大数据背景下高职数学建模课程教学改革初探

【摘 要】本文以大数据为背景，从数学建模的目的、近年数学建模高职组题型的特征、数学建模教学内容等方面分析了高职数学建模课程改革的必要性，并尝试从数学建模的教学目标、教学内容、教学模式、教学团队等方面提出改革

意见。

【关键词】数学建模;大数据;高职数学;教学改革

【中图分类号】G712  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2020）28-0027-02

近年来，随着信息技术与计算方法的日益成熟，电子商务、网络金融、社交媒体等都得到了极大发展，全球各类数据的规模呈现爆炸式增长，并影响着我们生活的方方面面，大数据时代已然来临。高职教育也迎来了大数据时代的挑战与机遇，高职院校应抓住机遇，充分利用大数据时代的优势，让学生学到更多更实用的知识，进而为社会发展做出更大的贡献。

1   大数据背景下高职数学建模课程改革的必要性

数学建模是为了特定的目的，根据事物特有的内在规律，对现实世界的特定对象进行必要的假设、简化、抽象和归纳，运用适当的数学工具建立一个数学结构，给人们提供一个能分析、预测、决策或控制定量分析结果的方法[1]。通过数学建模，学生的自主学习和探索的意愿及能力能得到增强，应用数学的意识和运用数学的能力能得到提升，团队协作精神以及创新能力能得到培养。在大数据背景下，数据获取方式、处理方式都发生了很大变化，这对数学建模提出了更高的要求。

目前，大部分专业的学生在学习数学建模课程前都没有任何数据处理的经验。传统的数学建模培训课程侧重于理论教学和各种模型讲解，而数学建模课程涉及的数学知识较多，对于一般的高职院校学生来说门槛较高。由于缺乏足够的实践，又没有接受系统的数据分析处理训练，不少学生在课程学习结束后，特别是在参加数学建模竞赛，发现需要针对某一问题处理海量数据时，常感到无从下手。因此，在数学建模课程中引入大数据技术的相关知识，让学生掌握数据处理软件的使用是非常必

要的[2]。

数学建模课程内容原本就繁多，涉及数学各分支学科，众多模型相互关联而又独立。且大数据背景下，任课教师除了要熟悉各种模型外，还必须掌握一门编程语言，具备较强的数据处理能力。这样高难度、大体量的数学建模教学任务仅有一位数学教师完成很难，所以课程教学团队的改革也势在必行。

2   大数据背景下高职数学建模课程如何改革

2.1  数学建模教学目标与教学内容的改革

2.1.1  数学建模教学目标的改革

通过数学建模，学生将了解和经历解决实际问题的全过程，体验数学与日常生活及其他学科的联系，体验数学的实用价值，增强应用意识，提高实践能力。每一个学生都可以根据自己的生活经验发现并提出问题，对同样的问题，可以发挥自己的特长和个性，从不同的角度、层次探索解决的方法，从而获得综合运用知识的方法和解决实际问题的经验，发展创新意识。学生在发现和解决问题的过程中，应学会通过搜集资料等手段获取信息。此外，学生在数学建模过程中应采用各种合作方式解决问题，养成与人交流的习惯，并获得良好的情感体验[3]。

传统数学建模教学的目标是拓展学生的数学知识面、培养学生运用数学知识和方法解决实际问题的能力、培養学生的团队协作精神、培养学生运用数学软件分析解决问题的能力和论文撰写能力等。但在当前的大数据背景下，综合近几年数学建模高职组的题型来看，以上的传统教学目标已很难满足当前数学建模竞赛的要求。面对上百万行的数据，学生更要具备运用数据处理软件处理海量数据的能力，只有初步处理了数据，才能运用数学方法做出合理假设、建立恰当的数学模型，达到解决实际问题的目的。

2.1.2  数学建模的教学内容

传统的数学建模教学内容是讲解各类数学模型，补充与模型相关的数学知识，让学生掌握Matlab、Mathematica等数学软件。而在大数据时代，随着数据量的增长，除了要保留原有数学建模内容外，还要结合实际需要进行大量数据的处理与分析。而运用Matlab、Mathematica、Excel、Spss等传统软件已经难以处理这些海量数据。目前比较实用的处理海量数据的软件有MySQL、Python、R等。所以，根据当前数学建模赛题考查能力的要求，参赛学生至少要掌握以上三种软件中的一种。

