數(shù)學建模實驗室建設探索與實踐

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一、高校數(shù)學建模實驗室建設的必要性

在功能方面，數(shù)學建模實驗室為《經(jīng)濟應用數(shù)學》、《概率與數(shù)理統(tǒng)計》、《數(shù)學建?！返日n程提供輔助教學，學生通過計算機及其仿真軟件加深對理論的理解，并培養(yǎng)實踐動手能力。為數(shù)學建模競賽、課外科技競賽、程序設計競賽等競賽提供競賽保障，并培養(yǎng)競賽人才。建設數(shù)學建模與計算機仿真實驗室的目的就是吸取借鑒其他經(jīng)驗，改善相關課程的教學環(huán)境，盡量與建模競賽接軌，所以建立與之相匹配的實驗室以適應新世紀人才培養(yǎng)需要。人才培養(yǎng)方面，實驗室是學生實踐活動以及社會能力培養(yǎng)的重要場所，作為高校來說實驗室建設規(guī)模和各類管理的能力的高低，往往成為其人才培養(yǎng)水平的重要指標。學生通過實驗自己實踐可以提高自身的動手能力，通過模仿、觀察、反復實驗等過程漸漸構建自己對于數(shù)學模型的認知。教師能力提高方面，各類學科都以數(shù)學為基礎，數(shù)學建模是將數(shù)學理論應用于實踐的溝通橋梁，很多學科的教師都可以通過對數(shù)學建模能力的培養(yǎng)來提高教學科研水平。讓數(shù)學建模實驗室為教師拓展能力服務，讓他們也提高動手能力，把數(shù)學理論應用演化成為科研手段，通過軟硬件的結合，讓數(shù)學更好服務于教學和科研，也是當下教師能力提高的需求。

二、數(shù)學建模實驗室的要求以及軟硬件建設

1、數(shù)學建模實驗室建設要求

為了滿足日常教學和建模等競賽的需求，數(shù)學建模實驗室的規(guī)模應該較大，有充足的教學設備和充足的實驗空間。一般規(guī)模應有100臺以上的計算機120平米以上的面積，才能夠滿足實驗課程及培訓競賽的需求。尤其是針對建模競賽集中培訓效果會更好更優(yōu)，所以實驗室的規(guī)模尤為重要，也是保證實驗教學的第一要素。

2、數(shù)學建模實驗室硬件建設

數(shù)學建模實驗室最重要的實驗設備就是計算機，在進行數(shù)學建模時要進行大量的數(shù)學計算以及大規(guī)模的計算仿真，先進的計算機硬件環(huán)境是必不可少的。最好是選用當下性能較高的計算機配置，并且能夠做到兩至三年就更換更先進的設備。在承擔競賽時尤其需要高配置計算機，否則會影響競賽成績。實驗室還需要配備投影儀，有條件的還可以配備實物投影儀方便數(shù)學老師手寫授課，各種投影設備可以方便教師與學生互動，不僅有利于教師授課也讓學生在課堂上更加主動起來。從這些年我們學院參加數(shù)學建模的實際情況來看，高性能的設備和先進的投影儀配套實物投影儀在緊張的72小時比賽中起到了很好的作用，為競賽取得好成績提供了有力的保障。如果現(xiàn)有的條件達不到設備性能高等要求，還可以在原有實驗室的基礎上增加一部分高配置計算機，也可預留網(wǎng)絡接口讓參賽隊員在競賽培訓期間和競賽期間自帶計算機，通過局域網(wǎng)實現(xiàn)資源共享。這樣性能高的計算機來承擔數(shù)值計算仿真計算等大數(shù)據(jù)處理，性能低的計算機承擔數(shù)據(jù)打印和資料查詢等工作。這樣既能解決部分學校經(jīng)費不足，也能在現(xiàn)有資源基礎上快速的搭建好數(shù)學建模實驗室，不造成資源浪費。

