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数学建模教育教学的研究与思考

摘要:数学建模在迅速的发展着,但同时各普通高校在开展教育教学过程中也存在各种问题,针对山东省内部分高校进行了调查,总结出了主要存在教学、学生自身与教师团队方面的问题;针对这一系列问题,烟台大学近几年来开展了相应的解决措施,取得了一系列成绩;同时在改革、参赛过程中,学校、老师、学生都取得了不同程度的收获。

关键词:数学建模;教学改革;创新能力;综合素质

一、引言

数学建模之所以能够迅速持续发展,正是因为其能激发学生对学习的兴趣,增强学生动手能力及团队协作意识等;同时其对老师、学校管理也有一定的挑战性,要求教师加强教学改革与研究,培养了教师的科研与创新能力。

二、开展数学建模教育教学过程中的问题

科技的不断发展,加上数学建模本身的应用性很强,这都对学校传统的教学方法有很大的冲击,要求将计算机技术很好的应用到教学与比赛当中。下面是对山东省内部分高校参与数学建模比赛的相关师生做的关于课程内容、教学方法、赛前培训等方面的调查问卷。调查问卷内容如下:(1)对数学建模课程内容及结构设计的满意度如何?(2)对数学建模相关课程教学方法的满意度?(3)对赛前培训的内容及时间安排等的满意度?(4)对数学建模课程及建模赛前培训的安排的建议。通过对调查问卷的收集整理,以及自身在教学过程中体验,其中共同反映出来的问题有以下几个方面。

1.教学方法、教学内容和教学手段方面。大多数学生对这几个方面比较满意,但同时也存在一些问题。教学方法几乎都是采用“满堂讲”的传统的数学教学方法,采用大班式的教学,没有注重教学效果,只是一味的“填鸭式”的教学,没能起到开导学生创新思维的作用;教学内容设计单一,数学建模的思想在课堂中的渗透力不够,主要注重基础性理论教学,数学建模相关课程开设较少;最主要的是数学建模相关教学的普及性不够,大多数建模课程没有面向全校理工科学生,只是面向数学学院的学生,这极易导致其他院学生参加比赛时比较突兀,缺乏理论知识,队员之间不能更好地配合。

2.学生自身认识与能力方面。由于家庭以及社会条件的优越,在部分学生身上体现出了浮躁懒散的状况,学校的学习风气不够端正。建模过程中学生表现出来的问题主要有以下几个方面:缺乏良好的综合素质,建模过程需要三天三夜,2017年又变成了三天四夜,这不仅仅考察学生运用知识的能力,更考验学生的毅力、信心与协调合作能力等,但往往有学生在这个过程中坚持不下来或者最终没能取得理想的结果;缺乏数学阅读及文字表达能力,数学建模过程中最重要的两个环节是读懂赛题将其转化为自己的思想和将自己的想法撰写成论文呈现给评委,但学生往往在这两个过程失利;缺乏大批量数据处理的能力,从近几年的赛题来看,数学建模顺应大数据时代的发展,数据处理数据分析的问题增多,但学生一般缺乏这方面的能力,导致简单的问题因数据处理不好而变得复杂。

3.教师素质以及教师团队建设方面的问题。教师的教育教学观念固化,在数学建模教学过程中,教师的职能不再仅仅只是“传道、授业、解惑”,而大多数老师还尚未打破传统教学思想的定式,一味地将思想倒灌给学生;教师的综合知识需要拓宽,数学建模的开放性与综合性这就要求每个参与其中的人要具备各方面的综合能力,教师不仅要掌握自己的科研领域还要了解其他跨学科交叉的知识,这样才能更好地指导学生。

三、针对建模教学改革过程中的问题的解决措施

面对上述分析的问题,烟台大学数学建模教研团队清晰地意识到在分享成绩喜悦的同时,要分析总结好这些问题,加大教学改革力度。近年来,针对不同的问题我们采取了有力的措施,也收获了可喜的成绩。具体改革措施如下。

1.积极探索教育教学改革与实践。数学建模教学团队开展教学研究,为提高教学效果,在教学方法、教学内容以及教学形式等方面进行了改革。教学方法方面,打破了传统的教学方法,将数学建模思想渗透到课程教学当中,让学生真正体会到建模的思想,同时尝试了普通教室与实验室相结合,培养学生理论联系实际以及动手能力;教学内容更加充实精彩,调整数学理论与软件应用结合的问题,增加了案例教学,从实际问题出发落实到实际问题的解决,这也正符合近几年的数学建模出题趋势,同时改变了学生对数学的认识,增强了学生的学习兴趣与激情;教学形式更加多样化,采用分层教学,面向不同学生开设多种课程,有面向新生的通识课程、面向数学院学生的必修课程、面向理工科学生的选修课程,不同形式的课程更具有针对性,学生们的选择空间更加开阔,有利地改善了教学效果;同时充分发挥院里的数学建模社团的作用,社团首先在新生开学之际吸收一批对数学建模有意向和有兴趣的新生,在一开始就加大对这些学生的培养,每周末开设建模相关课程,主要邀请往届获奖同学和有经验的老师来讲授论文写作与软件应用等方面的知识,还注重学生们的参与不定时开展讨论活动,这种类似于小班式的讨论班形式在比赛时体现出了良好的效果。

