数学建模的影响评价模型.docx

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数学建模的影响评价模型

数学建模竞赛对提升人才培养质量的影响评估模型

摘要

随社会的进步科学技术的发展，当代社会对于人才数量以及质量的需求度越来越高。

全国每年都举办一次高校大学生数学建模竞赛，其目的即通过竞赛来锻炼大学生从而得到其质量上的提升。

数学建模意义非凡，就其增长规模来看，它的影响可谓深远。

本文针对数学建模建竞赛对提升人才培养质量的影响，从其对人才质量得到提升的多少进行评价。

首先，该竞赛对提升人才培养质量影响的因素本文分条提出，并且阐述了客观理由。

文章具体通过人才培养质量在数学建模竞赛中，人才能够得到的各项能力的不同提升，采用层次分析法建立了简单的数学模型。

其次，利用1-9标度法则，将不易定量分析的思维判断有效地数量化。

然后用一致性指标检验1-9标度法则的问题转化是否合理。

利用计算机软件计算出矩阵的特征向量。

计算得出各个因素的权重。

通过数据定量性比较，得出该竞赛在对于人才培养质量中参赛个人质量提升方面的影响最大，影响程度达到0.5765。

对总体教育培养质量的提升程度为0.2293，对课程培养质量的影响程度为0.1376，对培养环境质量的影响程度为0.0566。

最后，在人才本身质量提升方面本文同样建立模型，得出人才质量在创新能力、团队协作能力以及自学应用能力中得到提升最多，分别占总的22%、23%、18%，其他质量的提升也占一定比例。

可见，该竞赛对提升人才培养质量上的影响之显著。

关键字：

模糊层次分析法一致性检验权重定量比较提升质量

一、问题重述

就我国而言，1992年我国举办首届全国大学生数学建模竞赛（CUMCM），1994年该项赛事被正式列为国内大学生四大赛事之一。

在有力的推动下，数学建模竞赛的规模不断扩大，参加人数的不断增加，其发展规模以年均30%的速度增长，至少有280多万的学生在竞赛的各个层面上得到了培养和锻炼，而这也使得数学建模竞赛逐渐成为全国高校规模最大、影响最广、持续时间最长的课外科技活动。

随科技发展，数学的应用愈广泛，作用愈大。

社会不仅需要越来越多有扎实数学功底的技术人才，更需要大量善于通过构造数学模型解决实际问题的人才。

数学建模竞赛正是为此提供人才培养、锻炼的有效平台，大学生在其中得到各方面质量的提升。

并且社会各界对于经历过数学建模竞赛人才也有普遍的关注和一定的肯定，更甚有专家、学者对此进行研究后提出“一次参赛，终生受用”的观点，可见数学建模竞赛对提升人才培养质量的影响之广。

