“新工科”背景下大學生數學創新實踐能力培養的研究與應用

摘要：“新工科”要求高等院校培養適應未來社會、產業多元化發展的創新性卓越工程人才。針對理工科學生在大學數學學習過程中重理論、輕實踐、創新能力差的問題，我校將創新實踐教育理念納入應用型人才培養方案中，科學系統地建立“新工科”背景下大學生數學創新實踐能力培養的“二四三”模式，并取得了一些效果。

關鍵詞：新工科；大學數學；創新能力；實踐能力；數學建模；協同育人

2017年，我國提出“新工科”教育理念和工程教育改革，旨在以立德樹人為引領，通過研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系，著力培養適應未來社會和產業發展需要的多元化、創新性卓越工程人才。

高新技術的基礎是應用科學，而應用科學的基礎是數學。正如恩格斯說過：“任何一門學科的真正完善在于數學工具的廣泛運用?！薄靶鹿た啤币蟠髮W生不僅具備扎實的理論基礎，而且擁有較強的應用能力，還要求提升教師教育教學創新能力、實踐能力和教學研究能力［1］。大學數學課程是培養學生解決復雜工程問題能力的重要載體和基礎［2］，而理工科類學生，面對復雜工程問題，數學應用能力缺乏，實踐能力偏弱。

1 大學生數學創新實踐的培養模式

“新工科”背景下，大學生數學創新實踐能力培養是理工科教育教學工作中的重點［3-5］。創新實踐教育理念被納入我?！笆奈濉卑l展規劃的指導思想，落實到學校2021版、2022版人才培養方案，形成了多元結合的“新工科”人才培養的共識。為了改善理工科學生普遍存在重理論而輕實踐、動手能力差的傾向，在課堂教學的基礎上，我校確立了“基礎—實踐—素養”多元融合發展的“二四三”創新實踐培養模式。該培養模式科學性和系統性地將數學基礎理論、數學創新實踐和數學人文素養三者融合起來，貫穿于“新工科”大學生數學創新實踐能力培養過程。

2 大學生數學創新實踐能力的應用成果及效果

2.1 通過數學建模，促進理論與實踐相結合

一直以來，我校以數學建模競賽為牽引，對大學生數學應用能力培養模式形成一套切實可行的數學教學體系。大學生參加數學建模競賽，不僅可以激發學習數學知識的興趣，提升科學素養和實踐創新能力［6-7］，還可以培養其嚴謹求實的態度、團隊合作的能力和開拓創新的精神［8-9］。

全國大學生數學建模競賽（CUMCM），著重培養學生自主學習的意識、想象力和創造力、對問題進行分析、計算機的應用能力以及團結協作的攻關能力。我校教務處和計算機學院高度重視該項競賽，專門成立教練團隊，制訂詳細的培訓計劃，采用線上線下多種形式進行賽前指導、答疑、真題講解等，參賽選手從多組題目中任選一題，在3天時間內對選題展開分析，通過合理的假設建立數學模型，并運用數學軟件編程求解模型，最后提交一篇結構清晰、排版工整、結論合理的數學建模論文。賽題內容涉及經濟、管理、環境、資源、生態、醫學、安全等眾多領域，該競賽充分調動了學生的主動性與創造性，有效推動了數學學科與其他學科間的深度融合，也營造了“以賽促教、以賽促改、賽教融合”的本科人才培養良好氛圍。近幾年來，我校學生獲得全國大學生數學建模競賽一等獎、二等獎、三等獎，共計100余項，該成績充分展示了我校學生扎實的數學功底和較強的創新應用與實踐能力。

美國大學生數學建模競賽（MCM/ICM）是一項國際建模賽事，是全球大學生參與度和影響力最大的學科競賽。2023年美國大學生數學建模競賽（MCM/ICM）于2023年2月17日至2月21日期間舉行，通過指導教師及同學們的艱辛努力，本次大賽共有6支隊伍分獲國際一等獎1項，國際二等獎1項，國際三等獎4項。此次國際競賽獲獎，更增加了我校學生逐步走向國際化的自信。

2.2 申請數學建模、大數據等方面的計算機軟件著作，落實科技成果轉化

在數學建模培訓與競賽中，針對現實問題，提出具嚴謹性強、實用性高的數學模型，進行編程、測試、運行，形成計算機系統程序或應用程序，再加以研發，形成計算機系統軟件或應用軟件。隨著互聯網的快速發展，軟件開發越來越多，為了避免別人抄襲或轉售自己的代碼，學生和教師將數學建模、大數據、數據分析、管理系統等方面的軟件進行了計算機軟件著作的申請，落實了勞動成果保護及科技成果轉化。

