基于OBE理念的《運(yùn)籌學(xué)》課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

吳開(kāi)信 成利剛 肖蒙 呂秋霞 程碧榮 成琳娜

摘 要：基于OBE教育理念，從教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建、教學(xué)方法的改進(jìn)、評(píng)價(jià)機(jī)制的完善等方面探討了《運(yùn)籌學(xué)》課程教學(xué)改革，突出“目標(biāo)導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)”的架構(gòu)，旨在實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教和“以成果為導(dǎo)向”的學(xué)這種新型的教學(xué)關(guān)系，以此培養(yǎng)學(xué)生良好的探索研究習(xí)慣，提高自主學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向教育；教學(xué)設(shè)計(jì)；創(chuàng)新能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）02-0135-03

Abstract： According to the teaching idea of Outcomes-Based-Education， this paper probes into the curriculum teaching reform for Operations Research from three aspects which are construction of teaching content， improvement of teaching methods and evaluation mechanism. A framework of "goal orientation， student-centered and continuous improvement" is highlighted， aiming at achieving a new teaching relationship between "student centered" teaching and "result oriented" learning. It's concerned that the college students should develop the habits of researches and explorations so as to enhance the independent learning ability and innovation ability.

Keywords： outcomes-Based-Education（OBE）； teaching design； innovation ability

現(xiàn)代工程教育倡導(dǎo)“學(xué)生為中心、面向產(chǎn)出、持續(xù)改進(jìn)”等先進(jìn)理念，要求突出專(zhuān)業(yè)教育的科學(xué)性和精細(xì)性，著力體現(xiàn)本科教育的基本要求，有效發(fā)揮教與學(xué)的優(yōu)勢(shì)，追求教育的效率和效果。成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）自1981年由學(xué)者Spady提出以來(lái)已形成完整的體系，主要解決四個(gè)核心問(wèn)題[1]：你要學(xué)生學(xué)習(xí)什么和掌握什么？為什么要取得這樣的學(xué)習(xí)成果？如何幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)結(jié)果？如何有效地知道學(xué)生是否取得這些學(xué)習(xí)結(jié)果？由此可以看出，OBE 教學(xué)理念下的教學(xué)活動(dòng)緊緊圍繞明確的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行組織，并以學(xué)生為中心展開(kāi)的，教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后取得的學(xué)習(xí)成果。

“運(yùn)籌學(xué)”主要講解如何改善或優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)的效率，作為管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用背景。新形勢(shì)下隨著專(zhuān)業(yè)調(diào)整和培養(yǎng)方案改革，《運(yùn)籌學(xué)》課程教學(xué)改革在國(guó)內(nèi)部分高校相繼開(kāi)展，主要涉及教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和考核方式的改革等[2]。但是在實(shí)踐過(guò)程中也出現(xiàn)一些問(wèn)題：如過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論的推導(dǎo)、輕視實(shí)踐應(yīng)用；教學(xué)手段單一、效果不理想；教與學(xué)的信息反饋不及時(shí)；師資中普遍缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等。

傳統(tǒng)教育是學(xué)科導(dǎo)向的，教育模式傾向于解決線(xiàn)性的、確定的、靜止封閉的問(wèn)題，教學(xué)設(shè)計(jì)注重學(xué)科的需要，在一定程度上忽視了專(zhuān)業(yè)的需要；而現(xiàn)代教育是面向社會(huì)需求而不是面向?qū)W科培養(yǎng)人才，因此專(zhuān)業(yè)教育應(yīng)該從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)，從粗放走向精細(xì)。針對(duì)“運(yùn)籌學(xué)”課程教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，作者結(jié)合多年該課程的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將OBE教學(xué)理念引入到該課程的教學(xué)活動(dòng)中，進(jìn)行教學(xué)改革探索和實(shí)踐。本文以我校軌道交通運(yùn)營(yíng)管理專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)營(yíng)管理專(zhuān)業(yè)）中的《運(yùn)籌學(xué)》課程為例，根據(jù)專(zhuān)業(yè)要求及課程特點(diǎn)，對(duì)授課內(nèi)容作相應(yīng)調(diào)整，建立以能力為導(dǎo)向的《運(yùn)籌學(xué)》課程核心知識(shí)體系，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行反向設(shè)計(jì)和正向?qū)嵤荚谂囵B(yǎng)學(xué)生良好的探索研究習(xí)慣，提高應(yīng)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力。