结合以上的叙述，选择适当的因素，通过建立数学模型，利用互联网资料，客观、定量地评价数学建模竞赛对提升人才培养质量的影响。

二、模型假设

假设1：

影响提升人才培养质量的因素有很多，假设其中数学建模竞赛对此的影响从四个方面的因素指标分析：

个人因素、教学因素、课程因素、环境因素。

其他因素不考虑。

假设2：

数学建模竞赛期间人才培养质量可得到提升的项目有：

个人的创造能力及创新意识,自学能力及应用实践能力,适应能力等。

假设3：

评价具有客观性。

假设4：

调查数据真实可靠。

三、符号说明

：

表示目标；

：

表示评价因素；

：

表示

对

的相对重要性数值；

：

表示判断矩阵；

：

表示判断矩阵每一行元素的乘积；

：

表示

的

次方根；

：

表示判断矩阵所求得的特征向量；

：

表示判断矩阵的特征根；

：

表示向量

的第

个元素；

：

表示判断矩阵的一致性指标；

：

表示判断矩阵的随机一致性比率；

：

表示判断矩阵最大特征根的平均值；

：

表示判断矩阵的平均一致性指标。

表1：

标度

定义

含义

1

同样重要

两元素对某准则同样重要

3

稍微重要

两元素对某准则，一元素比另一元素稍微重要

5

明显重要

两元素对某准则，一元素比另一元素明显重要

7

强烈重要

两元素对某准则，一元素比另一元素强烈重要

9

极端重要

两元素对某准则，一元素比另一元素极端重要

2，4，6，8

相邻标度中值

表示相邻两标度之间折中时的标度

1，1/2,……1/9

反比较

元素i对元素j的标度为aij，反之为1/aij

1-9表读法则符合人的认识规律，有一定的科学依据。

从人的直接判断能力看在区分事物数量差别时，习惯使用相同、稍强、强、明显强、绝对强等判断语言。

根据心理学试验表明，多数人对不同事物在相同准则上的差异，其分辨能力介于5-9级之间，1-9标度反映了多数人的判断能力。

Saaty将1-9标度方法和其它标度方法进行对比，大量模拟实验证明，1-9标度是可行的，与其它标度方法比较，能更有效地将思维判断数量化。

表2（RI）：

n

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

RI

0

0

0.58

0.90

1.12

1.24

1.32

1.41

1.45

1.49

1.51

C.I=

;

C.R=

C.I越大，偏离一致性越大。

反之，偏离一致性越小。

判断矩阵的阶数m越大，判断的主观因素造成的偏差越大，偏离一致性也就越大，反之偏离一致性越小。

当阶数m小于等于2时，C.I=0判断具有完全一致性，因此引入平均随即一致性指标R.I,并且一致性指标与其比较，得一致比率

C.R=

四、模型建立与求解

问题1：

影响提升人才培养质量的因素：

1.个人因素：

a.个人的创造能力及创新意识

b.个人对于团队的组织与协调能力

c.个人的自学能力

d.个人严谨的治学态度对数学学习的兴趣

e.个人的适应能力

f.个人的意志和增强锻炼身体的意识

g.个人的计算机使用能力；

理由：

作为个人，具有主观能动性，在竞赛过程中，参赛者的唯一目的是尽力寻求最适当的解决方法，尽力寻求好的创意，把实际问题解决掉，在这一过程中，需要考验参赛者本人的很多方面，个人的能力体现以及综合表现是数学建模竞赛的最终表现结果，也是该竞赛的目的及意义。

2.教育因素：

a.智育与德育的重视度

b.专业知识与综合知识的重视度

c.知识传授与实践动手的重视度

d.知识再现与独创思维的重视度

理由：

教师是学生学习知识的最好向导，教师的教学思想、教学方法、教学手段直接影响学生应用创新能力的发展，与之相适应，教师要有运用现代教育技术的能力，加强教师数学创新思维的培养，让老师有更多的时间去思考如何让书本上的知识和思想变成学生自己的东西，同时也要加强专业数学课程体系的建设

3.课程因素：

a.课程安排方式

b.内容改革

c.教师水平的提升

理由：

学校现行的某些制度不利于学生创新能力的培养，现行教育中流行的应试教育迫使学生对标准答案的追求，忽视了学生发散思维和创新能力的培养。

4.环境因素：

校园周边环境对学校学习风气的影响

理由：

周围环境对学生数学应用能力和创新能力起着促进或抑制作用，假如周围环境有利于个人的发展，则其起着促进作用，相反，其起着抑制作用；还有，每个人的成功都不是一蹴而就的，都需要长期的坚持和奋斗而得以实现。

问题2：

根据问题1所确定的影响因素，建立能够客观、定量地评价数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的数学模型

表3：

A

数学建模竞赛对提升人才培养质量的影响

B1个人因素

C1个人的创造能力及创新意识

C2个人对于团队的组织与协调能力

C3个人的自学能力

C4个人严谨的治学态度对数学学习的兴趣

C5个人的适应能力

C6个人的意志和增强锻炼身体的意识

C7个人的计算机使用能力

B2教育因素

C8智育与德育的重视度

C9专业知识与综合知识的重视度

C10知识传授与实践动手的重视度

C11知识再现与独创思维的重视度

B3课程因素

C12课程安排方式

C13内容改革

C14教师水平的提升

B4环境因素

C15校园周边环境对学校学习风气的影响

构造第一层模型：

根据1-9表读法则对指标层进行两两比较，得到四个比值ui/u1,ui/u2,ui/u3ui/u4（i=1,2,3,4），构成一个4行4列的判断四个因素重量的判断矩阵P。

