以数学建模竞赛为平台的公安创新型应用人才培养模式研究

1、以数学建模竞赛为平台的公安创新型应用人才培养模式研究 山东警察学院 刘怀辉摘要在全面建设小康社会实现社会主义现代化的关键时期,公安工作出现了许多新 问题新特点,如犯罪分子作案手段日趋复杂化、作案目的日益多元化等等,这些都 给公安工作带来了严峻的挑战。 为解决这一难题, 培养公安创新型应用人才是关键, 公安创新型应用人才则是 富于开拓性、具有创造能力,同时能熟练的把成熟的技术 和理论应用到实际的公安工作中的技能型人才。 公安创新型应用人才需 同时具有创 新型人才和应用型人才的优秀素质品质,在面对新形势下公安工作的具体问题时, 要充分发挥创新能力, 将理论应用于实际问题中, 创造性地解决公安工作中

2、的难题。 数学建模竞赛 要求参赛者根据所给的题目要求,系统的运用所掌握的数学方法 解决实际问题,是充分发挥创新能力,将成熟的理论和技术运用到实际中的过程 。 这一过程 可以培养参赛者的创新能力、应用能力、团队合作精神等素质,这些素质 都是创新型应用人才的必备素质,因此数学建模竞赛在创新型应用人才培养方面发 挥着不可替代的巨大作用。我院 作为公安干警最主要的输出地之一,结合自身特点 和教学师资力量,在其他院校已有模式的基础上,建立了以数学建模竞赛为平台的 1+3+1公安创新型应用人才培养模式。以数学建模竞赛为平台的 1+3+1公安创新型应用人才培养模式, 集选拔、 培训、 竞赛为一体,分阶段分层

3、次的实施,不断地加强学生的专业素质、创新能力、应用 能力的培养,同时也提升了学生快速查阅资料的能力、团队合作能力和自身身体素 质。在此模式下我院在全国大学生数学建模竞赛中取得的成绩也日益提升,参加竞 赛 4年来,共取得了国家二等奖 4项,山东赛区一等奖 3项、二等奖 13项、成功参 赛奖 6项。从而为公安队伍培养了一批公安创新型应用人才,因此以数学建模竞赛 为平台的 1+3+1公安创新型应用人才培养模式,既是切实可行的又是行之有效的公 安人才培养模式。关键词:数学建模竞赛;公安创新型应用人才;人才培养模式全国大学生数学建模竞赛创办于 1992年, 每年一届, 目前已经成为全国高校最 大规模的基

4、础性学科竞赛。数学建模竞赛对提高在校大学生的综合素质,培养创新 型应用人才,促进学校教学建设和教学改革有重要的作用。目前,新形势下公安工 作中存在着许多问题,如民警业务能力差,面对新形势下的新问题创新应变能力低 等。我校作为山东省内唯一一所警察院校,每年都需向公安队伍输送源源不断的高 素质人才,面对新形势下公安队伍急需创新型应用人才的现状,我们迫切需要加强 对这方面的研究,研究践行以数学建模为平台的公安创新型应用人才培养模式。 1公安工作现状目前公安工作面临着更加复杂严峻的形势。 一是随着社会经济的快速发展, 城 乡结构、就业结构、社会阶层结构和社会组织形态发生的重大变化,导致了城乡差 距以及

5、社会成员之间的收入分配差距的不断扩大。招商引资,道路升级建设等等, 涉及到征地拆迁、环境污染、分配不均等问题和当前物价上涨等引发的各类社会矛 盾重叠,极易诱发群体性事件,已经成为影响社会治安的重要因素;二是随着交通 设施的逐步完善,人流量、车流量的剧增,对社会治安带来了严重的冲击, “两抢一 盗” 、 “流窜犯罪”等现象有上升的趋势,加重了社会的不安定因素;三是加强社会 治安防控体系建设迫在眉睫。当前社会治安防控体系建设,尤其在人防、物防、技 防建设方面与新的社会治安形势及新的情况、新的问题不相适应,这将给不法分子 留下较大的犯罪空间;四是社会管理创新是当前公安机关面临的重大难题。对公安 机关

