利用數(shù)學(xué)建模促進科教融合

劉合財，侯　穎，陳治友

（貴陽學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽550005）

利用數(shù)學(xué)建模促進科教融合

劉合財，侯穎，陳治友

（貴陽學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽550005）

科教融合是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的辦學(xué)思想，是增強學(xué)生實踐能力的育人理念。作者討論了數(shù)學(xué)建?；顒釉诖龠M教學(xué)改革、推動科學(xué)研究、促進科教融合中的重要作用。研究表明：數(shù)學(xué)建模活動是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和應(yīng)用意識人才的重要載體，是促進科教融合，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效途徑。

數(shù)學(xué)建模；科教融合；教學(xué)改革；科學(xué)研究

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》強調(diào)指出，高等教育“要支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)”，“充分發(fā)揮高校在國家創(chuàng)新體系中的重要作用，促進科研與教學(xué)互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合”。人才培養(yǎng)、科學(xué)研究是高等教育的基本職能。

人才培養(yǎng)是高校的根本任務(wù)，培養(yǎng)什么樣的人才、怎樣培養(yǎng)人才，是高校所要面對、思索與完成的基本命題。教學(xué)與科研孰輕孰重？雖然不少人認為：教學(xué)與科研是高校的“兩個中心”，但在部分高?，F(xiàn)實的情況是，一部分人側(cè)重教學(xué)，不搞科研，教學(xué)與科研無關(guān)，其表現(xiàn)為教學(xué)兢兢業(yè)業(yè)，以教材為綱，教學(xué)內(nèi)容、方法、模式一成不變，從不開展教學(xué)改革，也不開展教學(xué)內(nèi)容和方法的研究，更不去申報科研項目，哪怕是校級的科研項目或教改項目，對科研知之甚少，一知半解甚至一無所知；而另一部分人潛心科研，不問教學(xué)，科研遠離教學(xué)，其表現(xiàn)為科研熱熱鬧鬧，熱衷項目申報和論文發(fā)表，很少走近課堂，與教學(xué)漸行漸遠、形同陌路甚至背道而馳。

當前部分高校存在上述問題的原因是教師沒有形成科教融合的思想和理念。在科教分離的教育理念下，高校優(yōu)質(zhì)、豐富的科學(xué)研究資源最終無法轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)優(yōu)勢。如何破解“錢學(xué)森之問”，盧曉東、劉人懷等[1,2]進行了深入研究，提出了若干化解之策。在數(shù)學(xué)相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)過程中，如何認識和處理教學(xué)與科研的關(guān)系，作者以數(shù)學(xué)建模活動在教學(xué)改革、科學(xué)研究中的重要作用為例對科教融合做了一些探討。

1　數(shù)學(xué)建?；顒?/h2>

數(shù)學(xué)建模于20世紀80年代初開始進入我國大學(xué)，先后經(jīng)歷了創(chuàng)立與起步、成長與推廣、普及與深化三個階段[3]。如今，數(shù)學(xué)建模活動蓬勃發(fā)展，主要形式有：“數(shù)學(xué)建模”、“數(shù)學(xué)實驗”及相關(guān)的選修課、專業(yè)課；以數(shù)學(xué)建模思想為核心的教改活動；數(shù)學(xué)建模及其相關(guān)學(xué)術(shù)講座與學(xué)術(shù)交流；數(shù)學(xué)建模專題培訓(xùn)；各層次的數(shù)學(xué)建模競賽，包括校級競賽、地區(qū)競賽、全國大學(xué)生競賽、研究生競賽等；數(shù)學(xué)建模夏令營、學(xué)生論壇等等?；顒有问截S富多彩，規(guī)模逐年擴大，影響日益深遠，有效促進了教學(xué)和科研工作。與之相關(guān)的教材出版、課程設(shè)置、師資培養(yǎng)、競賽的進一步發(fā)展等全面進入教學(xué)與競賽活動中，學(xué)習(xí)與實踐、課內(nèi)與課外，數(shù)學(xué)建模課程和競賽推動了人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新。

