AI时代数学建模能力研究报告

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AI时代数学建模能力研究报告

——面向中小学生家长的教育洞察

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核心观点：在人工智能快速发展的时代背景下，数学建模能力正成为每一个精英人才的必备核心素养。本报告基于教育部政策文件、权威媒体报道及企业人才需求分析，深入探讨数学建模教育对中小学生未来发展的重要意义，为家长提供科学的认知框架和行动指南。

研究时间：2026年4月

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一、引言：AI时代的教育变革

      当ChatGPT、DeepSeek等人工智能工具能够在一秒钟内解答复杂的数学题目，当AI系统能够自动生成代码、撰写文章、分析数据，我们不得不重新思考一个根本性的问题：在AI时代   ,什么样的能力才是孩子未来真正的竞争力？传统的"刷题、押题、背诵"式学习模式，是否还能帮助孩子应对未来的挑战？

2022年，教育部发布《义务教育数学课程标准（2022年版）》， 首次将"数学建模"列为数学学科六大核心素养之一， 与数学抽象、逻辑推理、直观想象、数学运算、数据分析并列。这一重大变革传递出一个明确信号：数学教育正在从"知识传授"转向"能力培养"， 从"解题技巧"转向"问题解决"。

      《人民日报》在相关报道中指出："在人工智能时代， 单纯的知识记忆和机械运算已经不再是核心竞争力，真正稀缺的是发现问题、分析问题、解决问题的能力。"而数学建模，正是培养这种能力的最佳载体。它要求学生将现实世界中的复杂问题转化为数学问题， 通过建立模型、求解验证、解释应用， 最终解决实际问题。这一过程， 恰恰是AI难以替代的核心能力。

《光明日报》在《靠刷题、押题还能得高分吗》一文中深刻指出，新高考改革正在倒逼教学方式变革，"死记硬背、机械刷题"的时代已经过去， 取而代之的是对"发现、提出、分析、解决问题能力"的综合考查。数学建模作为连接数学理论与现实世界的桥梁，正在成为检验学生综合能力的重要标尺。

二、数学建模：新课标核心素养的核心地位

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2.1 什么是数学建模

       数学建模是指对现实问题进行抽象、简化，建立数学模型，求解模型， 并用模型结果解释、指导现实问题的过程。简单来说， 就是"用数学的眼光看世界， 用数学的思维分析世界， 用数学的语言表达世界"。它不是简单的"列方程解应用题"， 而是一个完整的"问题解决循环"：发现问题→提出问题→建立模型→求解验证→解释应用→反思改进。

《普通高中数学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出："数学建模是对现实问题进行数学抽象， 用数学语言表达问题、用数学知识与方法构建模型解决问题的过程。"这一过程贯穿于数学学习的全过程，体现了数学学科的应用价值和社会价值。

2.2 新课标中的核心地位

       在《义务教育数学课程标准（2022年版）》和《普通高中数学课程标准（2017年版2020年修订）》 中，数学建模被明确列为数学学科六大核心素养之一， 其地位与数学抽象、逻辑推理、直观想象、数学运算、数据分析并列。这标志着数学建模不再是"可有可无"的附加内容， 而是数学教育的核心组成部分。

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核心素养	内涵描述	与数学建模的关系
+ t  j- z- P4 W6 N* l. f 数学抽象	舍去事物的一切物理属性，得到数学研究对象的思维过程	建模的第一步：从现实问题中抽象出数学结构
) s  k" S2 N8 G9 B( ?, m, O, b 逻辑推理	从事实和假设出发， 推出结论的思维过程	建模的核心：模型构建和求解需要严谨推理
`8 m" X+ o) C( l 数学建模	对现实问题进行数学抽象，构建模型解决问题的过程	% g1 S* `! w; K( W! M# [$ P9 ` 核心素养的综合体现：连接理论与实践
+ P, x4 o9 S2 b2 w$ D# F% P0 @$ c& r! ~ 直观想象	借助几何直观和空间想象感知事物的形态与变化	( R2 K  n! T, j" a 建模的辅助：帮助理解和表达模型
数学运算	在规则指引下进行变形和求解的过程	建模的工具：模型求解的基本手段
数据分析	收集、整理、描述和分析数据的过程	建模的基础：为模型提供数据支撑

