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關鍵詞:教學改革;運籌學;教學模式
1引言
隨著高校課程改革的推進,高等教育已經把對學生綜合素質的提高,實踐能力的增強,創新精神,創新意識和創新能力的培養作為首要目標。而隨著基礎教育新數學課程改革的逐步完善和成熟,必然對高等師范數學教育提出更高的要求。因此傳統的教學模式已經不適應現階段教育的要求。隨著高師教育課程改革的深入,不僅高師數學專業課程體系要進行改革,而且各門課程的教學模式,包括教學理念,教學方法和手段,教學內容,可利用的教學資源,以及考核的方式等都要隨之改變,從而適應高師數學專業培養目標的要求。而運籌學這門課程是高等師范數學專業的一門專業理論基礎課程,是軟科學中“硬度”較大的一門學科,兼有邏輯的數學和數學的邏輯的性質,是系統工程學和現代管理科學中的一種基礎理論和不可缺少的方法、手段和工具。
2課程的特點
運籌學的特點是:運籌學已被廣泛應用于工商企業、軍事部門、民政事業等研究組織內的統籌協調問題,故其應用不受行業、部門之限制;運籌學既對各種經營進行創造性的科學研究,又涉及到組織的實際管理問題,它具有很強的實踐性,最終能向決策者提供建設性意見,并應收到實效;它以整體最優為目標,從系統的觀點出發,力圖以整個系統最佳的方式來解決該系統各部門之間的利害沖突。對所研究的問題求出最優解,尋求最佳行動方案,所以它也可看成是一門優化技術,提供的是解決各類問題的優化方法。
3現階段運籌學課程的教學缺陷
目前,在運籌學課程教學過程中,存在以下問題:
(1)教學方法與環境:教學環境及教學活動不能擺脫以課堂為中心,以教師為主體的形式,多媒體教學課件制作質量不高,有的課件只是讓書本搬個家,把屏幕當成電子黑板,造成多媒體課件多種感官綜合刺激的優勢得不到充分體現。現代教育技術是在傳統教學和電化教學的基礎上進行的教學方法與手段的改造和創新,是根據不同教學內容選擇不同的媒體,除擁有電化教學的優點外,提高了課堂講解的表現力,增加了師生的互動性?,F代化教育重視理論聯系實際,主張啟發式教學,倡導學生的自主學習。但是,在具體的教學過程中也出現了一些問題,最主要的問題是現代教育技術在課堂教學中的效果并不像大家事先所想像的那么理想,以致有的教師對現代教育技術的教學效果提出了質疑,有的教師甚至要放棄這一現代教育手段而繼續使用傳統的教育方法。
(2)教學內容:按專業課要求講授運籌學在傳統的教學計劃中,一般都將運籌學課程歸入專業基礎課范疇,即認為它是為后續的專業課提供專業基本理論和方法的。這樣的理解和安排固然有一定的道理。確實在許多專業的專業課內容中都直接或間接地體現出了運籌學的方法和理論。然而,運籌學雖是一門專業基礎課,又有別于一般的專業基礎課,它有著十分突出的實踐性和實用性特點。因此,從這個角度看,運籌學又是屬于專業課范疇的課程,至少具有專業課的性質。
(3)教學實踐:運籌學中的許多內容是現代化管理方法的理論基礎,而它們往往以計算機軟件方式體現。因此,在講授運籌學的這些內容時,很自然地希望將其與計算機編程方法聯系起來,即要有清晰的算法步驟和邏輯關系,要有便于編程的計算方法。目前的運籌學教科書卻往往忽視了這一點。
(4)缺乏層次教學:現在運籌學課程僅面向研究生和數學系本科生,其他理工類本科生還沒開設最優化方法課程。因此,開展最優化方法課程系列改革,對提高教育教學質量是非常必要的。
4課程的教學改革
針對以上討論的運籌學課程的特點及目前課程教學的缺陷,結合作者近十年的教學實踐,從幾個方面對改革的具體措施進行探討。
4.1教學理念的改革
教學理念改革的關鍵是教育思想的轉變,任何新技術在教學上的應用必然要求教學方法的變革,新的教學方法必須符合新技術條件下的認知規律,運籌類課程的新教學理念的研究與探討是研究內容之一。
4.2現代化教學技術應用的改革
運籌學課程教學大綱規定的內容,其基本理論和方法既有規范和統一的形式,又有很強的程式化、結構化特點,比較適合于制作統一的教學軟件系統,以作為對現有書本教材的重要補充,達到提高教學效果的目的。因此制作電子課件,建設課程網站,豐富教學資源,建設以滿足學生自主學習、輔助教師教學為目標的運籌課程的網上教學資源。
4.3教學實踐的改革
運籌學中的許多內容往往以計算機軟件方式體現。因此,在講授運籌學的這些內容時,很自然地希望將它們與計算機編程方法聯系起來,在數學系運籌學課程在優化方法之后便于編寫的相應的計算方法,讓學生利用所學的運籌知識和方法通過編程計算去解決實際問題。
4.4教學內容的改革
結合我校的專業特點,選取有特色的優化問題應用案例,將理論和實際緊密結合,將教師科研中最新的優化實例融入教學,優化案例要具有代表性,以突出培養學生分析問題和解決實際應用能力。
5.結論
本文探討了運籌學課程教學改革的一些措施。在今后的教學過程中,我們必須不斷摸索,不斷探求,不斷嘗試新的教學方法,新的教學手段,不斷調整教學內容,從而完善教學模式,提高教學質量,培養合格教育人才。
參考文獻:
[1]施光燕,錢偉懿,龐麗萍.優化方法[M].一五規劃教材,高等教育出版社,2007.