全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽目前是全國高校規(guī)模最大的基礎(chǔ)性學(xué)科競賽，其目的在于激勵學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，提高學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和運用計算機技術(shù)解決實際問題的能力，鼓勵廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動，開拓知識面，培養(yǎng)創(chuàng)造精神及合作意識，推動大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革。這一活動的指導(dǎo)原則是：擴大受益面，保證公平性，推動教學(xué)改革，提高競賽質(zhì)量，擴大國際交流，促進科學(xué)研究[4]。競賽的形式與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)競賽不同，能全面提高學(xué)生的能力和綜合素質(zhì)[5]。近年來，參賽規(guī)模不斷擴大，已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大的數(shù)學(xué)建模競賽（見表1）。

表1　2010～2015年全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽參賽規(guī)模[4]

2　數(shù)學(xué)建?；顒哟龠M教學(xué)改革

2.1數(shù)學(xué)建?；顒哟龠M了教學(xué)質(zhì)量的提高

在數(shù)學(xué)類課程中融入數(shù)學(xué)建模思想，促進了教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)變，為教學(xué)改革指明了方向。不少學(xué)生不知理論的來龍去脈，不知為何而學(xué)，而數(shù)學(xué)建?；顒訛檎n程教學(xué)理清了思路。數(shù)學(xué)建模思想[6]對專業(yè)主干課和高等數(shù)學(xué)的教學(xué)改革起到了極大的推動作用，提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。在教學(xué)中引入競賽活動，教學(xué)與競賽相互促進，使貴陽學(xué)院成為貴州省屈指可數(shù)的多次獲得全國一等獎的地方高校?！皵?shù)學(xué)建模教學(xué)團隊”成為校級教學(xué)團隊，完成相關(guān)教改論文多篇，諸如：《在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想》、《數(shù)學(xué)建模競賽與大學(xué)生能力的培養(yǎng)》、《數(shù)學(xué)建模教學(xué)和競賽的實踐與反思》、《淺談數(shù)學(xué)建模競賽論文寫作》、《素質(zhì)教育與數(shù)學(xué)建?！返龋淹瓿尚＜壗谈捻椖慷囗?，多次獲得校級教學(xué)成果獎。

2.2數(shù)學(xué)建?；顒幼⒅貞?yīng)用意識的提高

傳統(tǒng)的教學(xué)模式注重理論知識的傳授，缺乏應(yīng)用意識的培養(yǎng)。其實，數(shù)學(xué)教學(xué)不但要讓學(xué)生練就扎實的基本功，還要讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)的源動力，變被動接受為主動學(xué)習(xí)。數(shù)學(xué)建模活動中涉及到的教學(xué)內(nèi)容有定積分、重積分、微分方程、運籌優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計建模、決策分析、綜合評判、數(shù)學(xué)軟件、數(shù)值計算等，涉及到的方法有比例分析法、代數(shù)方法、邏輯方法、回歸分析法、時序分析法、計算機仿真、因子試驗法、人工現(xiàn)實法等，數(shù)學(xué)建模不僅要求學(xué)生要掌握這些知識和方法，更重要的是要知道這些知識和方法的具體應(yīng)用。數(shù)學(xué)建?；顒訉?shù)學(xué)知識、背景材料、應(yīng)用案例融為一體，對教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”都有極大的促進作用。

3　數(shù)學(xué)建模活動推動科學(xué)研究

3.1數(shù)學(xué)建?；顒犹岣邔W(xué)生科研素質(zhì)

數(shù)學(xué)建模在教學(xué)、競賽、講座等活動中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，開拓了學(xué)生的視野。學(xué)生在學(xué)習(xí)中找到了研究的切入點，提出了新問題，發(fā)現(xiàn)了新思路，使學(xué)生邁上了研究性學(xué)習(xí)的新臺階。一些好的想法加以完善、挖掘，成為學(xué)生新的研究方向，如：安全渡河、席位分配等課題都值得深入研究。數(shù)學(xué)建?；顒舆€為學(xué)生畢業(yè)論文的寫作打下了基礎(chǔ)，建模教學(xué)案例的后續(xù)研究可以作為本科畢業(yè)論文的選題。

全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽是全國高校規(guī)模最大的課外科技活動，參賽者根據(jù)題目要求，完成一篇包括模型的假設(shè)、建立和求解、計算方法的設(shè)計和計算機實現(xiàn)、結(jié)果的分析和檢驗、模型的推廣與改進等方面的論文。完成競賽論文是對學(xué)生科研能力的一次鍛煉，影響深遠。承諾書的簽訂、參考文獻的引用與標注都是對學(xué)生進行學(xué)風與科學(xué)道德教育的一次契機。

