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序论:在您撰写数学建模获奖论文时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
教育国的核心是培养创新型人才。全国大学生数学建模竞赛是高校中参加人数最多、影响最广泛的学科竞赛之一,此项赛事由教育部高教司和中国工业与应用数学学会联合主办,迄今已举办21届,它对创新型人才的培养起到了不可估量的作用,未来也将日益显现它这方面的作用。长春理工大学从1996年开始参赛,成绩斐然,已累计获得国家级奖40余项,年均3项,2013年我校共有51队153人参加全国赛,是吉林省除吉林大学外参赛队数最多的高校。其中9队获得国家一等奖,11队获得省一等奖,21队获省二等奖,8队获省三等奖,获奖率位居吉林省参赛高校前列。这主要归益于以下几方面:
一、赛前的动员及组织情况
赛前周密的宣传组织工作是本次大赛取得成功关键因素之一。我校一直把组织数模竞赛作为一项重要的教学活动纳入了全年工作日程,专门成立了数学建模竞赛领导小组,协调、督促、组织数学建模竞赛各项准备活动。通过海报、课堂、网站等多种形式宣传开展数学建模活动,鼓励各学院学生踊跃报名。
二、竞赛具体过程管理和实施情况
由专人统筹负责竞赛工作。从每年四、五月份开始采取校级、省级竞赛层层选拔的制度,把最优秀、最渴望参赛、最有能力的队员吸纳进来组成国家赛参赛队伍。对于国赛队员将认真组织赛前培训和辅导工作。
三、本年度竞赛获奖情况分析
今年我校共有51个队参加了全国大学生数学建模竞赛,获得国家奖9项,省级奖40项,获奖率几近100%。
四、竞赛过程中存在的问题及拟解决的措施
1.竞赛过程中存在的主要问题还是数学软件使用和写作两方面,在今后的培训和其他级竞赛中应加强这两方面的训练。另外宣传力度也有待加强。
2.今年全国赛我校51队中有35支代表队选择了A题,此题是交通占道问题对城市交通能力的影响问题,实质是利用数学方法建立模型,需要学生有较好的微积分、常微分方程、运筹学等课程基础,正是由于我校平时对大一大二的数学基础课的精心讲解和严格要求才使得我校学生有信心也有能力作出此题并取得了如此好的成绩,今后我们将继续加强数学基础科的教学工作,同时注意在教学中渗透数学建模的思想、方法,培养学生参加建模的兴趣。并希望以数学建模工作为平台,通过多种形式大力开展数学建模教学与研究活动,以赛促学、以赛促教,以竞赛推动教学研究,以教学研究提高竞赛质量。B题选择队数相对较少,原因主要是该题是关于碎纸文字的拼接复原模型,需要队员熟悉算法,精于编程,大多数同学不敢碰此题原因就是编程能力过弱。
3.国家赛获奖结果反映出理学院、计算机科学与技术学院、光电工程学院、电子信息工程学院的学生获奖人数占到98%,创新实验班参赛人数并不多,仅占总人数的33%,特别是计算机科学与技术学院的创新实验班仅有8人参加,不及总人数的6%。
五、对学校的建议和意见
1.认真组织各级数学建模竞赛,建议提前到3月中旬组织校数学建模竞赛,改进选拔方式,通过评审、教师推荐、答辩精选国赛参赛队员,加大对数学软件、算法的培训;5月下旬到7月中旬,利用周六对选拔出的学生进行实战培训,建议全体队员模拟实战,完成3-4道往年的竞赛题目,并提交论文,指定专门教师负责指导。
2.进一步宣传发动,动员更多的学生参加数学建模竞赛,特别是加大对计算机学院的宣传力度,争取更多的计算机科学与技术学院,特别是动员计算机科学与技术学院创新实验班的同学参赛。
3.继续举办大学生数学建模培训,切磋技艺,交流经验,提高水平。组织教师精讲获国家奖的学生论文。同时每年选派2至3名指导教师参加建模交流会议及理论学习,也让更多教师参与数学建模类教改科研项目,将数学建模作为一件可持续发展的项目开展。
4.抓好数学建模基地建设,定期做讲座和研讨,打造一支高素质建模指导教师队伍。
众所周知,21世纪是知识经济的时代。所谓知识经济,是以现代科学技术为核心,建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济;是以智力资源为第一生产力要素的经济;是以高科技产业为支柱产业的经济。知识创新和技术创新是知识经济的基本要求和内在动力,培养高素质、复合型的创新人才是时展的需要。创新型人才是指具有较强的创新精神、创新意识和创新能力,并能够将创造能力转化为创造性成果的高素质人才。而数学建模活动则旨在培养学生的创新意识和创新能力、应用意识和应用能力。[1]为此,国外在20世纪80年代就开始举办数学建模竞赛,我国也于1994年开始由中国工业与应用数学学会和教育部高教司联合举办一年一次的全国大学生数学建模竞赛,极大地推动了高校数学教学的改革。随着全国大学生建模竞赛进入二十个年头,参赛学校越来越多。到2011年,有来自全国33个省/市/自治区(包括香港和澳门特区)及新加坡、美国、伊朗的1251所院校、19490个队(其中本科组16008队、专科组3482队)、58000多名大学生报名参加本项竞赛。在组织和培训学生参赛过程中,积累了一些经验,但还存在许多问题,特别是数学建模教学的目标与短期利益要求不一致的问题,需要相关人员继续努力,推动数学建模教学,提高学生应用数学解决实际问题的能力和素质。