[論文摘要]本文對運籌學教學中存在的一些問題進行分析,并就運籌學的教學目的、教學內容、教學形式等方面進行探討,提出相應的改革思路和措施。
運籌學作為一個學科出現以來,特別是20世紀50年代以來,運籌學的研究與實踐在我國得到深入發展,在工程、管理、經濟等領域都發揮了重大的作用,并作為一門課程逐漸成為管理科學、系統科學、信息技術、工程管理、物流管理、經濟、金融等專業的基礎課程之一。然而,由于運籌學知識的綜合性及內容上的數學復雜性,使得這一課程的教學表現出強烈的自身特色。結合幾年來十幾次運籌學教學的體會,對運籌學的教學方法進行一個粗淺的分析,以供探討。
一、注重其發展背景及現實意義的講授
二、注重其“學科交叉、多分支”的特點
應該說“學科交叉、多分支”是運籌學作為一門課程的重要特色,也是教學過程中需要認真處理、仔細推敲的一個關鍵問題。多學科交叉使得運籌學表現出知識結構和思維方式上的復雜性——既具有數學學科的理論特性又具有應用學科的自身特性、既具有理工學科的定量特性、又具有人文學科的分析特性、既追求“完美”又注重“實用”。作為授課教師而言要始終把握運籌學的這一特點,做到對發展現狀的較好跟蹤,注重對學生啟發性引導;做到對授課對象的仔細區分,既包括對學生學歷的區分又包括對學生專業的區分,對學生學歷的區分主要體現在知識內容、授課學時、授課方式、課程要求等環節,而對學生專業的區分則主要體現在理學、工學和經管專業在知識深度與廣度上的差異以及在理論和應用上的差異。而多分支特性則要求授課教師在授課過程中對各個分支有針對性的選擇并能夠做到對該分支理論及應用的充分把握。
三、注重“案例教學、實驗教學”的綜合運用
案例教學與實驗教學在運籌學教學中的運用主要在于對學生綜合能力的培養。“案例教學”一方面可以在課程講授過程中起到引導的作用,既可做到由淺入深、又可在較大程度上激發學生的學習興趣,為接下來的深入做好鋪墊;另一方面,又可在知識的運用上起到較好的教學效果,既激發學生的知識運用的興趣又加深對知識理論的理解?!皩嶒灲虒W”既是對理論教學和案例教學的細化又是對學生動手能力的有效引導手段,特別是對學生腳踏實地的學習態度是一個較好的錘煉,同時也對學生長期以來單純的“分數為上”的學習方式是一個有效的沖擊。正是基于上述考慮,筆者認為在運籌學的講授過程中要充分重視“案例教學”和“實驗教學”的運用,充分考慮二者在運籌學教學過程中比重和搭配問題。
四、注重教學方式的運用
隨著教育技術的飛速發展,多媒體教學在課堂教學中運用越來越普遍,它在一定程度上提高了教學的質量和教學率,同時又帶來相應的弊端。尤其是多年的高校擴招和運籌學課程的普遍適用性使得多數運籌學課程為大課教學,這就促使教師為了避免后排學生看不清而幾乎抹去了板書的運用。所以,在大班化的背景下,板書與多媒體的矛盾始終是運籌學教學中一個難以解決的問題。
五、注重對考核方式的研究
考核作為學習過程中的一個重要環節,其設計的好壞對整個教學質量有著重要影響。在傳統的考試方式中,往往過多得強調知識點的掌握情況,而在一定程度上忽視了應用能力的培養。所以,不僅要在教學過程中注重“案例教學”和“實驗教學”的運用,又要注重對學生實踐能力方面的考核,不僅包括學生對分析能力、動手能力的考核,還要包括對學生探索精神和探索能力的考核?;诖耍P者認為在運籌學考核過程中“專題考核”和“研究論文”都可作為傳統考核方式的重要補充。
【關鍵詞】運籌學;交通運輸管理;實際
隨著科技和社會的不斷發展,運籌學作為一門以解決實際問題為主的學科,已經滲入到了很多領域上,尤其是在農業、工業和社會生活中被人們廣泛的應用。在進行運籌學的教學中,雖然它屬于軟科學的中的一種,只是通過理論知識進行研究,但是由于它存在比較強的邏輯思維,在人們學習形成了很大的阻礙。運籌學是系統工程學和現代管理學中的一種基礎理論和不可缺少的方法和手段,目前運籌學已被應用到各個管理行業中,對我國現代化的社會建設有著十分重要的作用。
1.運籌學概論
運籌學又被稱之為作業研究,是指以應用數學和形式科學的跨領域研究,利用像是統計學、數學模型和算法等方法,去尋找復雜問題中的最佳或近似最佳的解答。它經常用于解答生活中的各種復雜的問題,幫助人們在生活中找到一個屬于自己的答案。對于運籌學知識的研究我們主要采用的實分析、矩陣論等方法進行研究,以便挖掘更多的知識。
我們在運用運籌學在處理各種不同的問題時,一般都是采用確定目標、制定方案、建立模型、制定解法這四個方面入手,運用科學的理論來分析問題的實質,這樣的處理方案,把復雜的問題瞬間簡單化,從而方便人們的解決。所以正是由于,在解決問題是有著系統、全面的分析方法,我們才在各個方面,廣泛的運用運籌學。而且在學習中,也有著許多專業和運籌學密不可分,例如應用數學、工業工程、計算機技術等都和運籌學有著密切的聯系。
在我國古代,運籌學就開始運用在人們的社會中,但是當時卻少一種比較系統全面的分析,人們只能把運籌學通過一種思想傳遞的方式,在社會中進行運用和傳播。當時人們對于運籌學的理解還比較片面,而且涉及范圍也比較狹窄,主要就是運用在戰爭中而對于運籌學的真正發展,那還是在20世紀40年代,那時候運籌學的思想主要是英國和美國提出并用于社會的發展當中,而真正引入我國的時候,是20世紀50年代末。對當時來說這些先進的思想是我國社會主義發展所需要的,因此在通過科學家們的努力下,現在已經建立了一個系統全面的運籌體系,對社會的發展和經濟的建設有著重要的意義。
2.運籌學的特點
對運籌學特點的分析,是運籌學發展、前進和開展新思想的唯一方法。目前我們歸納的特點有以下幾點:
2.1主要使用數學方法
運籌學在教學和與數學有著密切的聯系,在人們對運籌學進行學習時我們不僅要求人們要有比較強的邏輯思維,還要有著一定的數學基礎。在對運籌學進行定義的時候,我們就把數學方案作為協助運籌學發展的一件工具。而且這門應用科學在實際操作中也需要,許多數學提供的信息和技巧,才能使其發揮出最大的效率。
2.2以優化思想為核心
運籌學主要就是以最簡單的方法對實際科學,做出最優化的判斷,以最優化的方法,來解決人們生活中的問題,這樣往往會使得人們在社會中得到最大的收益。由于運籌學以這樣的思想為核心,因此這就讓運籌學形成了一門獨特而又嚴謹的科學。
2.3多學科交叉
運籌學思想廣泛解決不同學科領域的問題。解決實際中提出的決策問題,為決策者選擇理想方案提供科學依據,同時它綜合運用心理學、經濟學、化學、物理學、計算機科學和工程技術等學科的理論及方法。既提供量化因素,也進行定性分析,最終能向決策者提供建設性意見,并收到實效。
2.4 應用性
我國在1956年曾用過“運用學”的名詞,到1957年正式定名為運籌學。不管是最初僅應用在軍事上,還是到最后應用到社會經濟等各個領域,運籌學都是扮演著“工具”的角色。運籌學既對各種經營進行創造性的科學研究,又涉及到組織的實際管理問題,它具有很強的實踐性。運籌學從來自于企業和生活的實際案例出發,了解事實,理清問題結構,對問題進行量化,建立數學模型,運用運籌學軟件求解,最終服務于實際生活。
2.5多分支性
運籌學經過半個多世紀的發展,已經成為具有堅實的理論基礎,完善的結構體系,嚴謹的科學方法的學科。并已有眾多分支學科,包括數學規劃、圖論與網絡、排隊論、存貯淪、決策論、對策論、設備維修更新理論、搜索論、可靠性理論等。而且每一個分支在實際生活中已經滲透多個領域,得到廣泛使用。
