数学建模活动对高职学生专业型科学素养的培育

谢小韦　冯再勇　杨晓慧　王理峰

[摘要]根据学院深化分类培养，本文将高职科学素养的培养分为两类，阐述了高职专业型科学素养的内涵，然后从科学品质的养成，科学知识和技能的积累，科学创新能力和实践能力的提升三个方面，探讨了数学建模活动对高职学生专业型科学素养的培养。

[关键词]数学建模；科学素养；创新能力

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1671-5918（2016）13-0090-03

doi；10.3969/j.issn.1671-5918.2016.13.044 [本刊网址]http：∥www.hbxb.net

国务院办公厅近日印发了《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）》。该方案明确指出：“完善高等教育阶段的科技教育，引导大学生树立科学思想，弘扬科学精神，激发大学生创新创造创业热情，提高大学生开展科学研究和就业创业的能力。”可见“十三五”时期，培养和提升大学生的科学素养将成为我国重点开展的一项工作。

就高职教育而言，各高职院校学生的素质教育和科学素养的培养已全面开展，并取得一定的成效。同时，根据部分高职院校深化分类培养，促进大学生多样化成才，将优秀高职大学生的科学素养提高至专业型科学素养水平，进一步提高教育改革的成果。本文探讨数学建模活动对高职学生，尤其是技术技能型人才科学素养的培育。

一、科学素养

科学素养即科学素质的养成，通过教育、学习、实践等方式养成科学素质的过程。科学素养的培育对现代高职大学生具有极其重要的意义。根据层次要求的不同，科学素养可按不同的水平进行分类。对于高职院校而言，部分学院深化分类培养，促进大学生多样化成才，将高职科学素养分成两个层面，即大学生科学素养和专业型科学素养。

（一）科学素养的分类

1.大学生科学素养，面向的对象是全体大学生。大学生科学素养要求受到高等教育的所有高职大学生掌握基本的科学知识、科学方法和思维方式，具有分析问题和解决问题的一般能力。

2.专业型科学素养，是科学素养的高级层次要求，面向的对象是重点培养的优秀高职学生。要求掌握较全面的科学知识（尤其是专业知识）、科学方法，具备创新思维方式，具有较强的提出问题、分析问题和解决问题的能力。

（二）专业型科学素养的内涵

具备专业型科学素养的人，必须弘扬科学精神，熟悉全面的科学知识，掌握必备的科研方法和研究技能，能够运用科学创新思维进行科学探索和实践。

1.科学精神

科学精神是由科学性质所决定，体现在科学知识中的思想或信念。是长期的科学活动中形成的理念，并贯穿于科学实践活动之中的精神状态和思维方式。科学精神是科学与科学活动的内在精神和灵魂。专业型科学素养包括的科学精神是具备追求真理、实事求是的精神；是合理怀疑、正确批评的精神；是锲而不舍、执著探索的精神；是敢于突破、勇于创新的精神等等。

2.科学知识

对科学知识的包括基本概念、基本原理、基本规律等。科学素养的几个要素中，知识在科学素养中起着基础作用。科学知识主要通过学校的教育来实现，可以通过素质教育来实现，专业型科学素养要求学生在课堂教学和课外活动中了解和掌握各学科的科学现象和事实，掌握较全面的科学知识。

3.科学方法

科学方法是人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段，包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。科学方法是在科学技术研究的过程中，解决问题时需要掌握的科学方法。专业型科学素养需要掌握的科学方法包括自然科学一般方法、学科科学方法、学科学习方法等等。

4.科学实践能力

科学实践能力是将学到的科学知识、科学方法和技能用来解决问题的实践能力和素质，是运用较强的分析问题和运用科学技术解决实际问题的能力。科学实践能力一般包括科学认知能力、观察能力、思维能力、理解能力、实践操作能力等。高职教育培养的是应用型人才，专业型科学素养要培养学生科学的技术研究和改革的探索精神，善于沟通和协调的社会生存能力，解决生产和服务实际问题的能力等等。

二、在数学建模活动中促进专业型科学素养的培育

全国大学生数学建模竞赛创办于1992年，一年举办一次，现已成为全国高校中规模最大的基础性学科竞赛，同时是世界上规模最大的数学竞赛。全国大学生数学建模竞赛是全国高校规模最大的课外科技活动之一。数学建模是架设在数学知识与实际问题之间的一座桥梁，也是数学走向应用的一条必经之路。全国大学生数学建模竞赛题目来源于现实，具有较大的灵活性，能激发学生学习的积极性，主要的是让学生们学会用数学的思维、数学的观点、数学的语言描述实际问题、并学会应用所学知识解决实际问题提供方法，提高学生建立数学模型并运用计算机技术解决实际问题的综合能力，培养学生的实践能力、创新能力和团队合作精神等等。

数学建模活动可以培养学生的专业型科学素养，数学建模过程有利于挖掘学生的潜能，有利于学生科学品质的形成，有利于培养学生的自主学习能力，有利于学生问题意识和创新能力、实践能力的培养和提升。

（一）有利于学生科学品质的形成

科学精神与科学品质等非智力因素是提升科学素养的内在动力，是科学素养形成的前提和基础。部分学院的数学建模活动分为培训阶段和比赛阶段，培训阶段分为基础段、提高段、冲刺段，在数学建模培训的阶段，建模小组成员要学习的都是从未接触过的有难度的知识和方法，每个阶段都有相应的要求和目标；正式比赛阶段在每年的9月，数学建模比赛是3天3夜，比赛持续时间较长，题目具有相当的难度，任务量大。在整个培训和比赛的过程中会遇到各种各样的问题和困难，必须有克服困难的意志品质，有很大的毅力和坚持，顽强拼搏的精神，才能坚持到最后一刻，交出满意的答卷。因此，数学建模活动培养了大学生意志力和勇于攻关的能力。