P=

设次四个因素所组成的向量为w=

P·w=

·

P=

=

=

元素aij>0（正矩阵）,I,j=1,2,3,4并且满足下列两个条件:

（1）aii=1,

（2）aij=

分析此矩阵为互反矩阵

根据查阅资料显示及常识判断，，如下表所示：

表4:

个人因素

教育因素

课程因素

环境因素

个人因素

1

3

5

7

教育因素

1/3

1

5/3

5

课程因素

1/5

3/5

1

3

环境因素

1/7

1/5

1/3

1

P=

根据互反矩阵A计算特征向量及特征值

运用MATLAB

W=

=4.0735

验证P的一致性

查表2得R.I（4）=0.89

C.I=

=0.0245<0.10

C.R=

=0.0275<0.10

此矩阵的一致性可以接受

表5：

个人因素

教育因素

课程因素

环境因素

0.5765

0.2293

0.1376

0.0566

综合以上数据：

评价数学建模竞赛对提升让人才培养质量影响，通过层次分析法，及权重，判断数学建模对于人才培养的哪方面的质量影响最多，第一层模型的构建，分析四个因素对目标（数学建模竞赛对提升人才培养质量影响）的重要性，通过其权重得到比较其中个人因素占有57%，为最重要的，换个角度思索，数学建模竞赛对提升人才培养质量影响中，对于人才培养质量的个人方面的影响力度大。

以下对个人因素构造模型，判断出其重要因素。

构造第二层模型：

根据1-9表读法则对个人因素的准则进行两两比较，得到7个比值vi/v1,vi/v2,vi/v3，vi/v4，vi/v5,vi/v6,vi/v7（i=1,2,3,4,5,6,7），构成一个

7行7列的判断四个因素重量的判断矩阵P。

P=

设七个因素所组成的向量为w=

P·w=

·

P=

=

=

元素aij>0（正矩阵）,I,j=1,2,3,4并且满足下列两个条件:

（1）aii=1,

（2）aij=

分析此矩阵为互反矩阵

根据查阅资料显示及常识判断，，如下表所示：

表6：

创造能力及创新意识

组织与协调能力

自学及应用能力

治学态度及兴趣

适应能力

意志与身体锻炼

计算机使用能力

创造能力及创新意识

1

1

9/7

9/5

9

9/5

9/3

组织与协调能力

1

1

9/7

9/5

9

9/5

9/3

自学及应用能力

7/9

7/9

1

7/5

7

7/5

7/3

治学态度

5/9

5/9

5/7

1

5

1

5/3

适应能力

1/9

1/9

1/7

1/5

1

1/5

1/3

意志与身体锻炼

5/9

5/9

5/7

1

5

1

5/3

计算机使用能力

3/9

3/9

3/7

3/5

3

3/5

1

P=

根据互反矩阵A计算特征向量及特征值

运用MATLAB，得出W=

=7

验证P的一致性

查表2得R.I（7）=1.32

C.I=

=0

C.R=

=0

此矩阵的一致性可以接受

表7：

创造能力及创新意识

组织与协调能力

自学及应用能力

治学态度及兴趣

意志与身体锻炼

计算机使用能力

适应能力

0.2308

0.2308

0.1795

0.1282

0.1282

0.0769

0.0256

同理一层再次对于个人因素的各个方面进行分析，通过其在于人才方面的重要性，得出提升个人创造能力及创新意识与团队组织与协调能力所占比重为22%，23%，

判断出数学建模竞赛对于人才培养质量的个人的创新能力及创新意识和个人的组织与协调能力的提升的作用最大。

根据相关权威数据（数据来源：

年份

参赛学校（所）

参赛队数（个）

1992

79

314

1993

101

420

1994

196

867

1995

259

1234

1996

337

1683

1997

373

1874

1998

400

2103

1999

460

2657

2000

540

3500

2001

550

4000

2002

590

4500

2003

640

5500

2004

740

7000

2005

810

8200

2006

860

9800

2007

950

11500

2008

970

13000

2009

990

14000

2010

1197

17317

从上图中，能够明显看出，数学建模竞赛的规模的壮大。

引用马克思主义原理，由量变引起质变也完全适用于此。

数学建模竞赛对人才的培养质量必然提高，而培养质量的提高正是其影响扩大的充分因素。

以上数据以及说明正是非数学性质的客观、定量的评价。

可见，本文假设的数学模型具有一定正确性和实用性。

问题三:

以延安大学为例，用问题2所建立的评价模型对数学建模竞赛进行评价，给出具体的评价结果，并对评价结果做出合理的解释

根据问题1确定的影响因素，大学生数学建模竞赛对大学生应用能力和创新能力等的培养都有很大影响，在此我们以大学生数学建模竞赛为实例，采用问题2建立的模型，过程如下：

同样根据1-9表读法则对指标层进行两两比较，得到四个比值ui/u1,ui/u2,ui/u3，ui/u4（i=1,2,3,4），构成一个4行4列的判断四个因素重量的判断矩阵P。

P=

设次四个因素所组成的向量为w=

P·w=

·

P=

=

=

元素aij>0（正矩阵）,I,j=1,2,3,4并且满足下列两个条件:

（1）aii=1,

（2）aij=

分析此矩阵为互反矩阵

根据调查表所得的数据得下表

表8:

组织与协调能力

自学及应用能力

意志和增强锻炼身体的意识

创造能力及创新意识

组织与协调能力

1

9/5

3

1

自学及应用能力

5/9

1

5/3

5/9

意志和增强锻炼身体的意识

1/3

3/5

1

1/3

创造能力及创新意识

1

9/5

3

1

P=

根据互反矩阵A计算特征向量及特征值

运用MATLAB

W=

=

4验证P的一致性

查表2得R.I（4）=0.89

C.I=

=0

C.R=

=0

此矩阵的一致性可以接受

表9：

组织与协调能力

自学及应用能力

意志和增强锻炼身体的意识

创造能力及创新意识

0.3462

0.1923

0.1154

0.3462

问题四:

以全国英语演讲比赛为例，用问题2所建立的评价模型对其进行评价，指出两种竞赛在提升人才培养质量方面存在哪些主要差异

根据各方面的资料了解，英语演讲比赛对人才培养质量有以下四方面的提升：

演讲能力、英语口语表达能力、英语应用能力、现场应变能力。

同样根据1-9表读法则对指标层进行两两比较，得到四个比值ui/u1,ui/u2,ui/u3ui/u4（i=1,2,3,4），构成一个4行4列的判断四个因素重量的判断矩阵P。

P=

设次四个因素所组成的向量为w=

P·w=

·

P=

=

=

元素aij>0（正矩阵）,I,j=1,2,3,4并且满足下列两个条件:

（1）aii=1,

（2）aij=

分析此矩阵为互反矩阵

根据调查表所得的数据得下表

表8:

演讲能力

英语口语表达能力

英语应用能力

现场应变能力

演讲能力

1

7/9

7/5

7/3

英语口语表达能力

9/7

1

9/5

3

英语应用能力

5/7

5/9

1

5/3

现场应变能力

3/7

1/3

3/5

1

P=

根据互反矩阵A计算特征向量及特征值

运用MATLAB

W=

=4

验证P的一致性

查表2得R.I（4）=0.89

C.I=

=0

C.R=

=0

此矩阵的一致性可以接受。

表9：

演讲能力

英语口语表达能力

英语应用能力

现场应变能力

0.2917

0.3750

0.2083

0.1250

主要差异：

数学建模竞赛侧重于培养、锻炼人才的创造能力、团队协作能力、数学实际应用能力、对复杂问题的分析推理的逻辑思维能力等；而英语演讲比赛则侧重于培养、锻炼人才对英语的口语表达能力，英语应用能力，还有非常重要的口才。