3.運籌學在交通運輸中的理論體現及應用
3.1教學規劃論
數學規劃論可以處理成千上萬個約束條件和變量的大規模線性規劃問題。研究內容與生產活動中有限資源的分配有關,在組織生產的經營管理活動中,具有極為重要的地位和作用。包括線性規劃、整數規劃、動態規劃、應用規劃、目標規劃等。從解決技術問題的最優化,到工業、農業、商業、交通運輸業以及決策分析部門都可以發揮作用。具有適應性強,應用面廣,計算技術比較簡便的特點。具體地講,線性規劃可解決交通運輸系統中物資調運、配送和人員分派等問題。我國曾經利用線性規劃理論進行水泥、糧食和鋼材的合理調運,取得了較好的經濟效益;動態規劃可用來解決諸如最優運輸路徑、資源分配、運輸凋度、庫存控制、設備更新等同題;應用規劃論典型的例子就是“運輸問題”,即將數量和單位運價都是給定的某種物資從供應站運送到消費站,在滿足供銷平衡的同時。定出流量與流向,達到總運輸成本最小。應用規劃論還可以解決運輸系統中合理選址、車輛調度、貨物配裝、物流資源(人員或設備)指派、投資分配等問題。
3.2圖論
圖論是一個古老的但又十分活躍的分支,在物流中的應用非常顯著。其中最明顯的應用體現在運輸問題,比如城市間的物資調運、車輛調度時運輸路線的選擇等。運用了圖論中的最小生成樹、最短路、最大流、最小費用等知識,可求得運輸所需時間最少、路線最短、費用最省的路線等一系列實際問題。另外,運用圖論的知識繪制鐵路運輸系統線路圖、公路網的設計和分析、市內公共汽車路線的選擇和行車時刻表的安排、出租汽車的詞度和停車場的設立等,可輔助決策者進行最優的安排。
3.3排隊論
排隊論主要研究各種系統的排隊隊長、等待時間和服務等參數,解決系統服務設施和服務水平之問的平衡問題。以較低的投入求得更好的服務?,F實生活中排隊現象普遍存在,如運輸站車輛進出站的排隊,商店顧客排隊付款、客服中心顧客電話排隊等待服務等。交通領域中也有多見。在高速公路收費站服務臺的設計與管理中運用排隊論進行定量分析,運用排隊論知識對其進行優化和設計,并建立速公路收費站服務臺與工作人員的配備模型,對避免盲目確定收費亭建設規模大小,提高收費站服務臺的服務和管理水平,降低運營成本等方面發揮重要作用。
3.4對策論
對策論是一種定量分析方法,可以幫助我們尋找最佳的競爭策略。以便戰勝對手或者減少損失。在市場經濟條件下,交通行業也充滿了競爭。例如在一個城市內有兩個配送中心經營相同的業務,為了爭奪市場份額,雙方都有多個策略可供選擇,可以運用對策論進行分析,尋求最佳策略。又如,某一地區,汽車運輸公司要與鐵路系統爭奪客源,有多種策略可供選擇,也可用對策論研究競爭方案,最終獲得利益的最大化。對策論可以在競爭性定價、新服務的推出、銷售計劃的制定、加強廣告與宣傳、新設備的引入等方面發揮作用。
關鍵詞:電力系統;運籌學;課程體系;教學改革
作者簡介:游文霞(1978-),女,湖北嘉魚人,三峽大學電氣與新能源學院,副教授。(湖北宜昌443002)
基金項目:本文系“面向電力系統的運籌學與最優化理論課程體系改革與實踐”(項目編號:YKC201009)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)17-0043-02
運籌學是一門廣泛應用現有的科學技術知識和數學方法解決實際中提出的專門問題,為決策者選擇最優決策提供定量依據的科學。[1]由于運籌學側重解決實際問題,三峽大學電氣與新能源學院自2000年獲得電力系統及其自動化專業工學碩士點以來就開設了該課程,并將其設置為基礎學位課。設置該課程的初衷是要求電自專業碩士研究生能夠運用數學優化的思維方法解決電力系統的實際問題。通過本課程的學習,學生應當掌握基本的定量思維技巧,并具有運用科學的定量分析方法解決電力系統實際問題的能力及思維習慣,為后期進行科學研究打下堅實的理論基礎。因此,本課程在電自專業碩士研究生的培養體系中占有重要地位。
傳統的“運籌學”教學過于注重定義的解釋、定理的推導以及手工演算的訓練,缺乏對運籌學分析問題、解決問題方法的講授,學生普遍覺得“運籌學”難學,培養出的學生存在“學而不知其用”的通病。為了克服這些問題,切實提高人才培養質量、加強“運籌學”的專業基礎地位并充分發揮“運籌學”在科學研究中的作用,三峽大學電氣與新能源學院運籌學課程組教師針對電自專業人才培養面向電力系統的特點,開展了“運籌學”課程教學改革,從教學內容、教學方式以及考核與評價等方面進行了大膽探索,勇于創新,敢于實踐,產生了很好的效果。本文就該課程教學改革與實踐進行了總結。
一、教學內容改革
運籌學是一門應用科學,它來源于實踐,在實踐中得以發展并服務于實踐。電自專業碩士研究生“運籌學”課程擔負著對學生定量分析和優化決策電力系統實際問題的能力進行培養的任務。因此,要想取得良好的教學效果,“運籌學”的教學必須從實際電力問題出發,抽象出優化模型并加以求解,并根據計算結果對實際問題進行解釋說明。這樣既有助于學生消化理論知識,又能夠激發學生的學習興趣。在改革過程中突破原有“運籌學”課堂教學側重于基本原理和算法的理論講授模式,根據運籌學在電力系統中的應用實際,重新設計了該課程的教學環節:除了理論教學外,增設了實驗教學環節,輔以大量具有電力背景的案例加以分析,并合理分配各部分的教學學時。其中,理論教學是實踐教學的基礎,案例分析是理論知識的應用,實驗教學則為案例分析提供了必要的前提,三個環節有機組合,形成一個完整的教學體系。它們之間的關系如圖1所示。
1.理論與案例分析教學內容設計
“運籌學”課程具有理論性強的特點,所以要求學生具有較好的數學分析能力。根據“運籌學”課程中各理論方法的特點將理論教學內容分為三大部分:數學規劃、組合優化與隨機優化。在教學過程中,強調基本原理的講解、優化方法的運用以及求解算法的推導。
為了引導學生正確理解運籌學的基本理論方法,培養學生對運籌學的學習興趣,提高學生應用運籌學分析、解決實際問題的能力,真正做到學知所用,在理論教學環節的基礎上增加了案例教學,輔以相關電力系統案例分析對理論知識加以強化。電力系統規劃、設計和運行中的諸多優化與決策問題都可以運用運籌學來尋求解決方法,例如配電網重構、電力系統檢修計劃、電力系統的經濟運行與控制、水力發電中的水庫優化調度、電力系統安全評價、電力需求側管理、電力市場競價、電力企業管理等。[2]理論與案例分析教學內容具體安排如表1所示。其中,線性規劃、整數規劃、非線性規劃、動態規劃、網絡優化與排隊論是教學重點。
表1理論與案例分析教學內容表
教學內容 教學章節 案例教學
數學規劃 線性規劃 輸電線路規劃問題;發電機組燃料管理問題
整數規劃 配電網時間檢修計劃問題;發電機組最優啟停問題
目標規劃 電力項目優先開發次序問題;電力企業投資規劃問題
非線性規劃 火電系統有功負荷經濟調度;水火電系統有功負荷經濟調度
動態規劃 水庫優化調度;發電功率最優增長問題
組合優化 網絡優化 配電網檢修最優負荷轉移路徑問題;配電網重構
統籌圖 電力設備檢修規劃問題;電力施工進度規劃管理
隨機優化 排隊論 電力負荷預測問題;電力系統主干網帶寬容量決策問題
