新工科背景下高职数学建模的文化育人功能研究

邱仰聪

（顺德职业技术学院 人文学院，广东 佛山 528333）

近年来，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济不断蓬勃发展，我国高等工程教育面临着改革和构建工科人才培养新体系的迫切任务。2017 年，教育部组织了多场研讨会深入探讨了“新工科”的内涵和今后的发展路向，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等新工科建设路线［1］。新工科与当今的新产业紧密相关，一方面包括了诸如人工智能、大数据、物联网、云计算、机器人等新兴产业，另一方面也包括了传统产业在新形势下的升级改造。新产业的发展需要大量的高素质创新型技术技能人才，这就决定了新工科建设不只是本科院校应尽的责任，还应该是高职院校必须肩负的使命。与本科院校不同，高职院校偏重于社会职业的导向，注重以生产实践推动技术发展，通过产教融合，为产业的转型升级提供人才和技术上的服务［2］。在新工科背景下，高职院校必须主动适应智能化、数字化、网络化时代发展的人才需求，逐步形成开放、跨学科、以通识教育为基础的专业教育人才培养模式［3］。

众所周知，数学是所有理工科知识的基础和“最大公约数”，而数学建模则是目前高校学生掌握高等数学知识和技能、提高数学素养最普遍和最有效的方式。在过去二十多年间，数学建模活动在全国高校乃至全社会得到蓬勃发展，每年参加各类数学建模竞赛的人数不断提高，社会影响力也不断加深。不少专家学者、高校教师和学生都认为，数学建模能够让学生充分运用在课堂上学习到的数学知识，通过建立合适的数学模型，利用数学软件进行运算，并且对结论进行分析和检验，进而解决生产生活中的实际问题。在新工科背景下，数学建模教育具备提高高职院校学生创新创业能力的基础性作用，也完全符合党的十九大报告有关“建设知识型、技能型、创新型劳动者大军”的人才发展理念和要求。

1 高职院校数学建模的发展现状和困境

我国高校的数学建模历程可以追溯到上世纪80年代初。1992 年，首届全国大学生数学建模竞赛成功举办，往后每年一届。1999 年，该竞赛首次针对高职院校命题，全国共416 支高职院校队伍参加了比赛。2018 年，高职院校参加全国大学生数学建模竞赛踏入了第20 年，参赛队伍共3 555 支，人数超过1 万人，为历史之最（见表1）［4］。

表1 2013—2018 年全国大学生数学建模竞赛参赛队数

从表1 可以看出，近5 年来本科院校参加全国大学生数学建模竞赛的队伍数量每年均保持着超过10%的增长速度，高职院校的参赛队伍数量却出现了一定程度上的波动。这固然存在着部分优质高职院校升本的因素，但总体来说，近年来高职院校数学建模教育的实施和推广出现了瓶颈状况，其原因是多方面的：

1）高职院校的专业课程设计需要以社会职业和产教融合为导向，却往往导致数学教育“靠边站”。面对目前知识经济和新一轮科技革命的大趋势，学校和企业还未能深刻意识到数学在科学技术和经济社会发展上的基础性甚至是决定性作用。高职数学课程普遍被压缩课时甚至被完全取消，数学建模活动在高职院校的普及面和影响力严重受限。实际上，高职院校要培养大量高素质创新型技术人才，必须让学生具备扎实的基础知识和技能，因此对学生进行必要的高职数学教育和技能培训自然不可或缺。忽视学生的数学基础知识积累而盲目推行空中楼阁式的新兴产业技术教育，新工科建设将会是缘木求鱼、事倍功半。

2）高职院校要推广数学建模活动，关键在于教师。与本科院校相比，高职院校学生的数学水平、科学素养和学习积极性均存在明显差距，而且高职数学课程的学习课时少、教学内容多，数学建模指导教师需要花费更多的时间和精力给学生“补课”。这不但要求教师具备扎实的高职数学基础知识，而且要掌握分析和解决实际问题的数学建模思维方法，以及熟练应用数学软件的能力。假如高职院校没有足够的引导和激励机制，教师的教学积极性势必受到影响，进而影响数学建模活动在高职院校的推广。

