《工程分析》课程中融入数学建模的教学新模式探索与实践

蒋小霞 杨术明 王 冠 苟宁年 徐 楠 李耀南

0 引言

2019年10月，教育部高教司吴岩司长在“勇立潮头，赋能未来—以新工科建设领跑高等教育变革”报告中指出，当前中国高等教育正在深刻变革，要精准把握高等教育发展大势，做到超前识变、积极应变、主动求变，服务经济社会发展需求，实现内涵式发展。在新工科建设号召下，人们对工程师寄予厚望，对工程教育的改革尤为关注[1]。我国工程教育人才培养的数量虽多，但质量还有待进一步提升。课程在高等教育人才培养中发挥着核心作用。崔军围绕工程观、人才观和课程观的诉求与回应，对工程教育及课程是否需要回归工程实践等问题进行了研究[2]。

《工程分析》课程是宁夏大学“机械工程”一级学科硕士学位点的研究生专业课，凡“机械工程”一级学科下设的三个二级学科学位点的硕士研究生都必须要学习该门课程，加之，“机械工程”已列入自治区“十三五”重点建设专业，“机械制造及其自动化”又属于自治区重点学科，因此，从提升学科建设质量，提升研究生培养质量的角度，将数学建模融入机械工程专业课程教学，能够更好地培养学生的工程思维及深入分析问题的能力，对培养高水平工程类研究生人才具有重要的意义，同时，对今后进一步构建学科融合型、问题融合型、并列组合型和交替组合型等可实现面向工程实践的教学模式奠定一些实践基础。

1 《工程分析》课程中融入数学建模

为了培养研究生的科研和工程实践能力，宁夏大学机械工程学院根据研究生培养计划，对2017 级10 名学术型硕士和28 名专业型硕士共38 名研究生开设了《工程分析》课程。此课程共2 学分，34 学时，开设在研究生入学的第一学期。此课程的教学主要由三个环节组成：第一环节是多名研究生导师结合现有科研项目，以专题讲座方式讲述，并在内容讲述中融入数学建模理论和方法；第二环节是研究生根据自己的兴趣组队，并在导师的指导和鼓励下，参加各种数学建模的竞赛；第三个环节是获奖研究生向新一届研究生分享学习和参加竞赛的经验，并同指导教师共同指导学生积极准备下一届比赛作品。

1.1 《工程分析》课程安排

2017- 2018年度第一学期的主要专题报告安排。从表中可以看出这些专题报告涉及智能制造、互联网+、高铁、汽车、太阳能等工程领域的多个方面。这些专题报告都来自各位研究生导师所主持或者参与的科研项目，而这些科研项目大都来自宁夏本地企业所急需解决的工程问题，企业不仅在经费上给予一定支持，在技术上也提供帮助。因此，在宁夏现有的教学资源和科研条件下，可以满足培养一批具有一定科研和工程实践能力的研究生。

表1 《工程分析》课程专题报告安排

1.2 《工程分析》融入数学建模后的实践

表2 给出了2018年度宁夏大学机械工程学院学生参加各类数学建模的成果。从表中可知出，共有11 组同学参加了四类比赛。以第八届Mathorcup 高校数学建模挑战赛为例，对竞赛结果进行分析。此挑战赛共有来自387 所高校的3210 支队伍参赛。参赛队伍除来自大陆高校外，美国的加州福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）、香港地区的香港大学、香港中文大学均派出队伍参赛[3]。经过初评、网评、会评和复审四个阶段的评审，评选出特等奖提名队伍8 支，一等奖86 支，二等奖287 支，三等奖716 支，成功参赛奖1 760 支。宁夏大学共有2 支队伍参加此次竞赛，其中1 支获得成功参与奖，一支获得三等奖。与其它高校相比，获奖情况不佳。经分析，除了题目稍有难度外，参赛学生的数学建模能力较低、经验不足是主要原因，但是对学生们来说困难正是他们前进的动力，迎难而上就是他们解决问题的方式，此竞赛使他们对于问题的分析和数据的处理有了更加深入的了解。

表2 2018年度宁夏大学机械工程学院学生参加各类数学建模的成果

2 结论

我国大学工程教育从课程设计和实施两个层面看，存在“强调工程科学、软化工程实践、脱离产业需求”的现状，主要表现在：课程目标脱离工业需求、课程结构分离工程能力、课程内容偏离工程实践、学生学习游离中心地位。这些问题与高等工程教育的工程观、人才观和课程观指导的缺乏有关。为解决这些问题，宁夏大学机械工程学院在《工程分析》课程中融入了数学建模，虽然2018年学生参加各类数学建模大赛中的成绩较差，但是随着此门课程从：（1）调整理论部分与实践部分的占比，深入优化课程结构；（2）构建学科融合型、问题融合型和交替组合型等可实现面向工程实践的教学新模式；（3）探索国际组队，加强校企融合，前期孵化等方面进一步完善，我们相信今后会有更多的研究生参与各种数学建模大赛、并取得更好的成绩。这将为我国研究生的课程改革与建设提供一定的理论指导和实证依据。