張文會?鄧紅星?李昕光

摘要：結合“交通運籌學”課程的特點及專業(yè)培養(yǎng)方案，整合了課程教學內(nèi)容，并將教學內(nèi)容分為線性規(guī)劃、網(wǎng)絡模型和排隊理論三個模塊。采用項目化教學和分組學習的教學方法，設計“工程項目”，以項目為導向開展理論教學，分組進行課后作業(yè)和實踐，最后對實踐教學環(huán)節(jié)進行了探索。教學改革實踐表明，采用新的教學方法提高了教學效果，增強了學生的溝通能力和團隊意識。

關鍵詞：數(shù)學分析法；交通運籌學；項目化教學；教學實踐

作者簡介：張文會（1978-），男，黑龍江哈爾濱人，東北林業(yè)大學交通學院，副教授；鄧紅星（1969-），男，黑龍江哈爾濱人，東北林業(yè)大學交通學院副院長，教授。（黑龍江 哈爾濱 150040）

基金項目：本文系黑龍江省教育科學“十二五”規(guī)劃課題（課題編號：GBD1211006）、東北林業(yè)大學重點課程建設項目“交通運籌學”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0125-02

“交通運籌學”是為交通運輸管理決策提供定量依據(jù)的應用科學，其特點是將交通管理中出現(xiàn)的實際問題歸納為抽象的數(shù)學模型，綜合運用數(shù)學方法或計算機工具對模型進行求解，得到解決問題的最優(yōu)方案。該課程主要研究交通運輸系統(tǒng)運力優(yōu)化、道路網(wǎng)絡模型化、車輛的合理調(diào)配、運輸企業(yè)經(jīng)濟分析與決策、車輛及乘客排隊模型分析等?！敖煌ㄟ\籌學”一般是交通運輸、交通工程等交通運輸類本科專業(yè)的重要基礎課，也是“交通工程學”、“交通流理論”、“物流技術”等課程的先修課程。傳統(tǒng)單一的講授法往往使學生注重基礎理論的重復推衍，對一些模型死記硬背，缺乏針對交通運輸工程問題建模及求解能力的訓練，學生學習興趣不高。

國內(nèi)高校交通運輸類專業(yè)開設該課程所采用的教材大多為管理學領域的《運籌學》，只是針對不同的研究重點對教學內(nèi)容進行刪減。因此，管理學專業(yè)領域的“運籌學”教學改革對本課程具有一定的借鑒意義。廣州大學張潤紅在“運籌學”授課中采用啟發(fā)式的教學方法，教師精講與案例分析相結合，培養(yǎng)學生的思維能力。國防科學技術大學李志猛、祝江漢研究了啟發(fā)式教學在運籌學課程中的應用，提出了教學原則。山東大學胡發(fā)勝、劉桂真從課程定位、教學內(nèi)容組織和實施、師資隊伍建設和教材建設等方面介紹了“運籌學”精品課的教學改革過程。武漢理工大學羅榮桂、原海英探討了“運籌學”的特點，分析“運籌學”課程教學中的不足，提出對本科生和研究生教學中的教學方法和教學內(nèi)容應差異化處理。東北農(nóng)業(yè)大學王吉權、王福林、夏吉慶分析“運籌學”課程在教學中存在的主要問題，指出“運籌學”的教學必須考慮各專業(yè)的需要，以培養(yǎng)學生能力為主線，以應用為目的，精心組織教學內(nèi)容。浙江大學溫日琨進行了應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的“運籌學”課程內(nèi)容改革和教學大綱設計，對理論教學內(nèi)容、實踐應用和人才培養(yǎng)等方面進行了改革。

上述教學方法改革對本課程教學改革具有一定的參考價值，但教學內(nèi)容改革并沒有體現(xiàn)交通運輸類專業(yè)特色。為了培養(yǎng)具有運籌思維能力和優(yōu)化意識的創(chuàng)新型交通運輸工程人才，改革傳統(tǒng)的教學模式，探索新的教學方法和教學手段勢在必行。因此，筆者從教學內(nèi)容、教學方法和實踐教學等方面進行了改革和實踐。

