工科大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式的探索與實踐文檔

1、工科大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式的探索與實踐現(xiàn)代工程科技要求工科大學生應(yīng)具備扎實的數(shù)學基礎(chǔ)理論和數(shù)學應(yīng)用能力， 而目前工科大學生數(shù)學學習常常呈現(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：理論與實踐脫節(jié)，缺少數(shù)學創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)，缺乏數(shù)學人文素養(yǎng)培養(yǎng)。為了將數(shù)學基礎(chǔ)理論、 數(shù)學創(chuàng)新實踐和數(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)新實踐能力培養(yǎng)過程中， 我們設(shè)計并實施了系統(tǒng)科學的解決方案：建設(shè)優(yōu)質(zhì)的實踐平臺（基礎(chǔ)）一 構(gòu)建科學的培養(yǎng)模式（構(gòu)架）一建立優(yōu)秀的教學團隊（實施）一 提高大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力（效果） 。在實施方案指導下，經(jīng)過近 20 年的探索與實踐， 成效顯著。 此

2、成果榮獲2014 年高等教育類國家級教學成果一等獎。 一、創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的實踐平臺，完善教學資源結(jié)構(gòu)，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)新實踐基地和大學生數(shù)學實驗室為了培養(yǎng)工科大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力， 我校在友誼校區(qū)和長安校區(qū)分別創(chuàng)建了多功能大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐基地?；厥羌皞€性化教學、 自主學習、 數(shù)學實驗、 創(chuàng)新研究、 數(shù)學建模競賽”等為一體的創(chuàng)新實踐平臺， 為大學數(shù)學主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)新實踐 制配備了一流的設(shè)施， 名學生上機實習， 300 基地可以同時容納定了科學的管理制度， 面向?qū)W生全天候開放。 學生根據(jù)個人的學習、實踐、創(chuàng)

3、新、研究等需求，有效使用基地的所有資源，充分發(fā)揮學生自主學習的主觀能動性，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)模擬實驗室。 這兩個實驗室配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。 實驗室承擔了高性能計算和仿真模擬等任務(wù)，為學生深化數(shù)學創(chuàng)新實踐提供了保障。2. 編寫出版注重培養(yǎng)數(shù)學創(chuàng)新實踐能力的系列教材該系列教材堅持以問題驅(qū)動為主線， 以大學生已有知識為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)實踐能力為目標，內(nèi)容簡單有趣，非常適合學生學習。同時，該系列教材還能夠滿足多個層面學生需求。其中， 實用數(shù)學建模與軟件應(yīng)用、基于matla序口 lingo的數(shù)學實驗

4、適用于數(shù)學建模和數(shù)學實驗課程教學 ; 數(shù)學建模簡明教程適合數(shù)學建模專題講座;數(shù)學建模競賽優(yōu)秀論文精選與點評 以及 美國大學生數(shù)學建模競賽賽題解析與研究 適合數(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(chǔ) 等教材增加了數(shù)學建模與數(shù)學實驗素材， 架起了大學數(shù)學主干課程與數(shù)學實踐的橋梁。3. 構(gòu)建優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學資源，豐富大學生自主學習內(nèi)容為了滿足學生的學習興趣，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)理同時創(chuàng) 建門省級精品課程網(wǎng)站， 4 統(tǒng)計”以及“概率論基礎(chǔ)”等了西北工業(yè)大學“數(shù)學建模競賽”網(wǎng)站。這5 個課程網(wǎng)站

5、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(chǔ)為本，實踐為魂，素養(yǎng)為翼”為理念，構(gòu)建“基礎(chǔ)一實踐一素養(yǎng)”融合發(fā)展的人才培養(yǎng)模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 ; 在實踐教學中， 以“知識融于實踐， 實踐檢驗知識”為魂 ; 在文化熏陶方面，以“數(shù)學文化熏陶推動知識學習和實踐應(yīng)用”為翼，以實現(xiàn)“學而有趣，學而有用，學而會用” ?！盎A(chǔ)實踐素養(yǎng)” 融合發(fā)展的 “二三三” 培養(yǎng)模式是由 “兩級課程” （大學數(shù)學主干課程和數(shù)學建模相關(guān)課程）、 “三類實踐”（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

