數學建模創新能力培養體系

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摘要：為實現工程教育創新能力培養目標，針對工科數學建模課程與實驗體系，強化課程案例問題的“工程性”與“專業性”，突出實驗教學內容的“設計性”和“創新性”，結合數學建模競賽等大學生科技實踐活動，我院構建形成了以“數學建模課程”為基礎，“數學建模實驗”為訓練手段，“數學建模競賽”為實踐平臺的三級數學建模創新能力培養體系，增強數學建模在工程教育創新能力培養體系中的作用。

關鍵詞：工程教育；數學建模；實驗教學；創新能力

一、引言

當前，工程教育在高校培養體系中的重要意義愈發凸顯，其目標是培養一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才。為此，2010年教育部啟動“卓越工程師”計劃，中國石油大學作為首批試點高校，已有7個工科專業進行試點，其中大多專業開設了《數學建模》課程。《數學建模》作為一門運用數學方法解決實際問題的課程，對于培養學生解決工程問題的數學思維、增強工程創新能力有著獨特優勢。目前，經過多年探索和發展，《數學建模》課程與實驗在創新能力培養方面取得了較好的成效。然而，為了滿足工程教育對于創新能力的培養要求，現行課程與實驗體系仍存在需要改革和完善的方面：（1）課程“案例問題”基礎性強，而“工程性”與“專業性”不足，無法滿足工程教育的要求；（2）實驗內容中“操作性”和“驗證性”實驗過多，“設計性”和“探究性”實驗偏少，不利于工程創新能力的培養。

二、數學建模工程創新培養體系總體設計

1.具有工程教育支撐性的課程體系。針對現行數學建模案例“工程性”與“專業性”不足的問題，深入調研“石油工程”、“油氣儲運工程”、“勘查工程”及“安全工程”等工科專業對《數學建模》課程體系的培養需求，明確梳理《數學建模》課程體系對于工程教育核心課程的支撐作用與知識關系圖譜，如圖1。2.數學建模工程創新培養模式的總體設計。圍繞工程教育創新能力培養目標，通過“工程性案例庫”和“創新性實驗題庫”的建設，優化課程案例體系，強化實驗內容的“設計性”和“探究性”，增強和發揮《數學建模》課程體系在工程教育創新能力培養中的獨特優勢，總體設計流程如圖2。

三、強化工程教育特色，優化課程與實驗體系

1.優化課程體系，建設“工程性教學案例庫”。調整優化現行教學案例體系，構建以“專業問題”為導向的案例體系。目前教材大多以“模型方法”為主線，基礎性、類型重復案例設置較多，且工程適用性欠缺，易造成工科學生學習倦怠。為此，對相應章節的“案例問題”進行刪減與調整合并，進而結合工科專業問題和工程性競賽題目，通過篩選、簡化和加工，設計增加了面向我校相關工科專業的案例問題。例如，針對我校油氣儲運專業，結合教材中“自來水輸送的最優規劃問題”，拓展引申到儲運專業所涉及的“輸氣管道優化問題”，從而緊密結合工科專業特色。具體的“工程案例問題”設置情況見表1。通過上述教學案例體系的調整和“工程性案例問題”的設計，建設完善了面向工程教育的數學建模教學資源。2.完善實驗資源建設，發揮工程創新培養優勢。對于工程教育而言，數學建模實驗具有更強的實踐性和操作性，學生參與度更高，解決問題的方法靈活性更強，在工程創新能力培養中有其獨特的優勢。然而，現有數學建模實驗內容“操作性”和“驗證性”實驗過多，而“設計性”和“探究性”實驗內容偏少，無法充分發揮實驗教學在工程創新培養中的優勢。因此，在現有實驗內容的基礎上，適當減少基本操作和“驗證性”實驗訓練，增加“設計性”和“探究性”實驗題目，具體包括：（1）減少對于Matlab等數學軟件基本操作的單獨訓練，轉而在具體實驗題目中進行導向性訓練。（2）調整優化對于“微積分”和“線性代數”基本數學原理所進行的重復性“驗證實驗”訓練。（3）結合工程案例，增加“設計性”和“探究性”實驗題目。具體實驗題目的調整及設置情況見表2。

四、結論

我院構建了具有工程教育支撐性的《數學建模》課程與實驗體系，完善了課程與實驗的工程性教學資源建設，突出了案例問題的“工程性”與“專業性”，強化了實驗教學內容的“設計性”和“探究性”，并充分結合第二課堂的多種形式，促進了《數學建模》課程在工程教育創新能力培養體系中的作用。

參考文獻：

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作者:楊 蕾 林 紅 陳 華 郭 會 單位:1.中國石油大學 2.儲運與建筑工程學院