6、职责内的流动人口管理服务、行业场所管理服务、特殊人群的帮教管理等方面 的创新提出了新的课题。从根本上说, 最核心的问题则是公安队伍中缺乏创新型应用人才, 创新型应用人 才可以直面现实工作中的具体问题,根据已有的方式和思路,创造性的提出新的思 路解决公安工作中的现实性问题如,针对人流量、车流量的剧增问题,可以利用数 学建模“河流模型” ,在地区的街道图上,可以合理利用现有的道路资源,缓解交通 压力;对于公安民警警力不足的现象,可以通过数学建模的“资源合理配置”思想, 将现有警力最大限度的, 合理的投入实际案件, 以缓减人员不足而造成的尴尬境况 。 所以综上所言,依据当前公安工作的现状及面临的形势

7、,要想解决其中的问题, 必须加强公安队伍创新型人才的培养,而公安创新型人才的培养,需要通过数学建 模这个平台,让广大公安院校大学生熟练掌握相关的建模思想和建模知识,为以后 的工作,打下坚实的理论知识基础。2创新型应用人才创新型人才是指富于开拓性,具有创造能力,能开创新局面,对社会发展做出 创造性贡献的人才。通常表现出灵活、开放、好奇的个性,具有精力充沛、坚持不 懈、注意力集中、想象力丰富以及富于冒险精神等特征。具体有以下几个特征:(1 有很强的好奇心和求知欲望; (2有很强的自我学习与探索的能力; (3在某一领 域或某一方面拥有广博而扎实的知识,有较高的专业水平; (4具有良好的道德修 养,能

8、够与他人合作或共处; (5有健康的体魄和良好的心理素质,能承担艰苦的 工作。需要具备人格、智能和身心三方面基本要素。 1应用型人才则是把成熟的技术和理论应用到实际的生产、 生活中的技能型人才。 2要求具备以下素质:(1能够洞察先机具有敏锐的反应能力(2谈吐自如应对得 当(3良好的生活习惯、身体素质和意志品质(4有良好的团队精神和合作精神 (5有领导才能、敬业乐群(6有创新意识和强烈的求知欲望(7良好的环境适 应能力和与人交往能力。创新型应用人才就是指 富于开拓性、具有创造能力,同时能熟练的把成熟的技 术和理论应用到实际的生产、生活中的技能型人才。同时具有创新型人才和应用型 人才的优秀素质品质。

9、在实际生产、生活中,这种复合型技能人才,可以熟练地运用已有的技术和理 论,将所学所会应用于实际生产实践中,面对实践中所出现的新情况和新问题,勇 于创新,运用创新性的思路,采用创造性地方式解决新问题。在全面建设小康社会, 实现中华民族伟大复兴的关键时期,无论是在经济建设还是在政治体制改革上,这 种创新型应用人才都发挥着不可替代的巨大的作用。新形势下创新型应用人才将对 公安工作的改革与转型产生巨大的影响,培养公安创新型应用人才已迫在眉睫。 公安院校作为公安民警的最大的源泉,也是公安人才最大的产出地,需根据公 安工作现状和需求,为公安队伍输送人才,即建立健全新型的创新型应用人才培养 模式已刻不容缓。

10、3数学建模与数学建模竞赛描述一个实际现象可以有很多种方式,如文学,相片等等。但为了使描述更具 逻辑性, 客观性和科学性, 人们采用一种普遍认为比较规范的语言来描述各种现象, 这种语言就是数学。使用数学语言描述的事物就称为数学模型。数学模型(Mathematical Model是一种模拟,是用数学符号、数学式子、程 序、 图形等对实际课题本质属性的抽象而又简洁的刻划, 它或能解释某些客观现象, 或能预测未来的发展规律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略 或较好策略。数学模型一般是实际事物的一种数学简化,多数情况下并非现实问题 的直接翻版,常是以某种意义上接近实际事物的抽象形式存在的

11、,它的建立常常既 需要人们对现实问题深入细微的观察和分析,又需要人们灵活巧妙地利用各种数学 知识。这种应用知识从实际课题中抽象、提炼出数学模型的过程就称为数学建模 (Mathematical Modeling。 3全国大学生数学建模竞赛是中国工业与应用数学学会和国家教育部高教司共同 举办的面向全国大学生的群众性科技活动。竞赛题目一般源自于工程技术和管理科 学等方面经过适当简化加工的实际问题,不要求参赛者预先掌握专业知识,只需要 学过普通高校的数学课程完成一篇包括模型的假设、建立和求解,计算方法的设计 和计算机实现,结果的分析和检验,模型的改进等方面的论文。竞赛评奖以假设的 合理性、建模的创造性

