1、以數學建模競賽為平臺的公安創新型應用人才培養模式研究 山東警察學院 劉懷輝摘要在全面建設小康社會實現社會主義現代化的關鍵時期,公安工作出現了許多新 問題新特點,如犯罪分子作案手段日趨復雜化、作案目的日益多元化等等,這些都 給公安工作帶來了嚴峻的挑戰。 為解決這一難題, 培養公安創新型應用人才是關鍵, 公安創新型應用人才則是 富于開拓性、具有創造能力,同時能熟練的把成熟的技術 和理論應用到實際的公安工作中的技能型人才。 公安創新型應用人才需 同時具有創 新型人才和應用型人才的優秀素質品質,在面對新形勢下公安工作的具體問題時, 要充分發揮創新能力, 將理論應用于實際問題中, 創造性地解決公安工作中

2、的難題。 數學建模競賽 要求參賽者根據所給的題目要求,系統的運用所掌握的數學方法 解決實際問題,是充分發揮創新能力,將成熟的理論和技術運用到實際中的過程 。 這一過程 可以培養參賽者的創新能力、應用能力、團隊合作精神等素質,這些素質 都是創新型應用人才的必備素質,因此數學建模競賽在創新型應用人才培養方面發 揮著不可替代的巨大作用。我院 作為公安干警最主要的輸出地之一,結合自身特點 和教學師資力量,在其他院校已有模式的基礎上,建立了以數學建模競賽為平臺的 1+3+1公安創新型應用人才培養模式。以數學建模競賽為平臺的 1+3+1公安創新型應用人才培養模式, 集選拔、 培訓、 競賽為一體,分階段分層

3、次的實施,不斷地加強學生的專業素質、創新能力、應用 能力的培養,同時也提升了學生快速查閱資料的能力、團隊合作能力和自身身體素 質。在此模式下我院在全國大學生數學建模競賽中取得的成績也日益提升,參加競 賽 4年來,共取得了國家二等獎 4項,山東賽區一等獎 3項、二等獎 13項、成功參 賽獎 6項。從而為公安隊伍培養了一批公安創新型應用人才,因此以數學建模競賽 為平臺的 1+3+1公安創新型應用人才培養模式,既是切實可行的又是行之有效的公 安人才培養模式。關鍵詞:數學建模競賽;公安創新型應用人才;人才培養模式全國大學生數學建模競賽創辦于 1992年, 每年一屆, 目前已經成為全國高校最 大規模的基

4、礎性學科競賽。數學建模競賽對提高在校大學生的綜合素質,培養創新 型應用人才,促進學校教學建設和教學改革有重要的作用。目前,新形勢下公安工 作中存在著許多問題,如民警業務能力差,面對新形勢下的新問題創新應變能力低 等。我校作為山東省內唯一一所警察院校,每年都需向公安隊伍輸送源源不斷的高 素質人才,面對新形勢下公安隊伍急需創新型應用人才的現狀,我們迫切需要加強 對這方面的研究,研究踐行以數學建模為平臺的公安創新型應用人才培養模式。 1公安工作現狀目前公安工作面臨著更加復雜嚴峻的形勢。 一是隨著社會經濟的快速發展, 城 鄉結構、就業結構、社會階層結構和社會組織形態發生的重大變化,導致了城鄉差 距以及

5、社會成員之間的收入分配差距的不斷擴大。招商引資,道路升級建設等等, 涉及到征地拆遷、環境污染、分配不均等問題和當前物價上漲等引發的各類社會矛 盾重疊,極易誘發群體性事件,已經成為影響社會治安的重要因素;二是隨著交通 設施的逐步完善,人流量、車流量的劇增,對社會治安帶來了嚴重的沖擊, “兩搶一 盜” 、 “流竄犯罪”等現象有上升的趨勢,加重了社會的不安定因素;三是加強社會 治安防控體系建設迫在眉睫。當前社會治安防控體系建設,尤其在人防、物防、技 防建設方面與新的社會治安形勢及新的情況、新的問題不相適應,這將給不法分子 留下較大的犯罪空間;四是社會管理創新是當前公安機關面臨的重大難題。對公安 機關

