數(shù)學(xué)建模在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用研究論文
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)學(xué)在各種領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用也越來越顯著“高技術(shù)實(shí)質(zhì)即數(shù)學(xué)技術(shù)”這一觀點(diǎn)廣受肯定，有關(guān)數(shù)學(xué)的應(yīng)用性也備受社會(huì)各界關(guān)注和重視。為了反映社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我國教育在培養(yǎng)學(xué)生時(shí)，除了要求其掌握理論知識(shí)以外，還要求其能夠利用數(shù)學(xué)思想及方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際中所遇到的各類問題，最終成為同社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的應(yīng)用型人才。而這種利用數(shù)學(xué)思想分析實(shí)際問題，找到數(shù)學(xué)關(guān)系及規(guī)律，并將該問題轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)問題，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從而解決問題的過程即數(shù)學(xué)建模。為此，各高校在培養(yǎng)應(yīng)用型人才時(shí)，必須注重加強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的提升。
一、對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)
所謂的“應(yīng)用型人才”，指的是能夠利用所學(xué)知識(shí)及專業(yè)技能在社會(huì)及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中予以正確實(shí)踐的專業(yè)化人才，也是具備生產(chǎn)一線基礎(chǔ)知識(shí)及技能，專門從事一線生產(chǎn)的人才。社會(huì)對于應(yīng)用型人才提出了如下要求:不僅具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，寬泛的知識(shí)面，較強(qiáng)的應(yīng)用能力，還具有較高的素質(zhì)，擁有創(chuàng)新及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。其突出特點(diǎn)即知識(shí)面寬廣、理論基礎(chǔ)深厚，可以講所學(xué)知識(shí)正確地應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)，能夠適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于人才需求的逐步變化，還具有進(jìn)一步接受教育與汲取新知識(shí)的能力，能夠逐步擴(kuò)展同職業(yè)相關(guān)的學(xué)科能力。
隨著我國各大高校擴(kuò)招力度逐步加大，高等教育正在逐步朝著大眾化趨勢發(fā)展，傳統(tǒng)學(xué)術(shù)型或研究型人才培養(yǎng)模式面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為此，不少發(fā)達(dá)國家紛紛提出了“培養(yǎng)應(yīng)用型人才，發(fā)展應(yīng)用型高校”等戰(zhàn)略方針。其中，德國早在上個(gè)世紀(jì)70年代就已經(jīng)成立了首座應(yīng)用型科技大學(xué)，專門培養(yǎng)和發(fā)展應(yīng)用型人才，并受到了普遍的歡迎，此外，美、英、日也紛紛建立了應(yīng)用型高校。近些年來，我國各大院在培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面也取得了顯著的成果，但由于認(rèn)識(shí)方面存在不足，因此，應(yīng)用型培養(yǎng)方案及實(shí)施過程仍存在諸多問題，培養(yǎng)模式有待進(jìn)一步完善。經(jīng)多年探索，結(jié)合數(shù)學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用及培養(yǎng)應(yīng)用型人才的相關(guān)要求，借助于數(shù)學(xué)建模加快高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有十分重要的作用。
二、數(shù)學(xué)建模對我國高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)作用分析
數(shù)學(xué)建模需要利用數(shù)學(xué)知識(shí)、語言及方法，對實(shí)際問題進(jìn)行刻畫，對于已建立的模型通過推理、證明、計(jì)算等，并通過數(shù)學(xué)軟件來求解，對求出的結(jié)果同實(shí)際問題相似合。具體而言，數(shù)學(xué)建模對我國高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的作用表現(xiàn)在如下方面:
(一)有助于團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)
鑒于實(shí)際問題往往相對復(fù)雜，因此，數(shù)學(xué)建模時(shí)需要搜集大量的數(shù)據(jù)及信息，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分析和處理，建模時(shí)通常需要對模型進(jìn)行假設(shè)、建立、求解，并對模型的計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)軟件對結(jié)果進(jìn)行分析和檢驗(yàn)，將結(jié)果同實(shí)際問題進(jìn)行擬合，此過程在短暫的時(shí)間內(nèi)，僅僅依靠一個(gè)人的力量是很難完成的，因此，數(shù)學(xué)建模過程往往需要組建一個(gè)團(tuán)隊(duì)，要求學(xué)生相互之間、師生間以及與社會(huì)間進(jìn)行有效地溝通與合作。因此，數(shù)學(xué)建模有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，這方面恰恰是社會(huì)對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的最基本要求之一。