2.2  数学建模教学模式的改革

任何教学模式都指向一定的教学目标。在教学模式的结构中，教学目标处于核心地位，并对构成教学模式的其他因素起着制约作用，教学目标决定着教学模式的操作程序和师生在教学活动中的关系，也是教学评价的标准和尺度。教学模式与教学目标极强的内在统一性，决定了不同教学模式的个性。不同的教学模式是为完成一定的教学目标服务的。基于以上数学建模目标的设定，也应对数学建模课程的教学模式进行相应的改进[4]。下面将从两个方面阐述。

2.2.1  线下教学模式

传统数学建模课程的教学模式是所有参赛学生不分专业、不分层次一起上课，每个学生都要掌握所有教学目标要求的内容，包括数学知识、数学模型、数学软件、论文撰写等。完成以上教学目标对部分高职院校学生来说比较困难，如果要求每个学生都掌握数据处理方法，则无疑是难上加难。这就要求改变高职数学建模课程的教学模式。针对以上问题，可以采取将学生按专业、年级分层分类的方式进行教学。如数学基础好的学生主攻各种数学模型，有编程基础的学生主攻数据处理软件，有文字功底的学生主攻论文撰写。采取这种按需学习的教学模式可以大大减轻学生的学习负担，使学生将自己主攻的内容学得更扎实、深入。

2.2.2  线上教学模式

最好的教学模式之一是线上与线下相结合，线上教学以安排课前预习为主，让学生提前熟悉线下学习任务，带着问题进行线下学习。根据数学建模培训课程的一些特征，线上教学课前任务可以包括三个方面：第一，安排学生复习学过的相关数学基础理论;第二，督促学生提前学习线下教学需要学习的内容，收集、整理与本次课有关的资料，自主解决教材和教师要求解决的基础性问题，对疑难问题做好标记，在课堂上与同学合作解决或向老师提问;第三，在大数据背景下，教师需要给学生提供必要的、易学的软件包，如R、Python等大数据处理软件，最好提供解决相关问题的程序源代码。这样有利于学生在编程过程中查找自己的问题，达到最好的学习运用效果。线下教学应该结合线上教学中学生存在的问题开展，教师可以针对问题多组织学生开展课堂讨论学习，最好采取分组讨论的形式，合作探究，借助问题的变化和深入，带领学生进一步思考、探究、交流，引导学生寻找合理解决问题的途径。这样不仅能解决学生学习中遇到的问题，还能培养学生的自学能力、探索能力、团队协作能力等。

3   数学建模教学团队的改革

在大数据时代，基于以上新的教学模式，传统的数学建模教学团队也将难以胜任数学建模教学。学校可以组建多元化的教学团队。数学建模几乎涉及所有数学分支，并且广泛应用于各个学科领域，必须要多元化参与。从教师角度来说，数学教师可以承担原本的数学建模教学，挖掘新的教学素材并融入教学中;甚至可以再细分，不同的数学教师负责不同的数学模块及不同类数学模型的教学[5]。大数据、计算机等相关专业教师也应积极加入数学建模教学团队，承担软件编程、数据处理方面的教学。组建这种多元化教学团队内容的，可以减轻教师知识更新的负担，使教师在自己所承担的教学基础上做更深入的研究。

除了多元化以外，数学建模教学团队建设也应该以项目为引领，尝试建立教学—科研—竞赛—教学型的教师团队，团队成员优势互补，在各自的教学领域内钻研得更精，依托教学中积累的经验及技能指导推进课题申请、论文写作等科研过程的实施，通过科研成果和竞赛成绩再反过来指导数学建模竞赛。如此良性循环，数学建模会向着更好的方向发展。

总之，随着大数据时代的到来、数据量的爆发式增长，高职院校数学建模课程改革势在必行。而且改革一方面可以激发学生在自己感兴趣的方向持续深入学习，另一方面可以让不同专业的教师术业有专攻，把握好自己专业的教学重难点，整体提升学生的数学建模能力，达到大数据背景下的数学建模目标。

【参考文献】

[1]司守奎，孙玺菁.数学建模算法与应用[M].北京：国防工业出版社，2015.

[2]陈宝琴，李升.大数据时代下数学建模课程教学改革探讨[J].西部素质教育，2018（16）.

[3]黄玉.大数据时代背景下结合数学建模提高数据处理能力的研究[J].中国校外教育，2018（12）.

[4]於遒，郭海兵.大数据背景下数学建模教学改革的思考[J].江苏教育研究，2018（5）.

[5]卢兰.基于线上线下教学模式的数学建模课程教学改革初探[J].理科爱好者：教育教学，2019（2）.

【作者简介】

赵江（1983～），男，汉族，河南信阳人，硕士，讲师。研究方向：高职数学教学改革。