大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)實(shí)踐與思考
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一、建模教學(xué)對(duì)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力的影響
1.學(xué)生分析問題時(shí)的洞察力可以通過(guò)建模教學(xué)提高。
數(shù)學(xué)建模，顧名思義就是對(duì)一個(gè)實(shí)際問題，通過(guò)假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)化，通過(guò)問題本身的內(nèi)在規(guī)律來(lái)找尋合適的數(shù)學(xué)方向，建立一個(gè)可以解釋以及解決該問題的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)數(shù)學(xué)軟件和實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)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(wú)法透過(guò)現(xiàn)象看到問題的本質(zhì)，學(xué)生很可能會(huì)一籌莫展，踏足不前，甚至南轅北轍。建模的實(shí)際問題來(lái)自于各行各業(yè)，雖然每個(gè)問題的專業(yè)背景可能不一樣，但是只要在合理的簡(jiǎn)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(wàn)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(shí)、編程知識(shí)去建立數(shù)學(xué)模型。從實(shí)際問題中凝練出數(shù)學(xué)模型，洞察力是必不可少的。通過(guò)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(shí)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(dòng)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(guò)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(xiàng)目打好了基礎(chǔ)。
2.學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)可以通過(guò)建模教學(xué)培養(yǎng)。
所謂創(chuàng)新意識(shí)，是指具有新穎性和獨(dú)創(chuàng)性的，由一個(gè)人的智力、知識(shí)、獨(dú)立性等優(yōu)良品質(zhì)復(fù)雜綜合而形成的，能無(wú)定向、無(wú)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(shí)是區(qū)分一流人才和二流人才的重要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于人才的培養(yǎng)，創(chuàng)新意識(shí)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(cè)還是檢驗(yàn)，是分類還是簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)模型的完成與檢驗(yàn)。因此，學(xué)生在整個(gè)建模過(guò)程中不再像以前一樣由老師全程指導(dǎo)，而是通過(guò)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(shí)。
3.學(xué)生的發(fā)散思維可以通過(guò)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(dòng)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(duì)發(fā)散思維有較高的要求，大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)與科研項(xiàng)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(rùn)。發(fā)散思維可以強(qiáng)化學(xué)生們對(duì)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(duì)于所探究課題涉及到的知識(shí)進(jìn)行延伸的素養(yǎng)，養(yǎng)成其在科技創(chuàng)新項(xiàng)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(guò)數(shù)學(xué)建模教學(xué)進(jìn)行培養(yǎng)，可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模競(jìng)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(shí)解決實(shí)際科研問題的重中之重。
4.學(xué)生的知識(shí)范圍可以通過(guò)建模教學(xué)擴(kuò)展。
數(shù)學(xué)建模所涉及到的問題來(lái)源于各行各業(yè)，而解決一個(gè)問題所應(yīng)用的知識(shí)也不僅僅只限于該問題本身。迫于精力所限，每個(gè)人無(wú)法掌握所有行業(yè)的所有知識(shí)，因此在數(shù)學(xué)建模過(guò)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(jìng)賽中，由于參賽時(shí)間的限制，學(xué)生們沒有充足的時(shí)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(shí)間內(nèi)抓住文獻(xiàn)里對(duì)自己有用的知識(shí)的能力。此外，任何模型的求解都繁雜異常，手工計(jì)算往往得不償失，因此需要學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)學(xué)軟件來(lái)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(lái)，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(chǎng)數(shù)學(xué)建模競(jìng)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(lái)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(shí)踐項(xiàng)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(shí)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(shí)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(duì)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(jìng)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(shí)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(dòng)當(dāng)中。并且同時(shí)，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(jìng)賽論文寫作和英語(yǔ)論文寫作的能力。通過(guò)以上工作來(lái)補(bǔ)充和完善原有的數(shù)學(xué)建模課程體系，以此來(lái)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(huì)把數(shù)學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際科研應(yīng)用當(dāng)中，而且教會(huì)學(xué)生如何利用計(jì)算機(jī)更加快捷簡(jiǎn)便地解決數(shù)學(xué)問題。筆者認(rèn)為學(xué)校應(yīng)該通過(guò)三個(gè)層次來(lái)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(guò)數(shù)學(xué)上機(jī)課來(lái)增加學(xué)生的數(shù)學(xué)軟件應(yīng)用的能力。第二層次，通過(guò)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(guò)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(guò)競(jìng)賽培訓(xùn)、競(jìng)賽以及科技創(chuàng)新活動(dòng)加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)，該層次培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐來(lái)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。
3.通過(guò)大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力。
筆者認(rèn)為，應(yīng)該通過(guò)石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的引入，將我校數(shù)學(xué)建模二級(jí)培訓(xùn)體系———選修課、建模競(jìng)賽培訓(xùn)，拓展為選修課、建模競(jìng)賽培訓(xùn)、科技創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的三級(jí)培訓(xùn)體系。所謂融合石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的建模培訓(xùn)，就是針對(duì)本校大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)的需求，通過(guò)融入石油專業(yè)知識(shí)，結(jié)合石油背景來(lái)設(shè)計(jì)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(xiàng)目、教師的科研項(xiàng)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(xiàng)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(dòng)和數(shù)學(xué)建模教學(xué)，關(guān)鍵點(diǎn)就是在設(shè)計(jì)建模培訓(xùn)題目時(shí)能結(jié)合石油背景和石油行業(yè)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生們?cè)?a href="http://articshipping.com/lunwen/kjcxlw/54987.html" target="_blank">思考本專業(yè)的科研問題時(shí)，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(shí)，更提高了他們的科研能力。項(xiàng)目的難度過(guò)低或過(guò)高，都對(duì)學(xué)生的科研能力的提升幫助不大。而且，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上，需要考慮項(xiàng)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(yǔ)
石油類大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目所涉及到的知識(shí)面廣，難度大，對(duì)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(shí)際科研應(yīng)用，課程內(nèi)容涵蓋了大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程，對(duì)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(xiàng)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(guó)石油大學(xué)石油工程學(xué)院
