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工程教育下数学建模创新能力培养

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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:

[1]姜启源.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]杨蕾,林红,陈华,桑兆阳.面向工科专业的数学建模课程改革与实践[J].教育教学论坛,2017,(19):147-148.

[3]杨蕾,陈华.工科专业数学选修课程的教学特点和方法[J].科技信息,2011,(5):7,416.

[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:中国石油大学

工程教育下数学建模创新能力培养责任编辑:张雨    阅读:人次
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