森林工程專業《優化技術》課程教學改革研究

邢美凈 薛偉 辛穎

摘要筆者以森林工程專業的《優化技術》課程為研究對象，認為該課程的特點主要是系統性和科學性、邏輯性、應用性和實踐性、多學科性和交叉性。結合相關教學實際，總結出《優化技術》課程教學中存在的主要問題，即教學內容不夠深入，教學方法過于單一枯燥，實踐教學與傳統教學脫節，考核方法不恰當。在此基礎上，針對《優化技術》課程教學的改革目標，主張在課程改革方面完善教學內容，更新教學方法，激發學生的學習熱情，重視實際應用，加強實踐教學，以及建立多元化的考核體系。

關鍵詞森林工程專業；優化技術；教學改革；考核方法；實踐教學

中圖分類號S-01文獻標識碼A文章編號0517-6611（2016）04-339-03

Research on Optimization Technology Teaching Reform for Forest Engineering

XING Meijing， XUE Wei*， XIN Ying （College of Engineering and Technology， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

AbstractWith Optimization Technology in Forest Engineering major as research object， the characteristics were studied including systematic and scientific， logical， practical， multi discipline and cross. Combined with relevant teaching practice， main existing problems were summarized， namely teaching content is not deep enough， the teaching method is too monotonous and boring， practice teaching and traditional teaching is out of line， and the assessment method is not appropriate. On the basis of this， aiming at the reform goal of Optimization Technology， several suggestions were put forward， such as perfecting teaching content， updating teaching methods， stimulating students enthusiasm for learning， paying attention to practical application， strengthening practical teaching and establishing a diversified assessment method.

Key wordsForest engineering major； Optimization Technology； Teaching reform；Assesment method；Practical teaching

森林工程以森林采伐理論與技術體系為主體，以森林生態學為依據，在不破壞森林生態環境的條件下，實現森林資源的可持續開發與利用，推動林區經濟發展[1]，其旨在培養具備森林資源建設、保護、開發與利用能力的綜合應用型人才[2-3]。

《優化技術》作為森林工程專業的主干課程，建立在運籌學的基礎上，引入現代優化算法，例如層次分析法、人工神經網絡、遺傳算法、模糊數學算法、灰色系統理論等，運用數學方法對森林工程系統中的各種有限資源進行統籌優化，為森林經營規劃、森林作業機械、森林作業功效、生態采運與森工物流、森工技術經濟、森林經營技術等森林工程領域提供理論基礎[4-6]，為森林工程決策者提供有依據的最佳方案，在有限的資源條件下達到最優的決策目標，從而可以實現最科學、最有效的管理。

《優化技術》作為專業基礎課，有一定的管理哲學思維，并側重整體優化，開設課程的目的是使學生能夠掌握定量分析的方法，科學系統地分析問題，并且為其他課程提供必要的基礎，在使學生掌握建模方法和模型求解方法的同時，還能開發和提高學生的邏輯推理能力和獨立創造能力，為學生的發展打下基礎。

筆者結合《優化技術》課程的特點和教學目的，通過分析傳統教學中存在的不足，從教學內容、教學方法、實踐教學、考核體系的建立4個方面對優化技術課程教學的改革提出建議，旨在培養學生的學習興趣以及教學建模思維能力，從而提高教學質量和教學效果。

1 《優化技術》課程的特點

1.1系統性和科學性《優化技術》課程的研究對象為復雜的森林工程問題，森林工程專業研究的重點已經發生了轉變，從傳統的森林砍伐和撫育向注重森林生態效益、注重森林生產規劃與管理這一方向轉變。運用《優化技術》課程解決問題，要從整個系統的角度出發，研究全局性的問題，目的是達到整體最優，注重系統的整體利益。在研究系統現象時，從建立模型、分析模型到解決模型，都是用科學定量的方法，有據可循，用發展的眼光看待問題，用科學的態度解決問題。

1.2邏輯性《優化技術》更加注重的是決策者的邏輯思維，和運籌學相同的是要使用各種邏輯判斷方法和數學工具，借助于模型定量分析，解決實際問題。其中最重要的是要求決策者培養分析問題的邏輯思維，準確建立數學模型，提高對數學模型的分析能力。因此在該課程實際教學過程中，不能只要求學生掌握計算方法并且計算無誤，還應著重培養學生的建模思維，精確了解建模的科學性和邏輯性。