3）高职院校学生参加数学建模活动的积极性有待提高。全国大学生数学竞赛是中国高等教育学会列为所有学科中19 个含金量最高的大学生学科竞赛之一。参加该竞赛若获得大奖，不少重点本科院校学生可以得到丰厚的奖学金甚至是免试攻读硕士研究生资格，在择业时也会受到用人单位的青睐。与本科院校不同，不少高职学生需要参加包括全国职业院校技能大赛在内的各级别专业技能竞赛。无论是从学生的专业发展还是竞赛的影响力等方面考虑，数学建模竞赛在高职院校都略为逊色。

回顾数学建模活动在高职院校的发展历程，不难发现仅仅注重和宣传数学建模的技术育人功能还不足以充分推广数学建模活动，也难以增强数学建模在校园和社会的影响力，以及推动高职院校数学建模普及化。在目前新工科建设的背景下，高职院校应该站在文化建设的新高度上，重视数学建模的文化育人功能，把数学建模活动纳入校园文化素质和思想政治教育的重要发展领域，发挥校园全面实施素质教育的最大效益。

2 数学建模文化

习近平总书记在全国教育大会上指出，要把立德树人融入思想道德教育、文化知识教育、社会实践教育各环节，贯穿基础教育、职业教育、高等教育各领域［5］。因此，进入新时代，新工科建设的引领方向是立德树人，而文化育人是一切教育活动的核心，也是高校立德树人和全面实施素质教育的根本途径［6］。目前，虽然近年来数学建模的技术育人作用逐步为社会大众所肯定和重视，但其文化育人作用却甚少被提及和探讨。在新工科的内涵研究和制度建设的过程中，数学建模教育的文化育人作用普遍被忽视，这一现象在高职院校尤为突出。高职院校在进行校园文化建设的过程中，其关注点几乎只落在传统文化、文艺体育、科技发明和创业活动等方面，却鲜有数学文化等方面的内容。实际上，比起第一、二次工业革命，现代科学技术之所以取得了更加巨大的发展，主要是得益于现代数学的发展，尤其是数学在自然科学和社会科学领域的纵横和渗透。著名计算机科学家胡世华教授认为：“数学文化是人类文化中最基本的文化。数学文化的进步是信息加工时代科学技术发展的基础。”［7］298数学不但赋予了科学知识以逻辑的严密性和结论的可靠性，而且具有运用抽象思维去把握实在的能力，而数学应用于实际问题的分析和解决，成败的关键就在于是否能建立一个良好的数学模型。爱因斯坦曾经指出：“有理由相信，自然界是可以想象到的最简单的数学观念的实际体现。”［7］203

贯彻落实全国教育大会精神，教育要在坚定理想信念、厚植爱国主义情怀、增长知识见识、增强综合素质上下功夫，数学建模也不例外。在新工科背景下，数学建模教育应该紧贴新时代的发展形势，让学生一方面了解到现代科学研究方法，亲身体会科研的乐趣和挑战，另一方面正确认识到我国目前在基础研究领域上与西方先进国家之间的差距，在坚定“四个自信”的同时立志肩负起民族复兴的历史重任。因此，数学建模教育不但可以培养学生掌握现代数学应用技术，同时还兼具传播科学精神和思想价值引导的独特功能。也就是说，数学建模不但是一门课程或技术，它更加是一种文化，即“数学建模文化”。探讨数学建模的文化育人功能，有助于理解数学建模在以文化人、以文育人上的实质作用，充分发挥数学建模在高职院校的教学和育人效果。

3 数学建模的文化育人功能

3.1 科学文化素质教育

对高职工科学生来说，经验和技术固然可以来源于专业学习和实训当中，但是在新工科背景下，新兴产业的迅猛发展以及传统产业的升级转型都亟需学生具备良好的科学文化素养，譬如了解科学知识、科学的研究过程和方法，以及科学技术对社会和个人所产生的影响等。数学建模本质上就是科学研究的实践过程，并且对于理工和经管类不同专业背景的学生，数学建模在培养科学精神，提高科学素养上都具有广泛的普适性，具体体现为以下三点：

