針對新工科人才培養的“運籌學”教學模式研究＊

胡紅萍，白艷萍

針對新工科人才培養的“運籌學”教學模式研究＊

胡紅萍，白艷萍

（中北大學 理學院，山西 太原 030051）

根據新工科建設需求，分析了當前“運籌學”課程的教學現狀，并在此基礎上，提出了與新工科人才培養相匹配的教學模式。介紹了新教學模式下的課程目標，并對課程目標進行了分析總結。設計了相應的改革方案，并分別從理論教學、實踐教學、案例教學和互動教學四個方面進行詳細論述，總結了課程設計思路。該教學模式設計可為日后“運籌學”教學提供一種新思路。

新工科人才；“運籌學”課程；教學模式改革；課程設計思路

1 引言

在新經濟、新產業迅速發展的社會大環境下，中國的本科教育也需順應歷史趨勢進行改進，為國家輸送更高質量的人才資源，很多高校已針對教改以及創新創業等方面進行了探索以及研究。在人們平時的生產生活中遇到的很多復雜問題都可以通過運籌學進行解決，其中以系統效率的提高最為明顯，這門課程也能增強學生的邏輯思維能力。如今是科技革命時代，運籌學也隨之發生了改變，從以往的理論學說發展到如今的數據管理決策、從以前落后的手工計算解決問題發展到了如今的計算機軟件輔助決策，中國的高校中對于“運籌學”這門課程的創新改進更是刻不容緩[1]。

通過學習這門課程，學生要大體掌握優化決策五大范式解決問題的過程和方法，對于線性規劃以及運輸問題等模塊的實際案例要有更為透徹的認識，其中建模、運算等都需要掌握。也需更加注重學生們的動手實踐能力，讓他們通過實際案例分析、建模、運算設計等環節提升能力，同時也使發現、分析、解決問題的能力得到提高，不再拘泥于書面理論，而是通過與隊友溝通、合作來提升自己。

2 現狀分析

孟曉華認為應該改革創新“運籌學”傳統的教學模式，從目前的本科院校培養人才的形式進行分析，適當加入實操環節，將會提高學生的綜合能力，使思維方式更加縝密，增強運算的能力，從而突出計算思維考核系統[2]。鄭輝提出應提高學生建模思維以及解決實際問題的能力[3]，在“運籌學”的課堂上引入啟發式教學辦法，讓學生更好地吸收消化書本知識。新工科背景下人才培養等方面還未曾有人提出改革方案，本文詳細論述了此背景下“運籌學”課堂該怎么樣改變[4]。

為了增進師生之間的交流，一改往日的冷漠乏味，讓學生將教師當朋友，進而對課程產生濃厚的興趣，引入混合式教學辦法；掌握學生對課程的掌握情況，對學習行為有更詳細了解，以便適時對知識結構進行調整，引入過程評價體系。

3 課程構建

無論是深度、廣度、應用還是理論，運籌學都有著優勢。開設“運籌學”這門課程，響應了素質教育與創新教育要求，旨在為國家輸送高質量人才；注重學生專業性、實踐能力以及創新能力培養；順應現代教育的趨勢，跟緊時代對人才的需求，擴寬學生的思維廣度以及深度；以增強學生理論、實踐的綜合能力為目標，落實方法、態度、價值觀等問題；優化教學方式，引入翻轉課堂、實例課堂等多樣化模式，使學生對理論學習更加有興趣，提高行動力，在教師的引導下，使學生的學習過程更加輕松，效率也更高，同時也增進了師生間的情感，達到教學與價值觀樹立相統一的教學目標。“運籌學”課程的設立，能夠讓學生們將復雜問題分解，逐步攻破，為解決問題提供新的思路和方法；與傳統手算求解相比，簡化算法提高了計算機軟件求解所占的比例，開設的建模訓練可增強學生的思維邏輯能力。將理論教育付諸于實踐，更能加深學生對知識點的理解，也能對應到實際生活中；為明確教改所得到的成果，利用建模競賽等第二課堂活動進行練習和考核，立體化提高課程教學效果。

4 教學模式探索

4.1 課程目標分析

應全面落實素質教育和創新教育，著力提高人才質量；以培養復合型的專業技術人才為目標，注重培養創新能力；遵循現代教育規律，瞄準學科專業的發展前沿，針對未來崗位需求，拓寬內容涉及的廣度，提高思維訓練的占比；提倡對分課堂、翻轉課堂、案例教學、實踐教學等多樣化的教學方式，激發學生學習的興趣和動力，使學生的學習過程成為在教師引導下的知識創新過程，達到知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀相統一的教學目的；從運用運籌學解決問題的思維范式的高度去分析問題、化解復雜性；沖破經典機械優化范式的束縛，貼近實踐應用，整理素材和編寫教材，建設豐富的配套教學資源。

