探析數(shù)學(xué)建模在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用論文
培養(yǎng)應(yīng)用型人才是我國高等教育從精英教育向大眾教育發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是知識經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和市場對人才多元化需求的必然要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各學(xué)科各領(lǐng)域?qū)嶋H問題的研究日益精確化與定量化，數(shù)學(xué)在科學(xué)研究與工程技術(shù)中的作用不斷增強(qiáng)，其應(yīng)用的范圍幾乎覆蓋了所有學(xué)科分支，滲透到社會生活中的各個領(lǐng)域。前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家亞歷山大洛夫曾說過，“數(shù)學(xué)在其它科學(xué)中，在技術(shù)中，在全部生活實踐中都有廣泛的應(yīng)用”。1993年，王梓坤院士發(fā)表的著名報告《今日數(shù)學(xué)及其應(yīng)用》中也深刻指出:“現(xiàn)代世界國家間的競爭本質(zhì)上是高技術(shù)的競爭，而高技術(shù)本質(zhì)上是一種數(shù)學(xué)技術(shù)�！睌�(shù)學(xué)是一門技術(shù)已經(jīng)成為人們的共識。數(shù)學(xué)技術(shù)離不開數(shù)學(xué)建模，數(shù)學(xué)建模是把數(shù)學(xué)作為工具，并應(yīng)用它解決實際問題的一種活動，它是一個跨學(xué)科、跨專業(yè)、綜合性和應(yīng)用性都非常強(qiáng)的過程，是數(shù)學(xué)應(yīng)用的必由之路，是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實際問題的橋梁，是數(shù)學(xué)在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的媒介。因此，數(shù)學(xué)建模的過程是一個全而培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、提高學(xué)生各種能力的過程，數(shù)學(xué)建模是培養(yǎng)生產(chǎn)一線應(yīng)用型人才的一條重要途徑。
一、對應(yīng)用型人才的認(rèn)識
應(yīng)用型人才是將專業(yè)知識和專業(yè)技能應(yīng)用于社會實踐的專門人才是熟練掌握社會生產(chǎn)或社會活動一線的基礎(chǔ)知識和基本技能，主要從事一線生產(chǎn)的技術(shù)或?qū)ｉT人才社會對應(yīng)用型人才的基本要求是具有基礎(chǔ)扎實，知識而寬，應(yīng)用能力強(qiáng)，素質(zhì)高，有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊合作精神。他們的突出特點(diǎn)是既具有寬廣的知識而和深厚的基礎(chǔ)理論，又能將所學(xué)知識應(yīng)用于本行業(yè)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對應(yīng)用型人才市場需求的不斷變化，還有接受繼續(xù)教育的基礎(chǔ)條件和進(jìn)一步獲取新知識的基本能力和擴(kuò)展與職業(yè)相關(guān)的學(xué)科知識能力。
隨著高等教育的不斷擴(kuò)招，高等教育的大眾化趨勢已越來越明顯，在這種背景下，傳統(tǒng)的“研究型”、“學(xué)術(shù)型”人才培養(yǎng)模式受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，一些發(fā)達(dá)國家率先提出了“發(fā)展應(yīng)用型大學(xué)”，“培養(yǎng)應(yīng)用型人才”的口號。德國早在20世紀(jì)70年代就成立了應(yīng)用科技大學(xué)，其應(yīng)用型人才的培養(yǎng)特色鮮明，深受歡迎。美國的工程教育，英國的技術(shù)學(xué)院，日本的短期大學(xué)都以培養(yǎng)應(yīng)用型人才而著稱。近年來，我國高等院校對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)取得了一定的進(jìn)展，但仍然存在認(rèn)識上的不足，培養(yǎng)方案和措施仍有許多不盡如人意的地方，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式還有待于進(jìn)一步探索。通過多年的實踐和探索，根據(jù)應(yīng)用型人才的特點(diǎn)和社會日益數(shù)字化，對應(yīng)用型人才的要求以及數(shù)學(xué)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中具有不可替代的重要作用。
二、數(shù)學(xué)建模在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用
