商學(xué)院學(xué)生科學(xué)計算能力的培養(yǎng)與管理運籌學(xué)教學(xué)改革

摘要:討論商學(xué)院學(xué)生科學(xué)計算能力的重要性，分析學(xué)生科學(xué)計算能力差的原因，提出管理運籌學(xué)教學(xué)改革迫在眉睫，結(jié)合國外的先進經(jīng)驗，推廣運籌學(xué)開放實驗。

關(guān)鍵詞:管理運籌學(xué);數(shù)學(xué)模型;科學(xué)計算能力;教學(xué)改革

管理科學(xué)是對與定量因素有關(guān)的管理問題通過應(yīng)用科學(xué)的方法進行輔助管理決策制定的一門學(xué)科。管理科學(xué)學(xué)科的傳統(tǒng)名稱叫運籌學(xué)，作為一門學(xué)科，它是建立在科學(xué)基礎(chǔ)上的知識和技術(shù)的總體。管理科學(xué)研究只是對問題涉及的定量因素進行分析并且向開明的管理者提出建議。管理者還必須要考慮管理科學(xué)領(lǐng)域以外的眾多無形的因素，然后根據(jù)其最佳判斷做出決策。管理科學(xué)主要以數(shù)學(xué)和計算機為工具，以社會科學(xué)為基礎(chǔ)，尤其是經(jīng)濟學(xué)。

1.培養(yǎng)科學(xué)計算能力應(yīng)該是培養(yǎng)現(xiàn)代管理人才的教育目標之一

科學(xué)計算能力是指利用現(xiàn)代工具(包括硬件和軟件)解決管理科學(xué)中計算問題的能力。它包括掌握一種計算軟件、建立恰當?shù)臄?shù)學(xué)模型、實現(xiàn)高效的編程和運算、對計算結(jié)果做正確的表述和圖解等多方面的綜合能力。所以提高科學(xué)計算能力當然是商學(xué)院培養(yǎng)管理人才的一個十分重要的基本環(huán)節(jié)。作者曾經(jīng)遇到一位本科畢業(yè)生，他的畢業(yè)論文題目是《新人民幣匯率制度下我國外匯儲備幣種結(jié)構(gòu)研究》。外匯儲備是一個國家國際清償力的重要組成部分，同時對于平衡國際收支、穩(wěn)定匯率有重要的影響。中國外匯儲備(不含港澳臺)的主要組成部分是美元資產(chǎn)，其主要持有形式是美國國債和機構(gòu)債券。而就目前國內(nèi)的外匯管理體制而言，總量管理受制于國際社會對于人民幣匯率的評估:當外界預(yù)期人民幣匯率上升時，大量資金涌入國內(nèi)，外匯儲備迅速膨脹，而當外界預(yù)期人民幣匯率下降時，資金外逃則使得外匯儲備總量下滑，這就在很大程度上限制了中央銀行發(fā)揮這方面功能的條件。在這一背景下，對外匯儲備的結(jié)構(gòu)管理尤其是幣種結(jié)構(gòu)管理就顯得尤為重要。該學(xué)生主要利用哈里﹒馬克維茨(Harry Markowitz)和威廉﹒夏普(William Sharpe)創(chuàng)立的均值——方差理論建立一個非線性數(shù)學(xué)模型，對我國外匯儲備進行實證分析研究，以確定外匯儲備的最佳結(jié)構(gòu)。他的主要問題是什么呢?復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型建立了，可是計算不出結(jié)果。

