“新工科”背景下大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的研究與應用

摘要：“新工科”要求高等院校培養(yǎng)適應未來社會、產業(yè)多元化發(fā)展的創(chuàng)新性卓越工程人才。針對理工科學生在大學數(shù)學學習過程中重理論、輕實踐、創(chuàng)新能力差的問題，我校將創(chuàng)新實踐教育理念納入應用型人才培養(yǎng)方案中，科學系統(tǒng)地建立“新工科”背景下大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的“二四三”模式，并取得了一些效果。

關鍵詞：新工科；大學數(shù)學；創(chuàng)新能力；實踐能力；數(shù)學建模；協(xié)同育人

2017年，我國提出“新工科”教育理念和工程教育改革，旨在以立德樹人為引領，通過研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系，著力培養(yǎng)適應未來社會和產業(yè)發(fā)展需要的多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才。

高新技術的基礎是應用科學，而應用科學的基礎是數(shù)學。正如恩格斯說過：“任何一門學科的真正完善在于數(shù)學工具的廣泛運用。”“新工科”要求大學生不僅具備扎實的理論基礎，而且擁有較強的應用能力，還要求提升教師教育教學創(chuàng)新能力、實踐能力和教學研究能力［1］。大學數(shù)學課程是培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力的重要載體和基礎［2］，而理工科類學生，面對復雜工程問題，數(shù)學應用能力缺乏，實踐能力偏弱。

1 大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐的培養(yǎng)模式

“新工科”背景下，大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)是理工科教育教學工作中的重點［3-5］。創(chuàng)新實踐教育理念被納入我校“十四五”發(fā)展規(guī)劃的指導思想，落實到學校2021版、2022版人才培養(yǎng)方案，形成了多元結合的“新工科”人才培養(yǎng)的共識。為了改善理工科學生普遍存在重理論而輕實踐、動手能力差的傾向，在課堂教學的基礎上，我校確立了“基礎—實踐—素養(yǎng)”多元融合發(fā)展的“二四三”創(chuàng)新實踐培養(yǎng)模式。該培養(yǎng)模式科學性和系統(tǒng)性地將數(shù)學基礎理論、數(shù)學創(chuàng)新實踐和數(shù)學人文素養(yǎng)三者融合起來，貫穿于“新工科”大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)過程。

2 大學生數(shù)學創(chuàng)新實踐能力的應用成果及效果

2.1 通過數(shù)學建模，促進理論與實踐相結合

一直以來，我校以數(shù)學建模競賽為牽引，對大學生數(shù)學應用能力培養(yǎng)模式形成一套切實可行的數(shù)學教學體系。大學生參加數(shù)學建模競賽，不僅可以激發(fā)學習數(shù)學知識的興趣，提升科學素養(yǎng)和實踐創(chuàng)新能力［6-7］，還可以培養(yǎng)其嚴謹求實的態(tài)度、團隊合作的能力和開拓創(chuàng)新的精神［8-9］。

全國大學生數(shù)學建模競賽（CUMCM），著重培養(yǎng)學生自主學習的意識、想象力和創(chuàng)造力、對問題進行分析、計算機的應用能力以及團結協(xié)作的攻關能力。我校教務處和計算機學院高度重視該項競賽，專門成立教練團隊，制訂詳細的培訓計劃，采用線上線下多種形式進行賽前指導、答疑、真題講解等，參賽選手從多組題目中任選一題，在3天時間內對選題展開分析，通過合理的假設建立數(shù)學模型，并運用數(shù)學軟件編程求解模型，最后提交一篇結構清晰、排版工整、結論合理的數(shù)學建模論文。賽題內容涉及經濟、管理、環(huán)境、資源、生態(tài)、醫(yī)學、安全等眾多領域，該競賽充分調動了學生的主動性與創(chuàng)造性，有效推動了數(shù)學學科與其他學科間的深度融合，也營造了“以賽促教、以賽促改、賽教融合”的本科人才培養(yǎng)良好氛圍。近幾年來，我校學生獲得全國大學生數(shù)學建模競賽一等獎、二等獎、三等獎，共計100余項，該成績充分展示了我校學生扎實的數(shù)學功底和較強的創(chuàng)新應用與實踐能力。