《大學數學建模教學管理智能化軟件》《大學數學模擬測試分析系統》《應用統計數學題庫管理軟件》等系統軟件，對電腦的操作系統、語言處理程序、數據庫管理系統進行管理、監控，使電腦能夠正常高效地工作的程序。《統計數學大數據信息化應用系統》《大學數學知識綜合數據空間應用系統》等應用軟件，用于輸入、存貯、修改、檢索大學數學系統與數據信息。

2022年，陜西建輝道路勘察設計有限責任公司申報高新技術企業，該公司與我校計算機學院學生、土木學院學生、電子信息學院學生合作，分別申請了《公路勘察設計項目管理平臺》《工程測量設備數據分析系統》《技術服務合同管理系統》《項目勘察設計審查系統》《咨詢綜合管理系統》等計算機軟件著作，這表明學生對于系統及軟件的開發不僅掌握，還能熟練應用，一方面增加個人及公司的無形資產價值，還幫助企業減免稅收，助力企業快速成長，另一方面也證明了學生擁有較強的科技成果轉化能力。

2.3 與企業合作，進行產學研項目

創新實踐能力是指大學生在個體實踐過程中產生創新性成果所表現出的行為特征，面對業績和效益，企業需要大學生具有較強的創新實踐能力。創新創業教育是中國式現代化的重要路徑［11］，以通識教育體系構建為載體，將創新教育分層分類融入學生專業發展［12］，對大學生創新能力進行定性與定量結合研究［13］。

2022年12月，與公司合作，對《定積分在橋梁工程中的計量應用設計與開發》項目進行研究。物聯網工程專業學生利用定積分的理論知識，結合Matlab軟件深入工程實地，對橋梁工程中變截面連續箱體工程量的計算進行研究，該項目實現了變截面工程量計算的實踐創新；2023年1月，計算機科學與技術專業的學生自主與相關公司合作，對《應用型人才學歷提升教育系統的研發》項目進行研究。本項目將組卷算法嵌入系統，設計一個能規避常用的組卷算法缺陷又能根據教育測算理論制定符合教育理論的教育系統，實現了該教育系統的創新與應用；2023年6月，計算機學院的學生和會計學院學生針對糧倉監控系統問題，與企業陜西云瑞創智科技有限公司合作，進行《基于5G物聯網技術的智慧糧倉監控系統的開發》項目研究，本項目根據用戶實際需求，并結合不同系統的優點，設計并實現一個基于5G物聯網技術的智慧糧倉測控系統，用信息化的手段滿足用戶對糧食存儲保管的要求，實現了5G技術的應用創新與實踐。

深度校企合作，對進一步發展計算機學院專業、會計專業、土木專業、電子信息專業等人才培養具有積極的推動與促進作用，為實現我校科學研究、服務地方、增加公司業務領域的經濟效益，都具有積極意義。

2.4 提升了學?？萍紕撔潞蜕鐣漳芰?/p>

針對項目《應用型人才學歷提升教育系統的研發》項目中的大數據，這些數據規模巨大到無法透過目前主流軟件工具，在合理時間內達到擷取、管理、處理。目前，傳統的數據處理方法多數是采用簡單加密的方式進行處理，容易被竊取和篡改，并且對于傳輸過程的數據質量也不能保證。計算機機柜可以提供對存放設備的保護，屏蔽電磁干擾，有序、整齊地排列設備，方便以后維護設備。

針對以上問題，我校教師于2022年11月，獲得《一種大數據可用調節和移動的計算機專柜》全國發明專利一項。本發明提供了一種大數據用可調節和移動的計算機機柜，屬于計算機設備技術領域。本發明通過驅動組件帶動旋轉柱正反轉動，配合限位塊、限位孔、第一限位齒以及第二限位齒的設置，當需要對柜體進行移動時，可防止來自地面的振動導致托盤上下移動，從而避免托盤的移動造成電氣元件的松動，并且在柜體工作時，可實現柜體的自行鎖定，防止柜體發生位移，從而保證了大數據的穩定性與安全性，相較于現有技術，具有結構合理、使用方便以及調節效果好的優點。

結語

本文確立了數學創新實踐教學的重要地位，“二四三”模式，解決了大學數學教學中理論與實踐脫離的問題，教學方法多樣性、教學內容豐富性、實踐競賽引導性、創新項目多層次性，校外實踐基地穩定性、成效性，人文素養生動性，促進了“新工科”中教學與科研、產學研相融合，改善了創新實踐教學中存在的問題。

參考文獻：

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基金項目：2023年教育部產學合作協同育人項目（2308 04092275145，230801416212636）；陜西省“十四五”教育科學規劃2022年度課題（SGH22Y1893，SGH23Y2934，SGH22 Y1921）；2023年陜西省高等教育教學改革研究項目（23BY 182）；西京學院精品課程《高等數學A2》建設（XJJPKC 22007）

作者簡介：韋娜娜（1985—），女，陜西渭南人，碩士，講師，研究方向：高等數學教育與研究。