“新工科”背景下大学生数学创新实践能力培养的研究与应用

摘要：“新工科”要求高等院校培养适应未来社会、产业多元化发展的创新性卓越工程人才。针对理工科学生在大学数学学习过程中重理论、轻实践、创新能力差的问题，我校将创新实践教育理念纳入应用型人才培养方案中，科学系统地建立“新工科”背景下大学生数学创新实践能力培养的“二四三”模式，并取得了一些效果。

关键词：新工科；大学数学；创新能力；实践能力；数学建模；协同育人

2017年，我国提出“新工科”教育理念和工程教育改革，旨在以立德树人为引领，通过研究和实践围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，着力培养适应未来社会和产业发展需要的多元化、创新性卓越工程人才。

高新技术的基础是应用科学，而应用科学的基础是数学。正如恩格斯说过：“任何一门学科的真正完善在于数学工具的广泛运用。”“新工科”要求大学生不仅具备扎实的理论基础，而且拥有较强的应用能力，还要求提升教师教育教学创新能力、实践能力和教学研究能力［1］。大学数学课程是培养学生解决复杂工程问题能力的重要载体和基础［2］，而理工科类学生，面对复杂工程问题，数学应用能力缺乏，实践能力偏弱。

1 大学生数学创新实践的培养模式

“新工科”背景下，大学生数学创新实践能力培养是理工科教育教学工作中的重点［3-5］。创新实践教育理念被纳入我校“十四五”发展规划的指导思想，落实到学校2021版、2022版人才培养方案，形成了多元结合的“新工科”人才培养的共识。为了改善理工科学生普遍存在重理论而轻实践、动手能力差的倾向，在课堂教学的基础上，我校确立了“基础—实践—素养”多元融合发展的“二四三”创新实践培养模式。该培养模式科学性和系统性地将数学基础理论、数学创新实践和数学人文素养三者融合起来，贯穿于“新工科”大学生数学创新实践能力培养过程。

2 大学生数学创新实践能力的应用成果及效果

2.1 通过数学建模，促进理论与实践相结合

一直以来，我校以数学建模竞赛为牵引，对大学生数学应用能力培养模式形成一套切实可行的数学教学体系。大学生参加数学建模竞赛，不仅可以激发学习数学知识的兴趣，提升科学素养和实践创新能力［6-7］，还可以培养其严谨求实的态度、团队合作的能力和开拓创新的精神［8-9］。

全国大学生数学建模竞赛（CUMCM），着重培养学生自主学习的意识、想象力和创造力、对问题进行分析、计算机的应用能力以及团结协作的攻关能力。我校教务处和计算机学院高度重视该项竞赛，专门成立教练团队，制订详细的培训计划，采用线上线下多种形式进行赛前指导、答疑、真题讲解等，参赛选手从多组题目中任选一题，在3天时间内对选题展开分析，通过合理的假设建立数学模型，并运用数学软件编程求解模型，最后提交一篇结构清晰、排版工整、结论合理的数学建模论文。赛题内容涉及经济、管理、环境、资源、生态、医学、安全等众多领域，该竞赛充分调动了学生的主动性与创造性，有效推动了数学学科与其他学科间的深度融合，也营造了“以赛促教、以赛促改、赛教融合”的本科人才培养良好氛围。近几年来，我校学生获得全国大学生数学建模竞赛一等奖、二等奖、三等奖，共计100余项，该成绩充分展示了我校学生扎实的数学功底和较强的创新应用与实践能力。

美国大学生数学建模竞赛（MCM/ICM）是一项国际建模赛事，是全球大学生参与度和影响力最大的学科竞赛。2023年美国大学生数学建模竞赛（MCM/ICM）于2023年2月17日至2月21日期间举行，通过指导教师及同学们的艰辛努力，本次大赛共有6支队伍分获国际一等奖1项，国际二等奖1项，国际三等奖4项。此次国际竞赛获奖，更增加了我校学生逐步走向国际化的自信。

2.2 申请数学建模、大数据等方面的计算机软件著作，落实科技成果转化

在数学建模培训与竞赛中，针对现实问题，提出具严谨性强、实用性高的数学模型，进行编程、测试、运行，形成计算机系统程序或应用程序，再加以研发，形成计算机系统软件或应用软件。随着互联网的快速发展，软件开发越来越多，为了避免别人抄袭或转售自己的代码，学生和教师将数学建模、大数据、数据分析、管理系统等方面的软件进行了计算机软件著作的申请，落实了劳动成果保护及科技成果转化。

《大学数学建模教学管理智能化软件》《大学数学模拟测试分析系统》《应用统计数学题库管理软件》等系统软件，对电脑的操作系统、语言处理程序、数据库管理系统进行管理、监控，使电脑能够正常高效地工作的程序。《统计数学大数据信息化应用系统》《大学数学知识综合数据空间应用系统》等应用软件，用于输入、存贮、修改、检索大学数学系统与数据信息。

2022年，陕西建辉道路勘察设计有限责任公司申报高新技术企业，该公司与我校计算机学院学生、土木学院学生、电子信息学院学生合作，分别申请了《公路勘察设计项目管理平台》《工程测量设备数据分析系统》《技术服务合同管理系统》《项目勘察设计审查系统》《咨询综合管理系统》等计算机软件著作，这表明学生对于系统及软件的开发不仅掌握，还能熟练应用，一方面增加个人及公司的无形资产价值，还帮助企业减免税收，助力企业快速成长，另一方面也证明了学生拥有较强的科技成果转化能力。