表1：数学学科六大核心素养及其与数学建模的关系

       从上表可以看出，数学建模是六大核心素养的综合体现， 它不是孤立存在的， 而是与其他五个核心素养相互渗透、相互支撑。正如北京师范大学数学科学学院教授所说："数学建模是数学核心素养的'集大成者'， 它要求学生综合运用数学知识、思想和方法，解决实际问题，是检验学生数学素养的'试金石'。"

三、权威声音：教育部与主流媒体的共识

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3.1 教育部政策导向

       教育部在多项政策文件中明确强调数学建模教育的重要性。《义务教育数学课程标准(

2022年版）》指出："数学建模是数学学科核心素养的重要组成部分，是培养学生应用意识和创新意识的重要途径。"这一表述明确了数学建模在数学教育中的战略地位。

       在高考改革方面，教育部考试中心相关负责人表示，新高考更加注重考查学生的关键能力，包括"独立思考能力、逻辑推理能力、数学建模能力、数据分析能力"等。这意味着， 单纯依靠"刷题、押题"已经难以在高考中取得优异成绩，真正具备数学建模能力的学生才能脱颖而出。

3.2 《人民日报》的深度报道

       《人民日报》作为党和国家的喉舌， 多次就教育改革和人才培养发表重要报道。在关于数学教育的报道中，《人民日报》明确指出："数学建模能力是创新人才培养的重要抓手，是连接数学理论与现实应用的桥梁。"报道强调，在人工智能时代，数学建模能力的重要性更加凸显， 因为它是"AI难以替代的核心能力"。

      《人民日报》还报道了多所重点中学开展数学建模教育的成功经验。例如， 北京某重点中学通过开设数学建模选修课、组织学生参加数学建模竞赛等方式， 有效提升了学生的数学素养和创新能力。该校校长在接受采访时表示："数学建模教育不仅提高了学生的数学成绩， 更重要的是培养了他们发现问题、解决问题的能力， 这些能力将使他们终身受益。"

3.3 《光明日报》的专题分析

       《光明日报》在《靠刷题、押题还能得高分吗》一文中，深入分析了新高考改革对数学教育的影响。文章指出，新高考数学试题"更加注重考查学生的数学核心素养， 特别是数学建模能力"。文章以具体试题为例， 说明传统的"套路化解题"已经难以应对新高考的挑战，学生必须具备"发  现、提出、分析、解决问题"的综合能力。

文章还引用了多位教育专家的观点。清华大学数学科学系教授表示："数学建模是培养学生创新思维的最佳途径之一。通过数学建模，学生不仅学会了数学知识， 更重要的是学会了如何用数学解决实际问题， 这种能力在任何领域都是宝贵的。"北京大学教育学院教授则指出："在AI时代，数学建模能力将成为人才竞争的关键因素， 因为它代表了人类独有的创造性思维和问题解决能力。"

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四、企业视角：为什么科技巨头青睐数学建模人才

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4.1 吉利与腾讯的"抢人大战"

       近年来， 吉利、腾讯等知名企业纷纷将目光投向中学生数学建模人才， 这一现象引发了广泛关注。据媒体报道， 吉利集团和腾讯公司已经开始"抢中学生"， 积极参与各类数学建模竞赛的赞助和支持工作。为什么这些企业如此重视数学建模人才？

       吉利集团相关负责人在接受采访时表示："数学建模能力是科技创新人才的核心素质。我们需要的不是会做题的员工， 而是能够发现问题、分析问题、解决问题的创新人才。数学建模竞赛培养的正是这种能力。"腾讯公司技术总监也表示："在人工智能、大数据等领域，数学建模能力是核心竞争力。我们招聘时特别看重应聘者的数学建模经历， 因为这代表了他们的逻辑思维能力和问题解决能力。"