美國大學生數(shù)學建模競賽（MCM/ICM）是一項國際建模賽事，是全球大學生參與度和影響力最大的學科競賽。2023年美國大學生數(shù)學建模競賽（MCM/ICM）于2023年2月17日至2月21日期間舉行，通過指導教師及同學們的艱辛努力，本次大賽共有6支隊伍分獲國際一等獎1項，國際二等獎1項，國際三等獎4項。此次國際競賽獲獎，更增加了我校學生逐步走向國際化的自信。

2.2 申請數(shù)學建模、大數(shù)據(jù)等方面的計算機軟件著作，落實科技成果轉化

在數(shù)學建模培訓與競賽中，針對現(xiàn)實問題，提出具嚴謹性強、實用性高的數(shù)學模型，進行編程、測試、運行，形成計算機系統(tǒng)程序或應用程序，再加以研發(fā)，形成計算機系統(tǒng)軟件或應用軟件。隨著互聯(lián)網的快速發(fā)展，軟件開發(fā)越來越多，為了避免別人抄襲或轉售自己的代碼，學生和教師將數(shù)學建模、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、管理系統(tǒng)等方面的軟件進行了計算機軟件著作的申請，落實了勞動成果保護及科技成果轉化。

《大學數(shù)學建模教學管理智能化軟件》《大學數(shù)學模擬測試分析系統(tǒng)》《應用統(tǒng)計數(shù)學題庫管理軟件》等系統(tǒng)軟件，對電腦的操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行管理、監(jiān)控，使電腦能夠正常高效地工作的程序。《統(tǒng)計數(shù)學大數(shù)據(jù)信息化應用系統(tǒng)》《大學數(shù)學知識綜合數(shù)據(jù)空間應用系統(tǒng)》等應用軟件，用于輸入、存貯、修改、檢索大學數(shù)學系統(tǒng)與數(shù)據(jù)信息。

2022年，陜西建輝道路勘察設計有限責任公司申報高新技術企業(yè)，該公司與我校計算機學院學生、土木學院學生、電子信息學院學生合作，分別申請了《公路勘察設計項目管理平臺》《工程測量設備數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)》《技術服務合同管理系統(tǒng)》《項目勘察設計審查系統(tǒng)》《咨詢綜合管理系統(tǒng)》等計算機軟件著作，這表明學生對于系統(tǒng)及軟件的開發(fā)不僅掌握，還能熟練應用，一方面增加個人及公司的無形資產價值，還幫助企業(yè)減免稅收，助力企業(yè)快速成長，另一方面也證明了學生擁有較強的科技成果轉化能力。

2.3 與企業(yè)合作，進行產學研項目

創(chuàng)新實踐能力是指大學生在個體實踐過程中產生創(chuàng)新性成果所表現(xiàn)出的行為特征，面對業(yè)績和效益，企業(yè)需要大學生具有較強的創(chuàng)新實踐能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是中國式現(xiàn)代化的重要路徑［11］，以通識教育體系構建為載體，將創(chuàng)新教育分層分類融入學生專業(yè)發(fā)展［12］，對大學生創(chuàng)新能力進行定性與定量結合研究［13］。