12、、结果的正确性和文字表述的清晰程度为主要标准。竞赛大 学生以队为单位参赛,每队 3人,专业不限需在给定的三天时间内完成题目并写作 成论文提交。数学建模竞赛是将理论与实际相结合,将理论知识运用于实践的过程,在这一 竞赛过程中可以培养参加者的素质和能力,主要包括(1创新意识和创造能力(2 快速获取信息和资料的能力(3勇于参与的竞争意识和不怕困难、奋力攻关的顽强 意志(4运用所学分析和解决实际问题的能力(5增强写作技能和排版技术训练 人的逻辑思维和开放性思考方式(6利用计算机求解数学模型的能力(7关心、 投身国家经济建设的意识和理论联系实际的学风。 3 4由此可见数学建模竞赛对培养创新型应用人才具有

13、不可替代的作用,通过参加 可以提高参赛者的创新能力和将所学应用到实际问题的能力,这一切正是创新型应用人才的基本素质。由此以数学建模竞赛为平台的公安创新型应用人才培养模式的 建立是有理论根据的。4公安院校大学生与数学建模竞赛在全国 34所公安院校中, 参加全国大学生数学建模竞赛的仅有五所院校。 许多 参加过数学建模竞赛的毕业学生都说:“毕业到基层单位工作以后, 在学校学的许多 知识都忘掉了, 但是在数学建模过程中所学到的能力却没有忘。 ” 正是有了这种创新 能力和将理论应用到实际生活工作的能力,使得他们在公安工作中无论遇到什么困 难和怎样艰巨的问题,他们都能够正确的分析问题,创造性的找出解决办法

14、,使得 困难迎刃而解。参加过数学建模竞赛的公安大学生,在走上工作岗位之后,多数都 成为有用性的人才,为公安建设事业做出了伟大的贡献。5数学建模竞赛对培养公安创新型应用人才的作用二十一世纪,是一个知识创新与信息交换的时代,高等教育要求全面适用现代 化建设对各类人才培养的要求,培养大学生创新能力,然而,就目前来看,大部分 大学生缺少创新能力和实践能力,面对生活中的简单问题很难利用数学方法解决, 然而数学建模竞赛变为我们这些公安大学生提供了一次锻炼的机会。数学建模竞赛要求参赛者根据所给的题目要求,系统的运用所掌握或所查到的 数学方法解决实际问题,是将成熟的理论和技术运用到实际生活生产中的过程。公 安

15、大学生在参加这一竞赛的过程中,可以增强快速获取信息和资料的能力,组内之 间进行团结协作,根据世界前沿有关技术的发展现状,运用这一或这些理论技术, 进行创新,采取新思路和新方法,解决实际问题。数学建模竞赛对培养公安创新型 应用人才有以下作用:(1提高公安大学生发现问题和应用计算机的能力数学建模需运用数学知识和实际生活经验解决生活中的问题,培养的是学生发 现问题和解决实际问题的能力。在建立模型的过程中,学生所面临的最重要的问题 是在杂乱无章的现象中如何提取问题,并寻找思路对问题进行解答,因此通过这种 锻炼,会在不知不觉中提高同学们发现问题本质、抓住问题要点的洞察能力,针对 问题建立数学模型,一般通

16、过计算机来编写程序进行分析,使用相关的数学软件如 MATLAB 、 SPSS 等来绘制函数的图像,对数据进行分析处理,这样在学生解决数学问 题的同时,提高了应用计算机的能力,提高了公安大学生的业务素质。(2培养公安大学生的创新能力数学建模不同于传统的教学数学,在竞赛中,它的问题大多切合实际的热点和 生活,并且没有绝对的标准答案,这就给大学生提供了非常广阔的空间,让他们发 挥自己的想象力、创造力。培养大学生的创新意识、创新能力,让学生在从未遇到 的问题上开动脑筋、拓展思路,针对同一问题,构建不同的数学模型。在以后参加 公安工作的过程中,可以根据具体的情况,采用创造性的思路解决问题。(3数学建模可

17、以帮助大学生扩展思维,灵活的处理生活实际问题如今的公安大学生大多都偏重于文科的学习,例如:历史、法律、政治等等, 这些理论固然重要,但在实际生活工作中更多的是要求他们灵活的去处理生活中的 案件问题,这就需要我们拥有敏锐的思维,例如,当某地发生交通事故时,我们通 过录像可以观察出车流量、时间、地点等要素,而仅仅这些要素是不够的,还需要 理论的分析提出解决的办法。(4增强团队精神和协作能力在参赛解决具体问题的过程中,组内三人面对问题难免会有思路和想法上的冲 突、碰撞,经过相互交流,形成统一的意见并付诸行动,分工合作得出结论,增强了团队精神和合作能力,而团队精神是新时期人才的必备素质之一,经过数学建

