论数学建模教育对人才的培养

" ［论文关键词］数学建模 人才 培养

［论文摘要］数学建模对现代教育教学提出新的要求，使得数学更具有人才培养的功能。本文从数学建模的内涵、人才培养等方面，探析了数学建模教育对教育教学改革和提高学生综合能力的途径。

数学建模教学和数学建模竞赛对教育教学改革、学生能力培养的影响和意义是深远的。随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的迅速发展，数学在科学研究与工程技术中的作用不断增强，其应用范围几乎覆盖了所有的学科分支，渗透到各项领域中，当今社会日益数字化，各学科各领域对实际问题的研究日益精确化、定量化和数字化，使得数学模型成为解决实际问题的重要工具。

一、数学建模教育的内涵

在现实世界里，任何事物的存在形式和发展过程中，都要表现出量的变化。数学模型就是用数学语言、方法近似地刻画要解决的实际问题，对于已建立的模型采用推理、证明、数值计算等技术手段及相应的数学软件求解，并用所得结果拟合实际问题。如果结果不能说明实际问题或与实际问题相差较远，则需要适当修改模型，使之能合理解释现实问题。一个完整的数学建模过程是综合运用知识和能力、解决现实问题的过程，数学模型课就是一门培养学生数学素质，提高学生的数学应用能力的基本技能课。培养学生的数学素质，提高学生的应用能力是当前进行的大学基础数学教学改革中一项重要内容。由于数学建模课程在培养学生能力方面的重要作用，这门课程的教学已经成为数学教学改革的一个重要领域。

二、数学应用是一门技术

事实上，当今的数学早已不再仅限于纯粹数学，它已经渗透到了生活的各个角落。著名数学家华罗庚教授在《大哉数学之为用》一文中指出：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之变，生物之谜，日用之繁，无处不用数学”。中国科学院院士王梓坤教授在《今日数学及其应用》一文中说到：“‘高新科技的基础是应用科学，而应用科学的基础是数学’。这一历史性结论充分说明了数学对国家建设的作用。其次，由于计算机的出现，今日数学已不仅是一门科学，还是一种普遍适用的技术。从宇宙到原子，从大型工程到工商管理，无不受惠于数学技术。而今日的数学兼有科技与技术的两种品质，这是其他科学所少有的。” “某些重大问题的解决，数学方法是唯一的，非此君莫属。”姜伯驹院士也讲到：“数学这门学科，第二次世界大战以来在社会生活中的作用已发生了革命性的变化，最显著的变化是在技术领域。随着计算机的发展，数学渗入各行各业，得到广泛应用。数学已从幕后走到幕前，在很多地方直接为社会创造价值，已成为一种关键性的、普遍适用的、增强能力的技术。”现代医院中常用的先进检测仪CT，其核心技术就是一条数学定理，即Radon逆变换公式的运用，一个很好的数学建模的例子。日本在普通电视生产上占有优势，但在数字化的高清晰度电视上却败在美国之下，就是因为诞生于美国的一种信息压缩的数学技术——小波技术起了关键作用。中文印刷排版的自动化、飞行器的模拟设计、指纹识别、石油地震勘探的数据处理、信息安全技术、基因位置的确定等，数学建模应用都在其中扮演着重要角色。数学的应用价值受到越来越多国家的高度重视。"

三、创新教育呼唤数学建模教育

创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，大学教育要挑起培养创新人才的重任，要培养学生的创新精神和创新能力。创新精神和创新能力的核心是创新思维，创新思维是以感知、记忆、思考、联想、理解等能力为基础，以综合性、探索性和求新性为特征的一种非常复杂的心理和智能活动。它是多种思维形式特别是形象思维与辩证思维的高度结合的结果。开展数学建模教育，培养数学建模创新思维是逻辑思维与非逻辑思维的结合，又是数学中发散思维与辐射思维的辩证统一，它不同于一般数学思维之处，在于它发挥了人脑的整体工作特点和潜意识活动能力，发挥了数学中形象思维、灵感思维等作用，因而能按最优化的数学方法与思路，不拘泥于原有理论的限制和具体内容的细节，完整地把握有关知识之间的联系。