造成這種結(jié)果的原因大致有兩個:一、商學(xué)院的學(xué)生學(xué)習(xí)管理運籌學(xué)時，艱深的數(shù)學(xué)理論讓他們捉襟見肘。近年來，高校連年擴招，高考入學(xué)比例逐年攀升。有些文科生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及其能力與理工科學(xué)生相比存在著較大差異，這就造成了學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)參差不齊，給教授管理運籌學(xué)帶來了客觀上的困難。另外，在中國管理運籌學(xué)的教材還是20年前的老面孔，往往比較側(cè)重基本原理和算法的陳述，過于強調(diào)數(shù)學(xué)公式及其推導(dǎo)，較少使用計算機，與現(xiàn)代化管理脫軌。許多商學(xué)院的學(xué)生在選擇管理運籌學(xué)課程和教材時表現(xiàn)出了相對大的焦慮和懷疑，焦慮的主要原因是管理運籌學(xué)是一門高度抽象化、高度數(shù)學(xué)化的學(xué)科，而這也使得大多數(shù)人對于管理科學(xué)方法能否處理實際管理問題產(chǎn)生了懷疑。二、歷史原因。20世紀90年代，計算機取代了計算器，成為了主要的計算工具，它的標志是個人計算機的普及和科學(xué)計算軟件的成熟。這些軟件的特點是用矩陣和數(shù)組為模型，可以對海量數(shù)據(jù)進行計算。然而，計算機取代計算器不是一蹴而就的，必須有意識的納入到教學(xué)計劃中去。中國的大學(xué)幾乎還沒有給學(xué)生進行以計算機為計算工具的教育。直到現(xiàn)在情況并沒有根本變化，我國在大學(xué)課程中使用計算機方面與世界各國的差距在不斷加大，從大部分課程的教學(xué)大綱和教材中可見一斑，因為它們沒有反映出計算機在課程教學(xué)中的應(yīng)用。在1990年代中期，國外大量課程的教材都已經(jīng)采用數(shù)學(xué)軟件來做分析和計算，而國內(nèi)教材都比國外滯后，《線性代數(shù)》教材的差距在10年以上，因為國外所有《線性代數(shù)》都用了數(shù)學(xué)軟件。大家知道現(xiàn)在國際上比較流行的運籌學(xué)軟件主要有MATLAB優(yōu)化工具箱、LINDO、LINGO優(yōu)化工具箱，而它們的使用都要建立在矩陣、數(shù)組的基礎(chǔ)上。矩陣、數(shù)組之所以重要是因為它提供了一種規(guī)范化表示和計算海量數(shù)據(jù)群的形式。在這里特別強調(diào)一點，歐美各高等院校MATLAB已經(jīng)成為《線性代數(shù)》、《時間序列分析》等諸多課程的基本教學(xué)工具，成為大學(xué)生、碩士生以及博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB已經(jīng)被廣泛的用于研究和解決各種具體的工程問題。然而，讓我們的學(xué)生學(xué)習(xí)以上這些比較復(fù)雜的專業(yè)軟件是有一定難度的。