決策分析 電力企業績效評估;電力設備采購決策問題
對策論 電力市場競價問題;電力企業管理問題
2.實踐環節教學內容安排
實踐環節的增設是為了讓學生能夠借助計算機軟件對運籌學問題進行問題描述、數據處理、模型建立與求解,使學生掌握使用相應軟件輔助解決運籌學問題的基本方法,鞏固理論課程學習內容,為進一步學以致用打下基礎。實踐教學內容的安排注重突出理論教學重點。時間安排上,實驗教學與理論教學穿插交互進行,相輔相成。
考慮到授課對象是具有較強自學能力和較好實驗配備的碩士研究生,對于通用的運籌學模型求解工具,如QSB、WinQSB、Excel和Lindo/Lingo等教學中會提及,[3]但要求學生自學掌握。實驗教學部分重點講解Matlab優化編程,[4]講授分為基礎篇與提高篇:基礎篇主要幫助學生鞏固有關原理和概念,鍛煉學生利用計算機工具分析求解一般問題的能力;提高篇中會適當擴充優化算法及其實現方面的內容,如遺傳算法、粒子群算法、魚群算法、免疫算法等,以開闊學生的視野,重難點是遺傳算法與粒子群算法的Matlab編程實現。具體實驗內容與目的要求如表2所示。
表2實驗課教學內容及目的要求
實驗內容 目的要求
基礎篇 線性規劃 熟練掌握Matlab優化工具箱,掌握Matlab中求解線性規劃的基本算法:單純形法與內點法,能編寫Matlab程序求解線性規劃問題,并進行靈敏度分析,正確完成求解過程及分析過程
整數規劃 編程實現求解整數規劃的割平面法與分枝定界法的Matlab程序,能熟練進行相關問題的求解和分析。有能力的同學進一步掌握分解算法的Matlab實現技術,對混合整數規劃問題進行分析
無約束優化問題 掌握幾種常見的求無約束問題的算法,如黃金分割法、拋物線法、牛頓法、導數計算法等,能熟練運用Matlab求解無約束問題,了解不同求解算法及其實現過程的特點
約束優化問題 能熟練編寫約束優化算法的Matlab程序,如外點罰函數法、內點罰函數法、拉格朗日乘子法,弄清如何尋找罰函數,選擇效用函數等基本問題。有能力者可掌握Rosen梯度投影法與復合形法
提高篇 遺傳算法 掌握遺傳算法基本思想,能熟練運用遺傳算法與直接搜索工具箱編寫Matlab程序。能應用遺傳算法處理整數規劃、約束優化、動態規劃、網絡規劃等優化問題,進行正確的求解與分析
粒子群算法 理解粒子群算法的基本思想與實現過程,能用Matlab編寫粒子群算法求解線性規劃、非線性規劃、網絡規劃、排隊論等隨機規劃數學模型,并能對仿真算法與結果進行分析
二、教學方式改革
“運籌學”就學科特點而言,強調“系統集成、學科交叉、講求效益”,注重以客觀需求為牽引,以實際問題為指導,以技術發展為推動力,明確目的與任務,講求方法與理論,注重交叉與合作、追求優化與效益。結合運籌學的這些特點在以下三個方面對課程教學方式進行了改革探索。
1.強調討論式教學
課堂教學過程中不再一味地在講臺上解釋定義、推導定理、演示手工計算步驟,而是在課堂上引入討論式的教學方式。在引入案例分析教學之余,還將學生生活、學習中接觸到的點滴通過形象的例子來說明。解釋運籌學深奧的理論與定理,采用拋磚引玉的方式和提問的方法拋出探索性的話題,激發學生自主思考問題、主動表達觀點的欲望,讓學生加入到教學活動中來,使其由教學過程中的被動接受者變成積極主動的參與者,盡量寓趣于學,寓教于樂,讓學生在思索探討的過程中輕松領悟到運籌學中所包含的學術精髓。
2.有效結合多媒體演示與傳統板書
教學過程中辯證使用多媒體教學手段:對于書寫不方便(如案例資料)、書寫表達不直觀(如圖論與網絡)以及對上次課堂教學的溫習等,采用多媒體教學手段;而對于重點、難點,知識點連貫性與邏輯性較強的章節,則側重于黑板板書的形式,讓學生利用板書時間,作短時間地整理停頓和思考準備,調整思維進入下一個知識點,避免了照屏宣科的單調。這兩種教學方式有效結合,既充分利用了多媒體教學信息量大、快速便捷的優勢,又發揮了黑板板書過程清晰明了、便于理解的特點,提高了教學效果。
3.引入分組交互式教學
在教學環節中引入分組交互式的開放教學模式,通過布置電力系統優化與決策的課題,讓學生自主分組,每個小組自主選擇一個課題,以項目承擔的方式在課堂外展開研究式學習。教學方式采取分階段實施,層層推進的方式。要求學生完成前期調研與資料搜集、進行問題明確、需求分析、方案設計、軟件設計與實現、成果總結、報告遞交、分組答辯等環節,以期培養學生獨立的科研能力與團隊協作精神。
三、考核和評價方式改革
本課程考核方式采用了閉卷考試與平時大作業相結合的形式,每部分成績各占最后總成績的50%。相關評分標準是:
在課程結束后通過閉卷考試,考查學生對運籌學的相關概念與基本原理的理解程度。要求學生能運用相關理論與方法對實際問題進行深入分析與數學建模,掌握模型的求解算法與實現步驟。
平時大作業的成績主要是根據分組交互式教學環節中展開的研究式學習后提交的報告與答辯情況來評定。學生能夠結合實際課題搜索文獻,分析數據,綜合應用運籌學理論建立模型,采用Matlab編寫程序,進行計算機仿真,對模型進行正確求解。求解結果要真實可靠,并能結合研究的實際問題對求解結果做出較為深入的分析與解釋說明。
四、教學效果
1.課堂教學效果
通過理論與實踐教學內容的設計和多種教學方式的綜合運用,學生在課堂上能夠跟隨老師積極主動地進行思考和回答問題,對學習充滿了興趣;通過引入大量具有專業背景的案例分析,學生能夠清楚地了解課程學習的實用性,能夠主動提出問題,并在老師的引導下主動用優化思想來考慮問題,建立模型;大多數同學能夠獨立地完成實驗內容,部分同學還能夠自發地將課程學習與自己的學術研究方向結合起來。
2.大作業反饋教學效果
大作業能夠充分發揮學生的主觀能動性。這不僅鞏固了課堂和教材上的內容,還有效地訓練和培養了學生的識別、分析和整理數據資料的能力,有助于提高學生對實際問題深入分析的能力,培養創造性的思維模式。已有學生結合導師的科研項目做大作業,所取成果經過進一步整理后已經在中文核心以上的雜志上發表。
五、結論
運籌學是三峽大學電自專業碩士研究生培養方案中的重要內容,該課程的教學改革與實踐已經積累了豐富經驗。下一步將根據學術型碩士、全日制學位型碩士以及工程碩士的不同特點,進一步有針對性地開展改革,以提高研究生的培養質量。相關經驗對于工科的其他專業的人才培養也有借鑒意義。
參考文獻:
[1]《運籌學》教材編寫組.運籌學(第三版)[M].北京:清華大學出版社,2005.
[2]徐繩均,張國立,牛東曉.運籌學及其在電力系統中的應用[M].北京:水利電力出版社,1995.
【關鍵詞】運籌學;教學改革;能力培養
【基金項目】國家自然科學基金資助項目(No.11401604,11401605,11501279,11601472)河南省高校青年骨干教師資助項目(No.2015GGJS-193);中原工學院校級教改資助項目.
運籌學始于20世紀40年代,它是一門將工程思想與管理思想相結合,以數學為主要工具,運用定性與定量相結合的方法,通過建立、分析和求解數學模型為決策者選擇最優決策提供理論依據的新興應用學科.正是由于運籌學擁有極高的應用價值,運籌學教育也得到了極大的關注與重視,我國在1998年將其確定為數學、經濟、管理和計算機等專業的主干課程之一.
