李量夫
摘要:運(yùn)籌學(xué)是一門綜合應(yīng)用型學(xué)科,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,越來越多的專業(yè)開設(shè)了本門課程,同時(shí)也對(duì)本門課程教學(xué)提出新的要求。本文闡述了目前運(yùn)籌學(xué)教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和不足之處,分析了高校教師在講授該課程過程中,遇到的普遍問題,結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐,分別對(duì)開設(shè)該課程的數(shù)學(xué)專業(yè)、工科專業(yè),經(jīng)濟(jì)類專業(yè)的運(yùn)籌學(xué)教學(xué)進(jìn)行了分析和思考,在教學(xué)目的,教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)方式,考核
方法,實(shí)踐教學(xué),數(shù)學(xué)建模等方面提出了作者的一些改革思路。
關(guān)鍵詞: 運(yùn)籌學(xué);教學(xué)研究;實(shí)踐性;應(yīng)用性;數(shù)學(xué)建模
中圖分類號(hào) : O22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)08(B)-0000-00
《運(yùn)籌學(xué)》是一門綜合應(yīng)用型學(xué)科,其分支包括線性規(guī)劃、存儲(chǔ)論、博弈論等,它的應(yīng)用擴(kuò)展到現(xiàn)代計(jì)算科學(xué)和管理學(xué)科的各個(gè)研究領(lǐng)域。它是抽象的數(shù)學(xué)理論和豐富的社會(huì)實(shí)踐相互作用,相互結(jié)合的產(chǎn)物,其中最重要的概念就是“最優(yōu)化”,追求“投入的最少化,利潤(rùn)的最大化”,一方面為從事社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐的工作人員提供了完整的數(shù)學(xué)論方法,另一方面也為從事數(shù)學(xué)理論研究的科研人員提供了廣闊的發(fā)展前景。
1998年教育部頒布的“本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹”中,運(yùn)籌學(xué)課程被列入管理類專業(yè)的主干課程。運(yùn)籌學(xué)是運(yùn)用數(shù)學(xué)理論對(duì)經(jīng)濟(jì)管理體系中的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行量化和統(tǒng)籌安排,然后對(duì)利潤(rùn)進(jìn)行預(yù)測(cè),就此提供一套完整的方案,讓決策者選擇,以實(shí)現(xiàn)最有效的管理?!胺彩骂A(yù)則立,不預(yù)則廢”就是希望通過預(yù)先的籌劃,達(dá)到“最優(yōu)化”的目標(biāo)。
我校開設(shè)該門課程的專業(yè)有:經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院的工商管理專業(yè)、土木工程學(xué)院的交通工程專業(yè),數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)系的計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)。三個(gè)專業(yè)先修數(shù)學(xué)課程不一樣,對(duì)運(yùn)籌學(xué)的定位不一樣,理解和應(yīng)用程度的要求也是不一樣的,給我們的教學(xué)也提出了一個(gè)不小的難題。
1 運(yùn)籌學(xué)課程的特點(diǎn)
運(yùn)籌學(xué)具有以下特點(diǎn):
(1)思維方式多種多樣
運(yùn)籌學(xué)是一門綜合性運(yùn)用學(xué)科,在看待實(shí)際問題時(shí)需從系統(tǒng)和全局的觀點(diǎn)出發(fā),提出和形成數(shù)學(xué)模型,用數(shù)學(xué)方法對(duì)模型求解,把計(jì)算結(jié)果又反饋到實(shí)踐中去檢驗(yàn),并提出靈敏度分析和模型改進(jìn)的方向,做出最優(yōu)決策方案以供參考。既有定性分析,也提供量化的模型。另外運(yùn)籌學(xué)還綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)、文學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算科學(xué)的理論方法,是一門綜合性很高的學(xué)科,對(duì)實(shí)際情況了解的越透徹,自身知識(shí)越全面,做出的模型才會(huì)更貼合實(shí)際,實(shí)用價(jià)值越大。
(2)實(shí)踐性和應(yīng)用性
