運(yùn)籌學(xué)課程的CDIO改革與實(shí)踐

廖　果，李政文

(電子科技大學(xué)成都學(xué)院　文理系，成都　611713)

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運(yùn)籌學(xué)課程的CDIO改革與實(shí)踐

廖果*，李政文

(電子科技大學(xué)成都學(xué)院文理系，成都611713)

介紹CDIO工程教育思想的產(chǎn)生和發(fā)展，比較傳統(tǒng)教育理念和CDIO理念的區(qū)別。在分析目前高校運(yùn)籌學(xué)課程的突出問(wèn)題的基礎(chǔ)上，結(jié)合CDIO教育理念，對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法上給出了改革的建議。最后將CDIO改革的理念用于學(xué)校運(yùn)籌學(xué)課程的具體改革實(shí)踐。

運(yùn)籌學(xué)；改革實(shí)踐；CDIO工程教育

運(yùn)籌學(xué)是一門為決策機(jī)構(gòu)在對(duì)其控制下的業(yè)務(wù)活動(dòng)進(jìn)行決策時(shí)，提供以數(shù)量化為基礎(chǔ)的最優(yōu)化方案的學(xué)科。運(yùn)籌學(xué)雖然強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但其特點(diǎn)是實(shí)踐性。運(yùn)籌學(xué)產(chǎn)生于二戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)英美等國(guó)主要用運(yùn)籌的方法來(lái)研究護(hù)航艦隊(duì)保護(hù)商船隊(duì)免受德軍潛艇攻擊的問(wèn)題。后來(lái)逐步發(fā)展到民用領(lǐng)域，包括市場(chǎng)銷售、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理等問(wèn)題。運(yùn)籌學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的產(chǎn)生和解決有著密切的關(guān)系。

目前國(guó)內(nèi)大學(xué)開設(shè)的運(yùn)籌學(xué)課程在教學(xué)中存在一些急需解決的問(wèn)題。一方面運(yùn)籌學(xué)的內(nèi)容較多，而課時(shí)有限，對(duì)于不同層次的學(xué)校、學(xué)生及不同類型的專業(yè)，在選擇教學(xué)內(nèi)容上具有一定的隨意性；另一方面，老師在上課的時(shí)候，過(guò)于注重定理的推導(dǎo)和手工計(jì)算，缺乏對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析和對(duì)運(yùn)籌學(xué)軟件的應(yīng)用，脫離實(shí)際應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生在遇到實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候，動(dòng)手能力較差。

本文主要探討如何將CDIO工程教育思想引入運(yùn)籌學(xué)教學(xué)過(guò)程，在教學(xué)理念、教學(xué)方法、教案設(shè)計(jì)、考核方式等方面做了一些合理化的改革建議，并在電子科技大學(xué)成都學(xué)院進(jìn)行了改革實(shí)踐。

一、CDIO教學(xué)改革理念

(一)CDIO改革理念的產(chǎn)生和發(fā)展

21世紀(jì)初，美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過(guò)多年研究提出了CDIO教學(xué)理念。C代表構(gòu)思(Conceive)，D代表設(shè)計(jì)(Design)，I代表實(shí)施(Implement)，O代表運(yùn)行(Operate)。CDIO理念是基于產(chǎn)品開發(fā)的生命周期而形成的工程教育模式。工程畢業(yè)生的能力包括基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，CDIO改革大綱從這四個(gè)方面的能力培養(yǎng)出發(fā)，達(dá)到提高綜合能力的預(yù)定目標(biāo)。迄今為止，已有幾十所世界著名大學(xué)加入CDIO組織并在CDIO改革中取得了良好效果，其畢業(yè)生深受社會(huì)歡迎。2007年11月，由教育部牽頭組織召開了2007中國(guó)高等工程教育改革論壇和CDIO國(guó)際合作組織會(huì)議，以進(jìn)一步在中國(guó)推廣CDIO工程教育模式。清華大學(xué)、香港大學(xué)、Royal Institute of Technology(Sweden)等40多所國(guó)內(nèi)外高校參會(huì)，討論了當(dāng)前高等工程教育存在的熱點(diǎn)問(wèn)題，反應(yīng)強(qiáng)烈。2008年5月，教育部高教司理工處和汕頭大學(xué)聯(lián)合主辦了“2008年中國(guó)CDIO工程教育模式研討會(huì)”，成立了“中國(guó)CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐”課題組。課題組的主要工作就是指導(dǎo)相關(guān)院校開展CDIO工程教育的試點(diǎn)工作和組織開展研討與交流活動(dòng)。就目前實(shí)施CDIO改革試點(diǎn)的國(guó)內(nèi)大學(xué)情況來(lái)看，效果良好，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了提高。