1.3應用性和實踐性《優化技術》是一門實踐性很強的學科，其理論、方法等都是數學工具，只有應用于實際問題，才是《優化技術》這一學科設立的目的。人工神經網絡、小波分析應用于圖像處理和模式識別，去除噪聲，優化圖像，在森林火災、衛星遙感等方面作用巨大；灰色系統理論在每個領域都有非常廣泛的應用，其主要是通過對生成的已知的部分信息進行數據挖掘和信息開發，從而可以對整個系統的發展規律和變化動態進行展望和預測[7]，在森林工程領域可以應用于對森林生態系統發展變化的預測，包括對森林承載力的預測與評價或者對森林水質的評價等；模擬退火算法可以用來解決森林采伐規劃的組合優化問題，對實現森林可持續經營、森林資源的動態管理意義重大。由此可以看出，優化算法在森林工程領域具有很強的實踐性和應用性，在實際教學過程中應當培養學生面向實際問題的理念。

1.4多學科性和交叉性《優化技術》在解決實際問題時會涉及多個學科的交叉使用，其中有計算機技術、概率論、物理學、工程技術等學科[8-9]，尤其與計算機技術緊密相連。運籌學在解決模型的過程中，手工計算或者簡單的計算機操作就能勝任，而《優化技術》則是與高速發展的計算機技術掛鉤，借助計算機程序與語言才能精確高效地解決問題。《優化技術》從全局的觀點出發，解決問題的方法也是綜合性的，單單一種是不可行的，因此在實際教學過程中，應該合理選擇和組織教學內容，提高學生的綜合能力。

2 《優化技術》課程教學存在的問題

2.1教學內容不夠深入《優化技術》在運籌學的基礎上壓縮了存儲論所占的比例，但是也涉及運籌學的基礎知識，主要包括線性規劃、動態規劃、圖與網絡分析等[10]，同時增加了現代優化算法和一些計算機程序所占的比重，更加適應時代和潮流的發展。

但是由于課時數量的限制以及學生領悟能力的不同，教師在講解完基礎理論知識后，對于一些有深度的內容不能做詳細講解，只能初步介紹，與傳統的運籌學教學沒有太大區別，因此學生只能掌握一些皮毛知識，在學習過程中往往抓不住重點，與專業聯系不夠緊密，上課過程中極容易養成懶散、懈怠的態度。

2.2教學方法過于單一枯燥森林工程專業《優化技術》是一門信息量大、內容豐富的學科，需要學生思維敏捷、靈活，也十分注重學生的參與能力、與授課教師的互動能力等，這樣才能活躍課堂氛圍，提升學習效果。但是在傳統的教學方法中，教師注重板書教學以及多媒體教學，按照步驟進行演練和計算，學生只感受到了復雜的迭代和一個又一個的圖形表格，并沒有深入其中，甚至有一些學生因為沒有跟上老師的思路而感到茫然。以教師為主導，學生被動參與這一課堂表現已經成為一種常態。任課教師只是把基礎知識以及解決問題的思路講解給學生，學生卻沒有主動參與進來，只是在一旁聽講，并沒有真正理解，降低了學習興趣，從而達不到預期的教學效果。

2.3實踐教學與傳統教學脫節《優化技術》將實際問題抽象為數學模型，具有很強的應用性，同時也是一門技巧性很強的創造性工作。它要求學生對問題的本質有深刻的理解，并且需要掌握大量的建模方法，會運用數學技巧，而這些僅僅依靠課本是不夠的，往往要通過大量的實踐過程和實踐經驗才能達到目的。在實踐過程中，只有通過現代算法，即計算機建模仿真，才能夠使各種優化理論在實際問題中發揮作用，因此學生只掌握手工計算方法是遠遠不夠的。但是在實際教學中，學生缺少上機實踐，只能依托任課教師的講解，課余時間不做練習，缺乏學習積極性，不會應用解決問題的優化軟件，達不到理想的教學效果，最終實踐教學與傳統教學環節逐漸脫節。

2.4考核方法不恰當目前，學校規定所有的考試均采用階段考試制度，主要是分為兩個階段，即期中考試和期末考試，各占最終成績的40%，余下的20%為平時成績。平時成績主要考察學生的出勤狀況以及課堂表現。階段考試制度的主要目的是提高學生的課堂學習效率。學生要想在考試中取得較高的成績，就需要在課堂上緊跟老師的思路，課后及時復習。

在學校階段考試制度的背景下，《優化技術》現行的考核方法主要是通過試卷評分，主要考察理論知識。這一現行的考核方法決定了學生的復習重點在繁瑣的理論證明以及計算上，而不是在分析問題、建立模型的邏輯思維上，顯然背離了優化技術學科的教學特點以及教學宗旨，既不能考察學生系統的建模思維，也不能考察學生解決實際問題的科學方法與實踐技能。

3 《優化技術》課程教學改革目標

《優化技術》一方面重視基礎知識，另一方面又重視實際應用，是一門開放性的實用性學科。《優化技術》課程教學改革的目標主要是提升學生學習的興趣和積極性，培養學生系統的建模思維以及獨立運用優化技術方法解決森林工程領域實際問題的能力，將方法運用到實際問題中去。