一、“交通運籌學”課程的特點

經(jīng)過多年的教學研究探索發(fā)現(xiàn)，該課程具有以下四方面的特點：

1.強調(diào)數(shù)學基礎

運籌學是一門以數(shù)學為主要工具、綜合運用各種數(shù)學分析方法尋求問題最優(yōu)決策方案的學科，其研究結果為決策機構提供數(shù)量化的輔助信息。

2.系統(tǒng)性和最優(yōu)性

“交通運籌學”是從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，分析交通運輸工程領域全局性的應用和綜合優(yōu)化問題。運籌學的最終目標是最優(yōu)性，既要從空間上尋求整體最優(yōu)又要從時間上探索全過程最優(yōu)。

3.應用性

運籌學研究具有較強的實踐性和應用性，最早應用于軍事領域，后來逐漸轉(zhuǎn)向民用部門。交通運輸工程領域很多優(yōu)化技術都以運籌學作為理論基礎，如車輛行駛路徑優(yōu)化、車流波理論、配送優(yōu)化問題等。

4.多學科交叉性

運籌學廣泛應用現(xiàn)有的科學技術和方法，為人們提供最優(yōu)決策服務，是多學科交叉的一門學科。從20世紀30年代末產(chǎn)生以來，形成了一系列強有力的分支，包括數(shù)學規(guī)劃、圖論與網(wǎng)絡、排隊論、存貯論、決策論、對策論、設備維修更新理論、搜索論和可靠性理論等。

上述特點決定了“交通運籌學”的教學既要注重學生對基本理論的掌握又要注重對學生工程實踐能力的訓練。

二、教學內(nèi)容改革

教學中使用的教材內(nèi)容大多偏重管理領域，其內(nèi)容主要分為三部分：

分析理論：主要研究資源的最優(yōu)利用、設備最佳運行等問題，章節(jié)主要分布在“線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、目標規(guī)劃、運輸問題、網(wǎng)絡模型、網(wǎng)絡計劃、動態(tài)規(guī)劃”等；決策理論：主要研究方案或策略的最優(yōu)選擇問題，章節(jié)主要分布在“決策論、對策論、存儲論”等；隨機服務理論：主要研究隨機服務系統(tǒng)排隊和擁擠問題，探討隨機服務系統(tǒng)的服務效率、績效評價和服務設施的最佳設置等問題，章節(jié)主要分布在“排隊論”。

根據(jù)交通運輸類專業(yè)的培養(yǎng)方案，教材中部分內(nèi)容與其他課程教學內(nèi)容重復，如“交通運輸系統(tǒng)工程”課程包含“網(wǎng)絡計劃、決策論、對策論”等內(nèi)容，“物流技術”課程包含“存儲論”等內(nèi)容。因此，筆者重新進行了教學內(nèi)容的整合，確定本課程的內(nèi)容結構。

可見，“交通運籌學”的教學內(nèi)容主要分為三個模塊，即線性規(guī)劃、網(wǎng)絡模型和排隊理論，每個模塊下有若干個子模塊，模塊間有機結合構成系統(tǒng)化的理論知識體系。在教學中以每個模塊的理論為基礎，進行知識建構和技能訓練。

三、教學方法改革

“交通運籌學”中的基本理論相對抽象，計算方法較煩瑣和枯燥，因此筆者基于CDIO理念，以工程項目為中心，采用項目化的教學方法，鼓勵學生自主完成項目的構思、設計、實現(xiàn)和運作過程，激發(fā)學習興趣，提高個人能力。

1.項目化教學

項目教學法是師生通過共同實施一個完整的項目而進行的教學活動。教師可在教學中調(diào)動學生學習的積極性，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，學生在做項目過程中學習理論知識，把理論與實踐教學有機結合，提高學生解決實際問題的綜合能力。即項目化教學是以項目為載體，以工作任務為驅(qū)動，將理論與實踐有機結合，使學生在完成任務的過程中掌握知識和技能。

