工科大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式的探尋求索與實踐

PAGEPAGE1工科大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式的探尋求索與實踐內(nèi)容內(nèi)容摘要：西北工業(yè)大學數(shù)學系教學團隊圍繞培養(yǎng)工科大學生數(shù)學創(chuàng)新理論能力，提出了“基礎為本，理論為魂，素養(yǎng)為翼〞的培養(yǎng)理念，構(gòu)建了“基礎—理論—素養(yǎng)〞融合發(fā)展的“二三三〞培養(yǎng)形式，探尋求索出“理論引興趣，興趣帶學習，學習提素養(yǎng)，素養(yǎng)促發(fā)展〞的培養(yǎng)經(jīng)歷體驗，成效顯著。本文本文關(guān)鍵詞語語：大學數(shù)學；創(chuàng)新理論能力；人才培養(yǎng)形式；現(xiàn)代工程科技要求工科大學生應具備扎實的數(shù)學基礎理論和數(shù)學應用能力，而當下工科大學生數(shù)學學習經(jīng)常呈現(xiàn)“學而無趣〞“學而無用〞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象折射出的教學問題為：理論與理論脫節(jié)，缺少數(shù)學創(chuàng)新理論環(huán)節(jié)，缺乏數(shù)學人文素養(yǎng)培養(yǎng)。為了將數(shù)學基礎理論、數(shù)學創(chuàng)新理論和數(shù)學人文素養(yǎng)三者融合起來貫穿于工科大學生數(shù)學創(chuàng)新理論能力培養(yǎng)經(jīng)過中，我們設計并施行了系統(tǒng)科學的解決方案：建設優(yōu)質(zhì)的理論平臺(基礎)→構(gòu)建科學的培養(yǎng)形式(構(gòu)架)→建立優(yōu)秀的教學團隊(施行)→提升大學生數(shù)學創(chuàng)新理論能力(效果)。在施行方案指點下，經(jīng)過近20年的探尋求索與理論，成效顯著。此結(jié)果榮獲2014年高等教育類國家級教學結(jié)果一等獎。一、開創(chuàng)建立優(yōu)質(zhì)的理論平臺，完善教學資源構(gòu)造，優(yōu)化創(chuàng)新人才個性成長環(huán)境1.建立大學生數(shù)學創(chuàng)新理論基地和大學生數(shù)學實驗室為了培養(yǎng)工科大學生數(shù)學創(chuàng)新理論能力，我校在友誼校區(qū)和長安校區(qū)分別開創(chuàng)建立了多功能大學生數(shù)學創(chuàng)新理論基地?；厥羌皞€性化教學、自立學習、數(shù)學實驗、創(chuàng)新研究、數(shù)學建模競賽〞等為一體的創(chuàng)新理論平臺，為大學數(shù)學骨干課程教學改革以及培養(yǎng)跨學科創(chuàng)新人才提供良好的條件與環(huán)境。大學生數(shù)學創(chuàng)新理論基地能夠同時包容300名學生上機實習，裝備了一流的設備，制訂了科學的管理制度，面向?qū)W生全天候開放。學生根據(jù)個人的學習、理論、創(chuàng)新、研究等需求，有效使用基地的所有資源，充足發(fā)揮學生自立學習的主觀能動性，提升了教學資源利用率。同時，我們又建立了兩個數(shù)學實驗室：數(shù)學建模與科學計算實驗室，統(tǒng)計與數(shù)據(jù)模仿實驗室。這兩個實驗室裝備了高性能計算機和多種數(shù)學計算和優(yōu)化的專業(yè)軟件。實驗室承當了高性能計算和仿真模仿等任務，為學生深化數(shù)學創(chuàng)新理論提供了保障。2.編寫出版重視培養(yǎng)數(shù)學創(chuàng)新理論能力的系列教學資料該系列教學資料堅持以問題驅(qū)動為主線，以大學生已有知識為基礎，以培養(yǎng)理論能力為目的，內(nèi)容簡單有趣，非常合適學生學習。同時，該系列教學資料還能夠知足多個層面學生需求。