新农科背景下地方农林院校数学建模竞赛的现状与对策——以山西农业大学为例

李毅伟 王福贵 孙晶京 申 梅

(山西农业大学，山西 晋中 030801)

一、引 言

2019年教育部成立了新农科建设工作组，相继提出了“安吉共识”“北大仓行动”“北京指南”等方案，开启了新时代高等农林教育的全面改革在教育部的政策引导下,全国涉农高校相继部署、实施了一系列政策，布局发展符合新业态、新行业发展要求的新型涉农学科，为乡村振兴和农业现代化发展提供强有力的人才支撑“新农科”是一次专业的供给侧改革，其核心问题是人才培养传统农科人才培养存在重理论、轻实践，创新意识、创新能力不够等问题，“新农科”建设“育新人”则要着力解决这些问题创新意识、创新能力是构成新农科人才素质能力体系的核心，为了适应和匹配农业产业发展，“新农科”人才所具备的创新素质和能力迫切需要通过不同平台进行锤炼而参加数学建模竞赛这类实践创新活动便成为培养和提高学生创新意识和创新能力的有效途径

数学建模是用数学语言和方法，将实际问题转化为数学问题，进一步建立变量间的数学关系模型，并进行求解和解释的过程数学建模竞赛一般由三人组队，分工配合，通过分析问题建立数学模型，借助数学软件解答问题，最终以论文的形式提交数学建模的研究对象一般是日常生活中的现实问题，特别是社会热点、难点问题由于无法套用现有成果，学生需要发挥个人智慧和团队的创造力来解决问题通过参与各种类型的数学建模竞赛，学生的文献搜索能力、模型构建能力、编程能力和论文写作能力等都会有很大的提高数学建模竞赛已被普遍认为是我国高等院校培育创新型人才的一种重要方式

二、数学建模竞赛有助于提升大学生的综合素质

“新农科”建设为我国农林院校的发展指明了方向，培养具有创新精神和创新能力的卓越农林人才是当前我国农林院校的首要任务数学建模竞赛具有开放性、应用性、创新性等特点，可以极大地拓宽学生的眼界，提升学生的创新实践能力，提高他们的综合素质

(一)培养大学生的创新能力

数学建模竞赛赛题是以社会热点、难点问题(如地铁选址、新冠检测、疫苗接种)为背景学生通过分析问题，剖析事件之间的规律，在合理假设的前提下，构建能够解决问题的数学模型由于数学建模竞赛没有设置固定的标准答案，因此学生要大胆假设和猜想，合理运用各种数学方法与技巧，对所提问题进行分析、推理和解决整个过程都能够激发参赛者的创新意识和创新思维，有助于培养学生的创新能力

(二)培养大学生的团队协作意识

数学建模竞赛通常以三人组队的团队形式进行，团队成员分别负责建立数学模型、编写程序求解、论文写作在竞赛过程中既要有分工又需要协作配合，在出现问题时需要团队成员相互讨论集思广益，充分发挥个人智慧和团队协作精神因此，数学建模竞赛，有助于培养学生的团队协作意识

(三)培养大学生的查阅文献资料的能力

全国大学生数学建模竞赛的时间为三天，参赛队伍需在规定时间内解决问题因此每支队伍必须在有限时间内，快速搜集、整理、自学文献资料从文献资料中寻找线索，确定选题重要的是，学生不能凭空构建数学模型，需要借鉴相关文献，找出问题的本质，完成数学模型的构建因此，数学建模竞赛还锻炼了学生查阅、使用文献的能力

(四)培养大学生的编程能力和论文写作能力

在数学建模竞赛过程中，大量数据的处理以及模型的求解都必须借助于数学软件，如Matlab、SPSS、Python、Lingo等.参赛者需要熟练地运用这些软件编写程序或改写程序.另外，数学建模竞赛最终需要在线提交一篇学术论文，论文的撰写，需要参赛者组织语言，绘制各种图形和表格，并对文章进行排版设计整个竞赛过程很好地锻炼了学生的编程能力和论文写作能力

