般由三人組隊，分工配合，通過分析問題建立數學模型，借助數學軟件解答問題，最終以論文的形式提交數學建模的研究對象一般是日常生活中的現實問題，特別是社會熱點、難點問題由于無法套用現有成果，學生需要發揮個人智慧和團隊的創造力來解決問題通過參與各種類型的數學建模競賽，學生的文獻搜索能力、模型構建能力、編程能力和論文寫作能力等都會有很大的提高數學建模競賽已被普遍認為是我國高等院校培育創新型人才的一種重要方式

二、數學建模競賽有助于提升大學生的綜合素質

“新農科”建設為我國農林院校的發展指明了方向，培養具有創新精神和創新能力的卓越農林人才是當前我國農林院校的首要任務數學建模競賽具有開放性、應用性、創新性等特點，可以極大地拓寬學生的眼界，提升學生的創新實踐能力，提高他們的綜合素質

(一)培養大學生的創新能力

數學建模競賽賽題是以社會熱點、難點問題(如地鐵選址、新冠檢測、疫苗接種)為背景學生通過分析問題，剖析事件之間的規律，在合理假設的前提下，構建能夠解決問題的數學模型由于數學建模競賽沒有設置固定的標準答案，因此學生要大膽假設和猜想，合理運用各種數學方法與技巧，對所提問題進行分析、推理和解決整個過程都能夠激發參賽者的創新意識和創新思維，有助于培養學生的創新能力

(二)培養大學生的團隊協作意識

數學建模競賽通常以三人組隊的團隊形式進行，團隊成員分別負責建立數學模型、編寫程序求解、論文寫作在競賽過程中既要有分工又需要協作配合，在出現問題時需要團隊成員相互討論集思廣益，充分發揮個人智慧和團隊協作精神因此，數學建模競賽，有助于培養學生的團隊協作意識

(三)培養大學生的查閱文獻資料的能力

全國大學生數學建模競賽的時間為三天，參賽隊伍需在規定時間內解決問題因此每支隊伍必須在有限時間內，快速搜集、整理、自學文獻資料從文獻資料中尋找線索，確定選題重要的是，學生不能憑空構建數學模型，需要借鑒相關文獻，找出問題的本質，完成數學模型的構建因此，數學建模競賽還鍛煉了學生查閱、使用文獻的能力

(四)培養大學生的編程能力和論文寫作能力

在數學建模競賽過程中，大量數據的處理以及模型的求解都必須借助于數學軟件，如Matlab、SPSS、Python、Lingo等.參賽者需要熟練地運用這些軟件編寫程序或改寫程序.另外，數學建模競賽最終需要在線提交一篇學術論文，論文的撰寫，需要參賽者組織語言，繪制各種圖形和表格，并對文章進行排版設計整個競賽過程很好地鍛煉了學生的編程能力和論文寫作能力

三、山西農業大學數學建?，F狀

在以農林專業為主要學科的農林院校中，數學建模這項競賽活動開展得較晚，參賽規模和參賽頻率都落后于理工類和綜合類高校如表1所示，農林院校數學建模競賽在全國高校中處于較低水平通過對山西農業大學參加數學建模競賽的同學進行問卷調查，我們發現學生在參與數學建模競賽時暴露出基礎知識不扎實、面對海量數據不會處理、涉及物理問題不會分析、不能熟練應用辦公軟件、編程能力不足、論文寫作不熟練、團隊配合不默契，甚至由于無法抗壓在競賽期間退賽等問題