其中，〔實用數(shù)學建模與軟件應用〕、〔基于MATLAB和LINGO的數(shù)學實驗〕適用于數(shù)學建模和數(shù)學實驗課程教學；〔數(shù)學建模簡明教程〕合適數(shù)學建模專題講座；〔數(shù)學建模競賽優(yōu)秀論文優(yōu)選與點評〕以及〔美國大學生數(shù)學建模競賽賽題解析與研究〕合適數(shù)學建模競賽賽前培訓使用；〔線性代數(shù)〕、〔高等數(shù)學〕、〔概率論與數(shù)理統(tǒng)計〕、〔隨機數(shù)學基礎〕等教學資料增長了數(shù)學建模與數(shù)學實驗素材，架起了大學數(shù)學骨干課程與數(shù)學理論的橋梁。3.構(gòu)建優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡教學資源，豐富大學生自立學習內(nèi)容為了知足學生的學習興趣，我們建立了“數(shù)學建模〞國家級精品課程網(wǎng)站，“高等數(shù)學〞、“線性代數(shù)〞、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計〞以及“概率論基礎〞等4門省級精品課程網(wǎng)站，同時開創(chuàng)建立了西北工業(yè)大學“數(shù)學建模競賽〞網(wǎng)站。這5個課程網(wǎng)站和1個競賽網(wǎng)站為學生提供了豐富的學習資源，使之成為開展第二課堂學習的基地。二、以“基礎為本，理論為魂，素養(yǎng)為翼〞為理念，構(gòu)建“基礎—理論—素養(yǎng)〞融合發(fā)展的人才培養(yǎng)形式我們在課堂教學中，以“深化知識理解，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思想〞為本；在理論教學中，以“知識融于理論，理論檢驗知識〞為魂；在文化熏陶方面，以“數(shù)學文化熏陶推動知識學習和理論應用〞為翼，以實現(xiàn)“學而有趣，學而有用，學而會用〞?！盎A—理論—素養(yǎng)〞融合發(fā)展的“二三三〞培養(yǎng)形式是由“兩級課程〞(大學數(shù)學骨干課程和數(shù)學建模相關(guān)課程)、“三類理論〞(數(shù)學實驗、數(shù)模競賽、創(chuàng)新項目)以及“三重熏陶〞(數(shù)學講壇、數(shù)學沙龍、數(shù)模講座與論壇)構(gòu)成，其培養(yǎng)經(jīng)過概述為“加深數(shù)學基礎理論?強化數(shù)學創(chuàng)新理論?提升數(shù)學人文素養(yǎng)〞，三者之間互相融合、互相促進，為學生后續(xù)發(fā)展奠定良好基礎。在踐行“二三三〞培養(yǎng)形式經(jīng)過中，扎實的數(shù)學基礎理論支撐大學生數(shù)學創(chuàng)新理論，數(shù)學創(chuàng)新理論深化大學生對基礎知識的理解，提升學生的學習興趣?；A理論學習牽涉數(shù)學歷史、文化和思想，以培育學生的數(shù)學人文素養(yǎng)；數(shù)學創(chuàng)新理論豐富學生數(shù)學人文素養(yǎng)內(nèi)涵。數(shù)學人文素養(yǎng)提升學生參與創(chuàng)新理論的積極性；數(shù)學人文素養(yǎng)激發(fā)基礎理論學習興趣，擴大知識面。“基礎—理論—素養(yǎng)〞互相融合，在人才基礎培養(yǎng)上具有科學性和系統(tǒng)性。人才基礎教育培養(yǎng)體系1.將數(shù)學創(chuàng)新理論能力培養(yǎng)貫穿于“兩級課程〞教學全經(jīng)過，提升教學質(zhì)量首先，開展問題驅(qū)動式的教學形式改革，將數(shù)學建模思想融入大學數(shù)學骨干課程，提升學生的數(shù)學建模能力和數(shù)學應用能力。問題驅(qū)動式的教學形式強調(diào)人本主義理念，發(fā)揮老師的主導作用和學生的主體作用。教學經(jīng)過引導學生思維，激發(fā)學生自動學習的潛質(zhì)，全面提升其抽象思維、邏輯推理、數(shù)學建模和數(shù)學應用等能力。一是以建模的方法講授數(shù)學定義和定理。通過直觀分析、抽象思維、邏輯推導等經(jīng)過，建立起數(shù)學定義、數(shù)學定理與天然現(xiàn)象和規(guī)律之間的橋梁，這個橋梁就是數(shù)學建模。通過數(shù)學建模的方法，能夠講授定義的構(gòu)成經(jīng)過以及定理的內(nèi)在意義，既能夠提升學生的建模能力，也將抽象概念形象化。二是將往屆的數(shù)學建模競賽試題和課堂內(nèi)容相結(jié)合。