胡紅萍，白艷萍

針對(duì)新工科人才培養(yǎng)的“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)模式研究＊

胡紅萍，白艷萍

（中北大學(xué) 理學(xué)院，山西 太原 030051）

根據(jù)新工科建設(shè)需求，分析了當(dāng)前“運(yùn)籌學(xué)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上，提出了與新工科人才培養(yǎng)相匹配的教學(xué)模式。介紹了新教學(xué)模式下的課程目標(biāo)，并對(duì)課程目標(biāo)進(jìn)行了分析總結(jié)。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的改革方案，并分別從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、案例教學(xué)和互動(dòng)教學(xué)四個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)論述，總結(jié)了課程設(shè)計(jì)思路。該教學(xué)模式設(shè)計(jì)可為日后“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)提供一種新思路。

新工科人才；“運(yùn)籌學(xué)”課程；教學(xué)模式改革；課程設(shè)計(jì)思路

1 引言

在新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的社會(huì)大環(huán)境下，中國(guó)的本科教育也需順應(yīng)歷史趨勢(shì)進(jìn)行改進(jìn)，為國(guó)家輸送更高質(zhì)量的人才資源，很多高校已針對(duì)教改以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面進(jìn)行了探索以及研究。在人們平時(shí)的生產(chǎn)生活中遇到的很多復(fù)雜問(wèn)題都可以通過(guò)運(yùn)籌學(xué)進(jìn)行解決，其中以系統(tǒng)效率的提高最為明顯，這門課程也能增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力。如今是科技革命時(shí)代，運(yùn)籌學(xué)也隨之發(fā)生了改變，從以往的理論學(xué)說(shuō)發(fā)展到如今的數(shù)據(jù)管理決策、從以前落后的手工計(jì)算解決問(wèn)題發(fā)展到了如今的計(jì)算機(jī)軟件輔助決策，中國(guó)的高校中對(duì)于“運(yùn)籌學(xué)”這門課程的創(chuàng)新改進(jìn)更是刻不容緩[1]。

通過(guò)學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)生要大體掌握優(yōu)化決策五大范式解決問(wèn)題的過(guò)程和方法，對(duì)于線性規(guī)劃以及運(yùn)輸問(wèn)題等模塊的實(shí)際案例要有更為透徹的認(rèn)識(shí)，其中建模、運(yùn)算等都需要掌握。也需更加注重學(xué)生們的動(dòng)手實(shí)踐能力，讓他們通過(guò)實(shí)際案例分析、建模、運(yùn)算設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)提升能力，同時(shí)也使發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力得到提高，不再拘泥于書面理論，而是通過(guò)與隊(duì)友溝通、合作來(lái)提升自己。

2 現(xiàn)狀分析

孟曉華認(rèn)為應(yīng)該改革創(chuàng)新“運(yùn)籌學(xué)”傳統(tǒng)的教學(xué)模式，從目前的本科院校培養(yǎng)人才的形式進(jìn)行分析，適當(dāng)加入實(shí)操環(huán)節(jié)，將會(huì)提高學(xué)生的綜合能力，使思維方式更加縝密，增強(qiáng)運(yùn)算的能力，從而突出計(jì)算思維考核系統(tǒng)[2]。鄭輝提出應(yīng)提高學(xué)生建模思維以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力[3]，在“運(yùn)籌學(xué)”的課堂上引入啟發(fā)式教學(xué)辦法，讓學(xué)生更好地吸收消化書本知識(shí)。新工科背景下人才培養(yǎng)等方面還未曾有人提出改革方案，本文詳細(xì)論述了此背景下“運(yùn)籌學(xué)”課堂該怎么樣改變[4]。

為了增進(jìn)師生之間的交流，一改往日的冷漠乏味，讓學(xué)生將教師當(dāng)朋友，進(jìn)而對(duì)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，引入混合式教學(xué)辦法；掌握學(xué)生對(duì)課程的掌握情況，對(duì)學(xué)習(xí)行為有更詳細(xì)了解，以便適時(shí)對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，引入過(guò)程評(píng)價(jià)體系。