三、山西农业大学数学建模现状

在以农林专业为主要学科的农林院校中，数学建模这项竞赛活动开展得较晚，参赛规模和参赛频率都落后于理工类和综合类高校如表1所示，农林院校数学建模竞赛在全国高校中处于较低水平通过对山西农业大学参加数学建模竞赛的同学进行问卷调查，我们发现学生在参与数学建模竞赛时暴露出基础知识不扎实、面对海量数据不会处理、涉及物理问题不会分析、不能熟练应用办公软件、编程能力不足、论文写作不熟练、团队配合不默契，甚至由于无法抗压在竞赛期间退赛等问题

表1 2017—2021 全国农林院校获奖情况

(一)数学建模推广不足

调研发现参加建模竞赛的学生主要以工学院、软件学院等理工科专业的学生为主，农林类专业的学生参与率较低很多农林专业的学生认为数学建模竞赛应该是与数学有关或者数学成绩好的同学参加；另外，学生普遍不清楚数学建模的参赛形式、参赛时间以及数学建模竞赛需要完成哪些任务，这都体现了学生对数学建模竞赛的认识不足此外，学校对数学建模竞赛的支持力度不够，学生不能深刻意识到数学建模竞赛对培养自身创新能力和实践能力有重要的作用同时，宣传力度不够，数学建模竞赛的宣传形式仅限于课堂宣讲，宣传对象范围窄，不能做到全校学生全覆盖由于宣传力度不够，数学建模竞赛在全校影响力不大，学生知晓度低

(二)指导教师专业性有待提高

数学建模教师团队是进行建模培训与组织比赛的实施者，教师队伍需要具有丰富的知识面，且对相关的学科有所了解山西农业大学抽调数学系教师组建了一支教师队伍，但指导教师的知识面多局限于自己的专业，对其他学科了解较少此外，因为指导教师还担负着全校公共基础课程的教学工作和科研任务，无法投入更多精力钻研数学建模虽然指导教师有一定的数学建模知识储备，但在指导学生分析问题、建立模型等方面所起作用有限

(三)培训模式有待改进

目前，山西农业大学数学建模培训内容为数学建模基本模型与基本方法的理论，以及常用数学软件的培训由于培训时间短、强度大，大部分学生零基础，也没有按照在竞赛前的分工进行训练，导致学生难以完全掌握培训内容最终的选拔考试以理论知识考核为主，脱离了数学建模重视开放性、实践性的特点，与数学建模竞赛模式也不符，使得部分学生无法真正适应高强度的数学建模竞赛因此，数学建模培训模式有待进一步改进

(四)学生在竞赛期间时间规划不合理

数学建模竞赛期间，学生通常需要花费半天时间，仔细阅读并分析竞赛题目，通过广泛查阅文献资料，从文献中寻找线索，从而确定选题一方面，很多队伍仅仅通读完竞赛题目，就决定了选题，较少借助参考文献匆忙定下题目的后果是学生对所选题目无从下手，有些队伍在建模竞赛的第二天又临阵换题，以至于浪费了大量的宝贵时间另一方面，在求解每道问题时，很多队伍对解答题目时间的规划不合理，花费大量时间解答第一问，导致没有充足时间处理其余问题这些都体现了学生在时间规划方面有所欠缺

(五)学生的编程能力和论文写作能力较弱

数学建模需要借助各种软件来对模型进行求解如遇大量数据，需要借助计算机对数据进行筛选处理调研发现学生的编程能力较弱，不能灵活地使用Phyton等软件处理大量数据，不擅长用Matlab制作绘制各种图像，遇到最优化问题不能熟练使用Lingo解决，以及不擅长使用SPSS进行统计相关分析.另外，竞赛最终是以论文的形式提交，很多团队的论文存在字体使用不规范、论文写作不标准、图表命名不准确、参考文献引用不正确等问题，这些都表明学生的编程能力以及论文写作能力需要加强培养.

