基于学生科技活动的数学创新型人才培养的探索与实践——以黑龙江大学为例

2016-11-26张龙

长江丛刊 2016年9期

张龙

张龙

【摘要】本文主要介绍了黑龙江大学数学类专业学生能够深入参与并从中提高创新能力的学科竞赛、学生科技项目等科技创新活动的开展情况，分析了学生参与这些科技创新活动的现状及遇到的主要问题，在此基础上，提出了我们的解决对策，及相应的教学改革实践情况，以期能够进一步加快我校本科学生科技创新活动的改革与完善的步伐，更好地发挥学生科技活动在数学创新人才培养过程中的重要作用，进而培养出符合当代社会发展要求的高素质、创新型的数学人才。

【关键词】学生科技活动数学创新型人才探索与实践学科竞赛科研项目

一、黑龙江大学数学类专业学生参加的科技创新活动简介

学校深知学生课外科技活动作为学生第一课堂的延伸补充，是培养学生创新精神、提高创新实践能力的重要渠道[1]，几年来陆续出台了相关制度和政策，主办了近百项学生科技活动，鼓励学生在校期间参加与所学专业相关的学科竞赛、由学生作为研究主体的科研项目等科技活动，在创新人才培养方面取得了很好的成效。

数学学科作为黑龙江大学办学历史悠久、办学成绩突出的基础学科之一，在“全民创业、万众创新”的时代背景下，也面对着在加强了学生专业理论知识的深度和广度的基础上，如何培养学生的创新意识、创新精神，提高学生自主地发现问题、提出问题、解决问题的创新能力？学生科技创新活动作为人才培养模式的重要组成部分，无疑是解决上述问题最为直接、有效的方法和途径[2]。适合数学类专业学生参与的学生科技活动包括数学竞赛、数学建模竞赛、大学生创新训练计划项目、实验室开放基金项目等。

二、数学类专业学生参加科技创新活动的现状及遇到的主要问题

（一）数学类专业学生参与科技创新活动的现状

目前我校学生参加的数学竞赛包括黑龙江大学数学竞赛、全国大学生数学竞赛（预赛、决赛）、中俄大学生数学竞赛等。数学竞赛是数学类专业学生最为对口、参与人数最多的学科竞赛，数学科学学院的绝大多数学生在四年的大学生涯里，都至少会参加两次以上的各级别数学竞赛，并表现出一、二年级学生的参与率较高，三年级学生的获奖率和获奖级别较高等特点。

所谓数学建模，就是利用数学语言刻画实际现象并加以解决的全过程，是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画并"解决"实际问题的一种强有力的数学手段，主要包括模型的假设、建立和求解、计算方法的设计和计算机实现、结果的分析和检验、模型的应用等几个方面。最早的数学建模竞赛是1985年在美国出现的美国大学生数学建模竞赛，1992年我国也创建了全国大学生数学建模竞赛[3]，该项赛事是由教育部高等教育司和中国工业与应用数学学会共同主办的面向大学生的群众性科技竞赛活动，旨在激励学生学习数学的积极性，提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力，鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，开拓知识面，培养创新意识和创造能力，培养团队合作意识和团队合作精神。目前全国大学生数学建模竞赛已成为全国高校规模最大的基础性学科竞赛，也是世界上规模最大的数学建模竞赛，我校从1998年开始参加全国大学生数学建模竞赛，并于2005年创办了黑龙江大学第一届数学建模竞赛，2006年起黑龙江大学数学建模竞赛与东北三省数学建模联赛同时举办。至2015年，黑龙江大学本科生已经参加了包括黑龙江大学数学建模竞赛暨东北三省数学建模联赛、全国大学生数学建模竞赛、美国大学生数学建模竞赛等全部级别的数学建模竞赛。

根据《教育部财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》和《教育部关于批准实施“十二五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革工程”2012年建设项目的通知》，教育部决定在“十二五”期间实施国家级大学生创新创业训练计划。该计划项目旨在促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新能力训练，增强高校学生的创新能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才，现分为国家级、省级和校级三个级别。在该计划项目刚刚设立的2012年，我院学生并没有申报该计划项目，主要原因是认为创新创业训练与数学这一最为基础的学科没有多大关系，对基础学科的创新内容、创新路径、创新方法都不太明确。

黑龙江大学自2006年起设立了黑龙江大学实验室开放基金项目，旨在充分发挥教学科研实验室资源优势，为学生自主学习和科学研究创造条件，提高学生实践能力。目前我院拥有大型科学计算、复杂系统分析与控制两个科研实验室，及数学建模教学实验室，结合学科特点和本科学生的层次，三个实验室都按年度设立了相应的实验室开放基金项目，引导二、三年级本科学生走进实验室，通过对较复杂的实际问题的分析，培养学生运用理论知识，解决实际问题的创新实践能力。

（二）数学类专业学生参与科技创新活动遇到的主要问题

近年来，随着学生科技创新活动开展的不断推进，也有一些亟待解决的问题逐步地暴露出来。总体表现为本科生参与科技活动的热性高、但坚持下来的少；立项的数量多、高水平的少；教师真正参与指导的少；本科生参与科技创新活动的经历没有很好地纳入到学生的综合素质考评系统等。

