大學(xué)生科技創(chuàng)新活動實踐與思考

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一、建模教學(xué)對學(xué)生的科技創(chuàng)新能力的影響

1.學(xué)生分析問題時的洞察力可以通過建模教學(xué)提高。

數(shù)學(xué)建模，顧名思義就是對一個實際問題，通過假設(shè)進(jìn)行簡化，通過問題本身的內(nèi)在規(guī)律來找尋合適的數(shù)學(xué)方向，建立一個可以解釋以及解決該問題的數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)學(xué)軟件和實際數(shù)據(jù)來驗證所建模型的準(zhǔn)確性的一門學(xué)科。由于所遇到的問題五花八門，千奇百怪，如果沒有一定的洞察力，無法透過現(xiàn)象看到問題的本質(zhì)，學(xué)生很可能會一籌莫展，踏足不前，甚至南轅北轍。建模的實際問題來自于各行各業(yè)，雖然每個問題的專業(yè)背景可能不一樣，但是只要在合理的簡化假設(shè)的基礎(chǔ)下，這些問題的數(shù)學(xué)模型最終可能是一樣的或者是近似的。數(shù)學(xué)建模要求學(xué)生具有鷹一般的洞察力，能夠舉一反三，能從千差萬別的“面孔”下看穿其內(nèi)在的相同的數(shù)學(xué)關(guān)系，接著運(yùn)用已經(jīng)掌握的理論知識、編程知識去建立數(shù)學(xué)模型。從實際問題中凝練出數(shù)學(xué)模型，洞察力是必不可少的。通過數(shù)學(xué)建模的培養(yǎng)，學(xué)生們能從看似以前完全沒有涉獵到的領(lǐng)域中找到與自己所學(xué)的數(shù)學(xué)知識之間的共同特征，并從中提煉出合適的數(shù)學(xué)模型，最終根據(jù)模型提出解決問題的思路，這種能力正是大學(xué)生科技創(chuàng)新活動所需要的。數(shù)學(xué)建模改變了學(xué)生們的思維習(xí)慣，讓學(xué)生們看問題不再感性更加理性。通過數(shù)學(xué)建模的培養(yǎng)，學(xué)生們的洞察力得到了鍛煉，為其參加石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新項目打好了基礎(chǔ)。

2.學(xué)生的創(chuàng)新意識可以通過建模教學(xué)培養(yǎng)。

所謂創(chuàng)新意識，是指具有新穎性和獨(dú)創(chuàng)性的，由一個人的智力、知識、獨(dú)立性等優(yōu)良品質(zhì)復(fù)雜綜合而形成的，能無定向、無約束地由已知探索未知的一種綜合性本領(lǐng)。目前的教育學(xué)認(rèn)為，創(chuàng)新意識是區(qū)分一流人才和二流人才的重要標(biāo)準(zhǔn)，對于人才的培養(yǎng)，創(chuàng)新意識才是最關(guān)鍵的。由于數(shù)學(xué)建模的解題方式非常的靈活，只有特定的解題方向，但是沒有標(biāo)準(zhǔn)的解題方法和統(tǒng)一的正確答案。學(xué)生們要做的，就是讀出題目要求你做的解題方向，是預(yù)測還是檢驗，是分類還是簡化，再根據(jù)具體的解題方向，自己去尋找合適的解題角度和數(shù)學(xué)方法，自己去尋找合適的數(shù)學(xué)軟件去實現(xiàn)模型的完成與檢驗。因此，學(xué)生在整個建模過程中不再像以前一樣由老師全程指導(dǎo)，而是通過自己的思考得出結(jié)論，這極大地增進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

3.學(xué)生的發(fā)散思維可以通過建模教學(xué)培養(yǎng)。

舉一反三、觸類旁通是學(xué)生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新活動所應(yīng)該具有的能力，也是解決許多科研問題的重要途徑。在數(shù)學(xué)建模中，一招鮮吃遍天是可能的，但前提是學(xué)生具有發(fā)散思維，能夠找到與問題本身相切合的點(diǎn)。數(shù)學(xué)建模對發(fā)散思維有較高的要求，大學(xué)生科技創(chuàng)新活動與科研項目也需要學(xué)生具有發(fā)散思維，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高更離不開發(fā)散思維的浸潤。發(fā)散思維可以強(qiáng)化學(xué)生們對于數(shù)學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、掌握和應(yīng)用的能力，提高學(xué)生們對于所探究課題涉及到的知識進(jìn)行延伸的素養(yǎng)，養(yǎng)成其在科技創(chuàng)新項目和科研中運(yùn)用發(fā)散思維的習(xí)慣。由上可知，學(xué)生的發(fā)散思維可以通過數(shù)學(xué)建模教學(xué)進(jìn)行培養(yǎng)，可以通過數(shù)學(xué)建模競賽進(jìn)行強(qiáng)化，具有發(fā)散思維是學(xué)生們靈活應(yīng)用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識解決實際科研問題的重中之重。

4.學(xué)生的知識范圍可以通過建模教學(xué)擴(kuò)展。

數(shù)學(xué)建模所涉及到的問題來源于各行各業(yè)，而解決一個問題所應(yīng)用的知識也不僅僅只限于該問題本身。迫于精力所限，每個人無法掌握所有行業(yè)的所有知識，因此在數(shù)學(xué)建模過程中，不可避免的就要進(jìn)行文獻(xiàn)的查找。而在數(shù)學(xué)建模競賽中，由于參賽時間的限制，學(xué)生們沒有充足的時間去細(xì)細(xì)地?fù)缸x論文，所以這培養(yǎng)了學(xué)生能在短時間內(nèi)抓住文獻(xiàn)里對自己有用的知識的能力。此外，任何模型的求解都繁雜異常，手工計算往往得不償失，因此需要學(xué)生利用計算機(jī)技術(shù)以及數(shù)學(xué)軟件來進(jìn)行求解，最終的建模成果需要以科技論文的格式寫作出來，尤其是數(shù)學(xué)建模美賽，需要學(xué)生用英文寫作論文。正因如此，一場數(shù)學(xué)建模競賽，不僅僅訓(xùn)練了學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力，能從抽象的問題中凝練出數(shù)學(xué)模型的能力，更是為學(xué)生將來在科研道路上的發(fā)展打好了基礎(chǔ)。