(二)CDIO改革理念與傳統(tǒng)教學(xué)理念的區(qū)別

傳統(tǒng)的教育理念中，教師往往比較看重“教”的過(guò)程，注重知識(shí)的傳授，所謂傳道受業(yè)解惑是也。大學(xué)教師在課堂教學(xué)中注重理論推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力；學(xué)校在人才培養(yǎng)的問(wèn)題上，對(duì)社會(huì)需要什么樣的人才關(guān)心不夠。因而導(dǎo)致學(xué)校教育和社會(huì)需求脫鉤，社會(huì)上企業(yè)普遍反映畢業(yè)生的實(shí)踐能力不足，眼高手低等問(wèn)題。

CDIO教學(xué)理念與傳統(tǒng)教育思想的區(qū)別在于，CDIO重視學(xué)生“學(xué)”的過(guò)程。它從社會(huì)的需求出發(fā)，從企業(yè)產(chǎn)品發(fā)開的周期中需要的人才能力入手，根據(jù)不同專業(yè)的學(xué)生選擇不同教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)生“學(xué)”的過(guò)程中培養(yǎng)綜合能力，提高動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。

二、CDIO教學(xué)理念下運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)改革

(一) 教師需要更新教學(xué)理念，加強(qiáng)思想認(rèn)識(shí)

首先教師應(yīng)提升對(duì)CDIO教學(xué)理念的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到實(shí)踐能力也是學(xué)生必不可少的基本能力。為此，學(xué)校應(yīng)定期組織相關(guān)教師研討會(huì)，加強(qiáng)溝通交流，統(tǒng)一思想，提高認(rèn)識(shí)。定期或不定期到開展CDIO試點(diǎn)的其他學(xué)校交流學(xué)習(xí)。

(二)教學(xué)內(nèi)容需要做相應(yīng)的調(diào)整

運(yùn)籌學(xué)包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖論與網(wǎng)絡(luò)、排隊(duì)論、存儲(chǔ)論、對(duì)策論、多目標(biāo)決策等內(nèi)容，具有跨學(xué)科和各部分自成體系的特征。因此，課程的教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重是可行的和必須的。對(duì)于學(xué)生基礎(chǔ)較差的獨(dú)立學(xué)院、二三本院校來(lái)說(shuō)，可以選擇一些基礎(chǔ)性的內(nèi)容如線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、圖論與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行介紹。在對(duì)這些內(nèi)容的講解中應(yīng)著力于模型的應(yīng)用和求解。如圖論和網(wǎng)絡(luò)中的“最短路問(wèn)題”“最大流問(wèn)題”“最小費(fèi)用最大流問(wèn)題”等，都有很好的應(yīng)用背景。對(duì)于學(xué)生基礎(chǔ)較好的一本院校，則可以增加目標(biāo)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等內(nèi)容。在研究生課程中則主要介紹排隊(duì)論、存儲(chǔ)輪、多目標(biāo)決策等內(nèi)容。

(三)采用多種教學(xué)方法

傳統(tǒng)授課方式主角是老師，而CDIO改革注重學(xué)生“學(xué)”的過(guò)程，因此可以以老師課堂講授為主，同時(shí)引入團(tuán)隊(duì)討論、案例教學(xué)、軟件演示、上機(jī)實(shí)驗(yàn)等教學(xué)形式。

首先，在一些必要的理論部分如單純形法的介紹，可以采用多媒體與板書結(jié)合的教學(xué)方式。多媒體的好處在于有聲音、圖像、動(dòng)畫等形象內(nèi)容，有助于吸引學(xué)生注意力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，一些教師在授課的時(shí)候喜歡全程采用多媒體教學(xué)，雖然提高了老師的效率，但是學(xué)生的聽課效果并不理想。究其原因主要在于學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間將注意力集中在PPT上，而忽視了自主的思考以及教材的學(xué)習(xí)。并且PPT的內(nèi)容固定，不便于細(xì)節(jié)展示。同時(shí)PPT播放速度過(guò)快也容易導(dǎo)致學(xué)生過(guò)目即忘，而傳統(tǒng)的板書則可以彌補(bǔ)這些方面的缺陷。