一、高职院校数学建模教学现状
2003年,湖北省数学建模竞赛组委会在襄樊职业技术学院召开全国大学生数学建模研讨会,各高职院校派教师参加了会议。会后,经过学院领导的批准,湖北职业技术学院(以下简称“我院”)选派了两个代表队参加全国数学建模竞赛,以后每年都自己组织选拔学生参加这项竞赛。开始的几年,数学建模教学实际上只停留在赛前培训上。由于硬件原因,培训过程仍然是上理论课多,学生实际动手的少,加之每年参赛队数的限制,使得数学建模教学变成只是为竞赛培训而进行,学生受益面很有限,在学生中的影响也很小。参加竞赛开始的几年,由于领导重视,指导教师的努力,同时我院在2005年投资建立了应用数学实验室,为数学建模提供了一定的硬件基础,使得数学建模教学能够实现培养学生动手能力的目标。再加上学生的勤奋,因此,在2005年前取得了四个全国二等奖和三个湖北省一等奖、一个湖北省二等奖的好成绩;但是随着我院工作重心的转移,数学课程教学时数的大幅压缩,招收学生的数学素质的逐步下降,加之数学建模竞赛实际上赛的是学生的应用数学的能力和素质,仅靠短期的培训往往收效不大,所以近几年竞赛成绩都不太理想,和同类院校相差较大,也直接影响到数学建模教学的发展。
为了改变这种不利的局面,根据专业计划的调整进行数学教学改革,进一步推动数学建模教学,在相关专业开设数学建模与数学实验选修课程,实现真正意义上的数学建模教学。为了进一步扩大影响和学生的受益面,鼓励学生成立数学建模协会,我院每年举办一次应用数学知识校内竞赛,使得数学建模教学大大地前进了一步。
二、高职院校数学建模教学中存在的问题
随着高职院校参加各种专业技能竞赛的增加,数学建模竞赛在高职学生中的影响渐渐下降,学生参加数学建模竞赛的积极性也逐渐下降。同时,数学建模教学存在的问题仍然很多。首先是竞赛成绩与数学建模教学目标之间存在的矛盾。如前所述,数学建模竞赛赛的是学生应用数学的综合素质,而且举办数学建模竞赛的初衷是推动数学教学改革,只有把数学建模的思想方法融入到高职数学课程的整个教学中,才能实现数学建模教学的目标。随着参加数学建模学生的增加,各高职院校在数学建模实践设备的投资严重不足,设备老化没有更新,不能满足竞赛队员的培训,在很大程度上制约了数学建模教学的发展。
其次,对数学建模缺乏应有的宣传,直接影响了学生参与热情,因而降低了应有的受益面。相对其它活动,数学建模的相关信息在各高职院校的新闻报道中很少听到、见到,也没有场地用来开展数学建模协会的活动,即使是教师进行数学建模的讲座场地,也要经过多方审批。多年来,高职院校经常将获奖学生的奖励包括奖金直接发给学生,没有举行颁奖仪式,重视程度也大大不及学生的专业竞赛和文体活动,这说明这方面的工作确实有较大的问题。
第三,学校的政策层面也对教师进行数学建模教学鼓励不够,甚至有些政策直接减少了教师在数学建模教学上的投入。追求科研项目、科研论文,使得教师没有足够的精力投入到数学建模教学中,有的纯粹是应付差事、对付数学建模竞赛,根本达不到通过数学建模教学提高学生应用素质的效果。急功近利的短视行为,很大程度上影响着数学建模竞赛和数学建模教育的健康发展。把目标仅仅放在获奖上,而忽略了数学建模教学和学习的规律,不在开发思路与培养能力上下工夫,只在注重历年建模题型、所用工具的训练上做文章,到真正遇到实际问题或者没见过的类型时,就会一筹莫展。制约数学建模教学的根本问题还在于高等数学基础课程开设不够,甚至很多专业根本就没有开设,即使开设高等数学的专业也只开设了一个学期的微积分,只靠一个学期的高等数学课和一个多月数学建模培训,想要提高学生的应用数学素质实非易事。
三、推动数学建模教学,培养学生应用数学素质的措施
为了数学建模教学健康发展,提高学生应用数学素质,一方面需要好的政策和领导的重视,更重要的是数学教师自己的努力。因此,可以采取以下措施来推动数学建模教学,培养高职学生的应用数学素质。
首先,根据制约数学建模教学的根本问题,鼓励和要求从事数学建模教学的教师利用高等数学课程的教学,改造学生的数学知识结构,培养学生的数学思维。由于高职学生普遍缺少足够的数学建模能力和相应的数学建模教育,导致他们难以体验到数学应用性的特点,因而数学学习兴趣不高。数学在实际生活中的运用,往往需要经过数学建模的过程。数学建模能力不足,学生难以体验数学的运用,从而感觉不到数学的应用性,导致学生数学学习兴趣不高。因此在高等数学的教学内容中增加与生活实际和专业相关的实际问题,鼓励和要求从事数学课程教学的教师把数学建模的思想方法融入到整个教学活动中,使学生能更好地进行数学建模的学习和实践,进而提高分析问题、建立数学建模、求解模型、解决实际问题的能力。[2]
其次,可以在高等数学的教学中,开展数学建模周活动,拿出一到二周时间进行数学建模的教学,主要讲述数学建模的一般原理和建模方法,布置与生活实际和专业相关的问题,让学生用数学建模的方法去解决,并写出论文报告,作为学生的高等数学学业成绩的一部分。
第三,继续开设数学实验课程,让学生体会到数学也可以这样学,数学也可以解决身边的实际问题,体会到数学的应用价值,同时结合计算机的操作以提高学生学习数学的积极性。