4.2 改革方案設計

“運籌學”實質上是一個交叉學科，需要結合各學科的特點，解決各個專業實際的問題，在解決運籌學領域問題的同時，也需要掌握計算機、人工智能、數據科學等方向的知識。從以下三個角度進行綜合改革：教學模式的設計、教學內容的重構、多元化的評價體系。

4.2.1 理論教學

以教師作為主要先導，以線下課堂形式為主，貼合授課學生專業知識的要求，講述“運籌學”課程的有關分支知識，加之以習題、作業等方式加固學生對其方法和基礎知識的掌握，更近一步提高學生自身專業能力，即教師知識能力的傳授。“運籌學”的理論方向很多，例如線性規劃、非線性規劃、圖與網絡分析、動態規劃、博弈論、排隊論、存儲論、多目標決策等。教師選擇教學內容時要注重與學生所學專業相關背景相結合，此外注重培養學生全局優化意識和計算思維，例如，在現實問題中最重要的影響因素是什么，構建模型時要緊抓的重點是什么，并找到最適合的數學語言來表述，要借用各類計算工具模型求解并且盡量簡單。

4.2.2 實踐教學

目前“運籌學”教學中較為薄弱的環節是實踐性教學，實踐教學注重與計算工具相結合，加強對于實證的分析。實踐教學一般主要從以下兩方面進行：以參加數學建模大賽的形式，通過比賽強化實踐教學，提高學生的自適應能力、創新能力、決策優化能力；學生要將感興趣的專業問題與社會現實問題相結合，并且進行必要的實地調研、模型構建，利用計算軟件對結果進行數據分析，撰寫分析報告，課堂上以學生答辯的形式實現。專業理論和運籌決策優化的結合將會通過實踐教學環節得到。

4.2.3 案例教學

教學全過程貫穿精選的若干真實運籌分析案例，教學過程中師生地位對等、共同參與，通過互相討論的方式完成分析設計、模型的構建、結果討論、觀點提煉。這種案例教學可以幫助學生構建一個以應用為導向、完整的問題解決思路和框架。具體而言，開展線上課堂教學時，教師在正式上課前上傳案例和數據到課程平臺，并要求學生預先學習、標注出疑難點。開展線下課堂教學時，教師可以從以下方面對案例進行分析：案例目的、案例設計、決策分析步驟、研究結論等。這種互動的形式，有助于學生理解與掌握“運籌學”相關理論，體現了教師和學生在知識能力方面的碰撞。

4.2.4 互動教學

研究指出，相比于線下課堂，學生在線上課程平臺討論區的發言交互更加活躍。因此可以充分利用平臺的討論區提高學生的參與度，對學生掌握的課程知識動態進行全盤把握，進而對知識體系及時修正。消除師生冷漠是新工科背景下的突破之一，研究指出提高學生學習興趣、消除師生冷漠的有效途徑之一是教師和學生間的交流，特別是經常性的深度交流。與此同時充分使用在線課程平臺和其他的交互工具，使師生交流變得更加便捷，大大促進了師生交流，激發學生的學習熱情，將被動式學習轉化成主動式學習，使師生學習更加高效有趣。

5 課程建設思路

緊緊圍繞管理實踐的實際應用，針對具體問題建立運籌學模型并進行求解，為決策提供科學依據的能力以及運用運籌學基本原理、方法分析復雜問題的能力。每一教學單元均以專題內容為主，基本教學內容以運籌學基本原理、方法為主，并將學科發展方向與前沿作為教學內容的深化與拓展方向，指引學生主動進行探索，學生發現問題、解決問題的能力將會得到提高。為豐富教學信息量，可通過編寫課程多媒體教學課件、微課、示教軟件等方式，建立教學信息資源資料庫。為培養學生系統管理的科學素養，可以適當安排綜合性的實踐課，在實際案例分析中指引學生運用原理、方法、技術解決問題，進而深入探討更加復雜深入的問題。

6 總結

通過研究分析新工科人才培養的具體需求，討論了“運籌學”課程的教學現狀，提出了新教學模式的探索和新改革方案設計思路。從理論教學、實踐教學、案例教學和互動教學四個方面詳細地論述教學改革模式實施的具體方法與步驟。總之，該教學模式具有一定的探索和實踐價值。

［1］朱君，宋樹祥，秦柳麗，等.“新工科”創新理念的電子信息類專業基礎實踐教學改革［J］.實驗技術與管理，2017（11）：171-173.

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

［3］梁冬梅.“運籌學”課程理實一體化創新教學模式研究［J］.物流工程與管理，2018（5）：173-174.

［4］陸國棟.“新工科”建設的五個突破與初步探索［J］.中國大學教學，2017（5）：38-41.

O22-4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.032

2095－6835（2020）12－0078－02

中北大學本科教育教學改革創新項目（編號：ZJ2020061）；2020年度研究生教育改革課題（序號253）

胡紅萍（1973—），博士，副教授，研究方向為工程中的數學問題、人工智能、信息與圖像處理。

〔編輯：嚴麗琴〕