一、反向設(shè)計(jì)，構(gòu)建運(yùn)籌學(xué)核心知識(shí)點(diǎn)體系

運(yùn)營(yíng)管理專(zhuān)業(yè)屬于交通運(yùn)輸工程學(xué)科，專(zhuān)業(yè)辦學(xué)面向城市軌道交通行業(yè)中線(xiàn)網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)調(diào)度、車(chē)站管理的具體崗位群，具有行業(yè)特色鮮明、服務(wù)面向明確的應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)。對(duì)于我校該專(zhuān)業(yè)而言，地方高校面向具體行業(yè)開(kāi)辦的應(yīng)用型工程本科專(zhuān)業(yè)，應(yīng)將符合行業(yè)需要的專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)和體現(xiàn)辦學(xué)特色的專(zhuān)業(yè)核心能力培養(yǎng)作為人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，就是以車(chē)站運(yùn)營(yíng)管理、線(xiàn)網(wǎng)調(diào)度能力培養(yǎng)為主線(xiàn)，以提高應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力與職業(yè)發(fā)展?jié)摿閷?zhuān)業(yè)目標(biāo)，而《運(yùn)籌學(xué)》課程中許多優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，是衡量學(xué)生能否勝任未來(lái)崗位需要解決實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵一環(huán)。依據(jù)國(guó)家工程專(zhuān)業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)（2015）版中指出的12條畢業(yè)要求，《運(yùn)籌學(xué)》在該專(zhuān)業(yè)課程體系中對(duì)應(yīng)的主要是要求2、要求4和要求5。即畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析，能夠?qū)壍澜煌ㄟ\(yùn)營(yíng)管理復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別和明確表達(dá)，并通過(guò)文獻(xiàn)研究進(jìn)行分析， 獲得有效結(jié)論；畢業(yè)要求4：?jiǎn)栴}研究，能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)管理復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論；畢業(yè)要求5： 使用現(xiàn)代工具，針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題，能夠選用合適的現(xiàn)代工具和技術(shù)資源進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬，并理解其應(yīng)用的局限性。

教學(xué)內(nèi)容的選擇是教學(xué)的首要環(huán)節(jié)，《運(yùn)籌學(xué)》應(yīng)用廣泛，涉及的專(zhuān)業(yè)較多，不同專(zhuān)業(yè)的要求不盡相同。課程教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)優(yōu)先考慮專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)；其次，要明確知識(shí)體系的邏輯關(guān)系；最后，應(yīng)著重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為更好地解決后續(xù)課程交通運(yùn)輸規(guī)劃、客運(yùn)組織、行車(chē)組織等復(fù)雜專(zhuān)業(yè)工程問(wèn)題中涉及的優(yōu)化問(wèn)題，作者重新修訂教學(xué)大綱，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，建立《運(yùn)籌學(xué)》核心知識(shí)體系（見(jiàn)表1），充分體現(xiàn)課程的重點(diǎn)知識(shí)、難點(diǎn)知識(shí)以及學(xué)生易于混淆的地方。課程內(nèi)容主要包括規(guī)劃論、圖論、排隊(duì)論和決策論，與畢業(yè)要求相對(duì)應(yīng)，主要有三個(gè)課程目標(biāo)：掌握運(yùn)籌學(xué)各個(gè)分支的基本概念、基本原理和分析方法；理解運(yùn)籌學(xué)各類(lèi)模型所包含的優(yōu)化決策思想，熟悉在復(fù)雜工程問(wèn)題中的具體應(yīng)用，對(duì)具體問(wèn)題能進(jìn)行建模分析；能綜合運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)、交通運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)分析、程序設(shè)計(jì)、運(yùn)籌學(xué)等知識(shí)，針對(duì)簡(jiǎn)單的工程問(wèn)題，建立正確的數(shù)學(xué)模型，給出相應(yīng)的算法設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)以及結(jié)論分析，提出合理的優(yōu)化方案。從知識(shí)、能力和素質(zhì)具備的層次上，可分為掌握牢固的基礎(chǔ)知識(shí)、具備一定的問(wèn)題分析能力和初步綜合研究的能力，為管理者的決策方案提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