第四,加强数学建模的宣传力度,利用新闻广播、报纸、宣传橱窗、电子网络学习平台进行数学建模的相关报道,向数学建模教学开展好的学校学习,通过数学建模协会举办数学建模活动,并在举办形式上有所改进,不断提高活动的档次,把每年一届的应用数学知识竞赛提高到学校层面上,争取有领导挂帅,使活动的影响力显著增加。
第五,继续加强数学建模教学环节,给学生灌输正确的学习观念与目标,把参加数学建模竞赛获奖作为参加数学建模学习的副产品,而通过学习和参与的过程,把培养应用数学的素质和解决问题的能力作为真正的目标,真正实现全国大学生数学建模竞赛的宗旨:培养学生“创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争”。
全国大学生数学建模竞赛以辉煌的成绩即将迎来她的第17个年头,她已是当今培养大学生解决实际问题能力和创造精神的一种重要方法和途径,参加大学生数学建模竞赛已成为大学校园里的一个时尚。正因如此,为了进一步扩大竞赛活动的受益面,提高数学建模的水平,促进数学建模活动健康有序发展,笔者在认真研究大学生数学建模竞赛内容与形式的基础上,结合自己指导建模竞赛的经验及前参赛获奖选手的心得体会,对建模竞赛培训过程中的培训内容、方式方法等问题作了探索。
一、数学建模竞赛培训工作
(一)培训内容
1.建模基础知识、常用工具软件的使用。在培训过程中我们首先要使学生充分了解数学建模竞赛的意义及竞赛规则,学生只有在充分了解数学建模竞赛的意义及规则的前提下才能明确参加数学建模竞赛的目的;其次引导学生通过各种方法掌握建模必备的数学基础知识(如初等数学、高等数学等),向学生主要传授数学建模中常用的但学生尚未学过的方法,如图论方法、优化中若干方法、概率统计以及运筹学等方法。另外,在讲解计算机基本知识的基础上,针对建模特点,结合典型的建模题型,重点讲授一些实用数学软件(如Mathematica、Matlab、Lindo、Lingo、SPSS)的使用及一般性开发,尤其注意加强讲授同一数学模型可以用多个软件求解的问题。
2.建模的过程、方法。数学建模是一项非常具有创造性和挑战性的活动,不可能用一些条条框框规定出各种模型如何具体建立。但一般来说,建模主要涉及两个方面:第一,将实际问题转化为理论模型;第二,对理论模型进行计算和分析。简而言之,就是建立数学模型来解决各种实际问题的过程。这个过程可以用如下图1来表示。
为了使学生更快更好地了解建模过程、方法,我们可以借助图1所示对学生熟悉又感兴趣的一些模型(例如选取高等教育出版社2006年出版的《数学建模案例集》中的案例6:外语单词妙记法)进行剖析,让学生从中体验建模的过程、思想和方法。
3.常用算法的设计。建模与计算是数学模型的两大核心,当模型建立后,计算就成为解决问题的关键要素,而算法好坏将直接影响运算速度的快慢及答案的优劣。根据竞赛题型特点及前参赛获奖选手的心得体会,建议大家多用数学软件(Mathematica,Matlab,Maple,Lindo,Lingo,SPSS等)设计算法,这里列举常用的几种数学建模算法。
(1)蒙特卡罗算法(该算法又称随机性模拟算法,是通过计算机仿真来解决问题的算法,同时可以通过模拟可以来检验自己模型的正确性,是比赛时必用的方法,通常使用Mathematica、Matlab软件实现)。(2)数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法(比赛中通常会遇到大量的数据需要处理,而处理数据的关键就在于这些算法,通常使用Matlab作为工具)。(3)线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划类问题(建模竞赛大多数问题属于最优化问题,很多时候这些问题可以用数学规划算法来描述,通常使用Lindo、Lingo软件实现)。(4)图论算法(这类算法可以分为很多种,包括最短路、网络流、二分图等算法,涉及到图论的问题可以用这些方法解决,需要认真准备,通常使用Mathematica、Maple作为工具)。(5)动态规划、回溯搜索、分治算法、分支定界等计算机算法(这些算法是算法设计中比较常用的方法,很多场合可以用到竞赛中,通常使用Lingo软件实现)。(6)图象处理算法(赛题中有一类问题与图形有关,即使与图形无关,论文中也应该不乏图片的,这些图形如何展示以及如何处理就是需要解决的问题,通常使用Matlab进行处理)。
4.论文结构,写作特点和要求。答卷(论文)是竞赛活动成绩结晶的书面形式,是评定竞赛活动的成绩好坏、高低,获奖级别的惟一依据。因此,写好数学建模论文在竞赛活动中显得尤其重要,这也是参赛学生必须掌握的。为了使学生较好地掌握竞赛论文的撰写要领,我们的做法是:(1)要求同学们认真学习和掌握全国大学生数学建模竞赛组委会最新制定的论文格式要求且多阅读科技文献。(2)通过对历届建模竞赛的优秀论文(如以中国人民信息工程学院李开锋、赵玉磊、黄玉慧2004年获全国一等奖论文:奥运场馆周边的MS网络设计方案为范例)进行剖析,总结出建模论文的一般结构及写作要点,让学生去学习体会和摸索。(3)提供几个具有一定代表性的实际建模问题让学生进行论文撰写练习。
(二)培训方式、方法
1.尽可能让不同专业、能力、素质方面不同的三名学生组成小组,以利学科交叉、优势互补、充分磨合,达成默契,形成集体合力。