2.学院及学校加大了对数学建模的经费投入。学院会在比赛前的一个暑假聘请数学建模教学名师来对学生进行集中培训,邀请专家来做报告,这期间不仅仅传授给学生知识,更重要的是教授给学生思考数学建模问题的思想及方法,正所谓“授人以鱼不如授人以渔”;在建模期间,学院也会尽可能的提供有力的后勤保障;另外,学校还会对获奖的同学以及老师进行资金上的奖励,这也增强了学生参加的激情与动力。

3.培养学生的创新思维与实践能力。注重发掘学生的潜能,不再仅仅把学生看做接受者,让学生做参与者,给予学生更多的参与实践机会,鼓励学生进行大胆的探索;同时注重培养学生的综合素质,让学生在建模时能够独立思考、独立搜集整理材料,努力培养全方面发展、适应能力强、创新意识强的学生。

4.建设一支知识体系广阔创新型教师团队。要想胜任数学建模指导,老师需要具有广博的知识体系,并取能够很好地传授这些知识。为加强教师队伍建设与管理,主要对教师教学方法、教学能力、科研水平以及综合素质进行了培养,提高教师团队整体素质适应数学建模的需要。为提高参赛成绩进行教学改革,也注重了学校本身的特点,真正做到因地制宜、因材施教,总结出了具有自己学校特色的教育教学改革方案。

四、开展数学建模教学改革与参赛过程中学生与教师的主要收获

数学建模从学习培训到报名参赛,这期间都是一个漫长的过程充满着种种挑战,虽然过程艰辛,但最终不仅仅是收获成绩的喜悦,更是收获了在这个过程中的锻炼与各方面能力的提升。对于学生来说,数学建模无论形式还是内容都与毕业后工作的条件相近,是一次近似真刀真枪的锻炼,有利于培养学生各方面的能力。对于学校和老师来说,推动了教育教育改革,加大了经费投入,改善了教师学生的学习工作环境,增强了教师科研意识。具体来说,总结为以下几个方面。

1.有利于激发学生对数学的学习兴趣,增强学生的自主性与积极性。数学建模主要是在合理的假设下,应用数学知识建立模型,再利用计算机技术等求解出合理的模型来解决实际问题,正是这打破了学生平常对数学的认识,真正让学生从一个个鲜活生动的例子中感受到了数学的用处与乐趣。学习是每个人终身的事情,在建模比赛的过程中,每个人会遇到各种各样的问题,这就需要学生上网搜索查阅资料,在这过程也培养了学生积极主动学习的能力与意识。

2.有利于综合运用数学及其他各学科的知识解决实际问题,提高学生的综合实践能力。平时学生每一门课的学习都是零散独立的,很少能够系统的综合的应用各学科知识解决实际问题。但数学建模就提供了很好地综合应用各学科知识的机会,不仅要有很强的数学理论基础,还要会应用各种计算机软件,总之就是要上知天文下知地理。

3.有利于促进学生关心社会的发展,培养理论联系实际的能力。从近几年的赛题来看,都是一些社会热点,涉及面非常广泛,从2001年的公交车调度问题,到2004年的奥运会临时超市网点设计问题,到2007年的乘公交看奥运,到2010年的上海世博会影响力的定量评估,再到2017年的“拍拍赚”任务定价问题,无不反映着社会热点以及生活中的方方面面。这有利于吸引学生关心国家社会的发展,投身到祖国建设中,让学生能够将所学知识应用到日常生活中,具有较强的实践能力。

4.培养了学生的竞争与创新意识,提高了团队协调合作能力。随着信息时代的不断发展,现代社会的起完成,因此学生要想在社会立足就必须具备创新与团队协作能力。数学建模就很好地培养了学生这方面的能力,三个学生一般来自不同专业,具有不同的特长,这就需要合理的分工优势互补,同舟共济的完成任务;而且要想让自己的作品出色,学生必须有创新精神与能力。5.提高了学生查阅资料、调查研究以及论文撰写的表达能力。日常学习生活中学生一般都是只学习课本上已有的固定的知识,依靠老师的讲解传授,但最终学生还是需要自学能力。数学建模三天的时间要搜集与赛题有关的资料,撰写成论文表达自己的想法,弥补了平时语言表达能力的欠缺,为以后的科学研究打下了坚实的基础。

6.推动了高等学校的教育教学改革,促进了教师团队的成长。数学建模课程不同于普通的数学课程,其需要硬件软件都跟上发展;课程结构与教学方法也要适应数学建模的特点,促进了教学改革;从事数学建模指导,要全方面的掌握数学、计算机技术、统计等各学科知识,这就拓宽了教师的知识面,促进了教师教学能力的提高。数学建模适应时代发展的潮流,促进了学生教师的成才与成长,促进了学校的教学改革,受到了社会各界的广泛认可,我们会继续支持这项赛事争取更大的进步与发展。

参考文献:

[1]刘冬梅.大学生数学建模竞赛与教学策略研究[D].山东:山东师范大学.2008:15-16.

[2]林仁炳.数学建模教学团队建设的实践与认识———以浙江树人大学为例[J].浙江树人大学学报,2013,(13):44-45.

[3]姜启源,谢金星.一项成功的高等教育改革实践———数学建模教学与竞赛活动的探索与实践[J].中国高教研究,2011,(12):81-82.

作者:李清华 葛军琰 单位:烟台大学数学与信息科学学院

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