運(yùn)籌學(xué)體現(xiàn)了“從實(shí)踐中來,到實(shí)踐中去”的思維方法,從實(shí)際問題出發(fā),用客觀公正全面的觀點(diǎn)看待實(shí)際問題,從中抽象出數(shù)學(xué)模型,然后用數(shù)學(xué)的方法對(duì)模型求解,得出最優(yōu)方案,再把計(jì)算結(jié)果又反饋到實(shí)踐中檢驗(yàn),看是否符合實(shí)際,并由此提出修改方案,再實(shí)踐,再修改……一個(gè)成熟的方案必經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐檢驗(yàn)和修改。
另外用運(yùn)籌學(xué)的方法解決現(xiàn)實(shí)問題往往比較復(fù)雜,未知數(shù)和限制條件比較多,計(jì)算工作量大,需要借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算求解??上驳氖墙陙?,計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛,各種運(yùn)籌學(xué)軟件層出不窮,為運(yùn)籌學(xué)的深入發(fā)展,特別是對(duì)運(yùn)籌學(xué)的實(shí)踐運(yùn)用,也起到了很大的促進(jìn)作用。
2 目前運(yùn)籌學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀
我校三個(gè)專業(yè)開設(shè)該門課程,分別是:工商管理專業(yè),交通工程專業(yè),計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè),“運(yùn)籌學(xué)”開設(shè)的課時(shí)也不相同,有64課時(shí),48課時(shí)不等,教材卻是統(tǒng)一用清華版的《運(yùn)籌學(xué)》,講授內(nèi)容和講授方法大致相同,教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃也沒有嚴(yán)格區(qū)分,由于課時(shí)比較緊,且學(xué)生基礎(chǔ),特別是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)參差不齊,教學(xué)模式基本上是以授課教師講授為主,學(xué)生被動(dòng)接受,沒有上機(jī)練習(xí),更談不上案例講解。教學(xué)手段是黑板、粉筆這些傳統(tǒng)教學(xué)方式,任課教師是數(shù)學(xué)專業(yè)的老師,基本上是看重理論的講解和推導(dǎo),而輕實(shí)踐的應(yīng)用。學(xué)生一直以為運(yùn)籌學(xué)同高等數(shù)學(xué)一樣,是一門數(shù)學(xué)課??己朔绞绞瞧綍r(shí)成績(jī)占30%(包括出勤和作業(yè)),期末考試占70%。期末考試是閉卷考試,在120分鐘內(nèi)完成一份試卷,由此評(píng)價(jià)該學(xué)生學(xué)習(xí)情況。
從以上分析可看出:
(1)教學(xué)目的不明確
由于教學(xué)目標(biāo)不明確,是重在數(shù)學(xué)方法論,還是在實(shí)踐應(yīng)用上?所以在實(shí)際教學(xué)過程中,數(shù)學(xué)老師迷戀于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和精巧的數(shù)學(xué)方法,在理解概念,推導(dǎo)定理,公式演算上花費(fèi)大量時(shí)間精力,使學(xué)生覺得此門課程與高等數(shù)學(xué)一樣,理論艱深,計(jì)算復(fù)雜,老師講授辛苦,學(xué)生學(xué)的很辛苦,互相煎熬,效果不好。
另一片面,對(duì)數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)應(yīng)用在運(yùn)籌學(xué)中的作用認(rèn)識(shí)不夠,使得學(xué)生在學(xué)完運(yùn)籌學(xué)課程之后,對(duì)待實(shí)際問題依然束手無(wú)策,不知從何入手,無(wú)法把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成解決實(shí)際問題的方法。這就好比一個(gè)乞丐拿著金飯碗乞討,始終看不出金碗的價(jià)值。
(2)教學(xué)內(nèi)容和方法選擇不恰當(dāng)
運(yùn)籌學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課,三個(gè)專業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)、能力、要求相差甚遠(yuǎn),三個(gè)講授的基本問題“為什么教?教什么?怎么教?”如果采取“一刀切”,相同的教材,相同的教學(xué)大綱,相同的教學(xué)模式,老師是省事不少,但是沒有考慮到學(xué)生的自身?xiàng)l件,必然導(dǎo)致運(yùn)籌學(xué)的教與學(xué)脫節(jié),需要的知識(shí)沒學(xué)到點(diǎn)子上,已學(xué)的知識(shí)不夠用。
(3)教學(xué)手段滯后,教學(xué)方法太少