二、正向?qū)嵤?，進(jìn)行教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

OBE實(shí)施的關(guān)鍵步驟有五個(gè)：確定學(xué)習(xí)成果、構(gòu)建課程體系、確定教學(xué)策略、合理進(jìn)行評(píng)價(jià)、逐步趨于完善。OBE特別強(qiáng)調(diào)研究型教學(xué)模式，而不是傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式。教學(xué)是教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合，而如何融“知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)”為一體是教學(xué)藝術(shù)的展現(xiàn)。從時(shí)間維度來(lái)看，教學(xué)過(guò)程主要有課前、課中和課后三個(gè)階段，不同階段側(cè)重的內(nèi)容和要求也不同。

（一）課前預(yù)習(xí)，信息化資源平臺(tái)的充分利用

由于該課程有點(diǎn)難度，且受學(xué)時(shí)的限制，利用傳統(tǒng)的教學(xué)方式效果往往不佳，學(xué)生很難在課堂有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)知識(shí)點(diǎn)做到融會(huì)貫通，而且思考的時(shí)間較少，只是被動(dòng)的接受知識(shí)。思考是創(chuàng)新的關(guān)鍵，思考起于質(zhì)疑，經(jīng)過(guò)質(zhì)疑的過(guò)程，對(duì)問(wèn)題的理解才有一定的深度，但是思考也是需要一定時(shí)間作為保證的，信息化資源平臺(tái)特別是微課的充分利用恰能彌補(bǔ)這方面的不足?！拔⒄n”以“短小精悍”為主要特征，它以微型教學(xué)視頻為主要載體，針對(duì)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)（如重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、考點(diǎn)等）或教學(xué)環(huán)節(jié)（如學(xué)習(xí)活動(dòng)、主題、實(shí)驗(yàn)、任務(wù)等）而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種情景化、支持多種學(xué)習(xí)方式的視頻課程資源[3]。依據(jù)本課程的基本概念以及重要的知識(shí)片段，我們精心制作了主題微課、專(zhuān)題微課、系列微課等，通過(guò)微課的課前自學(xué)，讓學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單的知識(shí)輕松自我消化，而難點(diǎn)部分經(jīng)過(guò)深思不得其解之后，帶著問(wèn)題進(jìn)課堂，同時(shí)微課對(duì)課后的知識(shí)快速回顧也提供了很好的資源。

（二）智慧課堂，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合

傳統(tǒng)課堂教學(xué)存在的不足難以用傳統(tǒng)的方式解決，迫切需要用新的視角和方法來(lái)加以改變。智慧課堂的核心在于用最新的信息技術(shù)手段來(lái)變革和改進(jìn)課堂教學(xué)，打造智能、高效的課堂，通過(guò)智慧的教與學(xué)，促進(jìn)全體學(xué)生實(shí)現(xiàn)符合其個(gè)性化特征要求的成長(zhǎng)和發(fā)展。隨著新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，學(xué)校教學(xué)環(huán)境和課堂教學(xué)模式在不斷發(fā)生變化。

課堂教學(xué)內(nèi)容主要包括基本概念的釋疑、公式的推導(dǎo)、建模的方法和算法設(shè)計(jì)等，教學(xué)方法上主要綜合運(yùn)用探究式、啟發(fā)式和互動(dòng)式教學(xué)方法。針對(duì)課前微課的學(xué)習(xí)效果可以用手機(jī)APP助教軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，教師能充分掌握學(xué)生自學(xué)中遇到的問(wèn)題以及對(duì)知識(shí)的掌握程度，再結(jié)合教材內(nèi)容，確定教學(xué)的重難點(diǎn)，在課堂教學(xué)中進(jìn)行主要問(wèn)題分析以及重難點(diǎn)突破。

傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)通常是圍繞著教師、教室和教材展開(kāi)的，在這樣封閉的教學(xué)活動(dòng)閉循環(huán)空間內(nèi)，學(xué)生的思維空間受到一定的限制，難以實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的開(kāi)放式教學(xué)。為此，本課程設(shè)置了一定數(shù)量的討論課，討論的主題是學(xué)生根據(jù)自己的項(xiàng)目及進(jìn)展情況、遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論。在學(xué)期之初，老師根據(jù)專(zhuān)業(yè)要求對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組有自己研究的項(xiàng)目，需要組員協(xié)同通過(guò)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)、研究才能完成，如“鐵路客運(yùn)站售票系統(tǒng)優(yōu)化”、“校園共享單車(chē)存放點(diǎn)優(yōu)化”、“某交叉路口交通流優(yōu)化控制”等，當(dāng)相應(yīng)的章節(jié)教學(xué)內(nèi)容完成后，討論課由學(xué)生自制匯報(bào)資料、上臺(tái)講演、課堂互動(dòng)，由師生共同評(píng)論所建模型的優(yōu)缺點(diǎn)，把教學(xué)活動(dòng)組織成師生共同研究活動(dòng)。