3.2數(shù)學(xué)建?；顒犹嵘處熆蒲心芰?/p>

在數(shù)學(xué)建?；顒又袝玫街T多傳統(tǒng)大學(xué)數(shù)學(xué)課程中不曾涉及的方法和技術(shù)，指導(dǎo)教師也未必全面了解這些方法和技術(shù)，需要老師和同學(xué)共同對這些問題進行深入研究，如遺傳算法、層次分析法、主成分分析等的實際應(yīng)用。競賽中的相當一部分賽題是本科課程的延伸、提高，接近研究生課程內(nèi)容，有些課題可做成一篇甚至幾篇碩士論文，如2011年A題“城市表層土壤重金屬污染分析”。

在數(shù)學(xué)建?；顒又?，教師需要不斷地學(xué)習(xí)和研究，提升自己的科研能力。我校通過開展數(shù)學(xué)建?；顒樱纬闪藬?shù)學(xué)建模教學(xué)團隊，發(fā)表了“基于聚類分析的規(guī)則文字碎片拼接技術(shù)研究”等多篇學(xué)術(shù)論文。團隊中多人在學(xué)校年度科研考核中獲獎，多人獲得貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目、省教育廳創(chuàng)新人才項目等科研項目，現(xiàn)正積極申報省教育廳科研創(chuàng)新人才團隊。

4　數(shù)學(xué)建模活動與科教融合育人

4.1科教融合的育人作用

教學(xué)和科研是推動高校發(fā)展的兩翼，是高校人才培養(yǎng)的兩大支柱，科研是提高教師教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，教師只有持之以恒地開展科學(xué)研究，才能教給學(xué)生更多的新知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。只有將兩者有機結(jié)合，才能創(chuàng)建良好的育人環(huán)境，從而提高高校服務(wù)社會的能力。教學(xué)和科研失衡甚至對立對學(xué)校的發(fā)展是極其不利的。據(jù)此，應(yīng)建立健全相關(guān)的制度和規(guī)定，促進科研和教學(xué)的融合[7]?？平倘诤鲜菍崿F(xiàn)高等教育良性發(fā)展的有效途徑，但目前在推進科教融合的過程中，還存在教師“重科研、輕教學(xué)”，學(xué)生“重考試、輕實踐”等問題。高校必須從科研和教學(xué)兩方面的管理制度入手，抓好實踐環(huán)節(jié)，以激發(fā)教師積極性和學(xué)生主動性為側(cè)重點，實現(xiàn)高?？蒲兴胶徒虒W(xué)質(zhì)量的同步提高[8]。

4.2數(shù)學(xué)建?；顒哟龠M科教融合

數(shù)學(xué)建模活動將教學(xué)與科研有機地統(tǒng)一在一起，為培養(yǎng)理工科創(chuàng)新人才打開了新思路，成為科教融合的一條有效途徑。開展數(shù)學(xué)建模活動，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，使教師從“單純教學(xué)”轉(zhuǎn)向“科教并重”，再從“科教并重”轉(zhuǎn)向“科教融合”，全面提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量[9]。

教學(xué)任務(wù)繁重的教師往往很少進行科學(xué)研究，也往往成為不做研究的華麗借口，而參加數(shù)學(xué)建模活動給他們提供了科教融合的平臺，為他們打開了從事科學(xué)研究的新局面[3]。在這一活動中，數(shù)學(xué)建模思想被融入到課堂教學(xué)中，并貫穿教學(xué)的始終，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才打下了深厚的基礎(chǔ)。

開展數(shù)學(xué)建模活動，可以豐富學(xué)生的課余生活，拓寬學(xué)生的知識面，擴大學(xué)生的受益面，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和團隊精神，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過參加數(shù)學(xué)建模活動，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力、快速獲取信息和資料的能力、文獻檢索加工與綜述的能力、軟件應(yīng)用能力、快速了解和掌握新知識的能力、科技論文寫作和排版能力等都得到顯著提高。

開展數(shù)學(xué)建?；顒右貏e處理好六個關(guān)系：數(shù)學(xué)建模課程、數(shù)學(xué)實驗課程和數(shù)學(xué)軟件課程的關(guān)系，課程與競賽的關(guān)系，數(shù)學(xué)建模課程與數(shù)學(xué)主干課程的關(guān)系，案例的簡化與真實性的關(guān)系，數(shù)學(xué)知識的廣度與深度的關(guān)系，教學(xué)方式與開課規(guī)模的關(guān)系[3]。