課堂教學(xué)常常采取照本宣科,老師照著書本內(nèi)容備課,系統(tǒng)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹v解數(shù)學(xué)的定義和公式,進(jìn)行數(shù)學(xué)推理和傳授解題技巧,沒有實(shí)踐課,沒有上機(jī)實(shí)習(xí)課,講授方法唯一,教學(xué)手段以黑板粉筆為主,與學(xué)生無(wú)互動(dòng)或互動(dòng)不夠,使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒,老師感覺教學(xué)不理想。
(4)考核方式不科學(xué)
講授運(yùn)籌學(xué)的目的不僅僅是向?qū)W生傳授運(yùn)籌學(xué)的理論知識(shí),更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。而傳統(tǒng)的考試方式考的是學(xué)生對(duì)老師講授課本知識(shí)的記憶程度和書本上作業(yè)的重現(xiàn),由此造成學(xué)生理論不通,考試靠背,遇實(shí)際問題不會(huì),不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決實(shí)際問題的能力,與我們培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)背道而馳。
3 運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革的分析與思考
針對(duì)上面提出的問題,提出本人的一些看法和做法,與大家一起討論。
(1)教學(xué)目的應(yīng)該因?qū)I(yè)而異
運(yùn)籌學(xué)作為一門應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課,首要是弄清楚該門課程在專業(yè)中的位置,它的前期所修課程和后面需要用它的課程分別是什么,講課的時(shí)候才能做到“因材施教“,“有的放矢”。以我們學(xué)校的情況為例,就是:先修課程是文科數(shù)學(xué),高等數(shù)學(xué),還是數(shù)學(xué)分析?這將決定在講授這門課程時(shí),是重在理論推導(dǎo)?實(shí)際應(yīng)用?計(jì)算能力培養(yǎng)?還是僅僅是運(yùn)籌學(xué)”最優(yōu)化“思想的傳播?后續(xù)課程同樣重要,它是專業(yè)需要,它能指導(dǎo)我們有針對(duì)性的選擇講授內(nèi)容。通過以上的綜合分析之后,才能選擇與之相適應(yīng)的教材和教學(xué)大綱。
(2)教學(xué)內(nèi)容的變革
結(jié)合各專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn),合理調(diào)整教學(xué)難度。比如工商管理專業(yè)學(xué)生既不擅長(zhǎng)邏輯思維推理,數(shù)學(xué)計(jì)算能力有所欠缺,所以教學(xué)中應(yīng)盡量減少理論論證和推導(dǎo),著重講解解決問題的思維過程,灌輸“最優(yōu)化”的思想,有條件的還可以學(xué)習(xí)一兩個(gè)運(yùn)籌學(xué)軟件,通過老師的演示,了解問題解決的一般過程和方法;對(duì)于工科學(xué)生,教師在教學(xué)時(shí),可刪掉一些過于繁瑣的定理推理,適當(dāng)增加一些上機(jī)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)和實(shí)際解決問題的機(jī)會(huì),學(xué)會(huì)建立數(shù)學(xué)模型和獨(dú)立求解,并對(duì)模型給予評(píng)價(jià);對(duì)于計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生,重在理論研究,準(zhǔn)確的概念分析,嚴(yán)密的邏輯推理和精確的計(jì)算,靈敏度分析都將是重點(diǎn)講述內(nèi)容,其教學(xué)目標(biāo)是系統(tǒng)學(xué)習(xí)運(yùn)籌學(xué)的理論框架,培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯思維體系和精準(zhǔn)的計(jì)算能力。
另一方面,在運(yùn)籌學(xué)的講授過程中,運(yùn)籌學(xué)軟件的學(xué)習(xí)不容忽視。提出“用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)解決管理問題”的革新理念,以下兩項(xiàng)將作為教學(xué)的重點(diǎn):將實(shí)際問題抽象成數(shù)學(xué)模型,然后轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)程序和“將計(jì)算機(jī)求得的結(jié)果放到實(shí)踐當(dāng)中去檢驗(yàn)”,即緊緊抓住計(jì)算機(jī)的兩頭——“入口”和“出口”,研究人員逐漸擺脫繁瑣的計(jì)算過程,盡可能讓計(jì)算機(jī)完成數(shù)值計(jì)算,這樣既能克服對(duì)艱深理論和復(fù)雜計(jì)算的畏難情緒,又能調(diào)動(dòng)同學(xué)的積極性,增加參與社會(huì)實(shí)踐的機(jī)會(huì),讓學(xué)生自主“建模”,自我評(píng)定,學(xué)習(xí)興趣才有可能提高。
(3)多種教學(xué)手段和方式的綜合運(yùn)用