運籌學作為一門綜合叉學科,又是一門軟科學,具有很強的理論性和系統性,是連接數學知識與實際問題的橋梁,又是培養應用型創新人才的載體.因此,在教學中,既要讓學生掌握運籌學的基本概念、理論與方法,又要幫助學生建立運籌學思想,培養學生的實踐創新能力.然而,目前大多采用的仍是傳統的教學模式,很難達到培養應用型人才的目的.為提高教學質量,運籌學課程改革勢在必行.
一、運籌學教學中存在的問題
(一)忽視了教學目的與人才培養目標
運籌學融合了數學與管理科學,面向的學生涵蓋了多個專業,因此,課堂教學內容要根據學生學習層次、所學專業的特點和性質做相應的調整,使其符合專業的人才培養目標.在運籌學課程教學中存在重理論、輕實際應用的傾向.在課堂上,大部分教師仍采用的是單一講授式的教W方式,但由于課時的限制,按章節一一講授則會過于注重定理的推導、公式的反演以及單模塊化問題的解決.大量的數理講解無法體現運籌學源于實踐、歸于實踐的特點,學生則普遍認為這是一門純粹的數學理論課,不知怎樣應用運籌學的理論與方法去解決實際問題,只僅僅生硬套用公式去應對考試與作業,這嚴重違背了運籌學課程開設是為了提升學生分析解決問題能力的初衷,也與高校培養多方位發展人才的目標背道而馳.
(二)教學內容難度大,實踐環節不足
運籌學涉及多個學科的分支和許多小的知識點,這些小知識點又環環相扣,而學生對于這些知識有些已經遺忘,無論哪個知識點不會應用都會導致后面的問題無法解決,這樣就加大了教學的難度,也易讓學生產生畏難情緒,導致惡性循環.
課堂上理論學習占用大量時間,學生主動學習機會少,師生缺乏互動,學生缺乏對問題產生背景的社會實踐認識,也缺乏對實際問題給出一整套方案的能力,這均與實踐環節不足有很大關系.此外,在教學中對軟件的介紹也相對較少,即使涉及也是lingo、excel等相對簡單的優化軟件,而在科學研究中,最主流的CPLEX、OPL等很少在教學中使用,從而使運籌學研究與信息技術發展存在脫節現象,大大降低了課程的實際應用性和可操作性,成為運籌學普及與發展的障礙.
(三)教學手段不豐富
目前,運籌學課程多采用的是多媒體與板書相結合的方式,板書傳遞的信息量少,但若將板書內容簡單地做成課件,顯然傳遞的信息量大,但是對于一些經典算法的演算,會使學生覺得教師的節奏太快,難以及時消化所學知識,教學手段不靈活難以激發學生的興趣,因此,如何將多媒體、板書結合起來或者引入其他的教學手段和方法成為亟待解決的問題.
(四)考核方式單一
目前運籌學的考核方式較單一,大多是由平時成績(考勤和課后作業)和期末成績兩部分構成.期末主要考查對概念定理的理解以及算法的簡單應用.這種考核方式忽視了對學生實踐能力的考查,會使學生眼高手低.
二、運籌學改革的思路與措施
要想從根本上改變現行運籌學課程存在的問題,提高教學效果,可以從以下幾個方面著手解決:
(一)根據教學目的優化教學內容
由于不同專業的人才培養目標不盡相同,那么對運籌學課程知識點的需求也是不同的.一方面,教師要根據所教專業學生的學習程度來合理安排教學內容.比如,對于經管類專業的學生,因有些學生高中是文科生,其數學基礎較理科生稍薄弱,可弱化理論性較強內容的講解.另一方面,教學內容的側重也要考慮到專業特色.比如,對于人力資源管理專業,根據其就業特點,可重點講解人員指派問題、排班問題等;對于信管專業,可強化其對相關軟件如excel等的應用.這樣不僅提高了教學效果,而且也最大限度地服從了不同專業的培養目標.
(二)豐富教學方式與方法
1.引入案例研討和啟發式教學方法
案例研討可以充分發揮學生的主動性,將被動學習改為主動學習.教師在進行案例材料組織時,應該充分考慮其應用背景, 不能將案例過于簡化,但也不能設置得太復雜,否則會讓學生感到無所適從.要選取一些規模適中,目標相對明確,約束條件較少,富有啟發性和趣味性的案例,對于較復雜的可以讓學生課下研究討論.啟發式的教學方法是一種以學生為主體,教師作為引導的教學模式.教師可通過學生提前自學,設置分小組討論以及課堂練習、課后實踐環節,鼓勵學生參與到教學過程中來.但在設置問題時,問題數量和難度都要適中,要讓不同程度的學生都有自己的見解,而不是讓一些學生在討論時只扮演聽客的角色.
在實際中,我們可將案例討論、理論講授、小組討論和啟發式教學方法結合起來,充分挖掘學生潛能,激發學生探索性、發現性和創造性.
2.將板書、多媒體和計算機軟件有機結合,恰當進行實踐教學
因運籌學課程具有“模型多、案例多、表格多、圖形多、算法多、步驟多、理論推導少”的特點,所以對運籌學中的經典算法,如單純形法、表上作業法等,最好先用板書,對一些案例材料可用多媒體教學,在學生掌握基本計算方法和步驟后對一些繁雜計算可用計算機軟件現場計算,在寫代碼時也要加以說明.在實踐教學中,可以通過開設軟件實驗課,讓學生親自操作,加強動手能力;讓學生去企業進行一些實習,讓學生感受運籌學問題的背景和應用;定期開展運籌學方面的專題講座,通過介紹運籌學的發展歷程以及運籌學的前沿動態,拓寬學生視野;鼓勵學生參加各種級別的數學建模競賽,充分利用競賽資源,增強學生的運籌優化意識,提高學生綜合素質.
三、強化軟件應用,鍛煉建模能力
常用的運籌學軟件有很多,每種都有優缺點,可根據不同專業偏向于解決哪類問題,選擇兩種在此問題上有優勢的軟件進行重點學習;對于一些更為先進的軟件,可介紹一些特別之處,便于解決特殊問題.
實踐證明,數學建模對于培養學生的創新性應用能力和提高學生的整體素質起了很大的作用.運籌學課程與其緊密相連,教師在教學中要不斷滲透建模思想,將建模的內容體系融入運籌學課程中.
四、創新考核方式
考試是教學活動的重要環節,是評價教學效果的重要措施.在運籌學成績評定上,可采取2∶2∶2∶4的方式,其中,課堂考勤和課后作業、案例研討與報告、軟件學習能力考核各占20%,期末閉卷考試占40%.通過這種方式,避免學生投機取巧,既考查了學生理論知識,也考核了學生的實際應用能力.
以上是針對運籌學課程提出的幾點改進建議,在實際中雖取得了一定成效,但由于各學科不斷發展融合也賦予了其新的內容.因此,應該根據時代與學科發展及時調整教學方案,通過不斷摸索,積累經驗,逐步提高教學能力,繼續探索人才培養的方法.
