基于CDIO理念的物流運籌學教學改革探索

趙敬華 榮海迎 智路平 王聰

摘? 要：文章針對目前物流運籌學教學中存在的忽略實際問題分析、側(cè)重計算過程、教學手段單一等問題，引入CDIO理念，并將CDIO項目教學法運用于該課程的教學改革中，通過構(gòu)思（Conceive）—設計（Design）—實踐（Implement）—運作（Operate）的角度多方面進行教學，這種以項目為驅(qū)動的教學模式有助于學生對物流運籌學的深入學習，進一步培養(yǎng)學生的自主學習能力和實踐創(chuàng)新能力，保證課程的全面教學質(zhì)量。

關鍵詞：物流運籌學;CDIO;教學改革

中圖分類號：G642??? 文獻標識碼：A

Abstract： In view of the problems existing in logistics operation research teaching， such as neglecting the analysis of practical problems， focusing on the calculation process and single teaching means， this paper introduces the concept of CDIO and applies the CDIO project teaching method in the teaching reform of this course. Through different aspects of conceive-design-implement

-operate， this project-driven teaching mode will help students to further study logistics operations research， further cultivate students' ability of independent learning and practical innovation， and ensure the overall teaching quality of the course.

Key words： logistics operations research; CDIO teaching concept; education reform

隨著科學的發(fā)展和管理技術(shù)的進步，物流在管理領域中的地位也愈加重要，現(xiàn)階段的物流業(yè)已經(jīng)成為了融合倉儲業(yè)、運輸業(yè)、貨代業(yè)和信息業(yè)等的復合型服務產(chǎn)業(yè)。《物流運籌學》作為物流管理專業(yè)主干課程之一，將運籌學與物流管理有機結(jié)合在一起，是一門以人機系統(tǒng)為組織、管理為手段，把數(shù)學和計算機作為工具去研究各類有限資源的合理規(guī)劃和最優(yōu)化決策方案的綜合課程。《物流運籌學》課程的作用在于實現(xiàn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化，是系統(tǒng)理論在實際物流中應用的具體方法。運籌學中的線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、運輸問題、整數(shù)規(guī)劃、指派問題、存儲論、排隊論等模型與理論均為日常生活中的物流問題提供了嚴謹?shù)慕鉀Q方法。

然而《物流運籌學》在實際的課程教學過程中存在著諸多問題，比如教學內(nèi)容側(cè)重于對各類案例模型的求解，但是忽略了對實際問題的提煉和分析;側(cè)重于求解計算過程，而忽略了算法設計的原理思路以及求解工具軟件的運用;知識體系復雜，學習難度大影響學生熱情與興趣;教學方法多以講授為主，學生主動學習能力差。在此背景下，將CDIO教學理念引入到物流運籌學的課程教學中能夠取得更好的教學效果。CDIO教學理念代表構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），這種工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生能夠更加主動、有效地去學習，實現(xiàn)多方面的發(fā)展。CDIO培養(yǎng)大綱從工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面出發(fā)[1]，以綜合的培養(yǎng)方式讓學生更加扎實地構(gòu)建知識體系并在實踐中靈活運用。

1? CDIO理念簡介

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學聯(lián)合探索創(chuàng)立，不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更注重對具有可操作性能力的培養(yǎng)。CDIO包括了三個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標準。它的愿景是為學生提供一種強調(diào)工程基礎的、建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思—設計—實現(xiàn)—運行過程的背景環(huán)境基礎上的工程教育。它的大綱首次將工程師必須具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力以逐級細化的方式表達出來，使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統(tǒng)性[1]。它的12條標準（以CDIO為基本環(huán)境、學習目標、一體化教學計劃、工程導論、設計實現(xiàn)經(jīng)驗、工程實踐場所、綜合性學習經(jīng)驗主動學習、教師能力的提升、教師教學能力的提高、學生考核、專業(yè)評估）從不同角度和不同層面進行考慮，并且尋找如何提高各種能力的方法，落實全面的教育模式，對學生和老師都具有重要意義，代表了當代工程教育的發(fā)展趨勢。