2.建模的基本概念和方法以及建模过程中常用的数学方法教师以案例教学为主;合适的数学软件的基本用法以及历届赛题的研讨以学生讨论、实践为主、教师指导为辅。
3.有目的有计划地安排学生走出课堂到现实生活中实地考察,丰富实际问题的背景知识,引导学生学会收集数据和处理数据的方法,培养学生建立数学模型解决实际问题的能力。
4.在培训班上,我们让学生以3人一组的形式针对建模案例就如何进行分析处理、如何提出合理假设、如何建模型及如何求解等进行研究与讨论,并安排读书报告。使同学们在经过“学模型”到“应用模型”再到“创造模型”的递进阶梯式训练后建模能力得到不断提高。
关键词 数学建模 独立学院 课程改革 实践能力
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.02.044
Independent College Mathematical Modeling Education Curriculum Reform
――Take College of Arts and Sciences, Yunnan Normal University as an example
LIU Ruijuan[1], YANG Bin[2]
( [1]College of Arts and Sciences, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650222;
[2]Yunnan Institute of Electronics Industry, Kunming, Yunnan 650031)
Abstract This article from the reality of Yunnan Normal University of Arts, discusses the characteristics of Mathematical Modeling Course and the creation of the significance of this course, and then analyzes the independent Institute of Mathematical Modeling Courses problems proposed curriculum reform and solve mathematical modeling ideas. By selecting the appropriate course materials and auxiliary teaching materials, teaching and the establishment of mathematical modeling contest guide the team to achieve classroom case discussions and presentations combine teaching mode, associated with the creation of mathematical modeling curriculum support programs, such as probability theory, mathematical analysis , operations research, graph theory and other courses, assessment methods diversified, respectively, classroom attendance, classroom discussion to answer the performance aspects of modeling large peacetime operations and final quality modeling work, modeling reply comprehensive assessment, in addition to organize students to participate actively in the network challenge and the National mathematical Contest in Modeling and other students, with remarkable results.
Key words mathematical modeling; independent college; curriculum reform; practical ability
数学建模课程是20世纪80年代初在我国理工科大学开设的一门重要的数学课程。由于数学建模过程几乎模拟了科学研究的全过程,因而对于培养大学生的科研能力与创新意识和应用数学能力具有特殊的作用。而数学建模的多媒体教学,作为一种现代化的教学手段,具有形象直观、信息量大、交互性强等优点,对于发挥学生的主体作用、促进学生主动学习和培养学生创新能力也非常有益。这些能力也正是我们大学数学素质教育所要努力追求的。