【參考文獻】
關鍵詞 運籌學;發展歷史;運輸問題
中圖分類號:O221 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)21-0143-01
運籌學是從20世紀三四十年代逐步深化至今的一門復雜的自然科學。該學科重點在于探討人們如何利用現有資源和規劃活動,以了解應用程序的發展和規劃活動的樣式,在不浪費資源的前提下,求出最優解或者可行解,爭取達到最終目的。從提出問題、數學模型的建立、找到求解方式、統計推斷、反饋驗證再到下一步驟循環,這個過程基本構成運籌學的研究
流程。
1 運籌學國內外發展歷史
1)運籌學國外發展史。運籌學最早是在國外逐漸發展至今?,F代運籌學的思想是在第一次世界大戰期間,1916年,英國工程師蘭徹斯特在《戰斗中的飛機》一文中,首次提出了描述消滅敵對雙方的過程而采用常微分方程,針對集中兵力原則采取定性描述。Erlang在20世紀初對排隊論的進一步深入討論中,提出了著名的公式,并應用于哥本哈根電話交換機效率研究。1928年,馮?諾依曼提出雙人零和博弈一般理論。1932年,威布爾探索了可靠性數學理論的雛形,深入研究了替代過程和維護過程。第二次世界大戰之后,運籌學主要研究經濟活動,將工業生產與經濟領域相結合,通過建立數據模型,在定性分析和定量分析的基礎上,使物質資源、財務資源、人才資源得到最有效地利用,目標最優化。
2)運籌學在國內發展史。20世紀50年代末,現代運籌學被錢學森、許國志教授引進中國。我國首個運籌學小組也是他們在中科院力學所于1956年成立的。成立之初運籌學主要解決的就是“運輸問題”,最具中國特色的就是“打麥場的選址問題”,找到手工收割如何節省人力。此外,世界著名的“中國郵路問題”,該問題的數學模型是管梅谷先生建立的。80年代后,運籌學研究迅速發展,取得了許多理論和應用成果,產生偉大的國際影響力。研究者們在非線性規劃、系統工程優化、圖論、組合優化等突出貢獻曾獲得國內和國際重大獎項,并繼續進行深入的研究和探索。
2 運輸問題及其相應解法
運輸問題更多出現在軍隊活動和工業生產中,屬于線性規劃的特殊形式,比較早的出現在運籌學問題中。車務段車輛調度、物流中心的物資調運等是運輸問題,最小費用問題、最短路徑問題、指派問題亦可以變為運輸問題求解。華羅庚先生根據其特點提出了交通規劃的表上作業法,為傳統的運輸問題求解。然而,由于實際問題復雜性和所獲取的信息的不完備,運輸問題仍然存在許多復雜的形式,所以我們還需要探索不同的解決方法。
1)傳統運輸問題。在經濟生活中有這樣一類問題:根據要求,我們需要把貨物從許多地方運到其他幾個地方。由于路途有遠有近,因此運輸單價不同,我們的目的是使得運輸總成本最小。這就是運輸問題,包括產銷平衡問題和產銷不平衡運輸問題兩類,通常將產銷平衡運輸問題的模型表示為:
當總產量大于總銷量時,即,可以增加一個虛設的銷售點,本質就是將多余的存貨在其生產地存放,且,同時令。
當總銷量大于總產量時,即,可以增加一個虛設的生產地,并且,同時令。
2)運輸問題解法。
①表上作業法。通常,運輸問題的模型都是二維的、目標唯一、平衡問題,并且多數問題為線性的。根據約束方程系數行列式矩陣結構的特點及其規律,習慣是通過表上作業法求解。此方法實質就是單純形法。然而,表上作業法數據多、計算麻煩,并且用C語言、JAVA等進行編程計算也很難實現,所以表上作業法通常適用于少數產銷地運輸問題。
②流向圖法。流向圖法實際就是圖上作業法,就是為了找到最佳的調運方法,方案不能有對流和返回,調運方案的設計是在交通流向圖上進行。其基本思想是:找到一個沒有對流最初計劃,再檢查一次,圖上沒有返回,方案解決;一旦出現返回,將方法進行修改,如此重復直到返回消失。此方法雖然簡單,如果出現圖像復雜,則不能通過程序設計和調試來實現。使用流向圖法,可以做到運費平均數最小,但不是總數最低。
③智能算法與最優化理論。運輸問題的算法實現當下一般是利用神經網絡算法,還有遺傳算法等其他智能算法。遺傳算法主要參與解決雙目標或多目標運輸問題、產銷不平衡、平衡非線性問題。但是遺傳算法的交叉變異算子計算速度慢,求解效率低下,對于實數問題無法解決。而物流配送規劃問題和物資調配問題則主要由神經網絡算法來實現,用能量函數求解網絡電路參數,系統穩定性得證。
3 對運籌學的展望
運籌學作為一個綜合性的自然科學,在未來的發展空間非常廣闊;同時作為一個極具實際應用的學科,已廣泛應用于交通管理?,F如今,交通管理系統錯綜復雜,光靠簡單算術是不能解決中高端問題的。運籌學理論是很具有實際意義的理論科學,對現實運輸管理有重要作用?,F代化的交通運輸領域依賴于運籌學支持,運籌學的應用將實現更高效的運輸規劃與管理。
參考文獻
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關鍵詞:運籌學;教學問題;教學模式;策略
中圖分類號: G424 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)05(a)-0000-00
《運籌學》是我校電子商務專業的一門學業基礎課,同時是一門實踐性和應用性很強的學科。運籌學的課程的教學內容主要側重于數學模型求解方法的學習與研究,重理論輕應用,學生普遍反映該課程比較難學,為了提高學生對運籌學的學習興趣,培養學生的思維能力和實際應用能力,我們需要優化繁瑣的數學公式理論推導,增加實驗教學環節,使枯燥的“靜態教學”與生動的“實踐教學”相呼應,激發學生的學習興趣,力求讓學生在有限的48學時的時間內掌握該課程理論知識。因此,我們有必要對現有的運籌學教學模式進行改革,以使運籌學的理論知識與實踐應用有機結合起來。
1運籌學在電子商務專業中的應用價值
在電子商務專業開設的運籌學課程中,教學的教學內容偏理論、輕實踐,學生剛開始接觸運籌學就感覺理論枯燥、公式繁瑣、計算復雜,極易使學生產生了厭學情緒。因此,我們應在教學內容中插入一些社會生活中涉及到的一些我們關心的實際問題,如物流配送、物料投放、運輸問題、人力資源分配、糧油配送中心選址問題、企業投資建廠覆蓋區域選址問題和企業產品加工問題等。這樣可以使學生能夠從解決問題的角度出發,思考如何建立該問題的數學模型,然后為求解數學模型而學習與之相對應的方法,從而激發學生對運籌學的學習興趣。
由于運籌學具有操作性強、實務性多的特點,近些年來一些各高校為該行業提供了大量的人才,并且取得了很好的效果,因此我國各高校在人才培養上都不約而同地提出了應用型人才培養模式,如有的高校提出“高層次研究應用型”人才培養模式,有的學校提出“復合性應用型”人才培養模式等。
2當前本課程在教學中存在的問題
目前運籌學的教學手段仍然是傳統的課堂講授,學生被動接受知識的教學模式,教學思想比較陳舊,有些思想不能適應時代的需要,這樣就會使學生嚴重缺乏學習的熱情和積極性。如果不改變當前存在的教學問題,那么,學生只會死記硬背書上的理論算法、機械地計算數學結果,這樣不但起不到培養學生獨立思考,分析問題和解決問題的能力,還將嚴重影響教學質量。因此,糾正運籌學教學中的問題,探索新的教學模式勢在必行。
3完善運籌學教學模式的策略分析
3.1 教學模式和考核方式的改變
