试析数学建模对高职高专学生能力的培养

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论文摘要：阐述了运用数学建模方法培养高职高专学生应用数学方法和计算机技术解决实际问题的能力、自学能力、洞察能力、团队合作攻关精神及相互协调的能力的方法。

论文关键词：数学建模；高职高专学生；能力；培养

为了适应科学技术发展的需要和培养高质量、高层次的应用型科技人才，数学教学要教会学生运用数学知识及数学思维方法去分析、解决复杂的实际问题，特别是高职高专的数学教学更应该与工程实际紧密结合。

数学建模是用数学语言来描述实际问题的关系和规律，把实际问题转化为数学问题的一种方法和过程。随着计算机技术的迅速发展，数学建模在生产实际中发挥了越来越重要的作用。例如，技术含量高、生产工艺复杂的飞机设计，就是运用数学建模在计算机里进行模拟；发射卫星运用数学建模知识确定为三级火箭推进；全自动洗衣机节水程序设计等等。

高职高专数学教育的任务就是通过教学活动，让学生学习掌握数学的思想方法和技巧，并学以致用，初步具备数学自学能力。数学除了能锻炼敏锐的理解力外，它还有头脑开发功能，学生从数学学习中获得的最重要的是逻辑思维、演绎归纳、综合计算等能力。数学建模就是运用这些能力与实际的科学技术、生产和工程问题相结合的过程。数学建模已经在大学教育中逐步开展，国内外越来越多的大学正在进行数学建模课程的教学并参加开放性的数学建模竞赛，将数学建模教学和竞赛作为高等院校的教学改革和培养高层次人才的一个重要方面。通过几年来对数学建模小组的授课与指导，笔者体会到数学建模活动在培养大学生运用数学的思维、方法及理论去分析、解决实际问题能力方面有以下突出的作用。

培养学生用数学方法和计算技术解决实际问题的能力

数学建模不同于一般的数学课，与其他数学教学方式的主要区别在于不是教给学生新的知识，而是通过教学启发和引导学生针对生产或生活中的一个实际问题，运用所学的数学知识，结合其他专业理论完成资料收集、条件假设、模型设计等，写出能解决实际问题的论文，对提高解决实际问题的能力是非常有益的。我们周围的许多实际问题看起来好像与数学无关，但通过我们的观测、分析和假设后可以发现，这些看似与数学无关的问题都可以应用数学方法简捷而完美地解决。而解决实际问题的数学模型又要借助计算机作为工具，运用微积分、微分方程、几何学、概率和代数方程等数学知识进行计算求解。

培养学生的自学能力

由于社会日益需求复合型人才，科研人员在工作中将越来越多地进行有目标的学习，但是课堂中的自学与实际工作中的自学仍有一些差距。我们选择某个数学分支指定学生们学习，属于一种定向的有书本教材的自学；而实际工作则没有任何指导性及确定性，其中的学习是根据遇到的具体实际问题来进行。因此，使用外部资料不仅仅作为一种手段，更应作为一种科研能力。同时，由于数学建模要求学生在三天左右的时间内完成一篇论文，其实这是一种延长了的开卷考试，又是一种缩短了的科学研究。因此，在进行数学建模竞赛课程学习时，必须培养学生在较短时间内学会相关知识的能力和查阅相关资料的能力。当然，数学建模对学生已学知识的积累和知识面影响很大。例如，回答“我国发射卫星为什么采用三级火箭发射，为什么不用一级、二级或四级火箭发射”的问题，需要运用牛顿万有引力定律、动量守恒定律等知识，而“物体温度冷却问题”又需要热力学中的冷却定律知识，因此，学生还必须具有自己查阅相关资料、自己学习相关知识的能力。