目前国内关于数学建模课程改革的研究论文虽然比较多,也有一定的成果,当时均处于探索阶段,并且从目前数学建模课程教学改革的相关文献可以看到,大部分这方面的研究都集中体现普通高校和研究型高校或者数学建模课程的改革方案和与能力培养方面的关系,然而,尽管不少普通大学和研究型大学都在大胆尝试建模课程体系改革,但针对独立学院实际的数学建模教学改革基本空白,对数学建模课程的具体化改革对象和成果展现等方面的研究更是少见。
云南师范大学文理学院建模课程开展时间较短,从内容到体系均有待完善,所以本文就云南师范大学文理学院的实际探讨数学建模课程的改革及其成效,从而达到促进建模的教学工作,提高教学质量,同时提高自身的素质水平。
1 在独立学院开设数学建模课程的意义
云南师范大学文理学院自办学以来,针对学生的缺点和不足,以新的视角,欣赏学生的特点,梳理学生的优势,客观评价学生,掌握学生的优势、优项,树立教学信心,以积极的态度开展教学工作。培养学生处理相关信息和大量数据的能力,在数学建模过程中,我们引导学生针对所研究问题进行收集、加工,处理和应用信息的能力。学会提炼有用信息,并恰当地运用信息,并学习使用计算机和相应的数学软件。
在建模过程中我们要求学生充分发挥想象力和动手能力,采用类比的方法把表面上完全不同的实际问题,用相似的数学模型去描述解决他们,逐步达到触类旁通的效果。
另外,因为数学建模课程主要涉及的都是现实生活中的实际问题,通过数学建模课程的学习和数学建模竞赛的参与,可以极好地锻炼学生的论文写作能力和创新能力,同时提升学生的参与意识,为以后的学习和工作打下良好的基础。所以在独立学院开设数学建模课程具有重要的意义。
2 云南师范大学文理学院数学建模课程的特点和存在的问题
2.1 云南师范大学文理学院数学建模课程的特点
(1)先修课程和应用课程较多。数学建模课程需要众多的先修基础数学课程和数学软件课程,如数学分析、运筹学、微分方程、概率论与数理统计、图论、计算方法、计算数学、解析几何,MATLAB,Mathematics,lingo等,我院信息工程学院在开设数学建模课程的前期或者同时开设上述相关课程,因为需要具备扎实的专业功底,才可能较好地学习数学建模课程。
(2)教学方式灵活多变。各大高校数学建模课程是基本是案例式教学,每个章节以例子来说明,如商人过河问题,交通流问题,减肥问题,旅游地的选择问题等等,均是和实际联系较为紧密的身边的问题,激发学生的学习兴趣。但是也有一些常见的建模方法可以类比推广,如层次分析法,灰色关联度分析法,时间序列法,排队论等,我们都是有针对性地选取教学内容以适应学生现有的知识结构和接受能力。教学方法上我们采用讲授法、探讨法、历年真题论文案例法(包括学生平时作业点评)等。
(3)教学设备手段先进。建模课程需要处理大量的数据,我院配备了先进的投影多媒体教室,并且开设了与建模相关的Matlab,Mathematica等数学软件。
(4)实用性强。数学建模课程的案例基本都来自实际问题,如人口、天气、干旱等的预测模型,优化模型,决策模型,控制模型等。这些模型的引入,让学生更加深刻地领会数学建模课程的实用性。
(5)课程较难学。数学建模课程涉及的领域广,知识面大。通的(交通流问题),医疗领域(看病排队问题)等,采用的各领域的知识较多,很多时候都是现学现用,需要很高的领会能力和接受能力,这对学生和教师要求都比较高。
2.2 云南师范大学文理学院数学建模课程存在的问题
本文作者从2011年开始讲授数学专业的数学建模课程,数学建模作为数学专业的专业基础课程,在教学过程中发现数学建模课程存在的问题。
(1)教材涉及面太广,如姜启源的《数学模型》教材是我国自开设建模课程以来比较权威的一本建模教材,很多高校都在使用,但是从初等模型、简单的优化模型、线性规划模型、微分方程模型到马氏链模型等共13章,而课程安排只有周4课时,教学时间上较为紧张;另外整本教材基本都是案例,内容多且涉及的数学建模方法很少,学生看着一本厚厚的教材,心里难免畏惧,而实际上并不能完全讲授;对于三本独立院校的学生来说,专业基础不是很扎实,教材一些内容较深,学习起来较为吃力。
(2)课堂教学基本以教师为中心,教师采用纯讲授的教学方法,学生很少参与,因而缺乏学习数学建模的兴趣与积极性,学生也怕学。
基于上述问题的存在,影响学生学习数学建模课程的积极性,并且我们要参与各类建模赛事,如果不及时进行教学改革,势必影响教学和学习效果,在建模竞赛中也难取得较好的成绩,虽然关于建模课程改革的课题和论文较多,但是紧扣我院实际的还基本空白,不利于应用型人才的培养,所以有必要对现有的数学建模课教学模式进行改革。
3 对云南师范大学文理学院数学建模课程改革尝试的思路
本文作者从2011年开始教授数学建模课程开始,就在实践中开始摸索适合云南师范大学文理学院的数学建模课程改革思路,经过几年的实际教学和竞赛指导,主要收获如下:
(1)主体教材辅助方法、软件教材进行教学。目前作者使用的姜启源编写的《数学模型》对于独立学院的学生来说这本教材内容太难、太多了。作者近年来除讲解教材的基本模型外,尝试对教材进行补充、重组和开发,具体方式有根据历年的全国建模竞赛的题目类型,有倾向性地进行教学安排,并插入历年建模真题和常用方法进行课堂讲授,同时插入一些实际问题让学生进行建模论文的写作,根据我院学生的数学基础和竞赛的实际(对历年的真题出现的题型和用到的方法出现的频率)对章节进行取舍。