6、職責內的流動人口管理服務、行業場所管理服務、特殊人群的幫教管理等方面 的創新提出了新的課題。從根本上說, 最核心的問題則是公安隊伍中缺乏創新型應用人才, 創新型應用人 才可以直面現實工作中的具體問題,根據已有的方式和思路,創造性的提出新的思 路解決公安工作中的現實性問題如,針對人流量、車流量的劇增問題,可以利用數 學建模“河流模型” ,在地區的街道圖上,可以合理利用現有的道路資源,緩解交通 壓力;對于公安民警警力不足的現象,可以通過數學建模的“資源合理配置”思想, 將現有警力最大限度的, 合理的投入實際案件, 以緩減人員不足而造成的尷尬境況 。 所以綜上所言,依據當前公安工作的現狀及面臨的形勢

7、,要想解決其中的問題, 必須加強公安隊伍創新型人才的培養,而公安創新型人才的培養,需要通過數學建 模這個平臺,讓廣大公安院校大學生熟練掌握相關的建模思想和建模知識,為以后 的工作,打下堅實的理論知識基礎。2創新型應用人才創新型人才是指富于開拓性,具有創造能力,能開創新局面,對社會發展做出 創造性貢獻的人才。通常表現出靈活、開放、好奇的個性,具有精力充沛、堅持不 懈、注意力集中、想象力豐富以及富于冒險精神等特征。具體有以下幾個特征:(1 有很強的好奇心和求知欲望; (2有很強的自我學習與探索的能力; (3在某一領 域或某一方面擁有廣博而扎實的知識,有較高的專業水平; (4具有良好的道德修 養,能

8、夠與他人合作或共處; (5有健康的體魄和良好的心理素質,能承擔艱苦的 工作。需要具備人格、智能和身心三方面基本要素。 1應用型人才則是把成熟的技術和理論應用到實際的生產、 生活中的技能型人才。 2要求具備以下素質:(1能夠洞察先機具有敏銳的反應能力(2談吐自如應對得 當(3良好的生活習慣、身體素質和意志品質(4有良好的團隊精神和合作精神 (5有領導才能、敬業樂群(6有創新意識和強烈的求知欲望(7良好的環境適 應能力和與人交往能力。創新型應用人才就是指 富于開拓性、具有創造能力,同時能熟練的把成熟的技 術和理論應用到實際的生產、生活中的技能型人才。同時具有創新型人才和應用型 人才的優秀素質品質。

9、在實際生產、生活中,這種復合型技能人才,可以熟練地運用已有的技術和理 論,將所學所會應用于實際生產實踐中,面對實踐中所出現的新情況和新問題,勇 于創新,運用創新性的思路,采用創造性地方式解決新問題。在全面建設小康社會, 實現中華民族偉大復興的關鍵時期,無論是在經濟建設還是在政治體制改革上,這 種創新型應用人才都發揮著不可替代的巨大的作用。新形勢下創新型應用人才將對 公安工作的改革與轉型產生巨大的影響,培養公安創新型應用人才已迫在眉睫。 公安院校作為公安民警的最大的源泉,也是公安人才最大的產出地,需根據公 安工作現狀和需求,為公安隊伍輸送人才,即建立健全新型的創新型應用人才培養 模式已刻不容緩。

10、3數學建模與數學建模競賽描述一個實際現象可以有很多種方式,如文學,相片等等。但為了使描述更具 邏輯性, 客觀性和科學性, 人們采用一種普遍認為比較規范的語言來描述各種現象, 這種語言就是數學。使用數學語言描述的事物就稱為數學模型。數學模型(Mathematical Model是一種模擬,是用數學符號、數學式子、程 序、 圖形等對實際課題本質屬性的抽象而又簡潔的刻劃, 它或能解釋某些客觀現象, 或能預測未來的發展規律,或能為控制某一現象的發展提供某種意義下的最優策略 或較好策略。數學模型一般是實際事物的一種數學簡化,多數情況下并非現實問題 的直接翻版,常是以某種意義上接近實際事物的抽象形式存在的

11、,它的建立常常既 需要人們對現實問題深入細微的觀察和分析,又需要人們靈活巧妙地利用各種數學 知識。這種應用知識從實際課題中抽象、提煉出數學模型的過程就稱為數學建模 (Mathematical Modeling。 3全國大學生數學建模競賽是中國工業與應用數學學會和國家教育部高教司共同 舉辦的面向全國大學生的群眾性科技活動。競賽題目一般源自于工程技術和管理科 學等方面經過適當簡化加工的實際問題,不要求參賽者預先掌握專業知識,只需要 學過普通高校的數學課程完成一篇包括模型的假設、建立和求解,計算方法的設計 和計算機實現,結果的分析和檢驗,模型的改進等方面的論文。競賽評獎以假設的 合理性、建模的創造性