培养学生的洞察能力

数学建模活动的开展要培养学生逐步形成一种洞察能力，通俗地说就是能迅速抓住要点的能力。数学较其他学科来讲，更讲究思维推理的逻辑性和严谨性，它不允许有一丝一毫的差错。但是，实际问题往往是错综复杂的，好像所有的问题都很重要，又好像所有的问题都不重要。因此，在对实际问题进行分析时，既要注意思维推理的逻辑性、严谨性，更要注意实际问题的特点和本质，从而使数学知识与生产、生活实际更加紧密地结合，使我们更容易抓住重点，抓住问题的本质。同时，由于不同的实际问题在一定的抽象、简化层次下它们的数学模型是相同或相似的，通过大量建模训练，就能使学生达到熟能生巧，并逐步达到触类旁通的境界。通过这样的学习和研究，经过长期培养，会提高学生对问题的洞察力，很容易抓住问题的关键，为建模带来方便。

培养学生团队合作精神与相互协调的能力

目前，我省组织的数学建模竞赛，通常采取三个人一组共同完成一篇论文的方式，题目是给定的。而我校自己组织的数学建模，题目可以是给定的，也可以是学生自己从经济建设、自然科学、生产加工、工程技术和社会生活中选定的。参加数学建模竞赛的学生有各自的特点，要在数学建模竞赛中取胜，就必须使他们心往一处想，劲往一处使，充分发挥学生各自的特长，发挥整体综合实力。因此，通过数学建模竞赛，可以增强学生的团队合作精神、相互协调能力和全局整体观念。例如，一个学生综合知识较全面，协调能力强，另一个学生计算机运用水平较高，还有一个学生数学知识的运用能力较强，就要发挥他们各自的优势，促使他们相互配合，完成数学建模。

培养学生运用综合知识和分析问题的能力

数学建模就是解决实际问题，这除了要求学生能综合应用已学到的数学知识外，还要求学生了解工程技术知识、物理知识、化学知识、生物医学知识等综合知识。现实问题错综复杂，涉及方方面面，必须先将问题理想化、简单化，即首先抓住问题的主要因素，暂时不考虑次要因素。因此，数学建模通过学生运用综合知识对实际问题进行分析、整理，去粗取精，抓住关键，并用数学语言来描述实际问题的关系和规律，把一定抽象、简化、假设的实际问题用数学语言表达出来，形成数学模型，再用数学方法进行推演、计算，最后得出结果。这些实践了“提取实际问题理论推演计算实践验证模型”的研究过程，可以培养学生的综合知识运用能力及分析问题能力。值得注意的是，不同的假设会得到不同的数学模型，这是建立模型的关键。如果假设合理，则模型与实际问题比较吻合、比较准确，问题就能得到合理解决；如果假设不合理或过于简单，则模型与实际问题不吻合或部分吻合，问题就不能得到解决，这时就要查找原因，发现问题，修改模型。

培养学生的创新思维能力

由于数学建模竞赛题目均来自于有实际问题的课题中，一般都没有给定的标准答案，在评审时，评审者并不拘泥于具体推导和计算的正误，而是着重思路、方法是否正确，是否有创见。尤其在正确的前提下，评审者更青睐于那些有独特创意的论文。因此，在授课时，教师要着重强调创造力的重要性，鼓励学生自由讨论、提出质疑，并提出自己的想法，这种做法能有效地培养学生的联想力和创新意识，使他们善于利用自己学过的知识观察问题、分析问题、解决问题。总之，在数学建模课程学习过程中，要使学生从早已习惯的思维模式、解题思路中跳出来，让他们有一种与学习纯数学知识或纯专业知识不同的亲身经历，掌握更为灵活的学习方法，培养学生的创新和创造意识。

总之，学生通过参加数学建模课程的学习和竞赛，参与发现和创造的过程，能得到课堂上和书本里无法得到的宝贵经验和亲身感受，促使学生更好地学习数学、理解数学、应用数学，拓展学生在自然科学、工程技术和社会科学等有关方面的知识面，同时促进他们知识、能力、素质三方面的协调发展。