目前,運籌學仍采用傳統的課堂講授,以教師在黑板上或多媒體上演示解題方法和步驟為主,學生課下作業練習為輔,這樣的教學模式會使得教學效率低下,占用課堂時間多,教學過程中師生互動性較差,雖然引入了多媒體展示教學,也僅僅是減少了教師書寫板書的時間。而且長時間觀看多媒體屏幕容易引起學生注意力下降,學習效果不好。因此在教學過程中將學生的提前自學、課堂教師講授、學生分小組討論以及學生課堂練習相結合,才能達到較好的教學效果。
在運籌學的考核方式上,應抓住培養學生解決實際問題的能力這個落腳點,傳統“期末一張卷”的考核模式不能充分反映學生的學習效果,偏離了運籌學教學的本質。目前采用“二八”的考評體系,平時成績由出勤與課后作業組成,然而這樣的考評體系是存在很多問題的,如學生即使平時不認真做作業,考前連夜突擊知識點,考試時套用書上的算法和公式,期末試卷成績及格便大功告成。這樣的考核方式不能很好的突出學生實踐能力、創新能力的培養,因此,要對傳統的考核方式進行改革:
(1)基礎知識考核。用來加強學生基礎理論知識、模型算法的理解與應用,學習完每一個模塊后隨堂出題考核,這樣可以調動學生學習的積極性,這部分考核成績作為平時成績計入總成績的20%。
(2)答疑與質疑相結合。為了避免學生相互抄襲作業,采取作業答疑和質疑的方式,對學生不會的知識進行答疑并抽取出一部分作業正確的學生進行質疑,以反映學生真實的知識點掌握情況,這樣可以督促學生及時消化吸收所學知識,這部分成績計入總成績的20%。
(3)軟件學習能力考核。這部分的考核主要考核學生集體學習的能力,為了避免套用書上的公式、機械地手工計算,在教學過程中要隨時考核學生對于運籌學軟件的掌握與操作情況,這部分計入總成績的20%。
(4)期末考試。期末考試采用閉卷考核方式,以此來檢驗學生的對于運籌學的綜合運用能力,這部分占總成績的40%。
3.2將數學建模思想引入教學中
下面我們以一個糧油的配送中心選址的問題進行分析。糧油的配送中心,顧名思義,是一個糧食的流通交易活動中心,它起到的主要作用是組織、銜接各糧食用戶的,其主要的功能是幾何、儲存、加工、運輸等,在配送中心的整個框架體系中,其上半部分是糧食的加工制造商,其下半部分從大方面來講是銷售企業,從小的方面來講是消費者,再往深的加工,也有食品的深加工企業,起整個框架都是相輔相成的。
本數學模型除了產品的運輸成本和配送中心自身的成本外,同時還要加一個配送中心的選址,進行整體建模。用數學中的啟發式和作業法兩種方式進行對比分析,從而得出最適合的方式,最終節省配送中心運送環節的自身成本,以此使企業獲得最大的利益。在此次建模的過程中,我們更要對一些關鍵的要素進行假設,其中要求:①在一定的被選范圍內考慮新的配送中心設置;②運輸費用與運量和距離成正比;③每個需求點的需求按區域總計;④每個需求點均由該糧油配送中心統一供應;⑤配送中心容量大于總需求量;⑥各需求點的需求量己知;⑦各需求點需求的糧油要求一次運輸完成,并且所有點間運輸速度一樣;⑧系統總費用只考慮固定的倉庫建設費和運輸費用。
最后我們要想得到配送運費的最低,選址中心的成本最低,都可以從此模型上得以體現。通過這些案例的學習,學生可以親自體驗使用運籌學知識的解決實際問題的過程,用其“舉一返三”,加深對運籌學基本理論的理解,從而形成良性循環,進一步增強他們的應用意識和學習興趣,反過來促進學生主動學好運籌學課程的教學內容。
3.3 合作式教學在運籌學教學中的運用
在學生學習知識的過程中應突出學生的參與,建立良好的互動,強調學生的思考能力和合作能力。運籌學的學習不僅僅是一個人埋頭苦學就能有收獲的,還需要集體合作的過程,只有相互交流,才能更好地體會、領悟其中的內涵。運籌學本來就是從實踐中來,到實踐中去的一門學科,因此,采用合作式的教學方法可以加強學生獨立思考分析問題與解決問題的能力,加強學生發散思維和創新能力的培養。
為了體現運籌學的魅力和真正的價值,我們建立了一套“理論―實踐―仿真―驗證―再實踐―應用”的教學模式,讓學生通過實踐增強獨立分析問題的能力,同時激發學生的學習興趣,也讓學生感受到學習運籌學的現實作用。
4小結
綜上所述,在運籌學課程教學中,應該注重理論與實際問題的聯系。在教學過程中,不僅要重視基礎知識的傳授,還要重視思想方法的滲透,因而,要深入開展運籌學課程的教學改革,培養學生的運籌思維能力和實際應用能力。
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[關鍵詞] 運籌學 教學改革 現代信息技術
一、 運籌學課程教學存在的問題
1. 教學方法單一,師生互動性差
延用傳統的“粉筆加板書”教學模式,以課堂教學為主,教師居主導地位,學生則處于被動的地位,課堂教學信息量小,效率低。
2. 脫離實用性,缺乏靈活性
多數教師是數學出身,缺乏必要的工程技術和管理知識,使得目前運籌學教學普遍存在重數學理論與解題技巧的傳授,重模型運算的硬結果,甚至當成一門純數學課來對待。教學中重理論,輕應用;重知識,輕能力;使得學生面對實際問題只能硬搬照抄,缺少應有的靈活性。
3. 課程教學內容不夠科學
現今大多數學校對于不同專業、層次和類型的學生,仍然“一視同仁”,不能“量身定做、因材施教”,使得學生在非必需的內容上浪費了時間,分散了學生的注意力和精力。
4. 考核評價系統陳舊不科學
目前運籌學大都采用傳統的“期末一張卷”的考核方式,根本體現不出運籌學的實踐性,使得學生學習產生很多壓力,而且導致很多學生重視理論知識,而忽視實踐能力的訓練。
這些問題顯然不利于學生的培養,所以非常有必要進行改革。
二、 運籌學課程教學改革實施的思路
運籌學課程的改革包括授課內容的選擇、教學手段的改變以及考核方式的變化,是教育思想觀念的改革,是全方位的課程改革。結合當前運籌學教學中存在的突出問題,本文認為應從以下幾方面進行運籌學教學的改革:
1. 教學內容的選擇與優化
運籌學主要是利用數學工具研究、解決實際問題, 因此在內容的選擇方面應以數學建模教育為主線, 以介紹各種算法為載體, 最終以解決實際問題為目的, 使學生學以致用, 學用結合。教學過程中, 既要注重運籌學的基本理論和方法,提高學生運用運籌學方法構建優化決策模型的能力, 又要培養學生解決具體優化問題的實踐能力,通過該課程的教學力求使學生做到概念準確、原理清楚、方法熟練, 能夠熟練建立運籌學模型, 構造相應的算法, 并在計算機上通過編程求解。
2. 教學方法與教學手段的改革
改革課堂教學方法, 是保證教學內容有效實施的主要途徑。如何改革并選擇有效的教學方法,對講好“運籌學”非常重要。從以前教學實踐中,我們總結了如下三條教學經驗:
(1)加強案例教學。運籌學中案例很多,而且有大量成型的案例可以借鑒。而且案例類型多樣、內容各異,重視案例教學可以更充分地調動學生學習的主動性,使學生積極主動地參與到案例的討論之中,在討論中找出解決問題的方法,在思考中調動和運用所學的理論知識。這樣不僅可以使知識得到綜合運用,而且可以強化理論與實踐的結合,提高學生分析與解決問題的能力。