12、、結果的正確性和文字表述的清晰程度為主要標準。競賽大 學生以隊為單位參賽,每隊 3人,專業不限需在給定的三天時間內完成題目并寫作 成論文提交。數學建模競賽是將理論與實際相結合,將理論知識運用于實踐的過程,在這一 競賽過程中可以培養參加者的素質和能力,主要包括(1創新意識和創造能力(2 快速獲取信息和資料的能力(3勇于參與的競爭意識和不怕困難、奮力攻關的頑強 意志(4運用所學分析和解決實際問題的能力(5增強寫作技能和排版技術訓練 人的邏輯思維和開放性思考方式(6利用計算機求解數學模型的能力(7關心、 投身國家經濟建設的意識和理論聯系實際的學風。 3 4由此可見數學建模競賽對培養創新型應用人才具有

13、不可替代的作用,通過參加 可以提高參賽者的創新能力和將所學應用到實際問題的能力,這一切正是創新型應用人才的基本素質。由此以數學建模競賽為平臺的公安創新型應用人才培養模式的 建立是有理論根據的。4公安院校大學生與數學建模競賽在全國 34所公安院校中, 參加全國大學生數學建模競賽的僅有五所院校。 許多 參加過數學建模競賽的畢業學生都說:“畢業到基層單位工作以后, 在學校學的許多 知識都忘掉了, 但是在數學建模過程中所學到的能力卻沒有忘。 ” 正是有了這種創新 能力和將理論應用到實際生活工作的能力,使得他們在公安工作中無論遇到什么困 難和怎樣艱巨的問題,他們都能夠正確的分析問題,創造性的找出解決辦法

14、,使得 困難迎刃而解。參加過數學建模競賽的公安大學生,在走上工作崗位之后,多數都 成為有用性的人才,為公安建設事業做出了偉大的貢獻。5數學建模競賽對培養公安創新型應用人才的作用二十一世紀,是一個知識創新與信息交換的時代,高等教育要求全面適用現代 化建設對各類人才培養的要求,培養大學生創新能力,然而,就目前來看,大部分 大學生缺少創新能力和實踐能力,面對生活中的簡單問題很難利用數學方法解決, 然而數學建模競賽變為我們這些公安大學生提供了一次鍛煉的機會。數學建模競賽要求參賽者根據所給的題目要求,系統的運用所掌握或所查到的 數學方法解決實際問題,是將成熟的理論和技術運用到實際生活生產中的過程。公 安

15、大學生在參加這一競賽的過程中,可以增強快速獲取信息和資料的能力,組內之 間進行團結協作,根據世界前沿有關技術的發展現狀,運用這一或這些理論技術, 進行創新,采取新思路和新方法,解決實際問題。數學建模競賽對培養公安創新型 應用人才有以下作用:(1提高公安大學生發現問題和應用計算機的能力數學建模需運用數學知識和實際生活經驗解決生活中的問題,培養的是學生發 現問題和解決實際問題的能力。在建立模型的過程中,學生所面臨的最重要的問題 是在雜亂無章的現象中如何提取問題,并尋找思路對問題進行解答,因此通過這種 鍛煉,會在不知不覺中提高同學們發現問題本質、抓住問題要點的洞察能力,針對 問題建立數學模型,一般通

16、過計算機來編寫程序進行分析,使用相關的數學軟件如 MATLAB 、 SPSS 等來繪制函數的圖像,對數據進行分析處理,這樣在學生解決數學問 題的同時,提高了應用計算機的能力,提高了公安大學生的業務素質。(2培養公安大學生的創新能力數學建模不同于傳統的教學數學,在競賽中,它的問題大多切合實際的熱點和 生活,并且沒有絕對的標準答案,這就給大學生提供了非常廣闊的空間,讓他們發 揮自己的想象力、創造力。培養大學生的創新意識、創新能力,讓學生在從未遇到 的問題上開動腦筋、拓展思路,針對同一問題,構建不同的數學模型。在以后參加 公安工作的過程中,可以根據具體的情況,采用創造性的思路解決問題。(3數學建模可

17、以幫助大學生擴展思維,靈活的處理生活實際問題如今的公安大學生大多都偏重于文科的學習,例如:歷史、法律、政治等等, 這些理論固然重要,但在實際生活工作中更多的是要求他們靈活的去處理生活中的 案件問題,這就需要我們擁有敏銳的思維,例如,當某地發生交通事故時,我們通 過錄像可以觀察出車流量、時間、地點等要素,而僅僅這些要素是不夠的,還需要 理論的分析提出解決的辦法。(4增強團隊精神和協作能力在參賽解決具體問題的過程中,組內三人面對問題難免會有思路和想法上的沖 突、碰撞,經過相互交流,形成統一的意見并付諸行動,分工合作得出結論,增強了團隊精神和合作能力,而團隊精神是新時期人才的必備素質之一,經過數學建