在建模活动过程中，根据选题的要求和数学严谨性的特点，学生必须从实际出发，科学理性地思维，认真踏实地探究，实事求是地得出结论，数学语言的精确性使得数学的结论不会模棱两可，不允许有任何弄虚作假的行为存在。因此，数学建模活动培养了大学生求真务实的科学品质，科学品质在反复地实践中得到增强。

在数学建模的培训和比赛中，大学生是以3人为一建模小组。在培训和竞赛中，小组内应做好分工合作，因各小组成员知识面的侧重点或专长有所不同，做好合理的安排，如谁负责查找资料，论文撰写，编写程序等等。而对于某些问题，如高职组选题在C题和D题中选一个；选题的思路和方法；如何建立模型等，小组三人应相互交流与合作，互相启发，才能激发出灵感。因此，数学建模活动增强学生的合作意识，培养团队合作精神。

（二）有利于学生科学知识和技能的积累

数学建模要求学生有扎实的基本数学功底，参加数学建模竞赛暑期培训的学生还需要不停的地去学习许多数学分支的知识，诸如优化、图论、微分方程、计算方法、层次分析法、数理统计，数学软件MATLAB、LINGO的基本知识和实际操作等等，此外，还要了解经济投资、保险业、房地产等多方面的知识，但培训的时间有限，用的学时不多，多数是老师们启发性的介绍一些基本的概念和方法，大部分主要需要同学们课后去消化吸收，然后进行扩充地学，在这过程中，发挥了主观能动性，培养他们的自学能力，锻炼了解和掌握新知识的技能，充分发挥同学们的潜能。

数学建模需要学生充分利用图书馆和网络资源，学生在暑期培训真题训练中或正式建模竞赛时，在确定选题以后，根据题中的主题方向，需要进行相关文献检索，查询与题目相关资料和数据，尽量获得比较全面的知识和信息，并进行整理和加工，获取对选题有用的信息和资料。掌握文献资料的检索方法，并能进行加工处理，也就掌握了获取知识的捷径，这是现代人才必备的素质。

数学建模的答卷是以书面文字表述的。在三天的时间内把竞赛的选题以一篇二十页左右的论文呈现给评阅专家，论文的质量对最终的成绩至关重要。在暑期建模培训阶段，学生将学习论文的撰写，如建模论文的基本框架结构，写作的步骤和规范等等。在进行往届的真题训练，以竞赛要求的时间和方式来模拟正式建模比赛，建模论文需要结构层次强、思路清晰、语言简练等。所以，在建模过程中会增强学生写作技能和撰写论文以及文字排版的能力。

（三）有利于创新能力和实践能力的培养

王真东认为：“创新精神就是一个人的问题意识，问题意识主要指学生具有自由探讨，积极思考，敢于发现问题、提出问题、阐述问题等自觉的心理活动。它是学生创造力的一个重要组成部分。”在数学建模的过程中，学生会遇到一些难以解决的理论或实际问题时，会产生一种困惑和探究的心理状态，这种心理状态会促使学生积极地思考一解题的思路，不断地分析问题一建立模型，解决问题一求解模型，再分析问题一检验模型。问题意识是科学素质养成的关键，因为提出问题比解决问题更为重要。数学建模过程提升了学生善于发现问题，提出问题的素养，培养学生积极思维、执著追求的精神状态。

数学建模竞赛培训涉及到一些常见实际案例应用分析，这过程提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生综合运用知识分析实际问题的能力。数学建模竞赛的赛题一般来自社会生活、工程技术和经济管理等方面经过适当简化加工的实际问题，非常具有实用性和挑战性，例如，2015年D题是关于众筹筑屋规划方案设计，在房地产众筹项目推出的背景下，建模者通过考虑诸多因素并结合国家相关规定，对众筹项目进行分析研究，建立数学模型对众筹筑屋项目原方案进行全面的核算；接着兼顾考虑参筹者的购买意愿和开发商的投资回报率，重新设计建设规划方案，将原众筹规划方案基础上作了更科学合理的优化。在这过程中，建模者根据所选题目，积极思考，拓展思路，充分发挥创造力，综合运用知识建立数学模型，并结合计算机技术解决实际问题。数学建模活动能培养学生的实践能力和创新能力。数学建模创新实践能力的提升使学生在日后的工作和生活中能想到使用数学、利用计算机软件及当代高新科技成果的意识，能将各项科学知识有机地结合起来去解决实际问题，提升学生的社会应用能力。

三、结语

参加数学建模活动对高职学生的优秀科学品质的培养，发挥高职学生的主观能动性和创造性，增强学生的科学素质和综合能力有很大帮助。数学建模活动的本质不仅仅在于高职优秀学生，而应向全体高职大学生进行科学素质的教育，高职院校应多开展科技创新活动，举办科技创新活动月，并让学生有效地参与到其中，多方位培养让全体学生树立科学思想、崇尚科学精神，了解必要的科技知识，掌握科学方法，充分挖掘学生的内在潜力，提高学生的综合能力，培养学生具备应用科学知识和科学方法去处理实际问题的实践能力和创新能力，为社会培养一批具有优良科学素质的人才。

（责任编辑：封丽萍）