基于模塊化的課程內(nèi)容，設計“工程項目”，以項目為導向開展理論教學。各模塊設計的工程如下：

（1）運輸裝備合理配置問題。旅客運輸公司擁有三種類型的客車（豪華、中等、一般），每天向三個城市運送旅客，每輛車上的載客人數(shù)、去往三個城市的總人數(shù)、票價均已知，要求建立該問題的數(shù)學模型并求出最優(yōu)車輛配置方案。

（2）路段最大交通流量問題。已知某城市路網(wǎng)的拓撲結構圖，每條路徑的最大交通流量已知，要求建立該問題的數(shù)學模型，計算從起點至終點輸出的最大交通流量。

（3）高速公路收費站優(yōu)化問題。某高速公路入口處設置一個收費站，已知車輛到達和收費時間的分布函數(shù)，要求計算收費站空閑的概率、車輛平均排隊長度、車輛平均排隊時間，并評價該收費站的運行狀況。

限于篇幅，上文只是簡單敘述了項目概要，學生按照項目的具體內(nèi)容，帶著問題進行理論知識學習，并尋求解決問題的方法。

2.分組學習

為了提高學生的溝通能力和協(xié)作能力，培養(yǎng)學生的合作意識和團隊精神，在教學過程中把每個自然班分成4個小組，強調(diào)小組合作學習。無論課堂作業(yè)還是課后實踐，均以小組為單位，小組長負責該小組的任務分解、上下溝通和任務匯報，并記錄小組學習和討論過程。實踐表明，小組合作學習有助于培養(yǎng)學生的合作精神、團隊意識和集體觀念，有利于培養(yǎng)學生競爭意識和創(chuàng)新能力，同時小組成員間的互助和溝通使每個學生均獲得進步。

四、實踐教學改革

1.計算機求解

“交通運籌學”用于解決交通運輸工程領域的問題時，往往涉及變量多、約束條件復雜、手工計算難度較大的問題，需借助于計算機才能完成求解。在教學中，增加計算機模型求解實踐，使學生能夠應用運籌學軟件，求解多變量、多約束的最優(yōu)解和最優(yōu)值問題，同時鼓勵學生編寫算法程序。教學中運用的求解軟件為WINQSB，每學期安排3～4次課（6～8學時）。

2.建模競賽

為了提高學生的學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造力，由課程組教師設計題目，組織交通運籌學建模競賽。競賽也以小組為單位，每個小組設計難易程度相當?shù)牟煌}目，要求其在有限的時間內(nèi)完成問題的建模和求解。

3.實習改革

為了提高學生的工程素質(zhì)，在提高課堂教學質(zhì)量的基礎上，拓展實習基地，如增加了旅客運輸公司和物流園區(qū)實習，在實習中滲透“交通運籌學”的優(yōu)化思想，強調(diào)理論在實踐中的具體運用，在工程教育模式中實現(xiàn)理論知識的深入理解和拓展。

五、教學效果評價

1.課堂教學效果

相比于傳統(tǒng)的講授法，“工程項目”的引入使學生學習更有針對性和目的性，課堂教學不再枯燥，學生主動提出問題并主動查閱參考文獻。有些同學和小組更為認真，主動提出新的算法并編寫求解程序。

2.學生合作意識

通過小組合作學習，學生把自己認為是小組中的一員，通過會議、聊天、郵件和其他方式的交流，溝通能力和合作意識得到加強。在競賽中，小組中每個成員發(fā)揮自身優(yōu)勢，共同為本小組的榮譽而學習，提高了競爭意識和團隊精神。

參考文獻：

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[3]胡發(fā)勝，劉桂真.國家精品課程運籌學的教學改革與實踐[J].中國大學教學，2006，（7）：9-11.

[4]羅榮桂，原海英.運籌學教學改革與探索[J].理工高教研究，

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[5]溫日琨.運籌學教學內(nèi)容改革與教學大綱設計[J].高等工程教育研究，2007，（S1）：60-62.

（責任編輯：宋秀麗）