18、模 的鍛煉為日后成為創新型應用人才奠定了基礎。6我校公安創新型應用人才培養模式我校在其他院校模式的基礎上,結合我校有關課程設置特點,建立了有我校特 色的以數學建模競賽為基礎的 1+3+1創新型應用人才培養模式。首先,在全校范圍內,通過自主報名、競賽考核的形式,選拔對數學建模感興 趣的人才,即模式中的 1。通過競賽考核的形式,選取優秀學生進入數學建模小組, 有利于選拔對數學建模有興趣,并具有較強數學素養的人才。在此基礎上進行進一 步培訓,有助于優中選優,提高人才的素質和能力。降低成本、實現投入和產出的 最優比率,能夠最大限度的培養出具有創新能力的應用型人才。其次,對通過考核的人才進行了進一步的培

19、訓,提升其數學素養、創新能力及 應用能力,培訓共分為三個階段,即模式中的 3。第一階段,利用課余時間進行數學建模及相關計算機軟件的基礎性學習。通過 培訓,初步了解了數學建模的基礎性知識,有關建模方法如回歸分析、線性規劃、 層次分析法、曲線擬合等,還有有關基礎數學模型如時間序列模型、最優化模型、 模糊數學模型、灰色系統理論等。學習了有關數學軟件如 MATLAB 、 SPSS 的基礎性使 用,提升了利用數學軟件解決問題的能力。為以后參加數學建模競賽提供了必要的 知識儲備。在此階段,同學們之間相互了解相互幫助,為以后組隊進行數學建模競 賽打下了良好的友誼基礎。通過第一階段的培訓,將成熟的理論知識和技

20、術掌握在 手,為日后應用于實際問題的解決提供強大的后盾。我們在此階段的培訓中,體會 到了數學建模的魅力,了解了有關專業性基礎性知識,也發現了自己的不足,為以 后彌補不足,進而進行建立數學模型的具體操作打下了堅實的基礎。第二階段,利用暑假時間到山東省內數學建模領袖院校山東大學進行暑期 集訓,進一步提高專業素質和數學能力。山東大學為培養在校大學生的數學綜合素 質和建模創新實踐能力,在數學學院成立了以劉保東為總教練的數學建模競賽指導 教練組,設立了數學建模校級創新實驗室,并面向全校在校大學生相繼開設“數學 建模”通選課(初、高級班 、 “數學建模與數學實驗”暑期學校等建模方法與技能 培訓課程。 這些

21、課程以全國大學生數學建模競賽為依托, 以解決實際問題為切入點, 緊緊圍繞數學建模基本方法、數學實驗與計算機編程求解、科技文獻檢索與閱讀、 競賽論文寫作等進行系統、全面的知識傳授與課后訓練。近 5年來,山東大學在此 模式培養下,先后有 5000余人參加數學建模課程學習和培訓,有 347個隊 1141人 參加全國數學建模競賽,共獲得國家一等獎 16項,二等獎 25項,在國內各大高校 中名列前茅。我校暑期參加的就是山大的暑期培訓班,在此過程中貼近體驗山東大 學培養模式學習經驗尋找差距,提高自身能力和素養。創新性應用人才的要求之一 便是具有某一領域的專業性知識,熟練掌握理論知識,通過暑期培訓學習增加專

22、業 知識的儲備,加深了對部分數學建模方法的理解,提升了自身數學素養。暑假期間 進行為期半個月的集中培訓,同學們吃住一起,彼此之間增進了了解,加深了友誼, 鍛煉了同學們的人際交往能力和溝通能力。利用暑假的時間進行集中培訓,能使同 學們將全部精力投入數學建模學習中,增強了學習效率。第三階段, 在全國大學生數學建模競賽的前半個月, 進行全面的集中模擬訓練。 進行賽前集訓,首先,以小組為單位,針對具體題目評析往年優秀論文,分析所用 方法和思路的優點和缺點,并在原論文上提出改進意見。這一過程中進一步提升同 學們對具體方法的理解和運用,以及團隊合作能力。通過對典型論文的分析促使同 學們尋找新思路,在原有基