根據《優化技術》課程的特點以及現階段存在的問題，該課程教學改革一是面向教學內容，合理組織和選取教學內容，提升學生的學習興趣；二是面向教學對象，教師應該鼓勵學生主動參與，師生之間的互動應該更為密切；三是要重視實踐，開拓視野，面向實際問題，尤其是與森林工程專業聯系緊密的問題，尋求解決實際問題的辦法。

4《優化技術》課程教學改革方法

4.1完善教學內容《優化技術》涉及的內容比較廣泛，學生之間的學習能力又有所不同，因此教師在授課過程中應該有側重點，針對教學課時數量的限制，教師應該仔細斟酌教學內容和板塊，教學要有針對性。在實際教學過程中，教師應該根據森林工程專業的特點選取合適的教材，加強教材建設，及時更新授課內容和材料，在講解基礎理論外，還應該講解與森林工程專業聯系緊密的前沿性知識。

鑒于《優化技術》課程的實用性，現代優化算法已經不可或缺，一些編程的軟件也需要學習和講解，課程教學的難度也會有所加大，所以對于領悟能力不高或者課堂知識掌握不好的學生，可以采取布置學習任務的方式來增強其對課堂教學內容的掌握程度。

4.2更新教學方法，激發學生的學習熱情興趣是最好的老師。學生對于《優化技術》課程的興趣不是與生俱來的，往往需要教師的指導來建立和培養。雖然課程中的模型建立、迭代運算不可或缺，但是教師應該主動拋棄“滿堂灌”的教學方法，更新教學方法。教師可以采用啟發式教學和案例式教學相結合的方式來調動學生學習的積極性。

教師應該根據知識的難易程度由淺入深，循序漸進，通過設置小組討論或者布置課后作業的方式進行授課。教師可以設置一些應用性較強的案例，將這些案例布置給學生完成，采用小組討論的形式，最終由學生登上講臺，主動講解建立模型的過程以及解決問題的步驟。還可以采用布置課程設計的大作業的方式，讓學生都參與進來，強調以學生為主體的教學，不僅可以鍛煉小組成員間的合作、溝通能力，也可以調動學生學習的積極性，提升學習效果。

4.3重視實際應用，加強實踐教學《優化技術》課程主要培養的是學生的數學建模思維，但是只有應用于實際，才能達到培養目的。在教學過程中，應該將理論知識和森林工程實際情況聯系起來。例如，根據森林工程的實際情況，我國森林資源銳減，國家已經出臺多條法律條例禁止砍伐，森工作業重心已經由采運作業向合理開發利用森林資源、注重生態效益這一方向轉變，森林防火作業一直是最為重要的一環。在森林防火方面，人工神經網絡技術是一種智能模式識別技術，可以運用到火災識別方面。將理論知識的講解與實際應用結合起來，學生的理解就會更加直觀，解決實際問題的能力也會得到提高。

除了理論知識的講解外，單純的課堂中程序的講解是遠遠不夠的，學生要鍛煉自己的動手操作能力，因此整個課程體系還應該開設計算機方面的輔助課程。例如Matlab、Lingo等軟件課程。這些課程的設立不僅可以提高學生的專業素質，也可以提高學生對軟件學習的重視程度。Matlab中的優化工具箱功能很強大，可以較好地應用于智能算法的優化；Lingo不僅能用于求解線性規劃問題，還能求解非線性規劃問題。計算機軟件的學習可以讓學生獨立自主地運用優化方法解決實際問題，增強學生的實踐能力。

4.4建立多元化的考核體系《優化技術》課程的理論性和實用性都很強，單獨的理論考試極容易出現“高分低能”的現象，為了提高學生的綜合素質，建立多元化的考核體系勢在必行。這主要包括理論考試和案例分析兩個方面，各占總成績的比例為60%和40%。其中，在理論考試方面，根據學校的要求，為了提高學生課堂效率，考試采用階段考試的方式進行，主要分為兩個階段，即考察兩次。鑒于考試次數的增加，在每次考試中，考試內容可以有所側重，教師可以收集比較經典的題目，全面考察學生的知識水平；在案例分析方面，為了提高學生解決實際問題的能力，教師引入相關案例，對學生進行分組，讓學生以報告或者論文的形式提交上來，提出自己的見解或者思路。

5結語

《優化技術》是一門重要的專業基礎課，既注重跨學科理論知識的積累，又強調面向實際問題的系統性解決思路與應用能力。通過該課程的學習，可使學生掌握現代優化算法，為后續專業課程的學習提供必要的理論基礎。教師要把握課程的特點，根據專業要求以及課時要求精心安排教學內容，同時安排計算機輔助教學，使學生掌握優化問題的相關軟件，主動參與進來，提高運用所學知識解決實際問題的能力，進一步提高教學質量。

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