在大家的印象中,運(yùn)籌學(xué)是一門高難度的數(shù)學(xué)課,定理公式又多又復(fù)雜,計(jì)算方法靈活多變,很難掌握,其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū),運(yùn)籌學(xué)是一門趣味性很強(qiáng)的應(yīng)用型課程,它固然有艱深的理論,甚至許多問題到現(xiàn)在都沒有通用解法,但是并不影響它的趣味性和實(shí)用性,運(yùn)籌學(xué)的研究?jī)?nèi)容多來自生活和生產(chǎn)實(shí)踐,甚至于游戲娛樂(如博弈論)。它涉及到生活的方方面面,小到一個(gè)家庭的柴米油鹽醬醋茶的采購(gòu),大到國(guó)家之間,各國(guó)家聯(lián)盟之間的相互利益的取舍,都蘊(yùn)含著運(yùn)籌學(xué)的知識(shí)技巧方法,它的實(shí)用性和適應(yīng)性超強(qiáng),生活中時(shí)時(shí)處處都有“運(yùn)籌學(xué)”的影子。那么造成這種誤解的原因是什么?難道僅僅是因?yàn)榻滩牡倪x擇不當(dāng)?或者歸結(jié)為同學(xué)的不理解和不認(rèn)同,我認(rèn)為因從教學(xué)這一環(huán)節(jié)中尋找原因。
運(yùn)籌學(xué)本身內(nèi)容豐富、涵蓋信息量大、有可能涉及復(fù)雜的推理和運(yùn)算,其教學(xué)活動(dòng)需要用到多媒體和互聯(lián)網(wǎng)的最新技術(shù)手段輔助教學(xué),并充分利用開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源加強(qiáng)與學(xué)生的對(duì)話,利用多媒體課件可以使上課內(nèi)容容量加大,有些需要演示的內(nèi)容(圖解法)可以通過演示一目了然,有些復(fù)雜的計(jì)算過程或者只抽出關(guān)鍵部位加以演算,或者直接借助軟件省略計(jì)算過程(如單純型法)。但網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也有其局限性,有些理論的推導(dǎo)還要借助傳統(tǒng)教學(xué)方式黑板和粉筆,在演示細(xì)節(jié)和證明過程中,讓同學(xué)有思考和反應(yīng)的時(shí)間,如果講授速度太快,同學(xué)們還沒看清楚,想明白,屏幕就一閃而過,就變成了看電影,不會(huì)留下深刻映像,更談不上掌握。如何把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)綜合運(yùn)用,這正是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息爆炸時(shí)代教師需要思考的問題。
另外,由傳統(tǒng)的課堂講授方式發(fā)展為課堂老師講授、學(xué)生教授、案例教學(xué)、計(jì)算機(jī)實(shí)習(xí),參與社會(huì)實(shí)踐等多種形式相互結(jié)合。老師由傳統(tǒng)意義上的知識(shí)傳播者,逐漸向指導(dǎo)者、陪伴者,甚至是監(jiān)督者、旁觀者的角色轉(zhuǎn)變,例如:簡(jiǎn)單案例可由學(xué)生講授,在計(jì)算機(jī)上操作完成?;蛘咧笇?dǎo)教師制定問題或者同學(xué)自行設(shè)計(jì)小案例,然后讓學(xué)生自己收集數(shù)據(jù),制作完成小論文。這樣一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目標(biāo);另外,培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考,獨(dú)立完成,參與社會(huì)實(shí)踐的能力。
(4)對(duì)于考核方式的一點(diǎn)想法
改變一次考核定分?jǐn)?shù)的作法,整個(gè)考核可以分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。
每章內(nèi)容學(xué)完,應(yīng)該有一定量的習(xí)題,用于檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)部分的掌握情況。
對(duì)于書中的簡(jiǎn)單案例,可以由學(xué)生自由分組講授,講授完畢之后,老師和同學(xué)共同給出分?jǐn)?shù)和等級(jí),它將作為考核內(nèi)容之一。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力,表達(dá)能力,自我評(píng)價(jià)能力,更能激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí),在工科班做了幾次試驗(yàn),反映不錯(cuò)。
在上機(jī)操作環(huán)節(jié)中,主要是用來學(xué)習(xí)運(yùn)籌學(xué)軟件和它的基本應(yīng)用,這個(gè)環(huán)節(jié)的考核需要考察同學(xué)們實(shí)際動(dòng)手能力,可以單獨(dú)考核,也可以納入案例分析中,作為計(jì)算求解部分的成績(jī)。
案例分析部分是考核中最有表現(xiàn)力的部分,也是個(gè)人和團(tuán)體素質(zhì)的集中表現(xiàn),將是下一項(xiàng)討論的內(nèi)容。
