利用数学建模促进科教融合

刘合财，侯　颖，陈治友

（贵阳学院数学与信息科学学院，贵州贵阳550005）

利用数学建模促进科教融合

刘合财，侯颖，陈治友

（贵阳学院数学与信息科学学院，贵州贵阳550005）

科教融合是提高学生创新能力的办学思想，是增强学生实践能力的育人理念。作者讨论了数学建模活动在促进教学改革、推动科学研究、促进科教融合中的重要作用。研究表明：数学建模活动是培养具有创新精神和应用意识人才的重要载体，是促进科教融合，培养创新人才的有效途径。

数学建模；科教融合；教学改革；科学研究

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》强调指出，高等教育“要支持学生参与科学研究，强化实践教学环节”，“充分发挥高校在国家创新体系中的重要作用，促进科研与教学互动、与创新人才培养相结合”。人才培养、科学研究是高等教育的基本职能。

人才培养是高校的根本任务，培养什么样的人才、怎样培养人才，是高校所要面对、思索与完成的基本命题。教学与科研孰轻孰重？虽然不少人认为：教学与科研是高校的“两个中心”，但在部分高校现实的情况是，一部分人侧重教学，不搞科研，教学与科研无关，其表现为教学兢兢业业，以教材为纲，教学内容、方法、模式一成不变，从不开展教学改革，也不开展教学内容和方法的研究，更不去申报科研项目，哪怕是校级的科研项目或教改项目，对科研知之甚少，一知半解甚至一无所知；而另一部分人潜心科研，不问教学，科研远离教学，其表现为科研热热闹闹，热衷项目申报和论文发表，很少走近课堂，与教学渐行渐远、形同陌路甚至背道而驰。

当前部分高校存在上述问题的原因是教师没有形成科教融合的思想和理念。在科教分离的教育理念下，高校优质、丰富的科学研究资源最终无法转化为人才培养优势。如何破解“钱学森之问”，卢晓东、刘人怀等[1,2]进行了深入研究，提出了若干化解之策。在数学相关专业的人才培养过程中，如何认识和处理教学与科研的关系，作者以数学建模活动在教学改革、科学研究中的重要作用为例对科教融合做了一些探讨。

1　数学建模活动

数学建模于20世纪80年代初开始进入我国大学，先后经历了创立与起步、成长与推广、普及与深化三个阶段[3]。如今，数学建模活动蓬勃发展，主要形式有：“数学建模”、“数学实验”及相关的选修课、专业课；以数学建模思想为核心的教改活动；数学建模及其相关学术讲座与学术交流；数学建模专题培训；各层次的数学建模竞赛，包括校级竞赛、地区竞赛、全国大学生竞赛、研究生竞赛等；数学建模夏令营、学生论坛等等。活动形式丰富多彩，规模逐年扩大，影响日益深远，有效促进了教学和科研工作。与之相关的教材出版、课程设置、师资培养、竞赛的进一步发展等全面进入教学与竞赛活动中，学习与实践、课内与课外，数学建模课程和竞赛推动了人才培养模式的创新。

全国大学生数学建模竞赛目前是全国高校规模最大的基础性学科竞赛，其目的在于激励学生学习数学的积极性，提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的能力，鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，开拓知识面，培养创造精神及合作意识，推动大学数学教学体系、教学内容和方法的改革。这一活动的指导原则是：扩大受益面，保证公平性，推动教学改革，提高竞赛质量，扩大国际交流，促进科学研究[4]。竞赛的形式与传统的数学竞赛不同，能全面提高学生的能力和综合素质[5]。近年来，参赛规模不断扩大，已发展成为世界上规模最大的数学建模竞赛（见表1）。

表1　2010～2015年全国大学生数学建模竞赛参赛规模[4]

2　数学建模活动促进教学改革

2.1数学建模活动促进了教学质量的提高

在数学类课程中融入数学建模思想，促进了教学理念、教学内容的转变，为教学改革指明了方向。不少学生不知理论的来龙去脉，不知为何而学，而数学建模活动为课程教学理清了思路。数学建模思想[6]对专业主干课和高等数学的教学改革起到了极大的推动作用，提高了人才培养的质量。在教学中引入竞赛活动，教学与竞赛相互促进，使贵阳学院成为贵州省屈指可数的多次获得全国一等奖的地方高校。“数学建模教学团队”成为校级教学团队，完成相关教改论文多篇，诸如：《在高等数学教学中融入数学建模思想》、《数学建模竞赛与大学生能力的培养》、《数学建模教学和竞赛的实践与反思》、《浅谈数学建模竞赛论文写作》、《素质教育与数学建模》等，已完成校级教改项目多项，多次获得校级教学成果奖。