3 課程構(gòu)建

無(wú)論是深度、廣度、應(yīng)用還是理論，運(yùn)籌學(xué)都有著優(yōu)勢(shì)。開設(shè)“運(yùn)籌學(xué)”這門課程，響應(yīng)了素質(zhì)教育與創(chuàng)新教育要求，旨在為國(guó)家輸送高質(zhì)量人才；注重學(xué)生專業(yè)性、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)；順應(yīng)現(xiàn)代教育的趨勢(shì)，跟緊時(shí)代對(duì)人才的需求，擴(kuò)寬學(xué)生的思維廣度以及深度；以增強(qiáng)學(xué)生理論、實(shí)踐的綜合能力為目標(biāo)，落實(shí)方法、態(tài)度、價(jià)值觀等問(wèn)題；優(yōu)化教學(xué)方式，引入翻轉(zhuǎn)課堂、實(shí)例課堂等多樣化模式，使學(xué)生對(duì)理論學(xué)習(xí)更加有興趣，提高行動(dòng)力，在教師的引導(dǎo)下，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程更加輕松，效率也更高，同時(shí)也增進(jìn)了師生間的情感，達(dá)到教學(xué)與價(jià)值觀樹立相統(tǒng)一的教學(xué)目標(biāo)?！斑\(yùn)籌學(xué)”課程的設(shè)立，能夠讓學(xué)生們將復(fù)雜問(wèn)題分解，逐步攻破，為解決問(wèn)題提供新的思路和方法；與傳統(tǒng)手算求解相比，簡(jiǎn)化算法提高了計(jì)算機(jī)軟件求解所占的比例，開設(shè)的建模訓(xùn)練可增強(qiáng)學(xué)生的思維邏輯能力。將理論教育付諸于實(shí)踐，更能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也能對(duì)應(yīng)到實(shí)際生活中；為明確教改所得到的成果，利用建模競(jìng)賽等第二課堂活動(dòng)進(jìn)行練習(xí)和考核，立體化提高課程教學(xué)效果。

4 教學(xué)模式探索

4.1 課程目標(biāo)分析

應(yīng)全面落實(shí)素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育，著力提高人才質(zhì)量；以培養(yǎng)復(fù)合型的專業(yè)技術(shù)人才為目標(biāo)，注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力；遵循現(xiàn)代教育規(guī)律，瞄準(zhǔn)學(xué)科專業(yè)的發(fā)展前沿，針對(duì)未來(lái)崗位需求，拓寬內(nèi)容涉及的廣度，提高思維訓(xùn)練的占比；提倡對(duì)分課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等多樣化的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程成為在教師引導(dǎo)下的知識(shí)創(chuàng)新過(guò)程，達(dá)到知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀相統(tǒng)一的教學(xué)目的；從運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)解決問(wèn)題的思維范式的高度去分析問(wèn)題、化解復(fù)雜性；沖破經(jīng)典機(jī)械優(yōu)化范式的束縛，貼近實(shí)踐應(yīng)用，整理素材和編寫教材，建設(shè)豐富的配套教學(xué)資源。

4.2 改革方案設(shè)計(jì)

“運(yùn)籌學(xué)”實(shí)質(zhì)上是一個(gè)交叉學(xué)科，需要結(jié)合各學(xué)科的特點(diǎn)，解決各個(gè)專業(yè)實(shí)際的問(wèn)題，在解決運(yùn)籌學(xué)領(lǐng)域問(wèn)題的同時(shí)，也需要掌握計(jì)算機(jī)、人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)等方向的知識(shí)。從以下三個(gè)角度進(jìn)行綜合改革：教學(xué)模式的設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)、多元化的評(píng)價(jià)體系。

4.2.1 理論教學(xué)

以教師作為主要先導(dǎo)，以線下課堂形式為主，貼合授課學(xué)生專業(yè)知識(shí)的要求，講述“運(yùn)籌學(xué)”課程的有關(guān)分支知識(shí)，加之以習(xí)題、作業(yè)等方式加固學(xué)生對(duì)其方法和基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，更近一步提高學(xué)生自身專業(yè)能力，即教師知識(shí)能力的傳授?！斑\(yùn)籌學(xué)”的理論方向很多，例如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡(luò)分析、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、博弈論、排隊(duì)論、存儲(chǔ)論、多目標(biāo)決策等。教師選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)要注重與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)背景相結(jié)合，此外注重培養(yǎng)學(xué)生全局優(yōu)化意識(shí)和計(jì)算思維，例如，在現(xiàn)實(shí)問(wèn)題中最重要的影響因素是什么，構(gòu)建模型時(shí)要緊抓的重點(diǎn)是什么，并找到最適合的數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表述，要借用各類計(jì)算工具模型求解并且盡量簡(jiǎn)單。

4.2.2 實(shí)踐教學(xué)

目前“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)中較為薄弱的環(huán)節(jié)是實(shí)踐性教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)注重與計(jì)算工具相結(jié)合，加強(qiáng)對(duì)于實(shí)證的分析。實(shí)踐教學(xué)一般主要從以下兩方面進(jìn)行：以參加數(shù)學(xué)建模大賽的形式，通過(guò)比賽強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的自適應(yīng)能力、創(chuàng)新能力、決策優(yōu)化能力；學(xué)生要將感興趣的專業(yè)問(wèn)題與社會(huì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題相結(jié)合，并且進(jìn)行必要的實(shí)地調(diào)研、模型構(gòu)建，利用計(jì)算軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，撰寫分析報(bào)告，課堂上以學(xué)生答辯的形式實(shí)現(xiàn)。專業(yè)理論和運(yùn)籌決策優(yōu)化的結(jié)合將會(huì)通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)得到。