1）启发学生质疑批判，崇尚科学。质疑和批判精神是科学技术取得创新和进步的先决条件，盲目迷信“权威意见”和片面追求“标准答案”无法孕育科学创新精神，这也是新工科建设最大的忌讳。在过去的数学课堂上，大多数学生都会满足于教师提供的解题方法和结果，并且奉为圭臬。久而久之，面对复杂多变的实际问题，学生根本不懂得科学的思维方式，更加不会主动寻求创新和变革。针对生产生活中的某一特定问题，数学建模从不需要学生提供“绝对正确”的答案和结论，而是引导学生在基于一定的假设条件下，对当前已存在的解题方法和技巧不断提出科学合理的改进甚至是颠覆性的改造。学生对老方法的质疑批判和新方法的探索创新，不是天马行空的胡思乱想，而是必须做到实事求是，能够经得起科学和实践的检验。

2）鼓励学生大胆创新，追求卓越。新工科建设着眼于培养能应对未来多元化发展的创新型卓越工程人才，但经历了多年应试教育思维影响的学生，在解决实际问题时往往会显得畏首畏尾，不知所措。数学建模问题不存在所谓的“标准答案”，为学生解决问题提供了广阔的思维空间。新工科强调“继承与创新”，通过高职数学的常规教学过程，学生首先做到夯实数学知识和技术基础，然后在数学建模课程上基于实际问题的科学分析和探讨、创新解决问题的方法和技巧，在不断探索、试错、修正、改进的基础上完善数学模型，致力追求更加理想的结果。同时，数学建模的实践过程也潜移默化地让学生领悟到精益求精、崇尚极致的工匠精神。

3）引导学生实践笃行，服务社会。先秦时期的思想家、科学家墨子指出一个命题的正确性应该由实践活动来给予证明：“瞽不知自墨者，非以其名也，以其取也。”（《贵义》）他还提出事物的可用性是判断其善与恶的重要标准：“用而不可，虽我亦将非之。且焉有善而不可用者？”（《兼爱下》）高职教育与社会生产实践紧密联系，要求直接服务于现代经济社会发展。在数学建模课程中，学生通过科学实践分析具体的问题，并且需要对所建模型的计算结果与实际情况进行反复的对比分析和论证，一直达到令人满意的结论为止。因此，数学建模教育不但承担着提升高职学生数学技能水平和科学素养的任务，而且在教学过程中注重引导学生摒弃数学“枯燥无用”的错误思想，有效培养学生积极参与生产实践和服务社会的意识。

3.2 思想政治素质教育

国务院公布的《国家职业教育改革实施方案》明确指出：“推进职业教育领域'三全育人'综合改革试点工作，使各类课程与思想政治理论课同向同行，努力实现职业技能和职业精神培养高度融合。”［8］在新工科背景下，高职数学建模需要把思想政治工作贯穿到教育教学的全过程，形成全程育人、全方位育人新格局，培养学生正确的世界观、人生观、价值观，以文化育人的方式切实做到立德树人。

1）推进高职数学建模的“课程思政”建设。通过数学建模课程的学习实践活动，学生可以初步接触和体会到数学科学的探索和研究过程，同时也从中了解到中国在数学领域上取得的辉煌成就，以及目前与西方发达国家之间所存在的差距。高职数学建模“课程思政”建设的关键在于，要让学生深刻意识到个人的成长和幸福与社会的进步、民族的复兴是高度统一的整体，引导学生把爱国主义情感转化为学习的动力，为实现中华民族伟大复兴的中国梦而不懈奋斗。同时，数学建模的实践体验让学生充分认识到，科学研究的道路从来就不会一帆风顺，而只会是荆棘满途，中国梦也绝对不是靠振臂一呼、空喊口号就可以实现的，只有实干才可以兴邦。因此，数学建模教育让学生懂得人生既要有远大抱负，也要脚踏实地，只有两者紧密结合起来，才能把知识和本领化作社会发展和民族复兴的坚实基础和坚强力量。