(二)有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
由于數(shù)學(xué)建模過程中所涉及的數(shù)據(jù)多數(shù)雜亂無章，因此，要求學(xué)生能夠有效地進(jìn)行篩選，去粗取精，經(jīng)過一系列歸納、整理、加工、提煉與總結(jié)，對已知條件進(jìn)行量化，并對數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行恰當(dāng)描述，最終組建出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，再通過所學(xué)理論及方法對該模型進(jìn)行求解。為了簡化實(shí)際問題，必須針對各種因素進(jìn)行分析，對其中可忽略不計(jì)的因素進(jìn)行判斷，這要求學(xué)生必須對實(shí)際問題具有深刻地理解，明確研究目標(biāo)及數(shù)學(xué)背景，以完成這一創(chuàng)造性的過程。此外，數(shù)學(xué)模型必須對實(shí)際問題進(jìn)行真實(shí)、近似地刻畫，以求所構(gòu)建模型能夠近乎完美、全面地表達(dá)這一實(shí)際問題，同時(shí)，還要求該模型容易求解，為此，必須對該模型進(jìn)行不斷改善，要求學(xué)生可以進(jìn)入更深的知識(shí)層面中，反復(fù)產(chǎn)生更多新問題，往復(fù)循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力地逐步提高，滿足應(yīng)用型人才的相關(guān)要求。
(三)有助于學(xué)生綜合素質(zhì)及能力的培養(yǎng)
數(shù)學(xué)建模實(shí)質(zhì)上就是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)及方法解決社會(huì)實(shí)踐問題的過程，要求學(xué)生除了具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及邏輯思維能力以外，還對實(shí)際問題的背景具有一定的了解，能夠?qū)λ邆涞母黝愔R(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通。數(shù)學(xué)建模數(shù)據(jù)龐大而又復(fù)雜，因此，處理數(shù)據(jù)不僅需要分析和綜合，還需要抽象、概括、比較、類比等多個(gè)過程，經(jīng)過如此種種的培養(yǎng)，學(xué)生應(yīng)變能力、全面分析及綜合思考能力均得到了有效地提高，逐步加強(qiáng)了個(gè)人的綜合素質(zhì)及能力培養(yǎng)，這也是成為應(yīng)用型人才的基本要求。
(四)有助于學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)
通常而言，以實(shí)際問題為依據(jù)所抽象和建立起的數(shù)學(xué)模型往往十分復(fù)雜，因此，數(shù)學(xué)模型求解過程也很困難，甚至難以求出解析解，即使可以求得也因過于復(fù)雜而缺乏足夠的應(yīng)用價(jià)值。因此，求解數(shù)學(xué)模型時(shí)需對計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫，利用數(shù)學(xué)軟件對該數(shù)值解進(jìn)行計(jì)算，要求學(xué)生必須具備數(shù)學(xué)軟件及計(jì)算機(jī)操作及運(yùn)用能力，經(jīng)這些過程的鍛煉，學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力也勢必得到了大幅度地提高。此外，數(shù)學(xué)建模需進(jìn)行調(diào)研，對數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛搜集和補(bǔ)充，此即培養(yǎng)應(yīng)用型人才中所格外關(guān)注的踐性。
(五)全面體現(xiàn)了理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用性
數(shù)學(xué)建模中存在許多較為典型的案例，例如，“最優(yōu)化捕魚策略”，“投資收入及風(fēng)險(xiǎn)”等等，這些都凸顯了數(shù)學(xué)知識(shí)強(qiáng)大的應(yīng)用性。因此，數(shù)學(xué)建模已經(jīng)成為數(shù)學(xué)應(yīng)用的必經(jīng)之路，也是將數(shù)學(xué)和社會(huì)實(shí)踐聯(lián)系起來的樞紐和橋梁。數(shù)學(xué)建模需借助于數(shù)學(xué)知識(shí)及方法，對所需解決的問題進(jìn)行刻畫，同時(shí)，數(shù)學(xué)建模還必須對所計(jì)算的結(jié)果同實(shí)際問題相似合，其全面體現(xiàn)了數(shù)學(xué)理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用性，這方面同社會(huì)對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求是相互契合的。
(六)有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)及表達(dá)能力的培養(yǎng)
數(shù)學(xué)建模要求學(xué)生自主分析、探索和解決問題，無論是數(shù)據(jù)收集、補(bǔ)充、完善，還是構(gòu)建模型，都需要學(xué)生主動(dòng)參與其中，獨(dú)立解決求解等過程，此外，建模需要全面運(yùn)用各個(gè)專業(yè)學(xué)科知識(shí)，掌握不同的背景資料，科學(xué)判斷和取舍相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)，要求自主查詢實(shí)際問題所涉及到的知識(shí)及資料，所有這些都為培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提供了良好的條件。數(shù)學(xué)建模過程要求采用學(xué)生自己的語言對實(shí)際問題進(jìn)行描述和解決，需要深度地溝通和交流，也需要對論文進(jìn)行寫作，因此，這些也提高了他們的語言組織及表達(dá)能力。在培養(yǎng)應(yīng)用型人才時(shí)，一個(gè)顯著特點(diǎn)即要求其具備繼續(xù)教育及汲取新知識(shí)的能力，能夠拓展同職業(yè)相關(guān)的理論專業(yè)知識(shí)及技能，而數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)及語言表達(dá)能力，為他們進(jìn)一步汲取新知識(shí)、提高新技能打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