2.2数学建模活动注重应用意识的提高

传统的教学模式注重理论知识的传授，缺乏应用意识的培养。其实，数学教学不但要让学生练就扎实的基本功，还要让学生找到学习的源动力，变被动接受为主动学习。数学建模活动中涉及到的教学内容有定积分、重积分、微分方程、运筹优化、数据分析、统计建模、决策分析、综合评判、数学软件、数值计算等，涉及到的方法有比例分析法、代数方法、逻辑方法、回归分析法、时序分析法、计算机仿真、因子试验法、人工现实法等，数学建模不仅要求学生要掌握这些知识和方法，更重要的是要知道这些知识和方法的具体应用。数学建模活动将数学知识、背景材料、应用案例融为一体，对教师的“教”和学生的“学”都有极大的促进作用。

3　数学建模活动推动科学研究

3.1数学建模活动提高学生科研素质

数学建模在教学、竞赛、讲座等活动中培养了学生的创新精神、创新意识和创新能力，开拓了学生的视野。学生在学习中找到了研究的切入点，提出了新问题，发现了新思路，使学生迈上了研究性学习的新台阶。一些好的想法加以完善、挖掘，成为学生新的研究方向，如：安全渡河、席位分配等课题都值得深入研究。数学建模活动还为学生毕业论文的写作打下了基础，建模教学案例的后续研究可以作为本科毕业论文的选题。

全国大学生数学建模竞赛是全国高校规模最大的课外科技活动，参赛者根据题目要求，完成一篇包括模型的假设、建立和求解、计算方法的设计和计算机实现、结果的分析和检验、模型的推广与改进等方面的论文。完成竞赛论文是对学生科研能力的一次锻炼，影响深远。承诺书的签订、参考文献的引用与标注都是对学生进行学风与科学道德教育的一次契机。

3.2数学建模活动提升教师科研能力

在数学建模活动中会用到诸多传统大学数学课程中不曾涉及的方法和技术，指导教师也未必全面了解这些方法和技术，需要老师和同学共同对这些问题进行深入研究，如遗传算法、层次分析法、主成分分析等的实际应用。竞赛中的相当一部分赛题是本科课程的延伸、提高，接近研究生课程内容，有些课题可做成一篇甚至几篇硕士论文，如2011年A题“城市表层土壤重金属污染分析”。

在数学建模活动中，教师需要不断地学习和研究，提升自己的科研能力。我校通过开展数学建模活动，形成了数学建模教学团队，发表了“基于聚类分析的规则文字碎片拼接技术研究”等多篇学术论文。团队中多人在学校年度科研考核中获奖，多人获得贵州省科学技术基金项目、省教育厅创新人才项目等科研项目，现正积极申报省教育厅科研创新人才团队。

4　数学建模活动与科教融合育人

4.1科教融合的育人作用

教学和科研是推动高校发展的两翼，是高校人才培养的两大支柱，科研是提高教师教学水平和人才培养质量的关键，教师只有持之以恒地开展科学研究，才能教给学生更多的新知识，培养学生的创新能力，提升学生的综合素质。只有将两者有机结合，才能创建良好的育人环境，从而提高高校服务社会的能力。教学和科研失衡甚至对立对学校的发展是极其不利的。据此，应建立健全相关的制度和规定，促进科研和教学的融合[7]。科教融合是实现高等教育良性发展的有效途径，但目前在推进科教融合的过程中，还存在教师“重科研、轻教学”，学生“重考试、轻实践”等问题。高校必须从科研和教学两方面的管理制度入手，抓好实践环节，以激发教师积极性和学生主动性为侧重点，实现高校科研水平和教学质量的同步提高[8]。

4.2数学建模活动促进科教融合

数学建模活动将教学与科研有机地统一在一起，为培养理工科创新人才打开了新思路，成为科教融合的一条有效途径。开展数学建模活动，可以培养学生的创新意识，激发学生的创新精神，培养学生的实践创新能力，使教师从“单纯教学”转向“科教并重”，再从“科教并重”转向“科教融合”，全面提高了人才培养的质量[9]。

教学任务繁重的教师往往很少进行科学研究，也往往成为不做研究的华丽借口，而参加数学建模活动给他们提供了科教融合的平台，为他们打开了从事科学研究的新局面[3]。在这一活动中，数学建模思想被融入到课堂教学中，并贯穿教学的始终，为培养应用型人才打下了深厚的基础。

