独立学院数学建模竞赛对大学生能力的培养

摘 要：分析了数学建模的重要意义和作用及数学建模竞赛的起源与发展.结合近年来中原工学院参加数学建模竞赛的具体情况,着重阐述了数学建模竞赛活动对培养大学生创新能力、实践能力、团队协作能力、科研能力及开拓大学生的国际视野、提高学生综合素质、促进教学改革的作用.

关 键 词：数学建模竞赛；创新能力；团队协作能力

作者简介：刘喜玲（1981-）,女,河南许昌人,中原工学院信息商务学院基础学科部,讲师；陈留强（1980-）,男,河南南阳人,郑州交通职业学院,助教.（河南郑州450007）

基金项目：本文系中原工学院信息商务学院教研教改基金资助重点项目（jy1309）的研究成果.

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）02-0055-02

1992年开始由教育部高等教育司和中国工业与应用数学学会主办的、每年一届的全国大学生数学建模竞赛得到广大学生的热烈欢迎以及教育部门和教师们的热情关心与支持,目前已经成为我国高校规模最大的课外科技活动.竞赛规模从最初的几十所学校、几百个队发展到2013年的1326所院校、23339个队,竞赛之所以如此受到广大学生的欢迎,主要是由于它的内容、形式和评判标准适合培养有创新精神和综合素质人才的需要.许多独立学院都开设有系统的数学建模教学,并成立专门的数学建模竞赛指导小组,每年定期组织本校大学生参加相关的培训、国内外大学生数学建模竞赛等工作.

竞赛具有明显区别于大家熟悉的数学等自然科学学科性竞赛的特点,要求用数学建模方法和计算机技术完成一篇包括模型的检测设、建立与求解、结果的分析与检验以及自我评价优缺点等方面的学术论文,这就需要大学生除了要有广博的知识（包括数学的知识和各种实际的知识）和足够的经验之外,特别需要充分发挥他们丰富的想象力、敏锐的洞察力、直觉和灵感,可以说建模过程是一种创造性思维过程.数学建模竞赛作为培养高水平、具有创新能力和应用型人才的一种手段,对大学生创新能力培养的作用已经在社会各界引起广泛的关注.

一、大学生数学建模竞赛的起源与发展

1.数学建模的重要意义

从广义上说,数学建模是一个完整的过程,在明确问题以后,从弄清机理、搜集数据、建模、求解、对答案的解释到修改模型,如是循环.简而言之,数学建模就是通过建立数学模型来解决各种实际问题的全过程.从本质上来讲,数学建模也是一种艺术.

近几十年来,随着科技的发展和社会的进步,数学这门基础性学科不仅在工程技术等传统应用领域发挥着越来越重要的作用,而且迅速地向一些新的领域渗透,形成了许多交叉学科,如计量经济学、人口控制论、生物数学、地质数学等等.在用数学方法解决现实生活中碰到的问题或与其他学科相结合形成新学科的过程中,首要的和关键的一步是用数学的语言来表述所研究的对象,即建立数学模型.在此基础上才能运用数学的理论和方法进行分析与计算,为解决实际问题给出定量的结果或定性的数量依据.计算和建模正在成为数学科学技术转化的主要途径.因而,要培养质量高、层次高的人才就必须重视培养大学生具有数学建模的技能和素质,而对理工、经济、管理学科,甚至一些人文、社会学科的大学生都应该提出这方面的要求,而大学生数学建模竞赛活动也就应运而生了.开展数学建模竞赛活动是培养大学生创新能力的一个非常有效的途径.同时,对于高等学校来讲也是教学评估的重要指标之一.

2.数学建模竞赛的内容

数学建模竞赛的题目一般是由工程技术、管理科学及社会热点问题等方面经过适当简化加工而成的实际问题.对参赛者来讲,只需要学过高等数学的数学课程,而不要求预先掌握深入的专门知识.竞赛题目具有相对较大的灵活性,可供参赛者发挥他们的创造能力.

从历年的数学建模竞赛赛题来看,每年的赛题都有其重要的实际背景.如：DNA序列分类问题、公交车调度问题、车灯线光源的优化设计问题、彩票中的数学问题、SARS的传播问题、露天矿生产的车辆安排问题、奥运会临时超市网点设计问题、DVD在线租赁问题、长江水质的评价和预测问题、艾滋病疗法的评价及疗效的预测问题等.

数学建模竞赛历年赛题的设置一般都具有很强的挑战性和实用性.如：2003年赛题“SARS的传播问题”、“露天矿生产的车辆安排问题”；2004年赛题“奥运会临时超市网点设计问题”、“酒后开车问题”、“公务员招聘”；2005年赛题“长江水质的评价和预测问题”、“DVD在线租赁问题”；2007年赛题“乘公交,看奥运问题”；2010年赛题“2010年上海世影响力的定量评估”等等.每道赛题都是紧扣当前社会的热点问题,非常具有时代意义.

3.全国大学生数学建模竞赛的形式

一般在每年9月的第三个周末前后三天内进行数学建模竞赛.竞赛题目公布在全国大学生数学建模竞赛网、高等教育出版社网站、全国组委会网站等网站.

数学建模竞赛赛题没有标准答案,评判以检测设的合理性、建模的创造性、结果的正确性（指与模型相符合）及文字表述的清晰性为标准.竞赛以通讯形式进行,在3天时间内3名大学生组成1队共同完成,学生可以自由使用任何资料、软件、互联网等,唯一的限制是不能与对外的同学、老师讨论赛题.

