针对新工科人才培养的“运筹学”教学模式研究＊

时间：2024-05-18

胡红萍，白艳萍

胡红萍，白艳萍

（中北大学理学院，山西太原 030051）

根据新工科建设需求，分析了当前“运筹学”课程的教学现状，并在此基础上，提出了与新工科人才培养相匹配的教学模式。介绍了新教学模式下的课程目标，并对课程目标进行了分析总结。设计了相应的改革方案，并分别从理论教学、实践教学、案例教学和互动教学四个方面进行详细论述，总结了课程设计思路。该教学模式设计可为日后“运筹学”教学提供一种新思路。

新工科人才；“运筹学”课程；教学模式改革；课程设计思路

1 引言

在新经济、新产业迅速发展的社会大环境下，中国的本科教育也需顺应历史趋势进行改进，为国家输送更高质量的人才资源，很多高校已针对教改以及创新创业等方面进行了探索以及研究。在人们平时的生产生活中遇到的很多复杂问题都可以通过运筹学进行解决，其中以系统效率的提高最为明显，这门课程也能增强学生的逻辑思维能力。如今是科技革命时代，运筹学也随之发生了改变，从以往的理论学说发展到如今的数据管理决策、从以前落后的手工计算解决问题发展到了如今的计算机软件辅助决策，中国的高校中对于“运筹学”这门课程的创新改进更是刻不容缓[1]。

通过学习这门课程，学生要大体掌握优化决策五大范式解决问题的过程和方法，对于线性规划以及运输问题等模块的实际案例要有更为透彻的认识，其中建模、运算等都需要掌握。也需更加注重学生们的动手实践能力，让他们通过实际案例分析、建模、运算设计等环节提升能力，同时也使发现、分析、解决问题的能力得到提高，不再拘泥于书面理论，而是通过与队友沟通、合作来提升自己。

2 现状分析

孟晓华认为应该改革创新“运筹学”传统的教学模式，从目前的本科院校培养人才的形式进行分析，适当加入实操环节，将会提高学生的综合能力，使思维方式更加缜密，增强运算的能力，从而突出计算思维考核系统[2]。郑辉提出应提高学生建模思维以及解决实际问题的能力[3]，在“运筹学”的课堂上引入启发式教学办法，让学生更好地吸收消化书本知识。新工科背景下人才培养等方面还未曾有人提出改革方案，本文详细论述了此背景下“运筹学”课堂该怎么样改变[4]。

为了增进师生之间的交流，一改往日的冷漠乏味，让学生将教师当朋友，进而对课程产生浓厚的兴趣，引入混合式教学办法；掌握学生对课程的掌握情况，对学习行为有更详细了解，以便适时对知识结构进行调整，引入过程评价体系。

3 课程构建

无论是深度、广度、应用还是理论，运筹学都有着优势。开设“运筹学”这门课程，响应了素质教育与创新教育要求，旨在为国家输送高质量人才；注重学生专业性、实践能力以及创新能力培养；顺应现代教育的趋势，跟紧时代对人才的需求，扩宽学生的思维广度以及深度；以增强学生理论、实践的综合能力为目标，落实方法、态度、价值观等问题；优化教学方式，引入翻转课堂、实例课堂等多样化模式，使学生对理论学习更加有兴趣，提高行动力，在教师的引导下，使学生的学习过程更加轻松，效率也更高，同时也增进了师生间的情感，达到教学与价值观树立相统一的教学目标。“运筹学”课程的设立，能够让学生们将复杂问题分解，逐步攻破，为解决问题提供新的思路和方法；与传统手算求解相比，简化算法提高了计算机软件求解所占的比例，开设的建模训练可增强学生的思维逻辑能力。将理论教育付诸于实践，更能加深学生对知识点的理解，也能对应到实际生活中；为明确教改所得到的成果，利用建模竞赛等第二课堂活动进行练习和考核，立体化提高课程教学效果。

