淺談數(shù)學(xué)建模對農(nóng)業(yè)院校學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

摘 要：智能農(nóng)業(yè)和大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)的興起給農(nóng)業(yè)院校的人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，對學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識提出了更新的要求，本文分析當(dāng)前農(nóng)業(yè)院校創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的不足以及數(shù)學(xué)建模在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力作用，提出了基于數(shù)學(xué)建模的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的策略和長效機(jī)制。

創(chuàng)新指人在以原有知識、經(jīng)驗為基礎(chǔ)創(chuàng)造新知識、新事物的一種活動，而創(chuàng)新能力是創(chuàng)造新知識、新事物活動過程中所表現(xiàn)出來的心理品質(zhì)。創(chuàng)新的關(guān)鍵在于人才，高等學(xué)校是培養(yǎng)人才的搖籃，特別是大數(shù)據(jù)和人工智能的興起，對大學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，同樣，智能農(nóng)業(yè)和大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)對農(nóng)業(yè)院校人才培養(yǎng)產(chǎn)生了巨大的沖擊，培養(yǎng)新時期農(nóng)業(yè)院校學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，一直是農(nóng)業(yè)院校教師的教學(xué)理念和教學(xué)目標(biāo)。數(shù)學(xué)建模可以使學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行重新組織、整合，以達(dá)到解決新的問題的能力，實現(xiàn)創(chuàng)新。因而對學(xué)生開展數(shù)學(xué)建模課程和競賽，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的有效方法和途徑。[1]

一、農(nóng)業(yè)院校學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀。

1.對專業(yè)缺乏興趣，阻礙了創(chuàng)新的主動性

目前，農(nóng)業(yè)院校的很多優(yōu)勢學(xué)科如：種子、農(nóng)學(xué)、草業(yè)等專業(yè)，由于學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)識存在一定的誤區(qū)，很多專業(yè)招生數(shù)不能滿足計劃，部分學(xué)生還是從其他專業(yè)調(diào)劑過來的，因而學(xué)生所學(xué)專業(yè)缺乏興趣，對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)只是停留在表面，能及格就行，缺乏了解新事物，用所學(xué)知識解決新問題的主動性。[2]

2.所學(xué)知識與實際問題脫節(jié)妨礙創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

農(nóng)業(yè)院校很多專業(yè)開設(shè)的課程知識陳舊，舊的知識已經(jīng)不能滿足解決新的實際問題的要求，特別是大數(shù)據(jù)時代，很多專業(yè)都會進(jìn)行大量的實驗，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而學(xué)生所學(xué)的數(shù)學(xué)課程如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計很少有專門處理數(shù)據(jù)的模型和方法，這就造成了學(xué)生對大量的實驗數(shù)據(jù)無從下手，不能用所學(xué)知識解決實際問題、更不用說發(fā)現(xiàn)新知識和新事物。[3]

3.缺少對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的長效機(jī)制

目前，大學(xué)的教育仍然以應(yīng)試教育為主，評價學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞、能力的高低，在很大程度上依然是看成績的高低，雖然現(xiàn)在很多高校開始意識到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性，開展很多創(chuàng)新活動如：大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，全國大學(xué)生機(jī)器人大賽，大學(xué)生電子設(shè)計競賽等活動。但總的來說只是少部分人參加，不能覆蓋大部分學(xué)生，也不能形成一種長效的培養(yǎng)機(jī)制。在這種環(huán)境下，學(xué)生也很少有創(chuàng)新的實踐機(jī)會，嚴(yán)重打擊了學(xué)生的創(chuàng)新意識，削弱了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、利用數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)農(nóng)業(yè)院校學(xué)生的創(chuàng)新能力

大數(shù)據(jù)時代，面對浩如煙海的原始數(shù)據(jù)，如何從這些數(shù)據(jù)中提取有用的信息，模型的問題已經(jīng)變得越來越重要，數(shù)學(xué)建模就是對實際問題進(jìn)行簡化和抽象，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示實際問題的本質(zhì)特征和本質(zhì)規(guī)律，建立起數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)算法和計算機(jī)軟件進(jìn)行求解，然后用實際數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行檢驗，并把符合實際的模型應(yīng)用到實際問題中去，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)和社會效益。數(shù)學(xué)建模需要學(xué)生整合所學(xué)的各種知識，如數(shù)學(xué)知識，物理知識，專業(yè)知識等產(chǎn)生新的知識以達(dá)到解決實際問題。因而數(shù)學(xué)建模在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面有著重要的作用，主要表現(xiàn)在：

1.數(shù)學(xué)建模可以提升學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)

首先，數(shù)學(xué)建模可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和彼此之間協(xié)調(diào)能力，數(shù)學(xué)建模問題一般來源于農(nóng)業(yè)，工業(yè)，工程，環(huán)境，社會，經(jīng)濟(jì)等實際問題，解決這些問題需要用到數(shù)學(xué)，計算機(jī)，以及實際問題所涉及到的專業(yè)知識，因而，要解決問題需要多個專業(yè)的學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作，相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮各自的長處。其次，數(shù)學(xué)建模可以培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，數(shù)學(xué)建模的問題來源于實際問題，大多數(shù)問題學(xué)生以前沒有碰到過，解決這些問題除了需要所學(xué)的基本知識外，還需要豐富的想象力和創(chuàng)造力去揭示新問題內(nèi)部的規(guī)律，并把它用數(shù)學(xué)公式描述出來。最后，數(shù)學(xué)建模可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和進(jìn)取精神，數(shù)學(xué)建模問題需要很多的知識，很多知識需要重新進(jìn)行學(xué)習(xí)，在較短的時間內(nèi)學(xué)會相關(guān)的知識并解決問題可以鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。同時建模過程也需要學(xué)生不斷的摸索，反復(fù)驗證，不達(dá)目的不罷休的進(jìn)取精神。[4]