期末考試閉卷或開卷進(jìn)行,作為考察理論知識(shí)和評(píng)估問題分析能力的依據(jù)。
這五部份有些必不可少,有些可以合并綜合考慮,如最后的考試就可以用開放性的命題方式,讓大家以小論文或案例分析的形式作答。各部分所占的比例,也不會(huì)是一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),可以根據(jù)專業(yè)需要、學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況靈活的分配,畢竟考試只是一種手段方式,而不是目標(biāo)。我們希望通過運(yùn)籌學(xué)的學(xué)習(xí),讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在面對(duì)實(shí)際問題的時(shí)候,我們應(yīng)該從哪些方面著手,應(yīng)該怎樣思考這些問題,通用方法是什么,“授之以魚,不如授之以漁”。這樣的考核方式,顛覆了傳統(tǒng)理論教學(xué)的思維模式,一方面讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這些知識(shí)有什么用,另一方面給予學(xué)生足夠的發(fā)揮空間,讓學(xué)生自己上手研究實(shí)際問題,充分展示自身才能,從而避免傳統(tǒng)考試太片面的弊端,增強(qiáng)考核的全面性、靈活性和真實(shí)性。
(5)對(duì)于學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的思考
在運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)改革中,我們一直把開展實(shí)踐活動(dòng)和案例分析作為思考和實(shí)踐的重點(diǎn)。
在課程改革的前幾年,首先是要求同學(xué)們講授書本中的案例,思考案例所用辦法的優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)方向。后來,要求同學(xué)自由組團(tuán),在課余時(shí)間找到一個(gè)感興趣的案例,或者是書本上的,或者是實(shí)際遇到的,或者是網(wǎng)上看到的,自己“上手”研究,寫一篇案例分析,結(jié)果效果不理想;后來發(fā)現(xiàn)問題出在”數(shù)學(xué)建?!吧希瑢W(xué)們不會(huì)分析問題,找不出解決的辦法。于是采取先模仿,后創(chuàng)作的辦法,規(guī)定寫作模式和格式,團(tuán)內(nèi)成員明確分工,案例由老師審核之后才能開始,論文完結(jié)之后必須指出各隊(duì)員的創(chuàng)作部分。
最后的案例分析必須有統(tǒng)一格式,包含數(shù)學(xué)模型的建立,假設(shè),模型求解,模型評(píng)價(jià)和改進(jìn)方向等等,要求同學(xué)們以一個(gè)決策者的眼光,對(duì)社會(huì)生活實(shí)踐中的事件,給出自己的決策方案,理論依據(jù)是什么,可能結(jié)果有哪些,并提出自我評(píng)價(jià)和修正方案。優(yōu)秀的案例分析將會(huì)拿到課堂上討論,有條件的,還可以放到實(shí)踐中去檢驗(yàn)。案例分析的質(zhì)量將是評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、分析問題和解決問題能力的重要指標(biāo)。
實(shí)踐進(jìn)一步證明該活動(dòng)方式是有成效的,它有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣,訓(xùn)練了學(xué)生自主思考和獨(dú)立解決問題的能力。另外在組團(tuán)過程中,也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)的組織能力和協(xié)調(diào)能力,既需要發(fā)揮個(gè)人專長(zhǎng),又要依靠團(tuán)隊(duì)力量,才能取得集體的勝利。
4 結(jié)語(yǔ)
運(yùn)籌學(xué)作為一門越來越重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,它受到了包括理科、工科、文科經(jīng)濟(jì)類在內(nèi)的許多專業(yè)的青睞,已經(jīng)有許多專業(yè)把運(yùn)籌學(xué)列為專業(yè)必修課或選修課,這就無(wú)疑增加了運(yùn)籌學(xué)講授的難度,同時(shí)也說明運(yùn)籌學(xué)具有廣闊的應(yīng)用前景。所以對(duì)運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)改革研究也將會(huì)是長(zhǎng)期的和艱巨的,對(duì)教師的要求也會(huì)進(jìn)一步提高,需要隨時(shí)調(diào)整課程的難易程度,精心準(zhǔn)備講授內(nèi)容,綜合運(yùn)用各種教學(xué)方法和手段,把培養(yǎng)學(xué)生綜合能力作為終極目標(biāo),從而追求更好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)
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