6、沙龍、數(shù)模講座與論壇）構(gòu)成，其培養(yǎng)過程概述為“加深數(shù)學基礎(chǔ)理論?強化數(shù)學創(chuàng)新實踐?提升數(shù)學人文素養(yǎng)” ，三者之間相互融合、相互促進，為學生后續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。在踐行“二三三”培養(yǎng)模式過程中，扎實的數(shù)學基礎(chǔ)理論支撐大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐， 數(shù)學創(chuàng)新實踐深化大學生對基礎(chǔ)知識的理解， 提升學生的學習興趣?；A(chǔ)理論學習涉及數(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)新實踐豐富學生數(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)新實踐的積極性; 數(shù)學人文素養(yǎng)激發(fā)基礎(chǔ)理論學習興趣，擴充知識面。 “基礎(chǔ)實踐素養(yǎng)”相互融合，在人才基礎(chǔ)培養(yǎng)上具有科學性和系統(tǒng)性。1. 將數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)貫穿于 “兩級課

7、程” 教學全過程，提高教學質(zhì)量首先，開展問題驅(qū)動式的教學模式改革，將數(shù)學建模思想融入大學數(shù)學主干課程，提升學生的數(shù)學建模能力和數(shù)學應(yīng)用能力。問題驅(qū)動式的教學模式強調(diào)人本主義理念，發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用。教學過程引導學生思維， 激發(fā)學生主動學 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(yīng) 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、邏輯推導等過程，建立起數(shù)學定義、數(shù)學定理與自然現(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，可以講授定義的形成過程以及定理的內(nèi)在意義，既可以提高學生的建模能力，也將抽象概念形象化。二是將往屆的數(shù)

8、學建模競賽試題和課堂內(nèi)容相結(jié)合。在教學過程中，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 提高學生數(shù)學建模能力和數(shù)學應(yīng)用能力。三是將科學研究中的問題與課堂教學相結(jié)合， 教師將科學研究 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)新實踐能 力。四是開設(shè)分層次系列數(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(shè)數(shù)學建模必修課，為其他院系學生開設(shè)數(shù)學建模 選修課，為參加競賽學生開設(shè)培訓課， 為參加創(chuàng)新項目的學生開設(shè)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(luò)資源，等等。通過分層次教學，滿足了各個層面學生對數(shù)學

9、建模知識的需求。五是依據(jù)教學目的、效果、對象選擇教學手段，廣泛采用網(wǎng)絡(luò)資源、多媒體課件、一對一討論、集體討論、網(wǎng)絡(luò)答疑等教學手段，提高教學效果。同時，加強課堂教學與課外實踐有機結(jié)合。在完成規(guī)定的課堂教學任務(wù)前提下，為了鞏固和提高課堂效果，我們又設(shè)置了適量的課外實踐， 主要包括課外數(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(chǔ)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參加一次數(shù)學建模競賽。 這不僅提高了大學生應(yīng)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

10、的良好手段。參賽學生從2000 年的 240 余人增加到 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， 包括隊員選拔、 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)學建模競賽中成績斐然。3. 開展數(shù)學實驗和系列大學生自主創(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(yīng)用、數(shù)學計算、創(chuàng)新和實踐為指導，設(shè)計了 8 個基礎(chǔ)實驗、 4 個選做實驗。 通過基

11、礎(chǔ)實驗， 調(diào)動了學生主動學習和應(yīng)用數(shù)學分析解決問題的積極性， 使其掌握常用的工程數(shù)學的應(yīng)用方法。 選做實驗立足于對各知識點的理解和應(yīng)用， 讓學生學會怎樣運用所學知識，提取問題的數(shù)學結(jié)構(gòu)，進行創(chuàng)造性思維，更好地掌握和應(yīng)用所學各種數(shù)學工具、軟件工具的能力。近兩年來，共開設(shè)系列大創(chuàng)項目 113 項，參與學生400 余人。通過自選級、校級、國家級三個層次大學生數(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(yīng)用的認識，實現(xiàn)了課堂教學與人文素

12、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)學與交叉科學” ，“ 杰青” 王瑞武做過 “合作的演化數(shù)學在生命科學中應(yīng)用的一個問題” ， 美國做過 “博弈論與諾貝爾經(jīng)濟學獎”等報告。 j. liu 密西根大學另外，也舉辦過“幾個著名的數(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)學文化氛圍，增強了學生數(shù)學文化修養(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，能教實踐，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實踐中， 我們建成了一支知識結(jié)構(gòu)多元化、 年齡結(jié)