其中的关键性问题如下：（1）学生自主学习意识不够、能力不足；（2）一些专业课程的教学与学生创新活动脱节，即学的没用到，用的没有学；（3）学生参与科技创新活动的团队组建方式不合理；（4）学生参与科技创新活动的数量少，成果水平低；（5）现有指导教师指导方式单一、指导效果不佳。

三、对策分析

（1）培养学生自主学习的意识、提高自主学习的能力。兴趣是最好的学习动力，只有让学生体会到所学知识的有用之处，才能激发其自主学习的意识。因此，我们应该通过主动的鼓励和引导学生参加一系列的科技创新活动，进而培养学生独立发现问题、利用所学的数学理论知识恰当地解决问题的能力。

（2）相关专业课程教学内容与教学方法的改革。对于面向数学竞赛开设的数学分析、数学分析方法选讲、高等代数、高等代数方法选讲课程的教学内容和方法进行改革，主要是在教授理论知识的同时，注重数学方法的使用，加强数学思维的训练；对于面向数学建模竞赛、学生科研项目开设数学建模课程、实践综合训练等课程实行课程改革，采用“基于问题”的教学方式，使学生更多地接触实际的建模案例，让学生能够把数学建模的基本思想、方法和相关理论相结合起来，提高学生分析问题、解决问题的能力，加强学生自身的数学素养和基础理论水平，提高学生应用数学建模理论和方法解决实际问题的基本技能。

（3）建立学生参与科技创新活动的“3+2+1”模式。即在竞赛或项目团队组建的过程中，建立以三年级学生为负责人、二年级学生为骨干、一年级学生为辅助力量的“传帮带”模式。这样做，既有利于创新活动的高质量完成，同时也利于低年级学生的快速成长。

（4）提高学生参与科技创新活动的数量和质量。以竞赛带动教学，再以教学推动竞赛，二者相辅相成。大力做好学生科技创新活动的宣传工作，以专业课堂为载体，积极鼓励和引导学生尽早地参与到科技创新活动中去，通过合理的组织和管理方式，提高参与率，提高相关成果的水平和层次。

（5）进一步提高指导教师的业务水平。一方面指导教师的科研水平直接决定的所指导的学生科技活动的水平，故指导教师要提高自身的科研素养和水平；另一方面，也要注重科技活动中指导学生的方式、方法，为此，学院组建了专业的数学竞赛、数学建模竞赛、学生科研项目的指导教师队伍，在整个的学生科技活动队伍的组建、指导、训练过程中实施导师负责制。

四、近年来的教学改革实践情况

一分耕耘一分收获，经过几年来的学生科技活动指导教师队伍的精心建设及对学生创新能力培养模式的探索和实践，黑龙江大学数学类专业学生参与科技创新活动的情况取得了跨越式的发展，在各类别的科技创新活动的参与规模、获奖数量和质量上都取得了突出的成绩。

数学竞赛中，在2011年第三届、2012年第四届和2015年第五届的全国大学生数学竞赛预赛中获奖的数学类专业学生分别达到了14名、12名和9名，在2014年第六届预赛中，获奖人数增长到32人，其中国家级一等奖3名，国家级二等奖12名，一名同学获得了参加全国决赛的机会，并于2015年4月的决赛中喜获二等奖，实现了历史的突破。另外，在刚刚结束的2015年第七届全国大学生数学竞赛预赛中，我校专业组获奖人数更是达到了34人，其中国家级一等奖5名，国家级二等奖11名，有一名同学获得了参加全国决赛的机会。在中俄大学生数学竞赛中，先后活动3项一等奖、3项二等奖。

数学建模竞赛中，在参赛规模方面，参加黑龙江大学数学建模竞赛暨东北三省数学建模联赛数学类专业学生人数已从2011年的48人增加至2015年的133人，参加全国大学生数学建模竞赛人数已从2011年的28人增加至2015年的48人，参加美国大学生数学建模竞赛人数已从2011年的6人增加至2015年的26人。在获奖数量和质量方面，在2015年东北三省数学建模联赛中我校数学类专业学生数学建模队伍获奖数量增至16项，其中省级一等奖8项，省级二等奖6项，特别的，有2组队伍（全省共4组队伍）代表黑龙江省参加了2015年“深圳杯”数学建模夏令营，这是我校选手首次代表黑龙江省参加该夏令营活动；在近五年的全国大学生数学建模竞赛中，我校也取得了重大突破，在2013年9月全国大学生数学建模竞赛中，我校的2组数学类专业学生参赛队伍同时获得了全国一等奖，实现了黑龙江大学自1998年参加全国大学生数学建模竞赛以来全国一等奖“零的突破”，同时也实现了我校数学建模指导教师队伍多年来的一大夙愿。2015年，我校数学类专业学生更是取得了1项全国一等奖，5项全国二等奖的优异成绩，该成绩仅排在哈尔滨工业大学之后，位列全省高校第二位；在美国大学生数学建模竞赛方面，我校在近五年来也取得了1项国际一等奖和6项国际二等奖的优异成绩。

在学生科技创新项目中，2013-2015年间，数学类专业学生共有138人次申获大学生创新创业训练计划项目27项，其中国家级项目2项，省级项目8项。共有93人次申获15项实验室开放基金项目。在科研项目的选题方面，大多数题目都是具有一定的实际应用背景的建模类题目，其主要目的就是培养学生理论联系实际的能力，锻炼学生从实际问题中提取出数学模型，在一定的合理假设下，简化模型，求解模型，最后将结果反馈回实际问题中去的创新实践能力。