开展数学建模活动，可以丰富学生的课余生活，拓宽学生的知识面，扩大学生的受益面，激发学生的创新意识和团队精神，全面提高学生的综合素质。通过参加数学建模活动，学生发现问题的能力、快速获取信息和资料的能力、文献检索加工与综述的能力、软件应用能力、快速了解和掌握新知识的能力、科技论文写作和排版能力等都得到显著提高。

开展数学建模活动要特别处理好六个关系：数学建模课程、数学实验课程和数学软件课程的关系，课程与竞赛的关系，数学建模课程与数学主干课程的关系，案例的简化与真实性的关系，数学知识的广度与深度的关系，教学方式与开课规模的关系[3]。

从2000年开展数学建模活动以来，我校取得了明显成效。学生在本科毕业论文写作、研究生入学考试、专业技能竞赛等方面表现优异，学生撰写的毕业论文格式规范，具有较强的创新性，多篇论文被评为校级优秀毕业论文；在研究生入学考试中，吴仍康、张海苗、鲁亚军、谯高东、杨玲、贾振杰等几十位学生考取硕士研究生，被武汉大学、北京科技大学、山东师范大学、福州大学、贵州大学、贵州师范大学等高校录取；多篇技能竞赛论文被学校纳入学生优秀成果库，受到奖励和表彰。指导教师在教学科研中齐头并进，以科研促进教学改革，近年多次获得教学成果奖；以教学推动科学研究，团队成员多人获得科研成果奖。

5　结论

数学建模活动在促进教学改革的同时推动科学研究，倡导创新精神的培养，注重应用意识的提高，培养学生的科学精神，提升教师的科研能力，是培养具有创新精神和应用意识人才的重要载体。科教融合是提升学校创新能力的办学思想，是增强学生实践能力的育人理念。数学建模活动是促进科教融合、培养创新人才的有效途径，各高校应该广泛宣传、全力支持，努力创造条件开展数学建模活动，大力推广活动中的优秀成果和成功经验，培养出更多高素质的复合型人才。

[1]卢晓东.如何破解“钱学森之问”？——兼论创新人才培养与大学教学改革[J].中国高校科技,2011,(7):9-12.

[2]刘人怀,郭广生,徐明稚,等.试答“钱学森之问”[J].中国高校科技，2011,(10):4-7.

[3]谢金星.数学建模课程三十年:回顾与思考[J].数学建模及其应用,2012,1(1):48-52.

[4]全国大学生数学建模竞赛[EB/OL].(2015-12-20).http://www. mcm.edu.cn/

[5]李大潜.中国大学生数学建模竞赛(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2011.

[6]刘合财.在高等数学教学中融入数学建模思想[J].贵阳学院学报(自然科学版),2013,8(3):63-65.

[7]张中强,唐翔,蒋艳.基于科研反哺教学理念的高校科教融合机制研究[J].教育探索,2014,(1):79-80.

[8]王松.科教融合面临的问题与对策[J].中国高校科技,2012, (12):38-39.

[9]肖英,段芳,肖贻滨.基于“挑战杯”的科教融合的创新型人才培养模式[J].中国高校科技,2012,(8):75-76

（责任编辑：朱彬）

On the Role of Mathematical Modeling in the Integration of Scientific Research and Teaching

LIU He-cai，HOU Ying，CHEN Zhi-you
（College of Mathematics and Information Science,Guiyang University,Guiyang 550005,China）

The integration of scientific research and teaching is very important thought to improve the innovation ability,and it is an education concept to enhance students'practical ability.This paper mainly discusses the important role of mathematical modeling in the teaching reform,scientific research,integration of scientific research and teaching.The study demonstrates that mathematical modeling activity is an important carrier for cultivating talents who have innovative and applied consciousness,and it is an effective way to promote the integration of scientific research and teaching,and cultivate innovative talents.

mathematical modeling;integration of scientific research and teaching;teaching reform;scientific research

G642

C

1009-3583（2016）-0131-03

2016-01-08

贵州省高校优秀科技创新人才支持计划项目（黔教合KY字[2015]499号）；贵州省科学技术基金项目（黔科合J字LKG [2013]29号，黔科合J字[2014]2005号）

刘合财，男，贵州贵阳人，贵阳学院数学与信息科学学院副教授，硕士。研究方向：应用概率统计、数学建模及其应用。