数学建模创新能力培养体系

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摘要：为实现工程教育创新能力培养目标，针对工科数学建模课程与实验体系，强化课程案例问题的“工程性”与“专业性”，突出实验教学内容的“设计性”和“创新性”，结合数学建模竞赛等大学生科技实践活动，我院构建形成了以“数学建模课程”为基础，“数学建模实验”为训练手段，“数学建模竞赛”为实践平台的三级数学建模创新能力培养体系，增强数学建模在工程教育创新能力培养体系中的作用。

关键词：工程教育；数学建模；实验教学；创新能力

一、引言

当前，工程教育在高校培养体系中的重要意义愈发凸显，其目标是培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才。为此，2010年教育部启动“卓越工程师”计划，中国石油大学作为首批试点高校，已有7个工科专业进行试点，其中大多专业开设了《数学建模》课程。《数学建模》作为一门运用数学方法解决实际问题的课程，对于培养学生解决工程问题的数学思维、增强工程创新能力有着独特优势。目前，经过多年探索和发展，《数学建模》课程与实验在创新能力培养方面取得了较好的成效。然而，为了满足工程教育对于创新能力的培养要求，现行课程与实验体系仍存在需要改革和完善的方面：（1）课程“案例问题”基础性强，而“工程性”与“专业性”不足，无法满足工程教育的要求；（2）实验内容中“操作性”和“验证性”实验过多，“设计性”和“探究性”实验偏少，不利于工程创新能力的培养。

二、数学建模工程创新培养体系总体设计

1.具有工程教育支撑性的课程体系。针对现行数学建模案例“工程性”与“专业性”不足的问题，深入调研“石油工程”、“油气储运工程”、“勘查工程”及“安全工程”等工科专业对《数学建模》课程体系的培养需求，明确梳理《数学建模》课程体系对于工程教育核心课程的支撑作用与知识关系图谱，如图1。2.数学建模工程创新培养模式的总体设计。围绕工程教育创新能力培养目标，通过“工程性案例库”和“创新性实验题库”的建设，优化课程案例体系，强化实验内容的“设计性”和“探究性”，增强和发挥《数学建模》课程体系在工程教育创新能力培养中的独特优势，总体设计流程如图2。

三、强化工程教育特色，优化课程与实验体系

1.优化课程体系，建设“工程性教学案例库”。调整优化现行教学案例体系，构建以“专业问题”为导向的案例体系。目前教材大多以“模型方法”为主线，基础性、类型重复案例设置较多，且工程适用性欠缺，易造成工科学生学习倦怠。为此，对相应章节的“案例问题”进行删减与调整合并，进而结合工科专业问题和工程性竞赛题目，通过筛选、简化和加工，设计增加了面向我校相关工科专业的案例问题。例如，针对我校油气储运专业，结合教材中“自来水输送的最优规划问题”，拓展引申到储运专业所涉及的“输气管道优化问题”，从而紧密结合工科专业特色。具体的“工程案例问题”设置情况见表1。通过上述教学案例体系的调整和“工程性案例问题”的设计，建设完善了面向工程教育的数学建模教学资源。2.完善实验资源建设，发挥工程创新培养优势。对于工程教育而言，数学建模实验具有更强的实践性和操作性，学生参与度更高，解决问题的方法灵活性更强，在工程创新能力培养中有其独特的优势。然而，现有数学建模实验内容“操作性”和“验证性”实验过多，而“设计性”和“探究性”实验内容偏少，无法充分发挥实验教学在工程创新培养中的优势。因此，在现有实验内容的基础上，适当减少基本操作和“验证性”实验训练，增加“设计性”和“探究性”实验题目，具体包括：（1）减少对于Matlab等数学软件基本操作的单独训练，转而在具体实验题目中进行导向性训练。（2）调整优化对于“微积分”和“线性代数”基本数学原理所进行的重复性“验证实验”训练。（3）结合工程案例，增加“设计性”和“探究性”实验题目。具体实验题目的调整及设置情况见表2。

四、结论

我院构建了具有工程教育支撑性的《数学建模》课程与实验体系，完善了课程与实验的工程性教学资源建设，突出了案例问题的“工程性”与“专业性”，强化了实验教学内容的“设计性”和“探究性”，并充分结合第二课堂的多种形式，促进了《数学建模》课程在工程教育创新能力培养体系中的作用。

参考文献：

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[4]谢治州,严忠权,罗晓宾.数学类专业的数学实验教学研究与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(2):109-114.

作者:杨 蕾 林 红 陈 华 郭 会 单位:1.中国石油大学 2.储运与建筑工程学院