地方高校依托数学建模培养农业硕士创新能力的探索与实践——以湖南人文科技学院为例

李军成，彭健民，陈国华，刘成志，杨 炼

(1.湖南人文科技学院 数学与金融学院，湖南 娄底 417000；2.湖南人文科技学院 研究生教育教学部，湖南 娄底 417000)

研究生教育是我国高等教育的重要组成部分，如何培养研究生的创新能力是高等教育主管部门和各培养单位非常重视的问题。关于如何培养研究生的创新能力，许多培养单位都进行过研究与实践，其中依托数学建模培养研究生的创新能力成为一种重要的途径。例如，在研究生人才培养大系统中融入数学建模竞赛，并根据研究生的差异构建不同知识体系和学习策略，从而促进研究生创新能力的提升[1]；在研究生数学基础课中融入数学建模思想，以讲座的方式开设数学建模选修课，并完善数学建模培训体系，不断培养研究生的创新能力[2]；根据研究生所学专业特点精选数学建模案例，通过数学建模的各个阶段与环节来培养研究生的创新能力[3]；构建系统的数学建模课程以及提升数学建模课程的教学质量来促进研究生创新能力的培养[4]；构建以数学建模竞赛、科研项目和学术论文为面，以科研创新为顶点的“三棱椎”模式来培养研究生的创新能力[5]；以导师引导为主体，通过在研究生的人才培养中融入数学建模思想来培养研究生的创新能力[6]；将本科数学建模与研究生数学建模进行整体设计来培养研究生的创新能力[7]；等等。

农业硕士是与农业、农村发展高度相关的专业学位，共有8个培养领域，涉及多个学科类别。在我国实施乡村振兴战略的背景下，农业硕士的培养对我国农村发展具有举足轻重的作用。本文以湖南人文科技学院为例，从教学、实践、竞赛这三个关键环节入手，探索依托数学建模培养农业硕士创新能力的具体举措与有效途径。

一、问题提出的背景

为了营造良好的研究生创新氛围，全面提升我国研究生的科研水平与服务能力，教育部学位与研究生教育发展中心于2013年开始采取每年举办多系列主题赛事的方式面向在校研究生开展“全国研究生创新实践系列活动”。作为主题赛事之一的“中国研究生数学建模竞赛”能切实有效地促进研究生创新能力的培养与提高，也因此受到各研究生培养单位和社会的普遍认可。为了进一步提高研究生培养质量，增强研究生建立数学模型和运用计算机解决实际问题的综合能力，推动研究生相关学科教学改革，湖南省教育厅于2015年开始举办湖南高校研究生数学建模竞赛，并要求所有研究生培养高校必须组织研究生参加此项竞赛，由此拉开了高校农业硕士参加数学建模竞赛的序幕。目前，数学建模活动越来越受到各研究生培养单位的重视，其根本原因是数学建模是一项理论联系实际的活动，它通过分析问题、建立数学模型、求解模型等过程培养研究生利用数学理论方法和计算机软件解决实际问题的能力。对于地方高校的农业硕士而言，通过参与数学建模活动，他们的创新意识、科研水平、团队精神等都会得到较大提升，从而使他们成为具有较大发展潜力的创新人才。

湖南人文科技学院于2011年获得“服务国家特殊需求”农业硕士专业学位研究生培养资格，在每年招收的农业硕士中，大部分学生为社会考生或调剂生，这些学生数学基础薄弱，有些学生甚至都没有在大学阶段学习过数学类课程，因此在组织研究生参加数学建模竞赛时困难重重，利用数学建模培养研究生创新能力的效果也并不明显。因此，如何针对农业硕士的特点，对数学建模活动的开展进行研究与改革，创建并构建适用于农业硕士的数学建模课程教学方案与数学建模创新人才培养模式，让更多的农业硕士参与数学建模活动并从中受益成为必须要解决的一个问题。