(2)数学建模课程教学方法改革。由于数学建模课程要进行实战演练,在学期配备相应的建模大作业习题,如手机购买问题,地方人口问题,水资源短缺问题,气候干旱问题,网吧数量萎缩等实际问题,要求学生在指定的时间内进行数据收集,整理,分析处理并以论文形式展现研究成果,同时安排论文模拟答辩,锻炼学生的解决实际问题的能力。同时学院也积极聘请省级建模专家进行专题讲座,提高大家学习的积极性。
(3)数学建模课程教学竞赛团队。我院近年来连续积极组织学生参加各类官方、民间数学建模竞赛赛事。我院专门组建立了一支建模指导教师团队,除了学期必修外,在全国建模竞赛前的假期还专门组织学生进行赛前培训,教师负责制分专题讲授离散模型、连续模型、优化模型、微分模型、概率模型、统计回归模型和软件讲授、论文写作等,突出体现教师的专长,提高了课堂教学效率,增强了学生学习的积极性。
(4)开设与数学建模课程相关的软件课程。为了让学生更好地参与到数学建模中来,我们从大学一年级就有针对可开设数学软件和建模讲座。开设Mathematic,MATLAB,Lingo等软件选修课,进行数学的应用与建模能力的培养,提高学生数学建模能力,在运筹学等课程中,有意识地让学生进行作业的排版练习,如WORD,EXCEL等常用排版计算软件。
(5)通过积累建立数学建模课程学习资源。如本校学生历年的较优秀的参赛论文,平时作业
教师教案、课件等,数学建模优秀论文等学习环境和信息交互空间。另外,给学生身边实际的问题,如云南水资源短缺问题,干旱气候预测问题,地区人口预测问题,网吧问题等进行建模练习,让学生把数学建模课程与实际应用结合起来。
(6)课程考核形式多样化。本文作者通过课堂考勤,课堂回答问题,课堂讨论,平时作业,期末大作业,作业课堂答辩等多种方式结合的方法进行课程考核。根据问题的大小,由学生独立或组队完成实际问题,若完成得好在原有成绩的基础上获得“平时成绩加分” ,给出最后考核的分数,提高学生学习数学建模课程的积极性,从而提高学生的建模能力。
(7)积极组织学生参加全国大学生数学建模竞赛和各类网络建模赛事。截至目前为止,我们已经连续五年组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,连续两年组织学生参加“认证杯”数学中国数学建模竞赛,成绩优良。并且由信息工程学院定期举办建模和软件讲座参与各类数学建模比赛,熟悉比赛流程,了解论文撰写过程,为每年九月的全国数学建模做准备。
4 建模课程改革初步成效体现
我校作为独立学院从2010年开始尝试开设数学建模课程,推动大学数学素质教育方面,进行了一些探索和实践,并同年开始组织学生参加全国数学建模竞赛和网络建模竞赛,成效显著。
首先,从竞赛获奖来看,2010年全国大学生数学建模竞赛中,4个参赛队分别荣获1个省级一等奖,占总奖项的25%;2个省级二等奖,占总奖项的50%;1个省级三等奖,占总奖项的25%,获奖率100%;
2011年全国大学生数学建模竞赛中,4个参赛队分别荣获1个省级一等奖,占总奖项的25%;2个省级二等奖,占总奖项的50%;1个省级三等奖,占总奖项的25%,获奖率100%;
由于从2012年开始,数学建模竞赛组委会对建模奖项做了限制调整,获奖比例仅为原来的50%,所以2012年全国数学建模竞赛指导的参赛队教练组15个参赛队其中荣获2个省级一等奖,1个省级二等奖,9个省级三等奖,获奖率为80%,其中省级一等奖占总奖项的16.7%,省级二等奖占总奖项的8.33%,省级三等奖占总奖项的75%。
2013年“认证杯”数学中国数学建模网络挑战赛2个队参赛,第一阶段两个参赛队均获云南最好成绩全国二等奖,第二阶段一个队荣获云南省唯一个全国一等奖,取得全球建模能力高级认证;另一个参赛队荣获全国三等奖,取得全球建模能力基础认证,获奖率100%。
2013年全国数学建模竞赛,26个参赛队参赛,其中荣获1个国家二等奖,2个省级一等奖,3个省级二等奖,4个省级三等奖的优异成绩,奖项水平首次冲入国家奖项,建模水平大幅度提高,其中全国二等奖占总奖项的10%,省级一等奖占总奖项的20%,省级二等奖占总奖项的30%,省级三等奖占总奖项的40%。
2014年全国数学建模竞赛,22个参赛队参赛,其中荣获2个国家二等奖,2个省级一等奖,4个省级二等奖,4个省级三等奖的优异成绩,奖项水平较上年建模水平大幅度提高,其中全国二等奖占总奖项的16.7%,省级一等奖占总奖项的16.7%,省级二等奖占总奖项的33.3%,省级三等奖占总奖项的33.3%。
可以看到从开设数学建模课程以来,我校的数学建模水平到目前稳步提升,很好地锻炼了学生的创新能力和动手能力,同时增强了学生学习的自信心和积极性,成效显著。其次,从综合能力来看,通过建模课程的改革,学生的应变能力和思维能力都获得了很大的提升。
参考文献
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[4] 朱道元.从数学建模看新世纪的数学教改[D]新世纪数学学科发展与教学改革研讨会论文集.东南大学数学系,2000.
[5] 杨霞,倪科社,王学锋.积极开展数学实践教学活动培养学生创新意识与实践能力[J].大学数学,2010(A01).
[6] 张银龙,刘敏.创新人才的培养与数学建模意识的形成[J].长春金融高等专科学校学报,2008(2).