4 教学模式探索

4.1 课程目标分析

应全面落实素质教育和创新教育，着力提高人才质量；以培养复合型的专业技术人才为目标，注重培养创新能力；遵循现代教育规律，瞄准学科专业的发展前沿，针对未来岗位需求，拓宽内容涉及的广度，提高思维训练的占比；提倡对分课堂、翻转课堂、案例教学、实践教学等多样化的教学方式，激发学生学习的兴趣和动力，使学生的学习过程成为在教师引导下的知识创新过程，达到知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观相统一的教学目的；从运用运筹学解决问题的思维范式的高度去分析问题、化解复杂性；冲破经典机械优化范式的束缚，贴近实践应用，整理素材和编写教材，建设丰富的配套教学资源。

4.2 改革方案设计

“运筹学”实质上是一个交叉学科，需要结合各学科的特点，解决各个专业实际的问题，在解决运筹学领域问题的同时，也需要掌握计算机、人工智能、数据科学等方向的知识。从以下三个角度进行综合改革：教学模式的设计、教学内容的重构、多元化的评价体系。

4.2.1 理论教学

以教师作为主要先导，以线下课堂形式为主，贴合授课学生专业知识的要求，讲述“运筹学”课程的有关分支知识，加之以习题、作业等方式加固学生对其方法和基础知识的掌握，更近一步提高学生自身专业能力，即教师知识能力的传授。“运筹学”的理论方向很多，例如线性规划、非线性规划、图与网络分析、动态规划、博弈论、排队论、存储论、多目标决策等。教师选择教学内容时要注重与学生所学专业相关背景相结合，此外注重培养学生全局优化意识和计算思维，例如，在现实问题中最重要的影响因素是什么，构建模型时要紧抓的重点是什么，并找到最适合的数学语言来表述，要借用各类计算工具模型求解并且尽量简单。

4.2.2 实践教学

目前“运筹学”教学中较为薄弱的环节是实践性教学，实践教学注重与计算工具相结合，加强对于实证的分析。实践教学一般主要从以下两方面进行：以参加数学建模大赛的形式，通过比赛强化实践教学，提高学生的自适应能力、创新能力、决策优化能力；学生要将感兴趣的专业问题与社会现实问题相结合，并且进行必要的实地调研、模型构建，利用计算软件对结果进行数据分析，撰写分析报告，课堂上以学生答辩的形式实现。专业理论和运筹决策优化的结合将会通过实践教学环节得到。

4.2.3 案例教学

教学全过程贯穿精选的若干真实运筹分析案例，教学过程中师生地位对等、共同参与，通过互相讨论的方式完成分析设计、模型的构建、结果讨论、观点提炼。这种案例教学可以帮助学生构建一个以应用为导向、完整的问题解决思路和框架。具体而言，开展线上课堂教学时，教师在正式上课前上传案例和数据到课程平台，并要求学生预先学习、标注出疑难点。开展线下课堂教学时，教师可以从以下方面对案例进行分析：案例目的、案例设计、决策分析步骤、研究结论等。这种互动的形式，有助于学生理解与掌握“运筹学”相关理论，体现了教师和学生在知识能力方面的碰撞。

4.2.4 互动教学

研究指出，相比于线下课堂，学生在线上课程平台讨论区的发言交互更加活跃。因此可以充分利用平台的讨论区提高学生的参与度，对学生掌握的课程知识动态进行全盘把握，进而对知识体系及时修正。消除师生冷漠是新工科背景下的突破之一，研究指出提高学生学习兴趣、消除师生冷漠的有效途径之一是教师和学生间的交流，特别是经常性的深度交流。与此同时充分使用在线课程平台和其他的交互工具，使师生交流变得更加便捷，大大促进了师生交流，激发学生的学习热情，将被动式学习转化成主动式学习，使师生学习更加高效有趣。

5 课程建设思路

紧紧围绕管理实践的实际应用，针对具体问题建立运筹学模型并进行求解，为决策提供科学依据的能力以及运用运筹学基本原理、方法分析复杂问题的能力。每一教学单元均以专题内容为主，基本教学内容以运筹学基本原理、方法为主，并将学科发展方向与前沿作为教学内容的深化与拓展方向，指引学生主动进行探索，学生发现问题、解决问题的能力将会得到提高。为丰富教学信息量，可通过编写课程多媒体教学课件、微课、示教软件等方式，建立教学信息资源资料库。为培养学生系统管理的科学素养，可以适当安排综合性的实践课，在实际案例分析中指引学生运用原理、方法、技术解决问题，进而深入探讨更加复杂深入的问题。