可以這樣說，經(jīng)過數(shù)學(xué)建模的系統(tǒng)化訓(xùn)練，學(xué)生收獲了探索實(shí)際問題的真實(shí)體驗(yàn)，提高了信息收集、篩選、分析及運(yùn)用能力，明白了分享與合作的重要性，鍛煉了洞察力、意志力、自主學(xué)習(xí)、語言表達(dá)、專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用、分析及解決問題的能力等等，所有這些都滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，同應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的要求保持一致。因此，數(shù)學(xué)建模在高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著巨大的作用。
三、提高大學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力的若干建議
(一)設(shè)立專門的數(shù)學(xué)建模課程
高校應(yīng)設(shè)立專門的`數(shù)學(xué)建模課程，要求數(shù)學(xué)教師必須具備足夠的數(shù)學(xué)建模知識(shí)及能力，一方面，能夠在課堂教學(xué)過程中滲透數(shù)學(xué)建模思想及應(yīng)用的重要性;另一方面，可以將數(shù)學(xué)建模和學(xué)科知識(shí)理論相結(jié)合，游刃有余地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)及方法。利用實(shí)踐問題及典型案例，靈活穿插于課程教學(xué)之中，使學(xué)生逐步提高數(shù)學(xué)建模能力，并對數(shù)學(xué)建模產(chǎn)生濃厚的興趣。
(二)將應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)與數(shù)學(xué)建模相結(jié)合
要明確學(xué)生的主體地位，無論教學(xué)還是數(shù)學(xué)建模競賽輔導(dǎo)，都必須將課堂主體這一地位讓出來，讓學(xué)生自主進(jìn)行案例閱讀、信息搜集及處理、模型建立及討論，將大家從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索與思考，提高其學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)，充分發(fā)揮其潛力，提高其獨(dú)立思考及解決問題的能力，逐步提高自身的綜合素質(zhì)，不斷朝著應(yīng)用型人才方向發(fā)展。應(yīng)用型人才培養(yǎng)要體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，它與數(shù)學(xué)建模是緊密聯(lián)系的。在實(shí)際培養(yǎng)過程中，要以數(shù)學(xué)科目為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件等工具，為數(shù)學(xué)建模提供必要的支持，并為日后在社會(huì)實(shí)踐中的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。
(三)抓好建模教學(xué)兩大階段
一是在全校范圍內(nèi)開設(shè)建模課程，便于有興趣的學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)性的建模知識(shí)，接觸簡單的問題及模型，了解數(shù)學(xué)建模課程的基本方法和內(nèi)容;二是暑期強(qiáng)化培訓(xùn)階段，為了更好地應(yīng)對數(shù)學(xué)建模競賽，必須對學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力進(jìn)行強(qiáng)化鍛煉，提高其數(shù)學(xué)應(yīng)用能力。在這兩個(gè)階段內(nèi)，教師的作用至關(guān)重要，暑期培訓(xùn)主要針對的是有一定專業(yè)基礎(chǔ)、自主動(dòng)手能力較強(qiáng)、建模積極性較高的學(xué)生。因此，在這個(gè)階段，應(yīng)選擇歷屆數(shù)學(xué)建模競賽題向?qū)W生進(jìn)行講解，由擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的教師進(jìn)行專題報(bào)告，同時(shí)，組織大學(xué)生對競賽進(jìn)行模擬，由往屆學(xué)生傳授競賽經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生自主尋找解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力。
(四)設(shè)立數(shù)學(xué)建模小組及建模協(xié)會(huì)
在教學(xué)培養(yǎng)中設(shè)立數(shù)學(xué)建模競爭小組，依據(jù)現(xiàn)有師資力量，對不同資質(zhì)、興趣、特長和專業(yè)的教師進(jìn)行分組。不同類型小組負(fù)責(zé)指定工作內(nèi)容，要保證培訓(xùn)、學(xué)習(xí)和競賽目標(biāo)的高效完成。此外，還可設(shè)立相應(yīng)的建模協(xié)會(huì)，組建對外開放的數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)室，建模協(xié)會(huì)每年定期在校園內(nèi)舉報(bào)建模競賽，請教師或歷屆獲獎(jiǎng)學(xué)生進(jìn)行建模知識(shí)講座，對數(shù)學(xué)建模進(jìn)行宣傳，培養(yǎng)大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為優(yōu)秀參賽人員的選拔奠定基礎(chǔ)，這樣不僅豐富了學(xué)生業(yè)余文化生活，還提高了其科研水平。
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