3、數(shù)學建模實驗室軟件建設

數(shù)學建模實驗室的硬件條件具備后，就要配置先進的軟件系統(tǒng)。除了系統(tǒng)常用軟件辦公軟件的等一些專業(yè)軟件是必不可少的。例如美國TheMathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件MATLAB（矩陣實驗室），就是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析、數(shù)值計算的高級計算語言，目前的最高版本是MATLAB7.0。還有WarerlooMaple公司開發(fā)的Maple，它系統(tǒng)內置高級技術解決建模和仿真中的數(shù)學問題，包括世界上最強大的符號計算、無限精度數(shù)值計算等。Spss公司推出的SPSS軟件是一款統(tǒng)計產品與服務解決方案軟件，目前已升級至Spss19.0。關于線性規(guī)劃的軟件有LINGO，用于求解非線性規(guī)劃和線性和非線性方程組的求解等。有了這些專業(yè)的數(shù)學軟件就可以實現(xiàn)大量的數(shù)學計算以及大規(guī)模的計算仿真，軟硬件結合，才能滿足數(shù)學建模課程和建模競賽的需求。當然大量的與建模相關的電子資料也是必不可少的，對于學生課外學習和拓展知識面很有幫助。

三、基于數(shù)學建模實驗室的教學改革及實踐創(chuàng)新活動

1、優(yōu)化數(shù)學課程教學過程

推進實踐課程體系改革可以在高等數(shù)學中滲透數(shù)學建模的方法和中心思想，高校學生本身具備運用所學知識解決實際問題的能力，數(shù)學建模知識的滲透可以與現(xiàn)實生活結合起來，激發(fā)學生學習興趣，把實際問題數(shù)學模型化，可以提高學生的理論知識水平和實踐能力。增加數(shù)學建模軟件的教學課程，讓計算機計算與仿真融入課程教學使之成為學生學習數(shù)學的有力武器。在一些數(shù)學專業(yè)課上加入數(shù)學建模競賽的內容，可以讓學生接觸到競賽的試題和一些獲獎論文，這樣更有利于學生對建模競賽產生興趣，便于今后更快的融入競賽。

2、構建以學生為中心的實驗教學模式

建設開放型實驗室數(shù)學建模主要是激發(fā)學生的創(chuàng)造力，所以以學生為主體的實驗教學模式才是最有效的。通常我們采用“分析問題—利用軟件分析—引入數(shù)學概念—建立數(shù)學模型—解決實際問題”這種模式教學，從實際問題到抽象模型，讓學生主導實驗，主動解決問題，從而體會到數(shù)學思想的精髓，主動地把數(shù)學思想應用的實際生活中。我們的數(shù)學建模實驗室應課后對學生開放，鼓勵學生積極主動地學習，不管是競賽時還是競賽后都歡迎學生利用實驗室進行學習，一些參加過競賽的老生還能利用這里與新同學交流經(jīng)驗。開放性的實驗室在不斷地建設和完善中將更好地為高校教學、科學研究服務，也進一步提高資源的利用率。

3、組建完善的建模競賽體系

提高學生的創(chuàng)新實踐能力在建設好數(shù)學建模實驗室的基礎上，組織學生參加每年的全國大學生數(shù)學建模競賽，利用好這個實戰(zhàn)檢測平臺。還可以成立數(shù)學建模興趣社團，在平時就可以為競賽選拔有興趣有成績好的學生參加競賽，也便于有相同興趣的學生交流學習。這不僅為學生之間提供了提高交流的平臺，同時也為師生搭建了課后溝通渠道。培養(yǎng)一支優(yōu)秀的教師隊伍帶領學生，這只教師隊伍不僅科研教學能力要強，還要經(jīng)驗豐富，解決實際問題的能力強。這些教師可以在競賽前組織培訓，讓一些有基礎的學生更有針對性的強化訓練，爭取好得成績。

4、培養(yǎng)社會型創(chuàng)新實踐人才

建立畢業(yè)設計實踐基地數(shù)學建模實驗室可以為數(shù)學建模、運籌學、算法設計、計算方法、計算機圖形、數(shù)學軟件等課程服務，它不僅要提供課堂教學還要為課程設計與畢業(yè)設計提供實踐場所。利用數(shù)學建模實驗室學生可以以實際問題作為選題，通過文獻檢索和資料查詢去分析問題，再利用數(shù)學軟件研究實驗，這樣為畢業(yè)生提供了良好的環(huán)境，也成為了課程研究和開發(fā)設計的主要場所。在創(chuàng)新實踐活動中，科學設計類項目更能充分發(fā)揮學生的邏輯思維和理論知識應用，從而提高學生運用數(shù)學知識解決問題的能力。

作者：張惠玲 李東 單位：陜西學前師范學院