二、依托数学建模培养农业硕士创新能力的举措

针对地方高校农业硕士的实际情况，湖南人文科技学院着手探索农业硕士数学建模课程教学的改革，对农业硕士数学建模竞赛的组织、教学、参赛等各个环节进行了研究并实践(见图1)。

(一)数学建模课程教学改革

专业人才培养方案是高校开展教学活动的行动指南，也是保证人才培养质量的基本依据。高校可根据学生特点、办学特色和区域经济社会发展需求等因素制定专业人才培养方案，但人才培养方案要着眼于培养学生的创新精神，增强学生的可持续发展能力。湖南人文科技学院依据农业硕士的生源特点和各领域的培养目标，在修订农业硕士人才培养方案时，将数学实验与数学建模课程作为专业拓展选修课纳入人才培养方案，要求所有农业硕士都学习该课程，通过培养学生的数学建模思维与利用数学模型解决实际问题的能力，实现培养具有较强创新能力和较好发展潜力的高层次应用型、复合型人才的人才培养目标。

目前，有很多高校都面向研究生开设了数学建模课程，教学改革方法也迥然不同。但无论是从何种角度对研究生数学建模课程进行教学改革，都需要依据专业特征和学生特点，把教学改革和人才培养有机结合起来。针对农业硕士生数学基础薄弱、编程能力较低等实际情况，湖南人文科技学院将数学实验与数学建模课程划分为编程基础、建模基础、实践与研讨三个教学模块。编程基础模块主要培养学生的MATLAB编程能力，为利用数学模型解决实际问题奠定编程基础；建模基础模块主要培养学生数学建模论文的写作能力，为学生利用数学模型解决实际问题奠定写作基础；实践与研讨模块主要培养学生初步利用数学模型解决简单问题的能力，为学生参加数学建模竞赛和从事科研工作奠定实践基础。通过创建适用于农业硕士的数学建模课程教学方案，湖南人文科技学院循序渐进地提高了农业硕士建立数学模型解决实际问题的能力(见图2)。

同时，为了让更多的农业硕士参与数学建模活动，扩大数学建模活动的受益面，湖南人文科技学院对数学实验与数学建模课程考核方案进行创新性改革，将参与数学建模问题分组研讨、至少参加1次数学建模竞赛或撰写1篇数学建模相关论文作为课程考核的必要条件，“迫使”全体农业硕士都能在数学建模活动中受益(见图3)。

(二)组织学生参加各类数学建模竞赛

面向研究生设立数学建模竞赛的一个主要目的是培养研究生运用数学模型解决实际问题的能力，从而提高研究生培养质量。研究生数学建模竞赛的题目大多来自实际工程问题，有部分题目甚至是企业亟待解决的问题，都具有较大的应用价值，因此，组织研究生参加各类数学建模竞赛是培养创新人才的一条重要途径。根据农业硕士的特点，湖南人文科技学院在组织农业硕士参加全国研究生数学建模竞赛、湖南省高校研究生数学建模竞赛等大型赛事前，会首先组织农业硕士参加校内举行的数学建模竞赛，并为每个参赛组配备1—2名具有参赛经验的优秀本科生进行协助，不断培养农业硕士的数学建模思维和利用数学模型解决数据问题的能力。

(三)数学建模竞赛后期科研指导

农业硕士创新能力的培养是一个长期的过程。数学建模竞赛结束后，部分学生可能不会再接触数学建模，更谈不上利用数学模型解决专业方面的问题，这在一定程度上削弱了数学建模对农业硕士创新能力培养的效果。为此，湖南人文科技学院将数学建模竞赛作为农业硕士创新能力培养的新起点，在农业硕士参加数学建模竞赛后，对有意愿的农业硕士进行进一步指导，鼓励他们利用数学建模解决农业方面的实际问题，充分挖掘他们利用数学建模解决实际问题的潜力。同时，还大力支持数学建模教研团队教师指导农业硕士并发表相关科研成果，从而深化数学建模培养农业硕士创新能力的内涵。