2022年12月，與公司合作，對《定積分在橋梁工程中的計量應用設計與開發(fā)》項目進行研究。物聯(lián)網工程專業(yè)學生利用定積分的理論知識，結合Matlab軟件深入工程實地，對橋梁工程中變截面連續(xù)箱體工程量的計算進行研究，該項目實現(xiàn)了變截面工程量計算的實踐創(chuàng)新；2023年1月，計算機科學與技術專業(yè)的學生自主與相關公司合作，對《應用型人才學歷提升教育系統(tǒng)的研發(fā)》項目進行研究。本項目將組卷算法嵌入系統(tǒng)，設計一個能規(guī)避常用的組卷算法缺陷又能根據(jù)教育測算理論制定符合教育理論的教育系統(tǒng)，實現(xiàn)了該教育系統(tǒng)的創(chuàng)新與應用；2023年6月，計算機學院的學生和會計學院學生針對糧倉監(jiān)控系統(tǒng)問題，與企業(yè)陜西云瑞創(chuàng)智科技有限公司合作，進行《基于5G物聯(lián)網技術的智慧糧倉監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)》項目研究，本項目根據(jù)用戶實際需求，并結合不同系統(tǒng)的優(yōu)點，設計并實現(xiàn)一個基于5G物聯(lián)網技術的智慧糧倉測控系統(tǒng)，用信息化的手段滿足用戶對糧食存儲保管的要求，實現(xiàn)了5G技術的應用創(chuàng)新與實踐。

深度校企合作，對進一步發(fā)展計算機學院專業(yè)、會計專業(yè)、土木專業(yè)、電子信息專業(yè)等人才培養(yǎng)具有積極的推動與促進作用，為實現(xiàn)我校科學研究、服務地方、增加公司業(yè)務領域的經濟效益，都具有積極意義。

2.4 提升了學校科技創(chuàng)新和社會服務能力

針對項目《應用型人才學歷提升教育系統(tǒng)的研發(fā)》項目中的大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)規(guī)模巨大到無法透過目前主流軟件工具，在合理時間內達到擷取、管理、處理。目前，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法多數(shù)是采用簡單加密的方式進行處理，容易被竊取和篡改，并且對于傳輸過程的數(shù)據(jù)質量也不能保證。計算機機柜可以提供對存放設備的保護，屏蔽電磁干擾，有序、整齊地排列設備，方便以后維護設備。

針對以上問題，我校教師于2022年11月，獲得《一種大數(shù)據(jù)可用調節(jié)和移動的計算機專柜》全國發(fā)明專利一項。本發(fā)明提供了一種大數(shù)據(jù)用可調節(jié)和移動的計算機機柜，屬于計算機設備技術領域。本發(fā)明通過驅動組件帶動旋轉柱正反轉動，配合限位塊、限位孔、第一限位齒以及第二限位齒的設置，當需要對柜體進行移動時，可防止來自地面的振動導致托盤上下移動，從而避免托盤的移動造成電氣元件的松動，并且在柜體工作時，可實現(xiàn)柜體的自行鎖定，防止柜體發(fā)生位移，從而保證了大數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與安全性，相較于現(xiàn)有技術，具有結構合理、使用方便以及調節(jié)效果好的優(yōu)點。

結語

本文確立了數(shù)學創(chuàng)新實踐教學的重要地位，“二四三”模式，解決了大學數(shù)學教學中理論與實踐脫離的問題，教學方法多樣性、教學內容豐富性、實踐競賽引導性、創(chuàng)新項目多層次性，校外實踐基地穩(wěn)定性、成效性，人文素養(yǎng)生動性，促進了“新工科”中教學與科研、產學研相融合，改善了創(chuàng)新實踐教學中存在的問題。

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基金項目：2023年教育部產學合作協(xié)同育人項目（2308 04092275145，230801416212636）；陜西省“十四五”教育科學規(guī)劃2022年度課題（SGH22Y1893，SGH23Y2934，SGH22 Y1921）；2023年陜西省高等教育教學改革研究項目（23BY 182）；西京學院精品課程《高等數(shù)學A2》建設（XJJPKC 22007）

作者簡介：韋娜娜（1985—），女，陜西渭南人，碩士，講師，研究方向：高等數(shù)學教育與研究。