數(shù)學(xué)建模就是用數(shù)學(xué)語言、方法近似地刻畫要解決的實際問題，對于已建立的模型采用推理、證明、數(shù)值計算等技術(shù)手段及相應(yīng)的數(shù)學(xué)軟件求解，并利用所得的結(jié)果擬合實際問題。數(shù)學(xué)建模在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1.數(shù)學(xué)建模有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神
由于實際問題的復(fù)雜性，在數(shù)學(xué)建模過程中要涉及到大量的數(shù)據(jù)收集和對數(shù)據(jù)的分析與處理，一個完整的建模過程一般要經(jīng)歷模型的假設(shè)、模型的建立與求解、算法的設(shè)計和計算機(jī)實現(xiàn)、對結(jié)果的分析與檢驗并將所得的結(jié)果模擬實際問題等幾個階段。這些過程只靠個人的力量在有限時間內(nèi)是很難完成的，這就注定了數(shù)學(xué)建模是一個團(tuán)隊的集體行為，需要有師生之間、學(xué)生之間以及學(xué)生與社會之間的交流與合作。因此數(shù)學(xué)建模有利于提高學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，而團(tuán)隊合作精神又是社會對應(yīng)用型人才的基本要求。
2.數(shù)學(xué)建模有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
數(shù)學(xué)建模所面臨的數(shù)據(jù)是雜亂無章的，這就要求學(xué)生對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行去粗取精，去偽存真，歸納、提煉、整理、加工和總結(jié)，還需要對一些已知條件進(jìn)行符號化和量化，然后從中抽象出恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)關(guān)系，從而組建一定的數(shù)學(xué)模型，再用所學(xué)的'數(shù)學(xué)理論和方法去求解數(shù)學(xué)模型。在對實際問題中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和整理過程中，為使問題簡化，有些因素是可以忽略的，但有些因素不能忽略，究竟哪些因素可以忽略、哪些因素不能忽略并沒有一定的范式，這要根據(jù)建模者對實際問題的理解、研究問題的目的以及數(shù)學(xué)背景來完成這個過程，應(yīng)該說這是一個創(chuàng)造性的過程。另外，數(shù)學(xué)模型是對實際問題的近似刻畫，為了使建立的數(shù)學(xué)模型盡可能完美地表達(dá)實際問題，又使模型易于求解，需要對模型進(jìn)行不斷的改進(jìn)和不斷的完善，這就要求學(xué)生不斷對問題進(jìn)行深入的了解，深入到知識的更深層面，這樣又會產(chǎn)生新的疑問，這個過程多次循環(huán)們復(fù)，學(xué)生的創(chuàng)新能力將不斷得到加強(qiáng)。創(chuàng)新能力也是社會對應(yīng)用型人才的基本要求。
3.數(shù)學(xué)建模有利于全方位提供學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力
一個完整的數(shù)學(xué)建模過程是綜合運(yùn)用知識和能力，解決實際問題的過程。這不僅需要學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和嚴(yán)密的邏輯推理能力，還要求學(xué)生對問題的實際背景有一定的了解，要求學(xué)生有廣博的知識和深厚的專業(yè)基礎(chǔ)，并能對這些知識進(jìn)行融會貫通。數(shù)學(xué)建模面臨的數(shù)據(jù)}I-.}I是龐大而復(fù)雜的，對數(shù)據(jù)的處理過程是一個分析與綜合，抽象與概括，比較與類比，系統(tǒng)化與具體化的過程。在這個過程中，學(xué)生的應(yīng)變能力和多角度分析，多方位思考能力不斷得到提高，綜合素質(zhì)不斷得到加強(qiáng)。綜合素質(zhì)和能力是應(yīng)用型人才的基本特征和社會對應(yīng)用型人才的起碼要求。
4.數(shù)學(xué)建模有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和實踐能力
從實際問題中抽象出來的數(shù)學(xué)模型一般很復(fù)雜，因此模型的求解一般很困難，甚至無法求出模型的解析解，即使能求出模型的解析解，由于其復(fù)雜性而無多大的應(yīng)用價值。所以數(shù)學(xué)模型的求解通常需要編寫算法，運(yùn)用某些數(shù)學(xué)軟件利用計算機(jī)求其數(shù)值解，這就要求學(xué)生有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用能力和對計算機(jī)的實際操作能力。在操作的過程中，學(xué)生的動手能力和實踐能力自然而然得到提高。另外在數(shù)學(xué)建模中，需要進(jìn)行調(diào)查研究，需要對有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛的采集和補(bǔ)充，這就是應(yīng)用型人才培養(yǎng)中所強(qiáng)調(diào)的實踐性。
5.數(shù)學(xué)建模體現(xiàn)了知識的應(yīng)用性