其次，應(yīng)安排一些具有實(shí)際經(jīng)濟(jì)學(xué)背景的具體案例進(jìn)行案例教學(xué)。如運(yùn)輸問(wèn)題、物資管理系統(tǒng)、人才招聘問(wèn)題、比賽順序安排問(wèn)題等等都是比較典型且學(xué)生比較感興趣的實(shí)例。在實(shí)際教學(xué)中要多鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，搜集相關(guān)資料，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。案例教學(xué)可以讓學(xué)生討論如下的一些問(wèn)題：如背景分析，將實(shí)際問(wèn)題建立運(yùn)籌學(xué)模型，模型的結(jié)果分析及其改進(jìn)等。

再次，實(shí)際問(wèn)題往往涉及到大量的變量，而單純形法在解決3個(gè)變量以上的時(shí)候手工計(jì)算就會(huì)比較困難，而事實(shí)上變量個(gè)數(shù)極多的情況下，即使使用軟件計(jì)算也存在算法復(fù)雜度優(yōu)化的問(wèn)題。如下面這個(gè)比較簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃問(wèn)題：

maxz=2x1+3x2+4x3+7x4

如果學(xué)生要用紙和筆利用單純形表計(jì)算會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，但是如果采用LINGO軟件求解，可以快速得到結(jié)論。因此有必要在課堂上安排一些課時(shí)講解運(yùn)籌學(xué)軟件的應(yīng)用，同時(shí)在一些案例討論結(jié)束后也要要求學(xué)生利用軟件編程進(jìn)行求解，鼓勵(lì)學(xué)生使用運(yùn)籌學(xué)軟件求解，提高學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

(四)考評(píng)體系改革

現(xiàn)代社會(huì)人才的衡量標(biāo)準(zhǔn)是多樣的，但是基本的計(jì)算能力、自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)能力、溝通能力、表達(dá)能力等都是不可或缺的，CDIO工程教育就是以結(jié)果為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。這些能力大多數(shù)都是在學(xué)習(xí)的過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)的，因此要配合CDIO教學(xué)目的，需要制定相應(yīng)的考核辦法，將學(xué)習(xí)的過(guò)程納入考核體系。具體來(lái)說(shuō)分為以下幾部分：

第一，責(zé)任心、基本的邏輯思維能力和數(shù)學(xué)計(jì)算能力。責(zé)任心是做人最基本的準(zhǔn)則，學(xué)生的主要工作就是學(xué)習(xí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)就是對(duì)自己負(fù)責(zé)，具體表現(xiàn)為不遲到、不早退，認(rèn)真完成作業(yè)等。因此學(xué)生考勤和課后作業(yè)應(yīng)納入考核體系。另外，雖然運(yùn)籌學(xué)實(shí)踐性很強(qiáng)，但數(shù)學(xué)仍然是它的基礎(chǔ)，基本的計(jì)算能力也是必須的。因此，期末考試的成績(jī)一定程度上反映了學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

第二，表達(dá)能力和溝通能力。這些能力的培養(yǎng)和考核可以采用討論課的形式進(jìn)行。教師先把討論的課題和基本資料交給學(xué)生，讓學(xué)生自行在課下查找需要的資料，然后在課堂上讓學(xué)生分組討論，學(xué)生提出疑問(wèn)并討論解決。這樣的形式可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，讓學(xué)生在討論學(xué)習(xí)的氛圍中愉快地學(xué)習(xí)。當(dāng)然實(shí)踐中也存在一些問(wèn)題，比如一些學(xué)生性格內(nèi)向，不愿意參與討論。這時(shí)候老師就需要采用多種形式多鼓勵(lì)其發(fā)言，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和溝通能力。

第三，軟件應(yīng)用能力。在實(shí)際應(yīng)用中，能夠建立運(yùn)籌學(xué)模型固然重要，會(huì)應(yīng)用軟件計(jì)算結(jié)果也是不可忽視的。不同的模型在求解的時(shí)候會(huì)遇到不同的問(wèn)題，在一定程度上反映模型的優(yōu)劣，因此通過(guò)計(jì)算可以找到改進(jìn)的方法。由于課時(shí)有限，教師可以講一些運(yùn)籌學(xué)軟件的入門應(yīng)用，深入和全面的學(xué)習(xí)則需要學(xué)生進(jìn)一步地自主學(xué)習(xí)。從課程考核方面出發(fā)，教師應(yīng)要求學(xué)生在案例討論后對(duì)建立的運(yùn)籌學(xué)模型進(jìn)行軟件求解，進(jìn)行結(jié)果控制。