從2000年開展數(shù)學(xué)建模活動以來，我校取得了明顯成效。學(xué)生在本科畢業(yè)論文寫作、研究生入學(xué)考試、專業(yè)技能競賽等方面表現(xiàn)優(yōu)異，學(xué)生撰寫的畢業(yè)論文格式規(guī)范，具有較強的創(chuàng)新性，多篇論文被評為校級優(yōu)秀畢業(yè)論文；在研究生入學(xué)考試中，吳仍康、張海苗、魯亞軍、譙高東、楊玲、賈振杰等幾十位學(xué)生考取碩士研究生，被武漢大學(xué)、北京科技大學(xué)、山東師范大學(xué)、福州大學(xué)、貴州大學(xué)、貴州師范大學(xué)等高校錄??；多篇技能競賽論文被學(xué)校納入學(xué)生優(yōu)秀成果庫，受到獎勵和表彰。指導(dǎo)教師在教學(xué)科研中齊頭并進，以科研促進教學(xué)改革，近年多次獲得教學(xué)成果獎；以教學(xué)推動科學(xué)研究，團隊成員多人獲得科研成果獎。

5　結(jié)論

數(shù)學(xué)建?；顒釉诖龠M教學(xué)改革的同時推動科學(xué)研究，倡導(dǎo)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，注重應(yīng)用意識的提高，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升教師的科研能力，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和應(yīng)用意識人才的重要載體?？平倘诤鲜翘嵘龑W(xué)校創(chuàng)新能力的辦學(xué)思想，是增強學(xué)生實踐能力的育人理念。數(shù)學(xué)建?；顒邮谴龠M科教融合、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效途徑，各高校應(yīng)該廣泛宣傳、全力支持，努力創(chuàng)造條件開展數(shù)學(xué)建模活動，大力推廣活動中的優(yōu)秀成果和成功經(jīng)驗，培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的復(fù)合型人才。

[1]盧曉東.如何破解“錢學(xué)森之問”？——兼論創(chuàng)新人才培養(yǎng)與大學(xué)教學(xué)改革[J].中國高?？萍?2011,(7):9-12.

[2]劉人懷,郭廣生,徐明稚,等.試答“錢學(xué)森之問”[J].中國高?？萍迹?011,(10):4-7.

[3]謝金星.數(shù)學(xué)建模課程三十年:回顧與思考[J].數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用,2012,1(1):48-52.

[4]全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽[EB/OL].(2015-12-20).http://www. mcm.edu.cn/

[5]李大潛.中國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2011.

[6]劉合財.在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中融入數(shù)學(xué)建模思想[J].貴陽學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,8(3):63-65.

[7]張中強,唐翔,蔣艷.基于科研反哺教學(xué)理念的高?？平倘诤蠙C制研究[J].教育探索,2014,(1):79-80.

[8]王松.科教融合面臨的問題與對策[J].中國高?？萍?2012, (12):38-39.

[9]肖英,段芳,肖貽濱.基于“挑戰(zhàn)杯”的科教融合的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[J].中國高?？萍?2012,(8):75-76

（責任編輯：朱彬）

On the Role of Mathematical Modeling in the Integration of Scientific Research and Teaching

LIU He-cai，HOU Ying，CHEN Zhi-you
（College of Mathematics and Information Science,Guiyang University,Guiyang 550005,China）

The integration of scientific research and teaching is very important thought to improve the innovation ability,and it is an education concept to enhance students'practical ability.This paper mainly discusses the important role of mathematical modeling in the teaching reform,scientific research,integration of scientific research and teaching.The study demonstrates that mathematical modeling activity is an important carrier for cultivating talents who have innovative and applied consciousness,and it is an effective way to promote the integration of scientific research and teaching,and cultivate innovative talents.

mathematical modeling;integration of scientific research and teaching;teaching reform;scientific research

G642

C

1009-3583（2016）-0131-03

2016-01-08

貴州省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才支持計劃項目（黔教合KY字[2015]499號）；貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目（黔科合J字LKG [2013]29號，黔科合J字[2014]2005號）

劉合財，男，貴州貴陽人，貴陽學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院副教授，碩士。研究方向：應(yīng)用概率統(tǒng)計、數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用。