2.數(shù)學(xué)建模可以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

首先，數(shù)學(xué)建模所研究的問題很多都是開放性的，沒有固定的模型和方法，也沒有固定的答案，這需要學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，不停的摸索，不停的實踐，在摸索和實踐中不斷發(fā)現(xiàn)新的問題，解決新問題。在解決問題的過程中形成自己的思維方法，積累解決問題的經(jīng)驗，增強(qiáng)創(chuàng)新意識。其次，通過數(shù)學(xué)建模可以培養(yǎng)學(xué)生大膽假設(shè)小心求證的科學(xué)探索精神，有助于學(xué)生了解科學(xué)研究的過程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的意識。

3.數(shù)學(xué)建模為高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提供了一種有效途徑

當(dāng)前數(shù)學(xué)建模已被越來越多的高校所重視，基本上每個學(xué)校都會開設(shè)相關(guān)的課程，有相關(guān)的協(xié)會、團(tuán)體，全國大數(shù)學(xué)建模競賽也是高校學(xué)科競賽涉及范圍最廣、人數(shù)最多的競賽，如2018年，共有12萬多名大學(xué)生參加競賽，涉及33個省市區(qū)、香港、澳門、臺灣、美國、新加坡的1449所院校。數(shù)學(xué)建模在高校已深入人心，有廣泛的群眾基礎(chǔ)，為高校順利開展數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實踐并形成一種長效的培養(yǎng)機(jī)制提供堅實的基礎(chǔ)。[5]

三、數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)農(nóng)業(yè)院校學(xué)生的創(chuàng)新能力的策略

雖然現(xiàn)在很多農(nóng)業(yè)院校越來越重視數(shù)學(xué)建模，但大多數(shù)側(cè)重于參與數(shù)學(xué)建模競賽，其所涉及的專業(yè)也不是很廣，主要集中在數(shù)學(xué)、計算機(jī)、部分工科類專業(yè)，很少涉及農(nóng)學(xué)等方面的專業(yè)，遠(yuǎn)沒有把數(shù)學(xué)建模作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種手段并形成一種長效機(jī)制。因而數(shù)學(xué)建模在農(nóng)業(yè)院校還有很長的路要走，具體措施如下：

1.繼續(xù)擴(kuò)大數(shù)學(xué)建模的影響

一方面，加大宣傳力度，通過建模協(xié)會開展豐富多彩的數(shù)學(xué)建模實踐活動。另一方面，在平常的數(shù)學(xué)公共課教學(xué)中，融入數(shù)學(xué)建模的思想，使數(shù)學(xué)課堂更具趣味性，學(xué)生不再害怕數(shù)學(xué)，也擴(kuò)大了數(shù)學(xué)建模影響，讓更多的人喜歡上數(shù)學(xué)建模。

2.將數(shù)學(xué)建模融入專業(yè)課的學(xué)習(xí)中

收集農(nóng)業(yè)院校專業(yè)課教學(xué)中和實驗中所碰到的與數(shù)學(xué)建模相關(guān)的問題，并制作成教學(xué)案例，以問題驅(qū)動的形式進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)建模培訓(xùn)，如農(nóng)藥殘留問題，土壤重金屬污染問題，節(jié)水灌溉問題，魚群放養(yǎng)等問題 這些問題既可以讓學(xué)生對專業(yè)知識的產(chǎn)生興趣，又可以培養(yǎng)學(xué)生探索問題本質(zhì)的精神，激發(fā)創(chuàng)新的欲望。

3.構(gòu)建基于數(shù)學(xué)建模的培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新的長效機(jī)制

首先，建立完善的數(shù)學(xué)建模平臺，包括數(shù)學(xué)建模實驗室建設(shè)、指導(dǎo)老師培養(yǎng)、數(shù)學(xué)建模協(xié)會的發(fā)展、與各專業(yè)相關(guān)的案例庫的建設(shè)以及數(shù)學(xué)建模課程網(wǎng)站的建設(shè)，使各專業(yè)的學(xué)生都能找到與專業(yè)相關(guān)的實踐創(chuàng)新的機(jī)會。其次，在各專業(yè)選拔優(yōu)秀學(xué)生組建數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實驗班作為重點培養(yǎng)，調(diào)動這些學(xué)生主觀能動性，發(fā)揮傳幫帶的作用，實現(xiàn)以舊帶新的良性循環(huán)。最后，搭建學(xué)生的科研創(chuàng)新平臺，讓學(xué)生積極參與各類競賽，熟悉科研過程，提升論文寫作能力，增強(qiáng)科研創(chuàng)新能力。接著為學(xué)生牽線搭橋?qū)ふ铱梢詤⑴c的課題，包括各專業(yè)老師的課題，學(xué)生的創(chuàng)新實驗項目，科技創(chuàng)新等項目，讓學(xué)生在參與科研過程中提升創(chuàng)新能力。

結(jié)語

大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)給農(nóng)業(yè)院校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提出了新的要求，數(shù)學(xué)建模為農(nóng)業(yè)院校學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供一種可行有效的途徑，因而優(yōu)化數(shù)學(xué)建模平臺，構(gòu)建基于數(shù)學(xué)建模培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的長效機(jī)制可以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。

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作者簡介

王明春（1979—）男，漢，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院信科與統(tǒng)計系講師，主要從事系統(tǒng)優(yōu)化與大數(shù)據(jù)建模方面的研究。