二、建立更合理的數(shù)學(xué)建模教學(xué)體系

為了使我校學(xué)生更加符合石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐項目的要求，筆者認(rèn)為應(yīng)該在原有的數(shù)學(xué)建模教學(xué)體系上，融入具體的石油類科技創(chuàng)新實踐案例，形成大學(xué)生科技創(chuàng)新與數(shù)學(xué)建模教學(xué)雙頭并進(jìn)、互相補(bǔ)充、互相提高的新的數(shù)學(xué)建模教學(xué)體系。

1.補(bǔ)充建模教學(xué)內(nèi)容，完善原有課程體系。

以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和發(fā)散思維為目標(biāo)，結(jié)合往屆建模教學(xué)的具體情況，對數(shù)學(xué)建模課程內(nèi)容進(jìn)行修改和完善，在原有的優(yōu)秀建模競賽題目的基礎(chǔ)上增加一些難度適中的石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐案例，豐富教學(xué)內(nèi)容。除此之外，還應(yīng)該補(bǔ)充一些具有石油學(xué)科背景的開放性題目，引導(dǎo)大一大二的學(xué)生積極參與到大學(xué)生科技創(chuàng)新活動當(dāng)中。并且同時，還應(yīng)該開設(shè)一些數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用課程，讓學(xué)生初步了解Matlab、Spss、Lingo等數(shù)學(xué)運(yùn)算軟件，加強(qiáng)學(xué)生競賽論文寫作和英語論文寫作的能力。通過以上工作來補(bǔ)充和完善原有的數(shù)學(xué)建模課程體系，以此來提高學(xué)生的科研能力。

2.加強(qiáng)數(shù)學(xué)軟件編程教學(xué)。

數(shù)學(xué)建模課程的新穎之處在于，它不僅讓學(xué)生學(xué)會把數(shù)學(xué)理論知識應(yīng)用到實際科研應(yīng)用當(dāng)中，而且教會學(xué)生如何利用計算機(jī)更加快捷簡便地解決數(shù)學(xué)問題。筆者認(rèn)為學(xué)校應(yīng)該通過三個層次來強(qiáng)化學(xué)生數(shù)學(xué)建模軟件編程的能力。第一層次，通過數(shù)學(xué)上機(jī)課來增加學(xué)生的數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用的能力。第二層次，通過數(shù)學(xué)建模課程初步培養(yǎng)學(xué)生解決一般問題的能力，主要內(nèi)容為基礎(chǔ)訓(xùn)練題目的解決，該過程除了強(qiáng)調(diào)編程能力外，還強(qiáng)調(diào)問題解決的完整性。第三層次，通過競賽培訓(xùn)、競賽以及科技創(chuàng)新活動加強(qiáng)實踐能力培養(yǎng)，該層次培養(yǎng)學(xué)生通過應(yīng)用實踐來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

3.通過大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐項目強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力。

筆者認(rèn)為，應(yīng)該通過石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐項目的引入，將我校數(shù)學(xué)建模二級培訓(xùn)體系———選修課、建模競賽培訓(xùn)，拓展為選修課、建模競賽培訓(xùn)、科技創(chuàng)新實踐項目的三級培訓(xùn)體系。所謂融合石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的建模培訓(xùn)，就是針對本校大學(xué)生科技創(chuàng)新活動的需求，通過融入石油專業(yè)知識，結(jié)合石油背景來設(shè)計數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)題目，依靠學(xué)校每年的科技創(chuàng)新項目、教師的科研項目等，以創(chuàng)新的形式進(jìn)行建模培訓(xùn)。我校每年的科技創(chuàng)新項目大部分都偏重于石油化工領(lǐng)域，因此要融合大學(xué)生科技創(chuàng)新活動和數(shù)學(xué)建模教學(xué)，關(guān)鍵點(diǎn)就是在設(shè)計建模培訓(xùn)題目時能結(jié)合石油背景和石油行業(yè)知識，引導(dǎo)學(xué)生們在思考本專業(yè)的科研問題時，能用數(shù)學(xué)建模的思想和方法。這不僅僅幫助學(xué)生更深入地掌握專業(yè)知識，更提高了他們的科研能力。項目的難度過低或過高，都對學(xué)生的科研能力的提升幫助不大。而且，在項目的設(shè)計上，需要考慮項目的可行性、數(shù)學(xué)建模思想與方法在專業(yè)領(lǐng)域中的體現(xiàn)等問題。

三、結(jié)語

石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新項目所涉及到的知識面廣，難度大，對學(xué)生的科研能力有很高的要求。而數(shù)學(xué)建模溝通了數(shù)學(xué)理論教學(xué)與實際科研應(yīng)用，課程內(nèi)容涵蓋了大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的整個過程，對于學(xué)生科研能力的培養(yǎng)是全面的。將石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新項目和數(shù)學(xué)建模課程有機(jī)的融合是培養(yǎng)具有全面科研素養(yǎng)的石油學(xué)子的有效方法。

作者：朱益 顧岳 李磊 王克雄 單位：中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院