(2)加強實踐教學環節。首先,我們可以參考其他課程的實踐方式,以課題設計為主線,以所學理論為基礎,以實際問題為背景,要求學生結合理論來解決實際問題。為提高學生的重視程度,可以將該實踐部分加入課程的最終考核中。其次,在教學過程中,教師要最大限度的提高實驗環節,引導學生利用相關軟件進行模型的求解,目前運籌學方面有很多軟件可以選擇使用,例如Mathematics,LINDO, LINGO, MATLAB等。這些軟件既有菜單式的軟件,也有命令式的軟件,學生可以根據自己的喜好運用。另外,還要與數學建模競賽緊密結合。數學建模競賽位列教育部四大學科競賽之首,規模最大,影響最大。它有利于培養學生分析問題和解決實際問題的能力,有利于培養學生的創新和合作精神,有利于拓廣數學在實際生活的應用,促進數學科學的發展和數學教育的改革。凡是參加過數學建模競賽的同學從中都有收獲,運用知識解決實際問題的能力得到了極大的鍛煉。
(3)依托現代信息技術手段,實現教學手段的創新。首先,教師要善于利用多媒體技術進行教學。運籌學課程內容本身的特點是“五多一少”,即“表格多、圖形多、模型多、算法多、案例多、理論推導少”,運籌學的教學內容本身非常適宜運用現代的信息技術輔助教學。我們可以制作表格清晰、美觀, 圖形色彩鮮明、可視性強, 效率高、信息量大的多媒體課件,從而克服傳統教學手段中教師把大量的授課時間花費在畫圖、制表中,效率低下、課堂信息量少、可觀性差的缺陷。
其次,我們還要充分利用計算機網絡資源提高教學效果。一方面,在教學活動中,我們鼓勵學生利用計算機的交互功能,在校園網、MSN和QQ群上與教師或其他學生進行相互交流,發表自己的學習體會,將自己的看法與意見發送到網絡資源庫上讓大家共享。另一方面,利用網絡的開放性、實時性與在線性等特點,為學生實現自主學習創造更大的空間,延伸課堂教學。例如,我們可以把運籌學教學網站建設成學生學習的平臺,在網上上傳供學生學習的視頻課件、試題、練習等學習資源。
3. 改革考核體系,促進素質教育
根據我們制定的教學框架, 借鑒國內外有關院校的教學經驗, 我們可以對傳統的單一閉卷筆試考試進行改革, 采用作業、實驗報告( 包括計算機編程)、筆試和課程設計相結合的考核方式, 這種形式都能夠全面考察學生對所學基本知識的掌握情況和綜合應用能力, 大大激發學生的學習熱情和創新精神。通過考核方式的改革,引導學生從應試學習向提高素質和應用技能方向轉變。
參考文獻:
【關鍵詞】問題驅動型;運籌學;教學改革
【Abstract】Combining with the teaching practice and the characteristics of “operations research” on the course, we attempt to use the problem driven teaching model on operations research, so it can cultivate the ability of comprehensive application of students and practical ability to analyze the problem and management decision making.
【Key words】Problem driven; Operations research; Education reform
0 引言
運籌學是現代管理學的一門重要專業基礎課。它是20世紀30年代初發展起來的一門新興學科,其主要目的是在決策時為管理人員提供科學依據,是實現有效管理、正確決策和現代化管理的重要方法之一。該學科是一應用數學和形式科學的跨領域研究,利用統計學、數學模型和算法等方法,去尋找復雜問題中的最佳或近似最佳的解答。運籌學經常用于解決現實生活中的復雜問題,特別是改善或優化現有系統的效率。 研究運籌學的基礎知識包括數學規劃、動態規劃、排隊論、圖論、倉促論、博弈論等。而在應用方面,多與倉儲、物流、算法等領域相關。因此運籌學與應用數學、工業工程、計算機科學等專業密切相關。[3-4]它既有純數學高度抽象性與嚴密科學性的特點,又有應用的廣泛性與實際應用廣泛的特點,是一門與計算機使用密切結合的實用性很強的數學課程。通過這門課程的學習,能使學生熟練掌握各種常用的算法的構造原理和過程分析,提高算法設計和理論分析能力,并且能根據實際問題建立數學模型,然后提出相應的計算方法,并能編出程序在計算機上算出結果。這既能為學生在理論方面打下良好的基礎,同時又能培養學生的邏輯思維能力和提高解決實際問題的能力[1-2]。
目前,運籌學課程不僅是應用數學專業的一門主要專業基礎課程,而且很多物流、工業專業也開設了該門課程。因此,如何進行運籌學的教學改革,進一步提高課程的教學質量,越來越引起人們的重視,并成為當前教育改革的焦點之一。
傳統的教學模式大多注重課堂教學,對實踐環節的教學不夠重視,忽略了對其基本理論的應用,結果導致這門課程學起來抽象難懂,從而抑制了學生的學習積極性和主動性,難于激發學生學習興趣,影響了學生創新意識和創新能力的培養。目前正在進行的新課程改革重在突出“學生是學習的主體,是課堂的主人;教師是學生學習的組織者、引導者和促進者”這一主體思想[3],在眾多的教學課堂探索中,教師通過“問題”來引導課堂教學的方式值得關注和研究,這種以問題為中心的教學方式其本質就是以教學中出現的問題為出發點,驅動課堂進程不斷產生和發展,來引導學生學會思考和學習為主要的教學手段。
1 運籌學中的問題驅動型教學模式
問題驅動教學法即基于問題的教學方法(Problem-Based Learning,PBL)。這種方法不像傳統教學那樣先學習理論知識再解決問題。問題驅動教學法是一種以學生為主體、以專業領域內的各種問題為學習起點,以問題為核心規劃學習內容,讓學生圍繞問題尋求解決方案的一種學習方法。教師在此過程中的角色是問題的提出者、課程的設計者以及結果的評估者。
問題驅動教學法能夠提高學生學習的主動性,提高學生在教學過程中的參與程度,容易激起學生的求知欲,活躍其思維。這種教學方法對教師的要求較高,教師必須具備較強的課堂掌控能力和引導能力。數學教學的目的是使學生掌握一定的學習方法、有一定的各方面能力,從而達到解決問題的最終目的。問題驅動式教學模式從一開始就設計一些問題,讓學生通過這些問題的解決、分析,找到這些問題的內在因素,從而掌握解決這些問題的學習方法。然后要求學生自己學會提問,學會將復雜的問題轉化成若干個簡單的問題,從而得以解決。這一過程中,不但能使學生掌握一定的學習方法,更能培養學生的各方面能力,從而使各類問題引任而解[4-5]。
本文主要探討如何在運籌學課程中引入問題驅動型教學模式,即將所要學的新知識隱含在一個或幾個實際問題中,讓學生通過對問題的分析、討論,在老師的指導下找出解決問題的方法,從而將枯燥的知識轉化為生動的實驗,有利于激發學生的學習興趣,培養學生的創新能力。
運籌學中應用問題驅動教學法,即以“問題”為載體,師生共同完成,以運籌學中的實際問題為背景作為我們創設教學環境的一個基礎,以教學內容中的問題為主線,圍繞提出的問題解決教學中的實際問題,以此來引導學生自主學習,合作研究,使得學生在解決實際問題的同時感受到數學中的美,從而實現師生互動,綜合素質共同提高的目的,徹底解決上課時老師在講臺上賣力的講,下面的同學卻在玩手機或打瞌睡的現象。