4.2.3 案例教學(xué)

教學(xué)全過(guò)程貫穿精選的若干真實(shí)運(yùn)籌分析案例，教學(xué)過(guò)程中師生地位對(duì)等、共同參與，通過(guò)互相討論的方式完成分析設(shè)計(jì)、模型的構(gòu)建、結(jié)果討論、觀點(diǎn)提煉。這種案例教學(xué)可以幫助學(xué)生構(gòu)建一個(gè)以應(yīng)用為導(dǎo)向、完整的問(wèn)題解決思路和框架。具體而言，開展線上課堂教學(xué)時(shí)，教師在正式上課前上傳案例和數(shù)據(jù)到課程平臺(tái)，并要求學(xué)生預(yù)先學(xué)習(xí)、標(biāo)注出疑難點(diǎn)。開展線下課堂教學(xué)時(shí)，教師可以從以下方面對(duì)案例進(jìn)行分析：案例目的、案例設(shè)計(jì)、決策分析步驟、研究結(jié)論等。這種互動(dòng)的形式，有助于學(xué)生理解與掌握“運(yùn)籌學(xué)”相關(guān)理論，體現(xiàn)了教師和學(xué)生在知識(shí)能力方面的碰撞。

4.2.4 互動(dòng)教學(xué)

研究指出，相比于線下課堂，學(xué)生在線上課程平臺(tái)討論區(qū)的發(fā)言交互更加活躍。因此可以充分利用平臺(tái)的討論區(qū)提高學(xué)生的參與度，對(duì)學(xué)生掌握的課程知識(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行全盤把握，進(jìn)而對(duì)知識(shí)體系及時(shí)修正。消除師生冷漠是新工科背景下的突破之一，研究指出提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、消除師生冷漠的有效途徑之一是教師和學(xué)生間的交流，特別是經(jīng)常性的深度交流。與此同時(shí)充分使用在線課程平臺(tái)和其他的交互工具，使師生交流變得更加便捷，大大促進(jìn)了師生交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，將被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化成主動(dòng)式學(xué)習(xí)，使師生學(xué)習(xí)更加高效有趣。

5 課程建設(shè)思路

緊緊圍繞管理實(shí)踐的實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)具體問(wèn)題建立運(yùn)籌學(xué)模型并進(jìn)行求解，為決策提供科學(xué)依據(jù)的能力以及運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)基本原理、方法分析復(fù)雜問(wèn)題的能力。每一教學(xué)單元均以專題內(nèi)容為主，基本教學(xué)內(nèi)容以運(yùn)籌學(xué)基本原理、方法為主，并將學(xué)科發(fā)展方向與前沿作為教學(xué)內(nèi)容的深化與拓展方向，指引學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行探索，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力將會(huì)得到提高。為豐富教學(xué)信息量，可通過(guò)編寫課程多媒體教學(xué)課件、微課、示教軟件等方式，建立教學(xué)信息資源資料庫(kù)。為培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)管理的科學(xué)素養(yǎng)，可以適當(dāng)安排綜合性的實(shí)踐課，在實(shí)際案例分析中指引學(xué)生運(yùn)用原理、方法、技術(shù)解決問(wèn)題，進(jìn)而深入探討更加復(fù)雜深入的問(wèn)題。

6 總結(jié)

通過(guò)研究分析新工科人才培養(yǎng)的具體需求，討論了“運(yùn)籌學(xué)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了新教學(xué)模式的探索和新改革方案設(shè)計(jì)思路。從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、案例教學(xué)和互動(dòng)教學(xué)四個(gè)方面詳細(xì)地論述教學(xué)改革模式實(shí)施的具體方法與步驟。總之，該教學(xué)模式具有一定的探索和實(shí)踐價(jià)值。

［1］朱君，宋樹祥，秦柳麗，等.“新工科”創(chuàng)新理念的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017（11）：171-173.

［2］周開發(fā)，曾玉珍.新工科的核心能力與教學(xué)模式探索［J］.重慶高教研究，2017（3）：22-35.

［3］梁冬梅.“運(yùn)籌學(xué)”課程理實(shí)一體化創(chuàng)新教學(xué)模式研究［J］.物流工程與管理，2018（5）：173-174.

［4］陸國(guó)棟.“新工科”建設(shè)的五個(gè)突破與初步探索［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2017（5）：38-41.

O22-4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.032

2095－6835（2020）12－0078－02

中北大學(xué)本科教育教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：ZJ2020061）；2020年度研究生教育改革課題（序號(hào)253）

胡紅萍（1973—），博士，副教授，研究方向?yàn)楣こ讨械臄?shù)學(xué)問(wèn)題、人工智能、信息與圖像處理。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