并以此向学校教学管理部门写一封建议信，促进学校的才培养再上新台阶。

写给学校教学管理部门的建议信

尊敬的领导：

您好！

我是***学院的***学生，经过我和两位同学建立的数学模型，我们评价了数学建模竞赛和英语演讲比赛分别对提升人才培养质量方面所存在的差异。

我们认为数学建模竞赛重在培养人才创造能力、团队协作能力、数学实际应用能力、对复杂问题的分析推理能力；而英语演讲则重在锻炼人才语言方面的软实力。

从现在社会对人才的需求来说，社会渴求大学培养出的更多的是十字型全方位人才。

这类人，思考问题更灵活更有新意，对知识的应用能力也较强，活学活用伸缩自如。

在大学，对人才的专业性培养较深入。

例如学政法专业的对数学的接触，学物理专业的对英语的应用等等，粗看对其专业无多少关联，但毋庸置疑，人才的某些能力方面相较专业性人才必有欠缺。

我们的建议是，在理工科方面可以多鼓励、支持一些类似英语演讲比赛的活动，在文科方面可以多开设关于数学建模一类的具有趣味性活动。

如此，在学校对人才的培养中，人才质量必然得到各方位提升，加强已有能力锻炼缺补能力，成为更高质量人才。

这样对学校而言，可算作一种大众精英化教育，为人才提供锻炼平台，为人才培养质量的提升提供有机土壤。

最后，祝愿学校的人才培养能够做出突破，再上新台阶！

此致

敬礼！

学生：

***

2011-5-21

五模型的评价

我们的模型简单易懂，通过建立层次分析模型，分析得出影响因素对目标的权重。

但是，我们的模型缺少详细的调查数据，不能很好的反映实际情况。

六模型的推广

此模型的方法和思想对其他类似问题也适用，因此在资源分配、选优排序、政策分析、决策问题等领域得到广泛的应用。

七参考文献

[1]姜启源.谢金星.叶俊.数学模型（第三版）.高等教育出版社.2003

[2]戴明强.李卫军.杨鹏飞.数学模型及其应用.科学出版社.2007

[3]<<论数学建模与创新技术应用型本科人才培养>>,

[4]谢斌姚利民，《试析影响高校人才培养质量的因素研究》，1998年第4期：

17页

[5]<<科学组织大学生数学建模竞赛促进创新人才培养和数学教育改革>>,

[6]<<数学建模竞赛与学生综合素质的培养>>,

附：

评价数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素调查问卷

为了科学合理的确定大学生数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评价指标，促进我校教育教学迈上新台阶，并能培养出更加优秀、综合素质更高的学生，现以我校为例，面向学生、教师，分别进行抽样调查。

谢谢你的支持，祝你工作顺利，学习愉快！

调查信息区

你的身份：

□老师□学生

性别：

□男□女

所在学院：

所学数学课程：

问卷调查区

1.你认为下列关于数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定最关键的是（）

A.知识积累能力B.学习能力C.分析能力D.思维能力E.创造能力

F.组织协调能力G.逻辑能力H.实践能力I.表达能力J.跨学科解决问题能力

K身体素质

2.你认为知识积累能力方面数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定中最为关键的是（）

A.数学基础知识的掌握情况B.知识的归纳、总结能力

3.你认为学习能力方面数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定中最为关键的是（）

A.记忆力B.理解力C.学习计划和控制能力D.主动学习与独立学习能力

4.你认为分析能力方面数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定中最为关键的是（）

A.阅读理解能力B.直接思考与反向思考能力C.推理能力

5.你认为思维能力方面数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素培养评定中最为关键的是（）

A.空间想象能力B.直觉猜想能力C.归纳抽象能力D.演绎证明能力

6.你认为创造能力方面数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定中最为关键的是（）

A.情景想象能力B.设计能力C.论文写作能力

7.你认为在组织协调能力方面数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素培养评定中最为关键的是（）

A.组织能力B.授权能力C.冲突处理能力D.号召能力

8.你认为逻辑能力方面对数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定中最为关键的是（）

A.判断能力B.逻辑推理能力

9.你认为实践能力方面对大学生数学应用能力与创新能力培养评定中最为关键的是（）

A.数学与社会问题结合的能力B.利用数学解决实际问题的能力C.建立数学模型能力

10.你认为表达能力方面对大学生数学建模竞赛对提升人才培养质量影响的因素评定中最为关键的是（）

A.问题的重述能力B.数学思维表达的能力C.证明论述能力

11.你认为跨科解决问题能力对大学生数学应用能力与创新能力培养评定中最为关键的是（）

A.利用数学知识解决其它学科问题的能力B.不选

其它

建议

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