第四，團(tuán)隊(duì)合作能力。一個(gè)人的力量是有限的，團(tuán)隊(duì)合作才能互補(bǔ)缺陷。團(tuán)隊(duì)能力表現(xiàn)在能否和隊(duì)員形成合力，能否和隊(duì)員保持良好關(guān)系上。在團(tuán)隊(duì)討論課上隊(duì)員不可避免會(huì)有一些意見上的分歧，課下分工也多少會(huì)存在一些不合作的現(xiàn)象。那么團(tuán)隊(duì)成員之間能夠溝通順利、及時(shí)解決分歧、維持和諧的隊(duì)員關(guān)系是反映團(tuán)隊(duì)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，期末的時(shí)候可采用匿名評(píng)價(jià)的形式由團(tuán)隊(duì)成員之間互相評(píng)價(jià)，并寫一篇關(guān)于學(xué)期整個(gè)團(tuán)隊(duì)合作的感受。

第五，創(chuàng)新能力。CDIO工程教育思想就是要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合能力。因此能否將運(yùn)籌學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題并建立模型分析是衡量課程改革是否成功的關(guān)鍵。這部分要求學(xué)生平時(shí)多觀察生活中的現(xiàn)象，多思考生活中遇到的問(wèn)題，學(xué)會(huì)用運(yùn)籌的思想來(lái)解決。

三、CDIO教學(xué)改革實(shí)踐

(一)改革實(shí)踐

基于CDIO的想法，在電子科技大學(xué)成都學(xué)院對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程做了相應(yīng)的改革調(diào)整。

針對(duì)學(xué)院學(xué)生普遍基礎(chǔ)較差且課時(shí)較少的現(xiàn)狀，把教學(xué)內(nèi)容做了精選，主要講解線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、圖論與網(wǎng)絡(luò)入門以及LINGO軟件入門應(yīng)用。在教學(xué)過(guò)程中，將12課時(shí)用于老師講解基礎(chǔ)知識(shí)和理論；12課時(shí)用于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，老師引導(dǎo)；8課時(shí)用于LINGO軟件操作與應(yīng)用。學(xué)生有12課時(shí)的討論學(xué)習(xí)，以3個(gè)專題為主，每1章1個(gè)專題，每個(gè)專題4學(xué)時(shí)。需要學(xué)生完成的任務(wù)包括課前資料準(zhǔn)備，課堂討論，學(xué)生講解，問(wèn)題分析和建立模型，結(jié)果分析。在這個(gè)過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組管理，重點(diǎn)要求每個(gè)學(xué)生都要參與。對(duì)成績(jī)的考核特意突出平時(shí)“學(xué)”的過(guò)程控制，其中期末成績(jī)占40%，平時(shí)成績(jī)占60%。平時(shí)成績(jī)由考勤、課堂討論、軟件應(yīng)用、期末實(shí)踐報(bào)告以及團(tuán)隊(duì)互評(píng)幾部分構(gòu)成。

(二)改革成效

改革之后的成效是顯而易見的，首先得到了學(xué)生好評(píng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性很高。其次，學(xué)生成績(jī)較改革前有所提高，不合格率大幅下降。再次，學(xué)生在處理實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候更加自信，綜合能力有所提高。改革課題組曾對(duì)學(xué)生做過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，從學(xué)生滿意度、參與度、成績(jī)、授課方式等問(wèn)題上的反饋來(lái)看，CDIO改革都是比較成功的。

四、結(jié)語(yǔ)

改革的目的就是提高學(xué)生運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)解決具體問(wèn)題的實(shí)踐能力。隨著我國(guó)不斷深化高等教育改革，要求在教學(xué)中針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，在教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法和教學(xué)手段上要符合時(shí)代的發(fā)展。并且合理利用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，使學(xué)生既能掌握基本的理論與方法,又具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用能力。CDIO的教學(xué)理念在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生綜合能力方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，是一種先進(jìn)的教學(xué)理念。

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CDIO Reform and Practice in the Course of Operations Research

LIAOGuo*,LIZhengwen

(Chengdu College of University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)

The generation and development of CDIO engineering education thought is introduced. The difference between traditional education idea and CDIO idea is Compared. Based on the analysis of the outstanding problems in the course of operations research, combined with CDIO education concept, the reform of operational research course is given about the teaching philosophy, teaching content, teaching methods and assessment methods. Finally, the idea of CDIO reform is used in the practice of the reform of school operations research course.

operational research; Reform practice; CDIO engineering education

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2016.03.021

2016-07-20

廖果(1986— )，男(漢族)，四川廣安人，助教，碩士，研究方向：應(yīng)用泛函分析，通信作者郵箱： liaoguo_sc@qq.com。

G642

A

2095-5383(2016)03-0089-04

李政文(1984— )，男(漢族)，四川成都人，講師，碩士，研究方向：優(yōu)化決策。