表1 2017—2021 全國農林院校獲獎情況

(一)數學建模推廣不足

調研發現參加建模競賽的學生主要以工學院、軟件學院等理工科專業的學生為主，農林類專業的學生參與率較低很多農林專業的學生認為數學建模競賽應該是與數學有關或者數學成績好的同學參加；另外，學生普遍不清楚數學建模的參賽形式、參賽時間以及數學建模競賽需要完成哪些任務，這都體現了學生對數學建模競賽的認識不足此外，學校對數學建模競賽的支持力度不夠，學生不能深刻意識到數學建模競賽對培養自身創新能力和實踐能力有重要的作用同時，宣傳力度不夠，數學建模競賽的宣傳形式僅限于課堂宣講，宣傳對象范圍窄，不能做到全校學生全覆蓋由于宣傳力度不夠，數學建模競賽在全校影響力不大，學生知曉度低

(二)指導教師專業性有待提高

數學建模教師團隊是進行建模培訓與組織比賽的實施者，教師隊伍需要具有豐富的知識面，且對相關的學科有所了解山西農業大學抽調數學系教師組建了一支教師隊伍，但指導教師的知識面多局限于自己的專業，對其他學科了解較少此外，因為指導教師還擔負著全校公共基礎課程的教學工作和科研任務，無法投入更多精力鉆研數學建模雖然指導教師有一定的數學建模知識儲備，但在指導學生分析問題、建立模型等方面所起作用有限

(三)培訓模式有待改進

目前，山西農業大學數學建模培訓內容為數學建模基本模型與基本方法的理論，以及常用數學軟件的培訓由于培訓時間短、強度大，大部分學生零基礎，也沒有按照在競賽前的分工進行訓練，導致學生難以完全掌握培訓內容最終的選拔考試以理論知識考核為主，脫離了數學建模重視開放性、實踐性的特點，與數學建模競賽模式也不符，使得部分學生無法真正適應高強度的數學建模競賽因此，數學建模培訓模式有待進一步改進

(四)學生在競賽期間時間規劃不合理

數學建模競賽期間，學生通常需要花費半天時間，仔細閱讀并分析競賽題目，通過廣泛查閱文獻資料，從文獻中尋找線索，從而確定選題一方面，很多隊伍僅僅通讀完競賽題目，就決定了選題，較少借助參考文獻匆忙定下題目的后果是學生對所選題目無從下手，有些隊伍在建模競賽的第二天又臨陣換題，以至于浪費了大量的寶貴時間另一方面，在求解每道問題時，很多隊伍對解答題目時間的規劃不合理，花費大量時間解答第一問，導致沒有充足時間處理其余問題這些都體現了學生在時間規劃方面有所欠缺

(五)學生的編程能力和論文寫作能力較弱

數學建模需要借助各種軟件來對模型進行求解如遇大量數據，需要借助計算機對數據進行篩選處理調研發現學生的編程能力較弱，不能靈活地使用Phyton等軟件處理大量數據，不擅長用Matlab制作繪制各種圖像，遇到最優化問題不能熟練使用Lingo解決，以及不擅長使用SPSS進行統計相關分析.另外，競賽最終是以論文的形式提交，很多團隊的論文存在字體使用不規范、論文寫作不標準、圖表命名不準確、參考文獻引用不正確等問題，這些都表明學生的編程能力以及論文寫作能力需要加強培養.

(六)學生磨合不夠，團隊缺乏默契

參加數學建模競賽的學生，通常涉及數學、計算機、工學院等多個院系，大多數學生之前根本不認識而數學建模競賽又是以團隊形式參與，學生之間需要通過短時間的磨合，迅速組建隊伍，但是競賽期間經常會出現分工重疊的情況，比如，小組內成員都擅長數學建模，缺少擅長寫作或編寫程序的成員組員之間往往因為磨合不夠，導致最終成績不佳

四、推進數學建模競賽工作的建議

鑒于數學建模目前所存在的問題，為提高全校學生的參與率以及自主學習能力，提升數學建模培訓的質量，提高獲獎率，山西農業大學通過借鑒其他院校的先進經驗，將從以下四個方面開展改革與實驗，具體措施如下：