二、数学建模竞赛对大学生创新能力的培养

竞赛赛题往往是具有现实意义的实际问题或当今社会的热点问题,数学建模竞赛也就给大学生提供了一个接触现实问题的平台.这对学生来说,即将所掌握的数学、计算机和其他专业知识用于实践中培养大学生的分析问题、解决问题的能力,锻炼大学生的创造力、想象力、思维发散能力和创新性思维.全国大学生数学建模竞赛的竞赛宗旨是：创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争.竞赛对大学生能力的培养与锻炼是全方面的.

1.激发大学生的自学能力,增强数学知识的运用能力数学建模竞赛涉及到工程、交通、机械、电子、生物、医学、经济、物理、化学等多个领域知识的应用,不仅仅用到数学方面的知识,有时候是多个学科知识的交叉综合运用.而学生在学校里绝大多数时间是一门课、一门课地学习,一门课、一门课地考试,这就要求学生学会综合运用几门学科的知识解决一个与实际相近的问题.如2004年赛题“电力市场的输电阻塞管理”、2005年赛题“长江水质的评价和预测问题”就要同时运用几种数学方法和计算机技术、基本的实际应用方面的知识综合解决电力系统、环境污染领域中简化的实际问题.

2.增强大学生理论联系实际的能力

数学建模竞赛中,2003年赛题“SARS的传播”、2007年赛题“乘公交、看奥运”等均是密切联系当年社会热点编撰的题目；2008年赛题“NBA赛程的分析与评价”、2012年赛题“葡萄酒的评价”等均是密切联系人们日常生活的问题；2008年赛题“高等教育学费标准探讨”、2010年赛题“对学生宿舍设计方案的评价”则是学生们熟悉与感兴趣的问题.这些紧密结合生产实践、经济管理和社会生活的实用性的赛题有助于培养大学生关注社会生活、投身国家建设事业、理论联系实际的学风.

3.提高大学生的文献检索及论文撰写能力

数学建模竞赛需要学生在很短时间内获取与赛题相关的知识,从互联网上和参考书里得到基本的解决思路或方法.在数学建模竞赛中,学生遇到许多课堂上从未学过的东西,如2010年赛题“2010年上海世影响力的定量评估”,参加竞赛的学生就需要根据自己所掌握的知识选择比较感兴趣的某个侧面建立数学模型,利用所搜集到的资料给出定量的结果或定性的数量依据对2010年上海世的影响力进行定量评估.网上的信息很多,需要学生快捷地搜集、整理、消化与题目有关的资料,使之为我所用,对于尚处于学习阶段的学生来说这是少有的机会.抓住问题的某个方面对实际问题进行合理分析,把相关的资料整理出来,对数据统计分析并找出答案.运用互联网,学生可以检索到大量与赛题相关的信息,充分运用所掌握的数学、统计学和计算机软件知识来解决这个赛题,写成一篇相对完整的论文.一篇清晰、通畅并阐明建模思路、检测设、方法、结果等内容的论文是参赛成果的集中体现,文字表述能力也是学生工作能力的一个重要部分,竞赛有益于这方面的锻炼.

4.培养大学生合作精神与团队意识

在学校里,大学生很少有机会与别人合作完成一项任务,绝大多数时间都是用来独立学习.建模的过程相当复杂,其要解决的问题来源于实际,具有一定的难度,个人一般很难在3天内完成,需要多个学生的合作.竞赛中3名学生常常来自不同的专业,也有各自的特长,需要3个人先是相互启发、争辩,然后在相互妥协、达成一致的基础上分工合作、奋力攻关,这与学生毕业后经常面临的集体工作方式十分相近.对于十几年来在读书、做题、考试等一系列个人奋斗的环境中成长起来的学生来说,竞赛提供了一个既充分展示个人的智商,又有助于培养育人合作的情商的平台.

5.培养大学生的科研能力

数学建模竞赛使得学生运用数学建模方法分析和解决问题的能力得到实际的锻炼,数学建模的意识会有一定提高.由于赛题要用到几门数学和计算机课程及有关的多种知识,训练运用综合知识的机会是难得的,这些对于后续课程的学习和独立研究问题能力的培养都有很大的好处.而对于参加过美国大学生数学建模竞赛的大学生来讲,不仅激发了大学生学习的兴趣,培养了大学生将数学知识应用到实际中的能力,提高了大学生的综合素质和自信心,开拓了大学生的国际视野,也锻炼了大学生的英文写作能力.

三、我院历年参加全国大学生数学建模竞赛成绩统计

对于我院大学生来说,数学建模竞赛是一次“真刀”的实战训练,它是除毕业设计外大学阶段难得的一次训练,在相当程度上模拟了大学生毕业后工作的情况.如表1所示.此项活动丰富和活跃了大学生的课外生活,也为脱颖而出的优秀大学生创造了有利的条件.竞赛给参加过的学生留下了非常深刻的回忆.许多学生表示,不管最后竞赛的成绩如何,只要认真参加了培训、自学、讨论、竞赛的全过程都会有丰硕的收获,用“一次参赛,终身受益”来描述亲身体会.在竞赛中取得优异成绩的学生主动学习和科研能力明显提高,在专业课学习、毕业设计以及进入社会后的发展中表现出明显的优势,得到用人单位的普遍欢迎和认可.

四、结论

通过参加数学建模竞赛活动不仅提高了大学生对数学课程的兴趣和运用数学知识解决实际问题的能力,培养了大学生的创新能力、团结协作能力、交流表达能力和科研意识,为以后融入社会打下良好的基础,也锻炼了大学生查阅文献、用英文书写科技论文的能力.数学建模竞赛创造了一种学习与实践相结合的创新人才培养和素质教育的新模式,为高等教育的改革提供了一个成功的范例,赢得了广泛的社会声誉.