为了适应科学技术发展的需要和培养高质量、高层次应用型人才,数学建模在各个大学的教育中如火如荼的开展,越来越多的大学已经将数学建模教学和竞赛作为高等院校教学改革和培养高层次的应用型人才的重要方面,2015年我校组织了四个队参加了全国大学生数学建模竞赛,在学校领导的关心支持下,在数学建模指导小组老师们积极投入、无私奉献的指导下,在参赛选手吃苦耐劳、废寝忘食地努力竞赛下,顺利完成了今年的全国大学生数学建模竞赛,并取得了一定成绩。
一、竞赛组织
1.数学建模的宣传和普及
虽然我校从2007年就参加了数学建模竞赛,但是发展到现在八年多时间,并没有成为我校的一个成熟的赛事。究其原因,首先是有相当多的教师对数学建模缺乏足够的了解和认识,主要有以下误区:数学建模只是数学老师的事情;数学建模就是解数学题;数学建模容易获奖等等。对于数学建模这种需要全校通力合作的重要赛事,这些误区不利于数学建模在我校的顺利开展。所以,我们充分重视与学校、学院各级领导、专业课老师以及学工辅导员的沟通交流,定时聘请各个高校的建模专家做专题讲座,并召开一些关于数学建模的座谈会,让他们对数学建模的认识有所加深,从而给予我们这些竞赛实际组织者以大力的支持,这样为开展数学建模竞赛以及相关活动营造了良好的氛围。
其次我校学生参加数学建模竞赛活动的积极性不是很高。主要是我校学生的数学基础相对不是很好,积极主动学习钻研的能力有待加强,再加上与其他竞赛相比,数学建模具有难度大、涉及面广、形式灵活,对学生的要求是很高的。为了吸引更多的学生加入数学建模的活动,我们想了各种办法把学生积极钻研学习数学建模的兴趣提起来:第一、我们要求各个数学老师在高等数学、线性代数、概率论与数理统计等基础数学教学过程中,适当的融入一些数学建模的思想,教给学生通过对实际问题进行抽象简化假设,应用一些规律建立起变量参数间的数学表达式即数学模型的方法,在日常数学课程教学过程中建立起基础数学知识和数学建模知识的融合,让学生产生对数学建模的兴趣。之后由各数学老师在任课班级挑选一些数学成绩好,思维缜密,更重要的是具有努力认真、吃苦耐劳、会自主钻研学习的学生,推荐他们加入数学建模协会,作为将来参加数学建模竞赛的储备人才。第二、人才选出来了还是需要系统的学习才能成真正的人才,为了让学生较为系统的掌握一些数学建模的知识,经过与各个部门沟通协调,终于在2014年成功申请开设了数学建模公选课,数学建模协会的同学和全校对数学建模有兴趣的同学都可以选修这门课,这门课向学生比较系统的介绍了基本模型和求解方法,起到了普及数学建模知识,宣传数学建模的作用。但是也有很多亟待解决的问题,比如课时太少只有16课时,每个专题只能涉及皮毛;没有上机实验的课时,学生学到的理论没有及时的上机熟悉演练等等。对于这些问题还需要我们继续深入研究找到解决的办法。第三、数学建模协会在数学建模竞赛中的作用要积极发掘出来。以前我校的数学建模协会就像学校的一些娱乐社团一样,偶尔组织大家上机,吃饭,春游,这完全与数学建模的主要任务和目的不符,所以我们对数学建模协会进行了大刀阔斧的整顿,首先社团定位于学术社团,选拔真正对数学建模有热忱、积极钻研学习数学建模知识的学生作为协会会长,以数学建模协会为依托开设数学建模第二课堂,申请专门的机房供协会使用,每周一次在机房给协会学生做专题讲座和练习。
前期做好竞赛的宣传和普及,才能为竞赛的培训和最终的竞赛打好坚实的基础。
2.数学建模指导教师团队的组成
建模指导教师团队的建模水平是非常重要的,是保证培训效果和竞赛成功的关键因素。所以现在我校选用指导教师遵循以下四个标准:非常了解数学建模、有指导竞赛获奖经验、愿意花精力钻研学习、乐于团队协作且有奉献精神。
第一个标准毋庸置疑,如果指导老师对数学建模只是略懂皮毛,怎么能去教学生数学建模呢?所以指导教师团队的老师,都是有多年参赛和培训经验的老师;第二个标准是有竞赛获奖经验,这证明了老师指导学生的实力;第三个标准非常重要,因为建模知识博大精深,数学建模的教学本身是一个不断探索、不断创新、不断完善和提高的过程,教师也需要不断地学习和研究提高自身水平,然后深入浅出的把建模知识传授给学生。第四个标准太重要了,数学建模的一个重要宗旨就是团队协作,而且在我校经费有限的情况下,无私奉献的精神必须具备。同时,我们还注重与其他有着丰富竞赛经验的院校进行交流,派我校指导老师去各个学校学习取经。
二、竞赛培训
我校大部分学生的基础和能力较之重点大学学生来说相对较弱,所以仅仅通过几个月短期培训是达不到效果的,所以我校选手的培训是一个长期的过程,为了最大限度地发挥教学和培训的作用,培训分为五个阶段:
第一阶段:发挥公选课和数学建模协会讲座作用,因为我校公选课才刚刚起步,课时很少,所以我们精选了一些使用较多的模型、通过讲解相对简单的实例,让学生掌握该类模型的基本方法,比如优化模型、微分方程模型等。同时,建模协会是一个很好的平台,我们为建模协会申请了一个专门的机房,定期由老师和协会有参赛经验的高年级学生做一些专题讲座,比如数学软件(MATLAB、LINGO、EXCEL)的使用方法,让学生了解建模、喜欢建模、培养学生建模的兴趣。尤其是有参赛经验的高年级同学,通过他们向低年级学生分享经验心得,交流建模技能方法,起到了很好的承上启下的作用。
第二阶段:通过讲解历年优秀论文、让学生掌握如何读懂题目继而建立模型,在这个过程中对数学模型的主要类型和数学建模的主要方法有进一步深入认识,而且通过实例让学生知道如何结合题目选用合适的数学软件,加强了软件使用的训练。