18、模 的锻炼为日后成为创新型应用人才奠定了基础。6我校公安创新型应用人才培养模式我校在其他院校模式的基础上,结合我校有关课程设置特点,建立了有我校特 色的以数学建模竞赛为基础的 1+3+1创新型应用人才培养模式。首先,在全校范围内,通过自主报名、竞赛考核的形式,选拔对数学建模感兴 趣的人才,即模式中的 1。通过竞赛考核的形式,选取优秀学生进入数学建模小组, 有利于选拔对数学建模有兴趣,并具有较强数学素养的人才。在此基础上进行进一 步培训,有助于优中选优,提高人才的素质和能力。降低成本、实现投入和产出的 最优比率,能够最大限度的培养出具有创新能力的应用型人才。其次,对通过考核的人才进行了进一步的培

19、训,提升其数学素养、创新能力及 应用能力,培训共分为三个阶段,即模式中的 3。第一阶段,利用课余时间进行数学建模及相关计算机软件的基础性学习。通过 培训,初步了解了数学建模的基础性知识,有关建模方法如回归分析、线性规划、 层次分析法、曲线拟合等,还有有关基础数学模型如时间序列模型、最优化模型、 模糊数学模型、灰色系统理论等。学习了有关数学软件如 MATLAB 、 SPSS 的基础性使 用,提升了利用数学软件解决问题的能力。为以后参加数学建模竞赛提供了必要的 知识储备。在此阶段,同学们之间相互了解相互帮助,为以后组队进行数学建模竞 赛打下了良好的友谊基础。通过第一阶段的培训,将成熟的理论知识和技

20、术掌握在 手,为日后应用于实际问题的解决提供强大的后盾。我们在此阶段的培训中,体会 到了数学建模的魅力,了解了有关专业性基础性知识,也发现了自己的不足,为以 后弥补不足,进而进行建立数学模型的具体操作打下了坚实的基础。第二阶段,利用暑假时间到山东省内数学建模领袖院校山东大学进行暑期 集训,进一步提高专业素质和数学能力。山东大学为培养在校大学生的数学综合素 质和建模创新实践能力,在数学学院成立了以刘保东为总教练的数学建模竞赛指导 教练组,设立了数学建模校级创新实验室,并面向全校在校大学生相继开设“数学 建模”通选课(初、高级班 、 “数学建模与数学实验”暑期学校等建模方法与技能 培训课程。 这些

21、课程以全国大学生数学建模竞赛为依托, 以解决实际问题为切入点, 紧紧围绕数学建模基本方法、数学实验与计算机编程求解、科技文献检索与阅读、 竞赛论文写作等进行系统、全面的知识传授与课后训练。近 5年来,山东大学在此 模式培养下,先后有 5000余人参加数学建模课程学习和培训,有 347个队 1141人 参加全国数学建模竞赛,共获得国家一等奖 16项,二等奖 25项,在国内各大高校 中名列前茅。我校暑期参加的就是山大的暑期培训班,在此过程中贴近体验山东大 学培养模式学习经验寻找差距,提高自身能力和素养。创新性应用人才的要求之一 便是具有某一领域的专业性知识,熟练掌握理论知识,通过暑期培训学习增加专

22、业 知识的储备,加深了对部分数学建模方法的理解,提升了自身数学素养。暑假期间 进行为期半个月的集中培训,同学们吃住一起,彼此之间增进了了解,加深了友谊, 锻炼了同学们的人际交往能力和沟通能力。利用暑假的时间进行集中培训,能使同 学们将全部精力投入数学建模学习中,增强了学习效率。第三阶段, 在全国大学生数学建模竞赛的前半个月, 进行全面的集中模拟训练。 进行赛前集训,首先,以小组为单位,针对具体题目评析往年优秀论文,分析所用 方法和思路的优点和缺点,并在原论文上提出改进意见。这一过程中进一步提升同 学们对具体方法的理解和运用,以及团队合作能力。通过对典型论文的分析促使同 学们寻找新思路,在原有基