(一)全校范圍內大力宣傳

由數學建模團隊邀請省內、國內數學建模名師到我校舉辦講座，組織校內獲獎團隊交流參賽的心得體會教師在課堂教學中，將數學建模思想和案例引入課堂，普及建模的實用性和優點，吸引學生的興趣，提升數學建模在學生中的影響力同時，學校也利用各種渠道，面向全校學生推廣相關的數學建模方法和軟件，介紹生動有趣的建模案例，力爭將數學建模競賽推廣為全校各專業學生都積極參加的實踐活動

(二)組建復合型建模教師團隊

指導教師團隊的成員不應局限在數學系教師，還應該從計算機、物理、統計等學院中挑選具有較好數學背景的教師，打造一個業務能力強、研究方向全面的復合型數學建模指導教師團隊另外，數學建模教師團隊應該積極參加國家和省級的建模教師培訓會，組內定期進行數學建模專題研討，以及利用“雨課堂”等豐富的在線資源進行學習，從而不斷提升教師團隊的數學建模能力

第一階段：開設建模選修課(線上+線下)

開設選修課，將數學建模模型和數學實驗兩門選修課納入全校公共選修課中，想要參加全國大學生數學建模的學生必須修過這兩門選修課在教學方式上，數學建模模型選修課主要以線上學習為主，教師可充分利用雨課堂、Mooc以及學習通等線上豐富資源，篩選出有關數學建模模型和算法、數學建模論文撰寫有關的優質內容，并采取線上教學結合自學的形式.數學實驗以線下實踐為主，主要進行常用數學軟件的培訓，如Matlab、Phyton、SPSS和Lingo等，并對歷年優秀獲獎論文進行解讀.

第二階段：組織學生參加各類數學建模競賽選拔

教師組織學生參與各類數學建模競賽，如山西農業大學數學建模選拔賽、山西省大學生數學建模競賽教師可通過以賽代練的方式鍛煉學生的實踐能力、累積經驗，使其適應數學建模國賽模式，并將參賽成績作為篩選國賽隊員的依據從山西農業大學多年組織建模比賽的經驗來看，參與過建模競賽的學生，從確定選題、搜集文獻、編寫程序到撰寫論文方面均較未參賽的學生有明顯的優勢

第三階段：暑期分組進行針對性培訓

教師通過第二階段參賽，找出學生的擅長方向，可將學生分成三組：將擅長構建模型的同學分為一組，培訓其借助“雨課堂”等豐富的教學資源，搜集整理經典的數學建模方法，強化學習如何進行數學建模；將擅長編程的同學分成一組，通過強化學習數學建模常用軟件以及經典算法，專項加強他們的編寫程序能力和改寫程序的能力；將擅長論文撰寫的同學分成一組，帶領他們分析歷年優秀的學術論文，使他們了解寫作的基本框架和要求，掌握建模論文的寫作技巧這種根據學生特長進行分組培訓，開展針對性的強化訓練的方式，有利于發揮每位參賽者的特長

(四)制定相關政策

學校也需要出臺相關政策給予數學建模競賽支持為充分調動教師參與數學建模教學、培訓和競賽指導的積極性，學校應該給予教師工作量的認可，指導學生在競賽獲得較好成績的教師在職稱評定、評獎評優方面給予一定的重視此外，為提升學生參與競賽活動的積極性，增加數學建模競賽對學生的吸引力，學?？商峁﹫竺M報銷的鼓勵措施若成功參賽則退還學生所交報名費，若中途退出則不退還報名費；對于獲獎同學，學校則根據等級不同，在獎學金、榮譽稱號、學分認定等方面給予一定的獎勵

五、總 結

數學建模競賽為“新農科”培養創新型人才提供了很好的平臺如果農林院校數學建模創新人才培養模式的構建與實踐能順利開展，那么必定能為農林院校注入源源不斷的新鮮血液，我們需要不斷地總結經驗教訓，健全機制，鼓勵更多農林專業的學生參與各類數學建模競賽，以此提升學生的綜合素質，為國家和社會培育創新型農林人才