数学建模教育是数学应用的必由之路，尤其21世纪是迈向知识经济的时代，科学技术的竞争十分激烈，而数学是科技发展必不可少的组成部分，许多科学技术问题说到底是数学问题。另外，数学建模课的开设也是当前素质教育和教育教学改革的需要，更是培养创新思维人才的需要。传统的数学教学，总给人一种印象，似乎数学研究的内容仅仅是从公理、公式、定义出发的逻辑推理，实际上，在实际中有用的数学技术，和其他科学一样，都是从观察开始，都需要形象思维作为先导。数学建模回复了数学研究收集数据、建立模型、求取答案，解释验证的本来面目。因此，开设以数学建模为思想内容的数学应用课程，意义更为深远。事实上，数学建模的学习和实践活动不仅仅提高了学生学习数学的积极性，培养了学生的创新思维能力，而且为学生的个性发展和创造力的发展提供了极好的发展平台。创新教育呼唤数学建模教育教学。

四、学生综合能力的提高需要数学建模

开展数学建模的目的是改革教育教学、培养学生综合能力。数学建模教育是培养学生综合能力的一个有效途径，构造数学模型是一项创造性的工作，从建模的一段步骤和过程可知，建立一个较理想的数学模型，不仅需要数学知识，而且需要有一定的建模能力：第一，在模型准备过程中，需要有观察事物的洞察力。现实中提出的问题一般不是数学化的，要对问题建立数学模型，就需抓住问题的本质、内在联系及相关数据。第二，在模型假设中，需要有抽象的分析能力，将问题中的复杂因素条理化，简化次要因素，选择适当的变量，补充必要的假设条件才能使所建模型尽可能合理。第三，在建模中，还需要有丰富的想象力。想象是形象思维，具有灵活性和自由性，根据事物已存在的明显特征想象其内在联系及发展趋势，对事物的概况和轮廓可以有初步的描述，因而想象力是科学研究的内在因素，是成功建模的必不可少的因素。第四，在建模中，要有运用数学工具的能力，在对问题透彻理解和想象的基础上，采用不同的数学工具建立模型，会使我们从不同视角分析问题，使人们对问题能有更深刻、更本质的描述。第五，在模型求解与模型检验中，要有数学软件的应用能力。某些模型在理论上很漂亮，但求解很困难，甚至无解析解。我们通常应用某些数学软件求其数值解，这样不仅省时、省力，而且由于某些软件具有强大的符号计算功能、数值计算功能及图形可视化功能，可以使我们很容易得到计算机结果，并且直观形象地观察到这个结果。因此了解数学软件的特点，并用于求解模型，就是利用前人的智慧结晶所创造的现代化工具来解决问题。

五、数学教育的改革需要数学建模

数学建模教育教学推动了数学教学改革，数学教育教学的改革必然需要通过数学建模来实现。过去那种封闭的题海战术教学方式将受到越来越大的冲击，数学建模教学要求学生掌握观察事物、归结数学问题的能力，这种能力的培养是与21世纪的科技发展相适应的，这必将推动数学教材教法的改革。

1.高职数学教育发展的需要。为了适应迅速发展的高等职业教育的需要，真正落实高等职业教育的培养目标，切实贯彻“以应用为目的，理论知识以必需够用为度”的原则，应本着重能力、重应用、重素质、求创新的总体思想，创新性地调整数学知识体系：第一，尊重学科，但不恪守学科。打破传统数学知识体系结构，将线性代数、微积分及概率统计基本知识有机地结合在一起，根据数学的认知规律和教学规律，合理调整知识内容，力求实现基础性、实用性和发展性三方面的和谐与统一，真正体现以学生为主体，以教师为主导的辩证统一。第二，以案例驱动的方式，用生活中的实例引出概念，并用通俗简洁的语言阐明概念的内涵和实质，对基础理论和结论尽量用几何图形、数表、案例说明其实际背景和应用价值，注重学生对知识的理解。第三，注意数学知识的实际应用。以培养学生用定性和定量相结合的方法解决实际问题的能力为宗旨，精讲多练，注意与实际应用联系较多的基础知识、基本方法和基本技能的训练。强化应用数学知识解决实际问题的能力训练，培养学生举一反

三、融会贯通的能力，提高学生的创新能力和职业技能。