至今我國共有105所高校加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”，取得了良好的教學效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學生深受社會與企業(yè)的歡迎。劉進對物流信息系統(tǒng)課程引入CDIO理念，進行教學再設計，通過數(shù)據(jù)調(diào)查得到了更好效果的教學質(zhì)量[2];周蓉和沈維蕾針對現(xiàn)有設施規(guī)劃與物流分析教育模式的不足，結(jié)合CDIO工程教育理念進行改革，對學生工科思維的養(yǎng)成和學科體系的建立具有重要意義[3];余發(fā)軍和王雙紅通過實踐得到基于CDIO理念的物聯(lián)網(wǎng)課程教學方式可激發(fā)學生學習積極性，增強其在工程實踐中的創(chuàng)新能力和動手能力[4];武科通過引入CDIO理念，科學定位工民建方向人才培養(yǎng)目標，革新和完善教學方式，提升教師隊伍的綜合素質(zhì)[5];李源源提出借鑒CDIO工程教育模式改革我國高校的工程教育，從而對提升我國工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量和國際化水平具有十分深刻的意義[6]。CDIO工程教育在中國經(jīng)過十余年的發(fā)展與推廣，在本土化的基礎上不斷融入創(chuàng)新因素，積極推動各高校的一體化課程。加大CDIO教育理念的重視，致力于學生教師共同進步，取得了顯著的效果和成績，也持續(xù)促進了中國的工程教育改革。

2? 引入CDIO教學理念的物流運籌學課程教學

本科階段的《物流運籌學》課程2學分，36學時，課程的學生人數(shù)介于90～110之間，在課程開始時，老師可對于提出的案例進行2～3分鐘的介紹，隨后班級學生自行組成4～6人小組，小組成員中概念能力較強的同學可負責相關案例的分析和問題提煉，設計能力較強的同學負責模型的建立，計算能力較強的同學負責模型的求解與分析，總結(jié)能力強的同學則負責項目演講，重要的是各環(huán)節(jié)都需要大家的投入，并且互相學習對方的優(yōu)勢，彌補自己的短處，綜合培養(yǎng)自己的能力。最后，通過老師和其他小組代表的點評來對自己的“項目”進行反思糾正。CDIO教育理念的引入著眼于知識與能力培養(yǎng)，將物流運籌學的課程內(nèi)容統(tǒng)一于“構(gòu)思”、“設計”、“實現(xiàn)”、“運行”四個過程，在完善知識體系的基礎上實現(xiàn)知識與能力培養(yǎng)的一體化。基于CDIO的教學活動開展要充分體現(xiàn)學生在“做中學”的知識、能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)，必須做好課堂內(nèi)外教學安排，并使二者有機結(jié)合。表1為物流運籌學主要涉及章節(jié)與相應知識點。

（1）構(gòu)思能力—構(gòu)思能力的培養(yǎng)。對于《物流運籌學》課程的CDIO構(gòu)思，就是要確定該課程的基礎概念需求及理論體系，即給出課程內(nèi)容總覽，介紹基礎概念，主要包括運籌學的意義、線性規(guī)劃問題的提出、原問題與對偶問題的關系、整數(shù)規(guī)劃的意義、動態(tài)規(guī)劃的概念。在開課之前布置學生對課本的大致預習，自主形成一個大概運籌學知識體系，開課時通過實際生活中一些真實確切的物流問題，讓學生自主進行構(gòu)思，通過適當?shù)陌才藕徒M織，給學生充分的自由，當一部分同學提出想法后，必定將會有另一部分同學得到啟發(fā)，同學之間相互補充，在老師的指導下完成問題，為后續(xù)的設計、實現(xiàn)、運作奠定基礎。