（三）課后鞏固提升，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力

通過(guò)前期的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程，學(xué)生有了一定的計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)。為了能對(duì)問(wèn)題進(jìn)行更深入地探討和分析，課后讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程數(shù)值實(shí)驗(yàn)。內(nèi)容包括目前最優(yōu)秀的幾種優(yōu)化求解器Gams（Gurobi、Ampl、Cplex）的安裝，根據(jù)使用手冊(cè)（目前都是英語(yǔ)版）結(jié)合計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)教材中的例題進(jìn)行編程驗(yàn)證，這樣既提高了自主學(xué)習(xí)的能力，學(xué)生也從中獲得解決問(wèn)題的成就感，更為部分學(xué)生今后進(jìn)一步深造奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

OBE理念強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程，為了測(cè)得實(shí)際的教學(xué)效果，需要利用多維度、可以量化的評(píng)價(jià)方法，動(dòng)態(tài)把握學(xué)生知識(shí)、能力的發(fā)展水平，正如著名教育家葉圣陶先生所言：“教為不教，學(xué)為學(xué)會(huì)”。本課程在實(shí)踐中依據(jù)全過(guò)程監(jiān)控的理念進(jìn)行考核，內(nèi)容包括：預(yù)習(xí)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)查情況、討論課準(zhǔn)備的充分程度、考慮問(wèn)題的深度和臨場(chǎng)發(fā)揮的表現(xiàn)、數(shù)值編程實(shí)驗(yàn)完成情況、中期考試和結(jié)課考試，提高考核維度，增加課堂表現(xiàn)以及平時(shí)成績(jī)的權(quán)重。通過(guò)跟蹤記錄，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理，并利用模糊層次法等手段進(jìn)行分析，找出不足之處，以便進(jìn)一步改進(jìn)，提高教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度[4，5]。鑒于學(xué)生的水平是差次不齊的，對(duì)于學(xué)有余力的同學(xué)，可為學(xué)生設(shè)置個(gè)性化發(fā)展方案，如鼓勵(lì)學(xué)生參加校級(jí)科技競(jìng)賽以及全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽等賽事，并給予相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)研究的良好習(xí)慣。另外，通過(guò)對(duì)往屆畢業(yè)學(xué)生在單位的表現(xiàn)進(jìn)行持續(xù)跟蹤，及時(shí)反饋本課程的實(shí)際應(yīng)用情況，通過(guò)校、企、師、生聯(lián)合，構(gòu)建有效信息通道，監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出的效果是否符合預(yù)定的培養(yǎng)要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)課堂是由知識(shí)主宰，講知識(shí)、學(xué)知識(shí)、考知識(shí)，學(xué)生只停留在識(shí)記層面，按美國(guó)教育家布盧姆對(duì)認(rèn)知過(guò)程劃分的六個(gè)層次，即記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造，這種課堂本質(zhì)上扼殺了學(xué)生的高層次發(fā)展?jié)摿Α榱藢?shí)現(xiàn)國(guó)家、社會(huì)、用人單位對(duì)畢業(yè)生的要求和期望，滿(mǎn)足學(xué)校辦學(xué)定位、人才培養(yǎng)定位以及培養(yǎng)質(zhì)量的追求，高等教育要從知識(shí)課堂向能力課堂實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變。OBE是一種具有創(chuàng)新力、較為系統(tǒng)的現(xiàn)代教學(xué)理念，將其引入《運(yùn)籌學(xué)》課程教學(xué)改革是一種積極的實(shí)踐探索。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重新構(gòu)建、教學(xué)策略的持續(xù)改進(jìn)、教學(xué)效果評(píng)價(jià)機(jī)制的逐步完善，積極推進(jìn)研究性課堂教學(xué)，重視學(xué)生養(yǎng)成以探索、研究為本的學(xué)習(xí)意識(shí)，并都能從成功中獲得激勵(lì)。

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