在教學經(jīng)過中，根據(jù)講授的課程內(nèi)容，解答往屆的數(shù)學建模競賽試題，以提升學生數(shù)學建模能力和數(shù)學應用能力。三是將科學研究中的問題與課堂教學相結(jié)合，老師將科學研究中的一些簡單建模問題與課程內(nèi)容相結(jié)合，提升學生創(chuàng)新理論能力。四是開設分條理系列數(shù)學建模課程，對不同的教學對象選擇不同的教學內(nèi)容，實現(xiàn)授課內(nèi)容與授課對象相統(tǒng)一。例如，為部分院系學生開設數(shù)學建模必修課，為其他院系學生開設數(shù)學建模選修課，為加入競賽學生開設培訓課，為加入創(chuàng)新項目的學生開設討論課，邀請校內(nèi)校外專家舉辦講座，為有興趣的學生提供網(wǎng)絡資源，等等。通過分條理教學，知足了各個層面學生對數(shù)學建模知識的需求。五是根據(jù)教學目的、效果、對象選擇教學手段，廣泛采取網(wǎng)絡資源、多媒體課件、一對一討論、集體討論、網(wǎng)絡答疑等教學手段，提升教學效果。同時，加強課堂教學與課外理論有機結(jié)合。在完陳規(guī)定的課堂教學任務前提下，為了穩(wěn)固和提升課堂效果，我們又設置了適量的課外理論，重要包含課外數(shù)學建模創(chuàng)新項目、各級各類競賽、數(shù)學實驗等內(nèi)容。2.開展系列大學生數(shù)學建模競賽與培訓，為培養(yǎng)高素質(zhì)、復合型、跨學科創(chuàng)新拔尖人才奠定基礎我們建立了完善的校級數(shù)學建模競賽體制，保證80%以上的大學生在校期間至少加入一次數(shù)學建模競賽。這不僅提升了大學生應用數(shù)學理論知識解決實際問題的能力，同時也是檢驗數(shù)學課程教學改革效果的良好手段。參賽學生從2000年的240余人增長到2014年的4800余人，累計參賽學生達30000余人，是全國校級數(shù)學建模競賽參賽規(guī)模最大的學校之一。我們建立了完善的全國大學生和美國(國際)大學生數(shù)學建模競賽培訓機制，包含隊員選拔、課程培訓、賽題培訓、專項培訓、專題討論、強化訓練、分組協(xié)作等手段。經(jīng)過這樣的培訓，西北工業(yè)大學在各級各類數(shù)學建模競賽中成就斐然。3.開展數(shù)學實驗和系列大學生自立創(chuàng)新項目，培養(yǎng)學生的科學研究能力為了培養(yǎng)學生的科學研究能力，我們以培養(yǎng)知識理解、知識應用、數(shù)學計算、創(chuàng)新和理論為指點，設計了8個基礎實驗、4個選做實驗。通過基礎實驗，調(diào)動了學生自動學習和應用數(shù)學分析解決問題的積極性，使其把握常用的工程數(shù)學的應用方法。選做實驗安身于對各知識點的理解和應用，讓學生學會如何運用所學知識，提取問題的數(shù)學構(gòu)造，進行創(chuàng)造性思維，更好地把握和應用所學各種數(shù)學工具、軟件工具的能力。近兩年來，共開設系列大創(chuàng)項目113項，參與學生400余人。通過自選級、校級、國家級三個條理大學生數(shù)學創(chuàng)新項目，學生的科學研究能力得到了顯著提升。4.舉辦“三重熏陶〞，豐富教學內(nèi)涵我們通過延伸課堂教學，舉辦數(shù)學講壇、數(shù)學沙龍、數(shù)學建模講座和論壇，開闊學生視野，提升學生對數(shù)學思想、歷史、文化、美學、應用的認識，實現(xiàn)了課堂教學與人文素養(yǎng)培養(yǎng)無縫鏈接，豐富了數(shù)學教學內(nèi)涵。例如，在數(shù)學論壇上，中國工程院院士崔俊芝做過“從科學計算到數(shù)字工程——漫談數(shù)學與穿插科學〞，“杰青〞王瑞武做過“合作的演化——數(shù)學在生命科學中應用的一個問題〞，美國密西根大學J.Liu做過“博弈論與諾貝爾經(jīng)濟學獎〞等報告。另外，也舉辦過“幾個有名的數(shù)學難題及錢學森的科學人生〞、“科學巨匠——赫伯特·西蒙和馮·諾依曼〞等數(shù)學沙龍。通過這些活動，營造了數(shù)學文化氣氛，加強了學生數(shù)學文化涵養(yǎng)，擴大了學生的數(shù)學知識面，提升了學生的數(shù)學建模興趣和能力。三、以“能站講臺，能教理論，能開論壇，能做科研〞為標準，構(gòu)建一支全能型專業(yè)化師資隊伍在教學改革理論中，我們