2）培养学生高尚的人文精神和人格品质。这是数学建模文化育人的灵魂。数学建模的文化育人功能并不只是体现在科学文化素养的培育上，相反，高职院校今后应该更加重视数学建模教育在培养和提高学生人文素质方面的独特作用。在现代社会，科学技术的发展虽然一日千里，可一旦离开了法律和道德的约束，人们普遍只关心冰冷的科学推理、数据和结论，盲目追求“优质”的生活方式和刺激的感官享受，漠视人文思想和社会道德，缺乏必要的人道主义关怀，科学就有如脱轨的火车，随时造成经济发展和社会伦理的巨大灾难。墨子早在两千多年以前就提出了“道技合一”的思想，即思想道德应该与科学技术的发展相统一。另外，墨子还认为科学技术实践都必须服从“为天下兴利除害”的最高宗旨，从而实现“义利同体”的社会理想［9］。数学建模课程要求学生在针对实际问题提出解决方案后，还要继续思考这些方案在经济性、适用性、可行性等方面的优点和不足之处，引导学生全面分析问题，尤其是要从人文思想和社会道德等方面进行多角度考虑，努力寻找更加优质高效的解决方案。数学建模教育让学生深刻意识到，科学技术实践归根结底是为了人类社会的发展和进步，离不开正确价值观和人文精神的指引。数学建模教育同时兼顾了学生在科学技术和人文精神两方面的平衡和充分发展，这也是高职院校在新工科背景下培育学生科学素养的根本方向。

4 新工科背景下高职院校实施数学建模教育的积极意义

在新工科背景下，数学建模作为文化素质教育的重要组成部分，为高职院校构建德智体美劳全面培养的教育体系，培育适应新时代发展所需的创新型、复合型、应用型人才起到了积极的促进作用。

1）为新工科背景下高职数学课程的改革和发展提供思路和方向。过去十多年来，不少专家学者先后探讨了高职数学课程的改革方向和发展路径，并且取得了丰硕的理论研究和实践教学成果。当前，在新工科建设的新形势和新要求下，高职数学课程的发展面临着更大的挑战，创新型数学人才的培育力度和效果仍然存在较大的进步空间。数学建模是高职数学课程改革和发展不可回避和分割的一部分，也是高职院校文化素质教育和文化建设的重要组成部分。高职数学教师需要把数学建模置于高职数学课程改革的支柱地位，一方面提升自身的数学建模教学能力和技术水平，提高教学质量和效果，另一方面积极挖掘数学建模的文化内涵，以新的高度推广数学建模文化，努力增强数学在校园内外的文化影响力。

2）实现通专结合，培育适应新时代发展所需的高素质技术型人才。新工科建设要求高职院校必须基于时代和未来卓越工程人才核心素养和能力，更加注重实践创新性课程和工程教育通识课程体系建设。因此，高职院校必须打破原有的高度专业化人才培养模式，把数学建模教育的推广和普及放在公共基础课程以及各理工经管专业发展规划的重要位置，从而实现不同专业间的彼此互相渗透，以及跨学科之间的研究教学。这种基于数学建模文化基础上的专业教育，让学生既获得精深的专业知识和技能，同时又掌握运用科学方法理解和探究自然界和社会知识的能力，从而确保人才培养的深度和广度。

3）引导学生坚定理想信念，弘扬社会主义核心价值观。从四大文明古国、古希腊和古罗马，以及近现代的英国、法国、德国、俄罗斯和美国等国家的发展历史来看，数学的成就与综合国力的体现几乎是完全吻合的。数学家齐民友先生曾经深刻指出：“没有现代的数学就不会有现代的文化，没有现代数学的文化是注定要衰落的。”［7］211高校是文化传承和发展的重要阵地，数学建模将科学文化素质和思想政治素质的培育完美地结合起来，一方面让学生掌握数学科学的知识和技能，另一方面培养学生成为具有家国情怀、肩负民族复兴重任的时代新人。在新工科建设的大趋势下，数学建模教育为高职院校全面贯彻党的教育方针，坚持立德树人，构建全面培养高素质人才的教育体系提供了重要的发展思路。今后，高职院校应该充分认识和利用数学建模的文化育人功能，进一步推广和普及数学建模教育，把学生培养成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。