2.改革理念:需求牽引、技術(shù)推動

先回顧一下處理管理中的實際問題的一般步驟:1.定義問題和收集數(shù)據(jù)。管理者必須鑒別出所要考慮的問題以及確定研究的合理目標，然后可能會在收集與問題相關(guān)的數(shù)據(jù)時花費很長的時間。2.構(gòu)建模型(一般為數(shù)學(xué)模型)。商業(yè)數(shù)學(xué)模型同一般的數(shù)學(xué)模型一樣也有其描述問題本質(zhì)的等式和相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式組成的系統(tǒng)。3.從模型中形成一個對問題進行求解的基于計算機的程序。一個設(shè)計完好的數(shù)學(xué)模型的完美之處在于它能夠在計算機上運行數(shù)學(xué)程序?qū)栴}進行求解。4.測試模型、修正模型，應(yīng)用模型分析問題并給出管理建議。從處理管理問題的步驟可以看出，數(shù)據(jù)的收集和模型的建立是非常關(guān)鍵的，而這兩點分別與統(tǒng)計學(xué)和管理運籌學(xué)建模及其求解有關(guān)系。統(tǒng)計學(xué)教學(xué)中，統(tǒng)計開放實驗是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它將統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)方法與軟件的處理技術(shù)相結(jié)合，提高讀者借助統(tǒng)計分析工具，利用統(tǒng)計思想、方法解決實際問題的能力。許多的統(tǒng)計學(xué)軟件不斷地被應(yīng)用到統(tǒng)計學(xué)開放實驗的課程中，而且大多數(shù)人會認為這些統(tǒng)計軟件會比Excel電子表格軟件更高級。然而，大多數(shù)管理者和其他從業(yè)者們都直接選擇Excel電子表格軟件。這與當前的商務(wù)環(huán)境、世界計算環(huán)境對Excel電子表格軟件的應(yīng)用的大量需求有直接關(guān)系。值得慶幸的是，Excel電子表格軟件也提供了管理運籌學(xué)建模及其求解的功能——規(guī)劃求解功能。美國高校的管理運籌學(xué)從思想、內(nèi)容、方法和手段都發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變，其主要表現(xiàn)為美國各個大學(xué)已經(jīng)普遍采用“Excel電子表格”。使用電子表格已經(jīng)成為管理運籌學(xué)的一個明顯的潮流。在美國管理運籌學(xué)用的較多的教材是《數(shù)據(jù)、模型與決策——運用電子表格建模與案例研究》，作者通過運用電子Excel表格對所有建立的數(shù)學(xué)模型進行求解，一方面使讀者的注意力始終集中于解決實際問題的重點和難點——分析問題的思想方法和提煉數(shù)學(xué)模型的技巧上，另一方面使得讀者掌握了分析求解的工具，能夠?qū)η蠼馑玫慕Y(jié)果進行分析，進而對管理實際問題做出決策。

3.案例比較

例:任務(wù)分配問題。某車間有甲、乙兩臺機床，可用于加工三種工件.假定這兩臺車床的可用臺時數(shù)分別為800和900，三種工件的數(shù)量分別為400、600和500，且已知用三種不同車床加工單位數(shù)量不同工件所需的臺時數(shù)和加工費用如下表.問怎樣分配車床的加工任務(wù)，才能既滿足加工工件的要求，又使加工費用最低?

解:設(shè)在甲車床上加工工件1、2、3的數(shù)量分別為x1、x2、x3，在乙車床上加工工件1、2、3的數(shù)量分別為x4、x5、x6，可建立以下線性規(guī)劃模型:

運用MATLAB優(yōu)化工具箱編寫M文件如下:

f = [13 9 10 11 12 8];A =[0.4 1.1 1 0 0 0

0 0 0 0.5 1.2 1.3];b = [800; 900];

Aeq=[1 0 0 1 0 0

0 1 0 0 1 0

0 0 1 0 0 1]; beq=[400 600 500];vlb = zeros(6，1);vub=[];

[x，fval] = linprog(f，A，b，Aeq，beq，vlb，vub)

結(jié)果: x = 0.0000

600.0000

0.0000

400.0000

0.0000

500.0000

fval =1.3800e+004

即在甲機床上加工600個工件2，在乙機床上加工400個工件1、500個工件3，可在滿足條件的情況下使總加工費最小為13800。

若使用Excel電子表格的規(guī)劃求解功能，同樣也可以得到比較漂亮的結(jié)果，而且還可以得到敏感性分析報告。

4.運籌學(xué)開放實驗

運籌學(xué)開放實驗與管理運籌學(xué)理論教學(xué)同步進行。

目的:充分發(fā)揮Excel電子表格軟件這一先進的計算機工具的強大功能，改變傳統(tǒng)的教學(xué)手段和教學(xué)方法，將軟件的應(yīng)用引入到課堂教學(xué)，理論與應(yīng)用相結(jié)合。豐富教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

要求:能用Excel電子表格軟件中的規(guī)劃求解功能求解運籌學(xué)中常見的數(shù)學(xué)模型。

實驗項目名稱和學(xué)時分配

5.結(jié)束語

那位學(xué)生的數(shù)學(xué)模型用Excel電子表格軟件規(guī)劃求解的方法，很容易就解決了。“授人以魚，不如授人以漁”，管理運籌學(xué)教學(xué)改革是應(yīng)時代的要求，迫在眉睫。

(作者單位:石河子大學(xué)商學(xué)院)