數(shù)學(xué)建模本身就是綜合運(yùn)用知識，解決實際問題的過程。數(shù)學(xué)建模中的很多典型案例，如“最優(yōu)捕魚策略”，“投資的收入和風(fēng)險”，“車燈線光源的優(yōu)化設(shè)計”等就較好地突現(xiàn)了知識的應(yīng)用性。數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)應(yīng)用的必由之路，是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實際問題的橋梁。一方面數(shù)學(xué)建模需要用數(shù)學(xué)語言、方法近似地刻畫要解決的實際問題，另一方面數(shù)學(xué)建模需要利用所得的結(jié)果擬合實際問題，所有這些都與應(yīng)用型人才的突出特點(diǎn)和社會對應(yīng)用型人才的要求是一致的。
6.數(shù)學(xué)建模有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和語言表達(dá)能力
數(shù)學(xué)建模需要學(xué)生親自參與問題的研究與探索，數(shù)據(jù)的收集和補(bǔ)充需要學(xué)生的積極參與，數(shù)據(jù)的處理和模型的建立需要學(xué)生的主動參與，模型的求解需要學(xué)生獨(dú)立完成。數(shù)學(xué)建模一般需要綜合運(yùn)用多方面的知識，需要了解相關(guān)問題的背景材料，需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的取舍和有效的篩選，有些知識和相關(guān)的資料需要學(xué)生自己去查詢，所有這些都為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了一個良好的“下臺。另外，數(shù)學(xué)建模需要用自己的語言描述問題的解決過程，需要廣泛的交流與合作，還需要進(jìn)行論文的寫作等等，這些都對學(xué)生語言表達(dá)能力的提高具有重要的作用。應(yīng)用型人才的一個突出特點(diǎn)就是具有接受繼續(xù)教育的基礎(chǔ)條件和進(jìn)一步獲取新知識的基本能力和擴(kuò)展與職業(yè)相關(guān)的學(xué)科知識能力，而自學(xué)能力和語言表達(dá)能力為進(jìn)一步獲取新知識等能力提供了良好的基礎(chǔ)。
應(yīng)該說，數(shù)學(xué)建模的作用是多方面的，通過數(shù)學(xué)建模的訓(xùn)練，學(xué)生獲得了參與研究探索的體驗，培養(yǎng)了收集、分析和利用信息的能力，學(xué)會了分享與合作，鍛煉了學(xué)生的意志力、洞察力、想象力、自學(xué)能力、語言的翻譯和表達(dá)能力以及綜合應(yīng)用專業(yè)知識解決實際問題的能力與分析問題、解決問題的能力，所有這一切都是應(yīng)用型人才培養(yǎng)所要達(dá)到的目標(biāo)，也是與應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的四個基本點(diǎn)是一致的。因此數(shù)學(xué)建模能將應(yīng)用型人才的突出特征和社會對應(yīng)用型人才的要求體現(xiàn)得淋漓盡致，它在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)中具有不可替代的重要作用。
三、關(guān)于數(shù)學(xué)建模的幾點(diǎn)建議與思考
1.馬克思有一句名言，“一門科學(xué)只有成功地應(yīng)用了數(shù)學(xué)時，才算真正達(dá)到了完善的地步”。不論是自然科學(xué)還是社會科學(xué)都需要數(shù)學(xué)，都蘊(yùn)含數(shù)學(xué)。一門科學(xué)要成功地應(yīng)用數(shù)學(xué)，必須對這門學(xué)科中的問題建立數(shù)學(xué)模型。因此，建議高等院校的各個專業(yè)都要不同程度地開設(shè)數(shù)學(xué)建模課程，并根據(jù)專業(yè)的不同要求選擇合適的數(shù)學(xué)建模內(nèi)容，真正做到“人人學(xué)有用的數(shù)學(xué)，人人做有用的數(shù)學(xué)，人人用有用的數(shù)學(xué)”。
2.數(shù)學(xué)建模課程應(yīng)增加實訓(xùn)內(nèi)容，數(shù)學(xué)建模的學(xué)習(xí)應(yīng)以實訓(xùn)內(nèi)容為主。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的具體情況，女排布置具有綜合性、開放性、靈活性和趣味性的實訓(xùn)題目，讓學(xué)生自己進(jìn)行調(diào)查研究，自己收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，模型的建立和求解要以學(xué)生為主體，并以論文的形式提交給教師，教師提供實時指導(dǎo)和幫助，對建模的結(jié)果進(jìn)行有的放矢的點(diǎn)評，并將實訓(xùn)內(nèi)容作為學(xué)生期末考評的主要內(nèi)容和重要依據(jù)。
3.舉辦多種形式的數(shù)學(xué)建模競賽，豐富數(shù)學(xué)建模的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，引進(jìn)案例教學(xué)和專題講座，通過對典型案例的深入剖析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模思想和堅忍不拔的毅力，聘請專家對一些典型問題進(jìn)行專題講座。
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