(四)构建创新人才培养模式

我国硕士研究生招生规模逐年扩大，如何保证硕士研究生人才培养质量是高校面临的重要问题。对硕士研究生人才培养模式进行改革创新，是全面提升硕士研究生创新人才培养质量的重要举措。目前，各高校创新硕士研究生人才培养模式的成果层出不穷，但大多是从自身办学特色、专业特点、学生情况等方面进行设计。针对湖南人文科技学院农业硕士的特点，学校以数学建模省级教学团队为依托，充分发挥农业硕士的主体作用和教师的主导作用，构建适用于农业硕士创新人才培养的数学建模“一体两翼三联动”模式，即以农业硕士应用型创新人才培养为主体，以政策保障、本科数学建模成果反哺为两翼，通过数学建模课程教学改革、数学建模竞赛参与、数学建模竞赛后期科研指导三个维度的联动作用，循序渐进地培养农业硕士的创新能力(见图4)。

三、取得的主要成效

湖南人文科技学院是一所普通的省属本科高校，农业硕士的生源质量不高，招生规模也较小，但通过对数学建模的组织、教学、参赛等方面进行改革，农业硕士研究生的创新能力得到了较大的提升。一方面，数学建模课程的开设，极大地提高了农业硕士利用数学模型和计算机软件解决实际问题的能力，一些学生成为导师得力的科研助手。另一方面，数学建模竞赛的题目涉及范围十分广泛，往往需要利用新的知识与技能，这就要求农业硕士要有广博的知识，但又并不要求掌握各专业领域中艰深难懂的部分。在科学技术迅猛发展的今天，广博的知识面和对知识与技能的运用能力是获得成功的关键因素之一，而农业硕士参加数学建模竞赛，培养的正是这种能力。例如，2021年湖南省研究生数学建模竞赛A题《交通信号灯全局优化控制策略》要求参赛学生根据提供的数据对交通灯的调控进行全局优化，以提高道路的通行能力。学生要求解决这个问题，不仅需要在短时间内学习并掌握一些相关的数学理论知识，而且还要了解城市路网的设计、交通信号灯的调度等知识，这些知识虽然不属于农业硕士的学科知识范围，但对于他们今后成为各行各业所需的研发人员具有重要的支撑作用。这也充分说明数学建模教学与数学建模竞赛是农业硕士培养创新能力的有效途径。

自2016年以来，经过几年的探索与实践，湖南人文科技学院农业硕士参加中国研究生数学建模竞赛、湖南省高校研究生数学建模竞赛等获得奖励28项，其中国家级奖励4项、省级奖励24项；数学建模教研团队在数学建模竞赛后期继续对农业硕士进行科研指导，共指导农业硕士发表与数学建模有关的研究论文6篇。

四、结语

数学建模活动为研究生提供了一个创新实践平台，对研究生创新能力的培养具有积极的促进作用。农业硕士通过参与数学建模活动，不仅能提高利用数学模型解决实际问题的能力，而且还能开拓学科视野、增强文献查阅能力、提高学术论文撰写水平，对自学能力和短时间内高强度解决问题的能力也具有较大的提升作用。湖南人文科技学院依托数学建模“一体两翼三联动”模式，使农业硕士的创新能力得到了较大的提高，这为其他高校农业硕士创新能力的培养提供了一种有效途径，也为其他专业学位研究生的培养提供了借鉴。利用数学建模培养硕士研究生的创新能力，不同高校应因地制宜地设计方案。湖南人文科技学院依托数学建模活动培养农业硕士创新能力的举措也还有改进空间，例如，在如何进一步将数学建模思想融入到各培养领域的专业课程中、如何扩大农业硕士参加数学建模的受益面、如何将本科生与农业硕士的数学建模进行整体设计等方面，还需做深入的探索与实践。