（2）設計能力—設計能力的培養(yǎng)。設計能力主要是為了摒棄傳統(tǒng)教學中，學生只會把大量的學習精力放在如何對一個模型進行求解計算，而忽略了最重要的內(nèi)容—算法設計的原理與思路。運籌學中的單純形法、對偶單純形法、表上作業(yè)法、分枝定界法、圖解法等很多求解方法在實際生活中和工作中并不普遍，但各類方法涉及的算法原理和設計十分關鍵。在明確了一個案例中的核心問題以及需求之后，最重要的一步就是要能夠構(gòu)思出最佳的決策方案，利用課本知識與老師適當?shù)奶崾荆詧F隊的形式擬定方案，尤其是模型的構(gòu)建和思路設計，每個團隊內(nèi)的同學提出自己的設計，團隊內(nèi)相互借鑒比較，互相學習，在達到統(tǒng)一的基礎上再次進行團隊與團隊之間的比較，提高設計過程中分析問題、解決問題的能力。

（3）實現(xiàn)能力—實現(xiàn)能力的培養(yǎng)。目前各高校的學生往往具備較強的手工計算能力，但卻不具備現(xiàn)實案例中大規(guī)模問題的各類軟件的使用能力，如應重視運用Excel、Lingo、Matlab等軟件求解數(shù)學模型，進而提高對解決實際問題能力的培養(yǎng)。在教學中，要積極改革實驗內(nèi)容和模式，對于實踐的內(nèi)容要嚴格落實而不是“填鴨式”教學，要發(fā)揮實踐教學對培養(yǎng)學生思維方式和動手能力的作用，加大學生對軟件使用能力的要求，讓學生不拘泥于書面分析和計算，激勵學生不斷創(chuàng)新和自我完善。指導學生綜合利用運籌學相關知識進行課程設計、參加數(shù)學建模競賽、撰寫畢業(yè)論文等。

（4）運作能力—運作能力的培養(yǎng)。對于學生的項目成果，項目展示也是十分關鍵的一個步驟。學生可推薦項目主講人對項目的原理與思路、創(chuàng)新點以及存在的問題進行匯報，將教師評價和研究報告列入考核范疇，形成多元化的考核體系，帶領學生深入了解和學習相關領域熱點話題，形成自己的見解。目前不少高校都有自己的校內(nèi)物流實驗室，經(jīng)過課堂上物流運籌學的知識學習后，老師可帶領學生進入實驗室，對問題的來源以及解決原理進行說明，激勵學生動手進行軟件的操作，更好地理解書本上的規(guī)劃和優(yōu)化思路;校外，學校可帶領學生積極參觀對接的物流企業(yè)，進行實時的參觀和學習記錄，改變以往枯燥無味的傳統(tǒng)學習模式，大大提高學生的學習興趣。

基于CDIO理念，對現(xiàn)階段的物流運籌學進行改革，得到一個完整的教學體系，相關的課程內(nèi)容、教學方式、考核方式、組織形式如表2所示。

將其中的匯報討論具體化，運籌學教學模式中應該體現(xiàn)模型是從案例中來、到案例中去的思想。尤其應注意以下三點：

（1）案例內(nèi)容的實時性。目前，大多數(shù)《物流運籌學》教材上的一些案例都是經(jīng)典的，時間有些久，必然少了些時代性。因此，在討論案例時要注意與現(xiàn)階段的一些大數(shù)據(jù)、人工智能、智慧供應鏈等相結(jié)合，學生在參考一些經(jīng)典書目和文獻的基礎上更應該閱讀近幾年的具有價值意義的文章，有實時性的同時也起到補充內(nèi)容的作用[7]。

（2）案例情景的真實性。要保證《物流運籌學》課程中涉及的每個案例都有真實的背景資料，尤其對于一些知名企業(yè)的相關案例不僅可以吸引學生興趣，并且為學生提供了知識和生活相結(jié)合的橋梁，讓學生可以融入案例中，提煉出需要解決的物流問題，營造出分析切切實實地在解決現(xiàn)實的物流問題，如配送路線優(yōu)化、人力資源優(yōu)化配置和物流中心選址等[8]。

（3）案例算法的經(jīng)典性。對于經(jīng)典算法的掌握是課程的核心環(huán)節(jié)，比如線性規(guī)劃問題的單純形法，通過設計線性規(guī)劃問題的案例，讓學生在案例問題中熟練地理解線性規(guī)劃模型和靈活地運用單純形法。每位同學都必須掌握經(jīng)典案例的經(jīng)典算法，并且可以做到舉一反三用來解決后續(xù)稍微擴展的問題，大致流程[9]如圖1所示。