(六)学生磨合不够，团队缺乏默契

参加数学建模竞赛的学生，通常涉及数学、计算机、工学院等多个院系，大多数学生之前根本不认识而数学建模竞赛又是以团队形式参与，学生之间需要通过短时间的磨合，迅速组建队伍，但是竞赛期间经常会出现分工重叠的情况，比如，小组内成员都擅长数学建模，缺少擅长写作或编写程序的成员组员之间往往因为磨合不够，导致最终成绩不佳

四、推进数学建模竞赛工作的建议

鉴于数学建模目前所存在的问题，为提高全校学生的参与率以及自主学习能力，提升数学建模培训的质量，提高获奖率，山西农业大学通过借鉴其他院校的先进经验，将从以下四个方面开展改革与实验，具体措施如下：

(一)全校范围内大力宣传

由数学建模团队邀请省内、国内数学建模名师到我校举办讲座，组织校内获奖团队交流参赛的心得体会教师在课堂教学中，将数学建模思想和案例引入课堂，普及建模的实用性和优点，吸引学生的兴趣，提升数学建模在学生中的影响力同时，学校也利用各种渠道，面向全校学生推广相关的数学建模方法和软件，介绍生动有趣的建模案例，力争将数学建模竞赛推广为全校各专业学生都积极参加的实践活动

(二)组建复合型建模教师团队

指导教师团队的成员不应局限在数学系教师，还应该从计算机、物理、统计等学院中挑选具有较好数学背景的教师，打造一个业务能力强、研究方向全面的复合型数学建模指导教师团队另外，数学建模教师团队应该积极参加国家和省级的建模教师培训会，组内定期进行数学建模专题研讨，以及利用“雨课堂”等丰富的在线资源进行学习，从而不断提升教师团队的数学建模能力

第一阶段：开设建模选修课(线上+线下)

开设选修课，将数学建模模型和数学实验两门选修课纳入全校公共选修课中，想要参加全国大学生数学建模的学生必须修过这两门选修课在教学方式上，数学建模模型选修课主要以线上学习为主，教师可充分利用雨课堂、Mooc以及学习通等线上丰富资源，筛选出有关数学建模模型和算法、数学建模论文撰写有关的优质内容，并采取线上教学结合自学的形式.数学实验以线下实践为主，主要进行常用数学软件的培训，如Matlab、Phyton、SPSS和Lingo等，并对历年优秀获奖论文进行解读.

第二阶段：组织学生参加各类数学建模竞赛选拔

教师组织学生参与各类数学建模竞赛，如山西农业大学数学建模选拔赛、山西省大学生数学建模竞赛教师可通过以赛代练的方式锻炼学生的实践能力、累积经验，使其适应数学建模国赛模式，并将参赛成绩作为筛选国赛队员的依据从山西农业大学多年组织建模比赛的经验来看，参与过建模竞赛的学生，从确定选题、搜集文献、编写程序到撰写论文方面均较未参赛的学生有明显的优势

第三阶段：暑期分组进行针对性培训

教师通过第二阶段参赛，找出学生的擅长方向，可将学生分成三组：将擅长构建模型的同学分为一组，培训其借助“雨课堂”等丰富的教学资源，搜集整理经典的数学建模方法，强化学习如何进行数学建模；将擅长编程的同学分成一组，通过强化学习数学建模常用软件以及经典算法，专项加强他们的编写程序能力和改写程序的能力；将擅长论文撰写的同学分成一组，带领他们分析历年优秀的学术论文，使他们了解写作的基本框架和要求，掌握建模论文的写作技巧这种根据学生特长进行分组培训，开展针对性的强化训练的方式，有利于发挥每位参赛者的特长

(四)制定相关政策

学校也需要出台相关政策给予数学建模竞赛支持为充分调动教师参与数学建模教学、培训和竞赛指导的积极性，学校应该给予教师工作量的认可，指导学生在竞赛获得较好成绩的教师在职称评定、评奖评优方面给予一定的重视此外，为提升学生参与竞赛活动的积极性，增加数学建模竞赛对学生的吸引力，学校可提供报名费报销的鼓励措施若成功参赛则退还学生所交报名费，若中途退出则不退还报名费；对于获奖同学，学校则根据等级不同，在奖学金、荣誉称号、学分认定等方面给予一定的奖励

五、总 结

数学建模竞赛为“新农科”培养创新型人才提供了很好的平台如果农林院校数学建模创新人才培养模式的构建与实践能顺利开展，那么必定能为农林院校注入源源不断的新鲜血液，我们需要不断地总结经验教训，健全机制，鼓励更多农林专业的学生参与各类数学建模竞赛，以此提升学生的综合素质，为国家和社会培育创新型农林人才