2.3 与企业合作，进行产学研项目

创新实践能力是指大学生在个体实践过程中产生创新性成果所表现出的行为特征，面对业绩和效益，企业需要大学生具有较强的创新实践能力。创新创业教育是中国式现代化的重要路径［11］，以通识教育体系构建为载体，将创新教育分层分类融入学生专业发展［12］，对大学生创新能力进行定性与定量结合研究［13］。

2022年12月，与公司合作，对《定积分在桥梁工程中的计量应用设计与开发》项目进行研究。物联网工程专业学生利用定积分的理论知识，结合Matlab软件深入工程实地，对桥梁工程中变截面连续箱体工程量的计算进行研究，该项目实现了变截面工程量计算的实践创新；2023年1月，计算机科学与技术专业的学生自主与相关公司合作，对《应用型人才学历提升教育系统的研发》项目进行研究。本项目将组卷算法嵌入系统，设计一个能规避常用的组卷算法缺陷又能根据教育测算理论制定符合教育理论的教育系统，实现了该教育系统的创新与应用；2023年6月，计算机学院的学生和会计学院学生针对粮仓监控系统问题，与企业陕西云瑞创智科技有限公司合作，进行《基于5G物联网技术的智慧粮仓监控系统的开发》项目研究，本项目根据用户实际需求，并结合不同系统的优点，设计并实现一个基于5G物联网技术的智慧粮仓测控系统，用信息化的手段满足用户对粮食存储保管的要求，实现了5G技术的应用创新与实践。

深度校企合作，对进一步发展计算机学院专业、会计专业、土木专业、电子信息专业等人才培养具有积极的推动与促进作用，为实现我校科学研究、服务地方、增加公司业务领域的经济效益，都具有积极意义。

2.4 提升了学校科技创新和社会服务能力

针对项目《应用型人才学历提升教育系统的研发》项目中的大数据，这些数据规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理。目前，传统的数据处理方法多数是采用简单加密的方式进行处理，容易被窃取和篡改，并且对于传输过程的数据质量也不能保证。计算机机柜可以提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰，有序、整齐地排列设备，方便以后维护设备。

针对以上问题，我校教师于2022年11月，获得《一种大数据可用调节和移动的计算机专柜》全国发明专利一项。本发明提供了一种大数据用可调节和移动的计算机机柜，属于计算机设备技术领域。本发明通过驱动组件带动旋转柱正反转动，配合限位块、限位孔、第一限位齿以及第二限位齿的设置，当需要对柜体进行移动时，可防止来自地面的振动导致托盘上下移动，从而避免托盘的移动造成电气元件的松动，并且在柜体工作时，可实现柜体的自行锁定，防止柜体发生位移，从而保证了大数据的稳定性与安全性，相较于现有技术，具有结构合理、使用方便以及调节效果好的优点。

结语

本文确立了数学创新实践教学的重要地位，“二四三”模式，解决了大学数学教学中理论与实践脱离的问题，教学方法多样性、教学内容丰富性、实践竞赛引导性、创新项目多层次性，校外实践基地稳定性、成效性，人文素养生动性，促进了“新工科”中教学与科研、产学研相融合，改善了创新实践教学中存在的问题。

参考文献：

［1］王震，章培军，李建辉，等.应用型工科类高校教师工程教育教学创新能力提升研究，创新创业理论研究与实践，2023，6（08）：7-13.

［2］任水利，刘小刚，章培军，等.融合STEM教育的工科类学生数学应用能力培养研究，创新创业理论研究与实践，2023，6（04）：99-101.

［3］申思远.工科大学生数学创新能力的培养探究，创新创业理论研究与实践，2019，2（02）：108-109.

［4］孙峰.浅谈数学专业大学生数学创新能力的培养［J］.大学教育，2019（08）：102-104.

［5］孙浩，李辉.工科大学生数学创新实践能力培养模式的探索与实践［J］中国大学教学，2015（04）：78-91.

［6］王义康，王航平.谈数学建模在理工科学生创新实践能力培养中的应用［J］教育探索，2012（04）：55-56.

［7］梁燕，李伟勋.基于数学建模系列竞赛的“三位一体”大学生创新能力培养模式构建与实践，兰州石化职业技术学院学报［J］.2023，23（02）：50-53.

［8］惠小健，王震，章培军，等.数学建模竞赛为牵引的大学生数学应用能力培养［J］.探索与实践，2022（4）：49-51.

［9］李国良，李放歌.论“以学生为中心”的数学建模培训模式的构建——兼论大学生创新人格的塑造［J］.黑龙江科技信息，2016（31）：207.

［10］曹国.面向企业需求的大学生创新能力评价研究［J］.现代营销，2021（12）：154-156.

［11］黄进，杨有莲，吴启红.基于产教深度融合的应用型本科院校“专创融合”研究［J］.教育理论与实践，2023，43（24）：3-7.

［12］赵国靖，龙泽海，黄兆信.专创融合对高校创新创业教育绩效的影响研究，浙江社会科学［J］.2022（07）：142-151.

［13］王月琴，刘文彬.大学生创新能力评价体系构建研究综述［J］.福建医科大学学报（社会科学版），2021，22（05）：58-64.

基金项目：2023年教育部产学合作协同育人项目（2308 04092275145，230801416212636）；陕西省“十四五”教育科学规划2022年度课题（SGH22Y1893，SGH23Y2934，SGH22 Y1921）；2023年陕西省高等教育教学改革研究项目（23BY 182）；西京学院精品课程《高等数学A2》建设（XJJPKC 22007）

作者简介：韦娜娜（1985—），女，陕西渭南人，硕士，讲师，研究方向：高等数学教育与研究。