第三阶段:通过前期培训,选拔出对数学建模有浓厚兴趣、有创造力、勤于思考、数学功底较好、吃苦耐劳的建模优秀学生去一些有着先进竞赛经验的兄弟院校,旁听这些学校的培训课程。
第四阶段:组织校级数学建模比赛,参照全国比赛的赛制,让培训学生身临其境的提前感受国赛的氛围,并做好最终参赛选手的选拔工作。
第五阶段;冲刺培训。让学生巩固整个培训流程学到的知识,具备一定的参赛能力,比如运用数学建模的方法和步骤分析实际问题的能力、应用计算机软件求解数学模型的能力、撰写数学建模论文和能力,顺利参赛。
三、竞赛过程
经过培训和选拔,最终多位同学脱颖而出组成了参赛队,比赛开始就立刻上网下载赛题,研究题目选定赛题。各队确定好题目就开始分工合作,查资料、研究、讨论题目。因为赛题还是很有难度和挑战性的,各组的进度也不同。第一天大多数队员都按时休息为后面的比赛养精蓄锐,第二天参赛队员们只睡了几个小时就开始奋战,第三天所有队员都没有睡觉直到比赛结束,顺利提交论文。参赛队员们都尽了自己最大的努力完成比赛。
在学生竞赛的三天三夜里,指导教师也毫不松懈做好竞赛指导工作,一是做好参赛学生心理方面的指导,因为连续进行72小时的比赛,孩子们的身心都受到严酷的考验,指导老师会及时的鼓励和关心他们;二是做好队伍协调,不断强调团结协作的重要性;三是做好后勤保障,让孩子们在比赛过程中有良好的营养补给;四是提醒学生注意论文的格式,按要求撰写论文,尤其注意论文的摘要、关键词,并注意论文是否完整等。五是督促学生按照要求正确及时提交论文。
四、竞赛体会
教育强国的核心是培养创新型人才。全国大学生数学建模竞赛是高校中参加人数最多、影响最广泛的学科竞赛之一,此项赛事由教育部高教司和中国工业与应用数学学会联合主办,迄今已举办21届,它对创新型人才的培养起到了不可估量的作用,未来也将日益显现它这方面的作用。长春理工大学从1996年开始参赛,成绩斐然,已累计获得国家级奖40余项,年均3项,2013年我校共有51队153人参加全国赛,是吉林省除吉林大学外参赛队数最多的高校。其中9队获得国家一等奖,11队获得省一等奖,21队获省二等奖,8队获省三等奖,获奖率位居吉林省参赛高校前列。这主要归益于以下几方面:
一、赛前的动员及组织情况
赛前周密的宣传组织工作是本次大赛取得成功关键因素之一。我校一直把组织数模竞赛作为一项重要的教学活动纳入了全年工作日程,专门成立了数学建模竞赛领导小组,协调、督促、组织数学建模竞赛各项准备活动。通过海报、课堂、网站等多种形式宣传开展数学建模活动,鼓励各学院学生踊跃报名。
二、竞赛具体过程管理和实施情况
由专人统筹负责竞赛工作。从每年四、五月份开始采取校级、省级竞赛层层选拔的制度,把最优秀、最渴望参赛、最有能力的队员吸纳进来组成国家赛参赛队伍。对于国赛队员将认真组织赛前培训和辅导工作。
三、本年度竞赛获奖情况分析
今年我校共有51个队参加了全国大学生数学建模竞赛,获得国家奖9项,省级奖40项,获奖率几近100%。
四、竞赛过程中存在的问题及拟解决的措施
1.竞赛过程中存在的主要问题还是数学软件使用和写作两方面,在今后的培训和其他级竞赛中应加强这两方面的训练。另外宣传力度也有待加强。
2.今年全国赛我校51队中有35支代表队选择了A题,此题是交通占道问题对城市交通能力的影响问题,实质是利用数学方法建立模型,需要学生有较好的微积分、常微分方程、运筹学等课程基础,正是由于我校平时对大一大二的数学基础课的精心讲解和严格要求才使得我校学生有信心也有能力作出此题并取得了如此好的成绩,今后我们将继续加强数学基础科的教学工作,同时注意在教学中渗透数学建模的思想、方法,培养学生参加建模的兴趣。并希望以数学建模工作为平台,通过多种形式大力开展数学建模教学与研究活动,以赛促学、以赛促教,以竞赛推动教学研究,以教学研究提高竞赛质量。B题选择队数相对较少,原因主要是该题是关于碎纸文字的拼接复原模型,需要队员熟悉算法,精于编程,大多数同学不敢碰此题原因就是编程能力过弱。
3.国家赛获奖结果反映出理学院、计算机科学与技术学院、光电工程学院、电子信息工程学院的学生获奖人数占到98%,创新实验班参赛人数并不多,仅占总人数的33%,特别是计算机科学与技术学院的创新实验班仅有8人参加,不及总人数的6%。
五、对学校的建议和意见
1.认真组织各级数学建模竞赛,建议提前到3月中旬组织校数学建模竞赛,改进选拔方式,通过评审、教师推荐、答辩精选国赛参赛队员,加大对数学软件、算法的培训;5月下旬到7月中旬,利用周六对选拔出的学生进行实战培训,建议全体队员模拟实战,完成3-4道往年的竞赛题目,并提交论文,指定专门教师负责指导。
2.进一步宣传发动,动员更多的学生参加数学建模竞赛,特别是加大对计算机学院的宣传力度,争取更多的计算机科学与技术学院,特别是动员计算机科学与技术学院创新实验班的同学参赛。
3.继续举办大学生数学建模培训,切磋技艺,交流经验,提高水平。组织教师精讲获国家奖的学生论文。同时每年选派2至3名指导教师参加建模交流会议及理论学习,也让更多教师参与数学建模类教改科研项目,将数学建模作为一件可持续发展的项目开展。
2、《数学建模竞赛获奖论文精选与点评》,作者:韩中庚;
3、《数学建模方法及其应用》,作者:韩中庚;
4、《MATLAB在数学建模中的应用》,作者:卓金武;