23、礎上進行創新型思維,提高創新能力。與此同時,可以進一步了解具體的建模方法和思路是如何應用于實際問題的，提升應用能力。其次 進行二次模擬競賽的訓練，模擬真實競賽的三天三夜的奮戰，實現組內的磨合，體 驗團結協作共同奮斗。在面對真正具體的題目時，切實感悟從實際中分析資料，將 正確對應的理論應用于實際問題中提升應用能力。針對具體的問題從書本和網上海 量的數據和資料中，尋找自己所想用的資料，創新思維解決題目所給的問題，鍛煉 了創新能力。同時三天三夜的奮戰工作，不僅是對組內三個人的數學素養知識能力 的考驗，更是對三個人合理安排時間能力的考驗，也是對身體素質的極大的考驗， 三天三夜，看似時間不短，實際則不長

24、，三天里常需要熬夜，是對身體素質的極大 考驗。 最后，也是終極階段，便是參加為時三天三夜全國大學生數學建模競賽，便是 模式中的 1。針對競賽題目進行選題思考，最終以創造性的思維將理論應用于實際 的競賽論文中，得出相應的結論。在這一比賽中，團隊三個人相互合作，既有激烈 的爭論，又有默契的配合，是對團隊合作能力和合作精神的鍛煉。當今社會無論是 何種工作都離不開相互配合相互協作， 具有團隊精神和團隊協作能力顯得尤為可貴。 而數學建模恰恰可以很好的鍛煉這種能力。 7 1+3+1 模式取得成果 我院自 2010 年以來建立了以數學建模競賽為基礎的 1+3+1 公安創新型應用人才 培養模式，并開始參加全國

25、大學生數學建模競賽。我院舉辦過三屆學院內數學建模 競賽，第一屆三百多人、第二屆二百多人、第三屆五百多人報名參加選拔競賽，三 屆總計參加的同學約 1100 多人，同學們的參加熱情高漲，競賽的受益面也不斷地擴 大。 參加全國大學生數學建模競賽的四年以來，我院培養的人才規模的日益擴大， 正式參賽的人員數量也逐年增加，由最初的二支代表隊、增加到六支代表隊、八支 代表隊、2013 年達到十支代表隊。競賽期間，參賽隊員們頑強拼搏，團結協作，經 過三天三夜連續七十二小時的艱苦奮戰，都取得了令人滿意的成績。競賽成績逐年 提高，第一次參賽我院只收獲了省級三等獎和成功參賽獎，第二年就奪得了 1 項全 國二等獎、3

26、 項省級二等獎和 2 項成功參賽獎，2012 年獲得了更好的成績，2 項全 國二等獎、4 項省級二等獎和 2 項成功參賽獎，2013 年的成績整體得到總的提升， 取得了 1 項全國二等獎、3 項省級一等獎和 6 項省級二等獎。 就我們小組自身而言， 我們參加了 2013 年 “高教杯” 全國大學生數學建模競賽， 選取了 A 題車道被占用對城市道路通行能力的影響作為參賽題目，針對具體的 城市道路道路通行能力問題，我們首先查閱了相關文獻資料，了解了車道占用對道 路實際通行能力影響的實際情況。確立了以下思路： 針對問題一，根據相關文獻資料和視頻 1 的實際情況確定有關修正系數，并根 據視頻分析結果，

27、建立道路實際通車能力計算模型，計算事故發生至撤離期間單位 時間實際通行能力，得出事故發生至撤離期間道路的實際通行能力不斷波動下降的 結論。針對問題二，對視頻做出處理，并利用問題一構建的模型計算得出其道路實 際通行能力。整合視頻 1、2 中的道路實際通行能力變化情況，對比分析得出占用不 同車道對道路實際通行能力的影響。針對問題三，建立多項式擬合模型和多重線性 回歸分析模型。建立多項式擬合模型，利用 MATLAB 進行多項式擬合得出單位時間 內上游車流量和通過事故橫斷面的交通量之間的函數關系式。根據視頻統計每次擁 堵單位間隔時間的車輛排隊長度和路段上游標準車流量，進而利用上游車流量與橫 截面處實際通行能力的函數關系,求出對應的橫截面處實際通行能力。 建立多重線性 回歸分析模型，利用 MATLAB 擬合出車輛排隊長度和事故橫斷面實際通行能力、事故 6 持續時間、路段上游車流量間的關系式。針對問題四，利用速度公式計算車輛排隊 到上游路口所需時間。車輛排隊長度達到上游路口，即車輛自事故發生橫斷面處開 始擁堵直至達到上游路口，使車輛完全排滿 140m 所用時間。假設事故發生橫斷面處 實際通行能力為最小實際通