對于CDIO教學理念12條標準的每個標準都有一個相關的規(guī)則范圍，提供了進一步的清晰度的同時又提供了一個計算整體性分數(shù)的系統(tǒng)，從而促進了基準測試和持續(xù)改進[10]。最后一條標準—專業(yè)評估必須要落實，在“合理性”的基礎上，學生應說明其設計的合理性，并有適當?shù)姆治雠c思辨，也就是Operate運作能力的一部分。成績評定以學生的實際表現(xiàn)和工作成果為依據(jù)，推薦以下考核方式并適當減少筆試所占的比例：期末總成績=自主案例分析能力（20%）+課堂表現(xiàn)（20%）+實驗成績（30%）+期末筆試（30%）。

3? CDIO理念在課程教學實踐中的效果及啟示

CDIO理念下的物流運籌學通過一系列的優(yōu)化改革，促進了學生對運籌學基礎知識的掌握，同時又培養(yǎng)了個人能力和解決實際優(yōu)化問題的能力，學生責任意識增強，初步實現(xiàn)了教學改革的初衷，也使得教學體系更加完善并且?guī)砹艘韵聝?yōu)勢：

激發(fā)了學生的學習興趣，主動參與的熱情非常高。當一些課堂引入CDIO教學理念時，一方面學生的出勤率大大提高，在課堂教學中，為了實現(xiàn)組內(nèi)分配的項目，大部分學生帶著問題來聽課，注意力也明顯較之前集中許多;另一方面增強了學生的創(chuàng)新能力及科技創(chuàng)新的想法，在老師的指導下，許多學生也會自己利用空余時間豐富自己的知識面，對于校內(nèi)校外的創(chuàng)新比賽和建模大賽報名人數(shù)明顯增加，提高了該領域的學習成果質(zhì)量。

提高了學生的課程成績。當學生的學習興趣明顯提高時，學生的知識獲取便也進一步增多，20%的課堂表現(xiàn)成績上升，同時也帶動了學生的案例分析能力，出勤率及格率紛紛提高，學生在得到較高的期末總成績時會因自己的收獲更加對物流運籌學感興趣，進一步會希望學到更多相關知識。分組作業(yè)、實驗和課程設計也有效地避免了學生之間的抄襲，增加了學生之間交流的機會，也在無形中鍛煉了他們的團隊合作能力。

加大了培養(yǎng)人才力度。以“案例”為載體來組織教學，使學生的學習過程充滿挑戰(zhàn)性和實用性，對以后的工作也有很大的幫助。國內(nèi)最早引入CDIO理念的是汕頭大學，隨后其他高校也逐步導入CDIO理念，并運用在不同的課程中均取得了良好的教學成果。CDIO提供的集成學習可以開發(fā)深度學習技術(shù)同時發(fā)展個人技能，讓學生接觸到產(chǎn)品和過程中行業(yè)的工作環(huán)境[11]，提高了學生的實踐技能、分析和解決問題的實踐能力，更提高了就業(yè)能力。相關數(shù)據(jù)顯示CDIO模式培養(yǎng)的學生深受社會與企業(yè)的歡迎，也對新的工作環(huán)境有更快的適應力，社會對高等教育的要求開始不斷變化，各機構(gòu)已經(jīng)開始實施學習實驗室，學習新的技術(shù)和方法[12]。

教師能力的提升。根據(jù)近些年的教學反饋，該課程實施成效顯著，達到了師生共同進步。課堂上不斷更新和討論的案例會促使老師不斷學習新知識，豐富自身的學術(shù)知識，同時也可探索更好的授課方式，進一步取得相關領域的科學研究成果，提高個人能力和論文水平。引入CDIO教育理念的物流運籌學會大大提升學生學習興趣，越來越多的學生在考研時選擇運籌學，而且成績也明顯提升，各類競賽榮譽層出不窮，進一步提高了對老師的教學能力要求，在良好的改革形勢下，雙向的努力能夠有效的達到師生共同進步。

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