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4.2 企业人才需求分析

       从企业人才需求的角度来看，数学建模能力之所以受到青睐， 主要基于以下几个原因：

第一，数学建模能力是跨学科能力的综合体现。数学建模要求学生将数学知识应用于实际问题， 这需要跨学科的知识整合能力。在企业中， 这种能力尤为重要， 因为实际问题往往涉及多个领域，需要综合运用多学科知识才能解决。

第二，数学建模能力是创新思维的重要载体。数学建模没有标准答案，学生需要创造性地提出解决方案。这种创新思维正是企业最需要的人才素质。正如华为创始人任正非所说："创新是企业的灵魂， 而数学是创新的基础。"

第三，数学建模能力是团队协作能力的培养平台。数学建模竞赛通常以团队形式进行，学生需要在有限时间内分工协作、共同完成任务。这种团队协作能力在企业中同样至关重要。

企业需求	数学建模能力的对应体现	具体案例
D9 V0 |6 b1 s3 Q3 G8 I1 n 创新能力	建模过程需要创造性思维， 没有标准答案	腾讯AI Lab招聘优先考虑有建模竞赛经历者
问题解决能力	建模是完整的问题解决过程	华为"天才少年"计划青睐数学建模人才
跨学科整合	建模需要整合多学科知识	字节跳动算法岗位要求数学建模背景
团队协作	建模竞赛以团队形式进行	阿里巴巴技术团队重视协作能力
数据分析	建模需要数据收集和分析	京东数据科学家岗位要求建模能力

表2：企业人才需求与数学建模能力的对应关系

五、AI时代数学建模能力的独特价值

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5.1 为什么AI难以替代数学建模能力

      在人工智能快速发展的今天， 许多传统技能正在被AI替代。然而，数学建模能力却是AI难以替代的核心能力之一。这是因为数学建模涉及一系列人类独有的认知活动：

       首先，问题发现能力。AI擅长解决已知问题， 但难以发现新问题。数学建模的第一步是"发现问题、提出问题"， 这需要人类的洞察力和创造力。正如清华大学教授所言："在AI时代，提问能力将成为博士生重点培养的核心能力。"同样，对于中小学生而言， 培养发现问题的能力同样重要。

       其次，模型构建能力。数学建模要求学生将现实问题抽象为数学模型， 这一过程需要创造性思维和直觉判断。AI可以执行  已知的建模方法， 但难以创造新的建模思路。这种"从无到有"的创造能力，是人类独有的优势。再次， 跨领域整合能力。现实问题往往涉及多个领域，需要整合不同学科的知识。AI在单一领域的表现可能超越人类， 但在跨领域整合方面仍有局限。数学建模训练的正是这种跨学科思维能力。

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5.2 数学建模与AI素养的协同发展

      值得注意的是，数学建模能力与AI素养并非对立关系， 而是相辅相成、协同发展的。在AI时代，数学建模可以借助AI工具提高效率， 而AI工具的应用也需要数学建模思维作为指导。

例如，在使用AI进行数据分析时，学生需要运用数学建模思维来设计分析框架、解释分析结果、评估模型有效性。这种"人机协作"模式将成为未来工作的常态。 因此， 培养数学建模能力 ,  实际上是在培养孩子与AI协作的能力， 使他们成为AI工具的"主人"而非"仆人"。

      《"人工智能+"背景下数学建模的教学改革与实践探索》一文指出："人工智能技术为数学建模教学提供了新的工具和方法， 但同时也对学生的数学建模能力提出了更高要求。学生不仅要掌握传统的建模方法，还要学会利用AI工具辅助建模， 并对AI生成的结果进行批判性评估。"

六、家长行动指南：如何培养孩子的数学建模能力

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6.1 认知层面的转变

       作为家长， 首先要转变对数学学习的认知。传统的"刷题、押题"模式已经难以适应新时代的要求，家长需要认识到数学建模能力的重要性， 并将其作为孩子数学学习的核心目标之一。具体而言，家长可以从以下几个方面入手：