23、础上进行创新型思维,提高创新能力。与此同时,可以进一步了解具体的建模方法和思路是如何应用于实际问题的，提升应用能力。其次 进行二次模拟竞赛的训练，模拟真实竞赛的三天三夜的奋战，实现组内的磨合，体 验团结协作共同奋斗。在面对真正具体的题目时，切实感悟从实际中分析资料，将 正确对应的理论应用于实际问题中提升应用能力。针对具体的问题从书本和网上海 量的数据和资料中，寻找自己所想用的资料，创新思维解决题目所给的问题，锻炼 了创新能力。同时三天三夜的奋战工作，不仅是对组内三个人的数学素养知识能力 的考验，更是对三个人合理安排时间能力的考验，也是对身体素质的极大的考验， 三天三夜，看似时间不短，实际则不长

24、，三天里常需要熬夜，是对身体素质的极大 考验。 最后，也是终极阶段，便是参加为时三天三夜全国大学生数学建模竞赛，便是 模式中的 1。针对竞赛题目进行选题思考，最终以创造性的思维将理论应用于实际 的竞赛论文中，得出相应的结论。在这一比赛中，团队三个人相互合作，既有激烈 的争论，又有默契的配合，是对团队合作能力和合作精神的锻炼。当今社会无论是 何种工作都离不开相互配合相互协作， 具有团队精神和团队协作能力显得尤为可贵。 而数学建模恰恰可以很好的锻炼这种能力。 7 1+3+1 模式取得成果 我院自 2010 年以来建立了以数学建模竞赛为基础的 1+3+1 公安创新型应用人才 培养模式，并开始参加全国

25、大学生数学建模竞赛。我院举办过三届学院内数学建模 竞赛，第一届三百多人、第二届二百多人、第三届五百多人报名参加选拔竞赛，三 届总计参加的同学约 1100 多人，同学们的参加热情高涨，竞赛的受益面也不断地扩 大。 参加全国大学生数学建模竞赛的四年以来，我院培养的人才规模的日益扩大， 正式参赛的人员数量也逐年增加，由最初的二支代表队、增加到六支代表队、八支 代表队、2013 年达到十支代表队。竞赛期间，参赛队员们顽强拼搏，团结协作，经 过三天三夜连续七十二小时的艰苦奋战，都取得了令人满意的成绩。竞赛成绩逐年 提高，第一次参赛我院只收获了省级三等奖和成功参赛奖，第二年就夺得了 1 项全 国二等奖、3

26、 项省级二等奖和 2 项成功参赛奖，2012 年获得了更好的成绩，2 项全 国二等奖、4 项省级二等奖和 2 项成功参赛奖，2013 年的成绩整体得到总的提升， 取得了 1 项全国二等奖、3 项省级一等奖和 6 项省级二等奖。 就我们小组自身而言， 我们参加了 2013 年 “高教杯” 全国大学生数学建模竞赛， 选取了 A 题车道被占用对城市道路通行能力的影响作为参赛题目，针对具体的 城市道路道路通行能力问题，我们首先查阅了相关文献资料，了解了车道占用对道 路实际通行能力影响的实际情况。确立了以下思路： 针对问题一，根据相关文献资料和视频 1 的实际情况确定有关修正系数，并根 据视频分析结果，

27、建立道路实际通车能力计算模型，计算事故发生至撤离期间单位 时间实际通行能力，得出事故发生至撤离期间道路的实际通行能力不断波动下降的 结论。针对问题二，对视频做出处理，并利用问题一构建的模型计算得出其道路实 际通行能力。整合视频 1、2 中的道路实际通行能力变化情况，对比分析得出占用不 同车道对道路实际通行能力的影响。针对问题三，建立多项式拟合模型和多重线性 回归分析模型。建立多项式拟合模型，利用 MATLAB 进行多项式拟合得出单位时间 内上游车流量和通过事故横断面的交通量之间的函数关系式。根据视频统计每次拥 堵单位间隔时间的车辆排队长度和路段上游标准车流量，进而利用上游车流量与横 截面处实际通行能力的函数关系,求出对应的横截面处实际通行能力。 建立多重线性 回归分析模型，利用 MATLAB 拟合出车辆排队长度和事故横断面实际通行能力、事故 6 持续时间、路段上游车流量间的关系式。针对问题四，利用速度公式计算车辆排队 到上游路口所需时间。车辆排队长度达到上游路口，即车辆自事故发生横断面处开 始拥堵直至达到上游路口，使车辆完全排满 140m 所用时间。假设事故发生横断面处 实际通行能力为最小实际通