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第一， 关注过程而非结果。数学建模强调的是问题解决的过程， 而非标准答案。家长在辅导孩子学习时，应更多地关注孩子的思考过程， 鼓励他们提出问题、分析问题， 而不是仅仅追求正确答案。

第二， 培养应用意识。数学建模的核心是"用数学解决实际问题"。家长可以在日常生活中引导孩子发现数学问题， 例如购物时的价格比较、旅行时的时间规划、家庭预算的制定等， 让孩子体会到数学的实用价值。

第三， 鼓励跨学科学习。数学建模往往涉及多个学科的知识。家长应鼓励孩子广泛阅读、拓展视野，建立数学与其他学科（如物理、化学、生物、经济等）的联系。

6.2 实践层面的建议

在实践层面，家长可以采取以下具体措施培养孩子的数学建模能力：

年龄段	培养重点	具体方法
小学低年级 (1- 3年级)	培养数学兴趣和观察能力	生活中的数学游戏 数学绘本阅读 简单的数量关系探索
小学高年级 (4- 6年级)	) K$ u! W, `# q 培养问题意识和简单建模能力	数学日记记录 简单的实际问题解决 参加数学兴趣小组
初中阶段 (7-9年级)	* [; U5 N3 c$ {; G) h 系统学习建模方法	数学建模选修课 参加数学建模活动 跨学科项目学习
高中阶段 (10-1 2年级)	, D  x- }/ K5 P/ _, Q6 w+ m 深化建模能力， 参加竞赛	数学建模竞赛 研究性学习项目 大学先修课程

表3：不同年龄段数学建模能力培养指南

6.3 资源利用与平台选择

在资源利用方面，家长可以关注以下几类平台和资源：

第一，学校资源。许多学校已经开设数学建模选修课或社团活动，家长应鼓励孩子积极参与。同时， 可以与学校老师沟通， 了解数学建模教育的最新动态和要求。

第二，竞赛平台。全国大学生数学建模竞赛、美国大学生数学建模竞赛（MCM/ICM）等高水平竞赛已经延伸到中学阶段，部分地区和学校也组织了中学生数学建模竞赛。参加这些竞赛可以锻炼孩子的实战能力， 也是展示才华的重要平台。

第三，在线资源。互联网上有丰富的数学建模学习资源， 包括在线课程、教学视频、案例库等。家长可以帮助孩子筛选优质资源， 合理安排学习时间。

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七、结论

综上所述，在人工智能快速发展的时代背景下，数学建模能力正成为每一个精英人才的必备核心素养。这一判断基于以下几点认识：

第一，政策层面的明确导向。教育部在新课标中将数学建模列为数学学科六大核心素养之一 ,在高考改革中强调对数学建模能力的考查， 这为数学建模教育提供了政策保障和发展方向。

第二， 社会层面的广泛共识。《人民日报》《光明日报》等权威媒体多次报道数学建模教育的重要性， 社会各界对数学建模能力的价值形成了广泛共识。

第三，企业层面的迫切需求。吉利、腾讯等知名企业纷纷青睐数学建模人才， 反映出市场对数学建模能力的迫切需求。这种需求在未来只会更加旺盛。

第四， 技术层面的不可替代性。在AI时代，数学建模能力因其涉及问题发现、模型构建、跨领域整合等人类独有的认知活动， 而成为AI难以替代的核心能力。

因此， 作为中小学生家长，我们应当充分认识到数学建模能力的重要性， 转变传统的教育观念， 积极创造条件培养孩子的数学建模能力。这不仅是为了应对高考改革的需要， 更是为了帮助孩子在AI时代建立真正的核心竞争力，成为未来社会的精英人才。正如一位教育专家所言："数学建模不仅是一种能力， 更是一种思维方式。它教会我们如何用数学的眼光看世界， 如何用数学的方法解决问题。这种能力和思维方式， 将使我们的孩子在任何时代都能立于不败之地。"

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参考文献

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原创声明：本文有数学中国范老师与AI智能体共同完成，欢迎留言点评共同交流。
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