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

吳開信 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)、評價機(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；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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，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提出以來已形成完整的體系，主要解決四個核心問題[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)生為中心展開的，教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后取得的學(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，作為管理類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的實際應(yīng)用背景。新形勢下隨著專業(yè)調(diào)整和培養(yǎng)方案改革，《運(yùn)籌學(xué)》課程教學(xué)改革在國內(nèi)部分高校相繼開展，主要涉及教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計、教學(xué)方法和考核方式的改革等[2]。但是在實踐過程中也出現(xiàn)一些問題：如過分強(qiáng)調(diào)理論的推導(dǎo)、輕視實踐應(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；師資中普遍缺乏工程實踐經(jīng)驗等。

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

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

運(yùn)營管理專業(yè)屬于交通運(yùn)輸工程學(xué)科，專業(yè)辦學(xué)面向城市軌道交通行業(yè)中線網(wǎng)設(shè)計、運(yùn)營調(diào)度、車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)用型專業(yè)特點(diǎn)。對于我校該專業(yè)而言，地方高校面向具體行業(yè)開辦的應(yīng)用型工程本科專業(yè)，應(yīng)將符合行業(yè)需要的專業(yè)綜合實踐能力培養(yǎng)和體現(xiàn)辦學(xué)特色的專業(yè)核心能力培養(yǎng)作為人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。具體來說，就是以車站運(yùn)營管理、線網(wǎng)調(diào)度能力培養(yǎng)為主線，以提高應(yīng)用型本科專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競爭力與職業(yè)發(fā)展?jié)摿閷I(yè)目標(biāo)，而《運(yùn)籌學(xué)》課程中許多優(yōu)化設(shè)計方法，是衡量學(xué)生能否勝任未來崗位需要解決實際問題的關(guān)鍵一環(huán)。依據(jù)國家工程專業(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)》在該專業(yè)課程體系中對應(yīng)的主要是要求2、要求4和要求5。即畢業(yè)要求2：問題分析，能夠?qū)壍澜煌ㄟ\(yùn)營管理復(fù)雜工程問題進(jìn)行識別和明確表達(dá)，并通過文獻(xiàn)研究進(jìn)行分析， 獲得有效結(jié)論；畢業(yè)要求4：問題研究，能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對軌道交通運(yùn)營管理復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過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，針對復(fù)雜工程問題，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，涉及的專業(yè)較多，不同專業(yè)的要求不盡相同。課程教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)優(yōu)先考慮專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)；其次，要明確知識體系的邏輯關(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、行車組織等復(fù)雜專業(yè)工程問題中涉及的優(yōu)化問題，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)》核心知識體系（見表1），充分體現(xiàn)課程的重點(diǎn)知識、難點(diǎn)知識以及學(xué)生易于混淆的地方。課程內(nèi)容主要包括規(guī)劃論、圖論、排隊論和決策論，與畢業(yè)要求相對應(yīng)，主要有三個課程目標(biāo)：掌握運(yùn)籌學(xué)各個分支的基本概念、基本原理和分析方法；理解運(yùn)籌學(xué)各類模型所包含的優(yōu)化決策思想，熟悉在復(fù)雜工程問題中的具體應(yīng)用，對具體問題能進(jìn)行建模分析；能綜合運(yùn)用概率統(tǒng)計、交通運(yùn)輸統(tǒng)計分析、程序設(shè)計、運(yùn)籌學(xué)等知識，針對簡單的工程問題，建立正確的數(shù)學(xué)模型，給出相應(yīng)的算法設(shè)計、程序設(shè)計以及結(jié)論分析，提出合理的優(yōu)化方案。從知識、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、具備一定的問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)過程設(shè)計

OBE實施的關(guān)鍵步驟有五個：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)行評價、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“知識傳授和能力培養(yǎng)”為一體是教學(xué)藝術(shù)的展現(xiàn)。從時間維度來看，教學(xué)過程主要有課前、課中和課后三個階段，不同階段側(cè)重的內(nèi)容和要求也不同。

（一）課前預(yù)習(xí)，信息化資源平臺的充分利用

由于該課程有點(diǎn)難度，且受學(xué)時的限制，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間內(nèi)對知識點(diǎn)做到融會貫通，而且思考的時間較少，只是被動的接受知識。思考是創(chuàng)新的關(guān)鍵，思考起于質(zhì)疑，經(jīng)過質(zhì)疑的過程，對問題的理解才有一定的深度，但是思考也是需要一定時間作為保證的，信息化資源平臺特別是微課的充分利用恰能彌補(bǔ)這方面的不足。“微課”以“短小精悍”為主要特征，它以微型教學(xué)視頻為主要載體，針對學(xué)科的知識點(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、主題、實驗、任務(wù)等）而設(shè)計開發(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片段，我們精心制作了主題微課、專題微課、系列微課等，通過微課的課前自學(xué)，讓學(xué)生對簡單的知識輕松自我消化，而難點(diǎn)部分經(jīng)過深思不得其解之后，帶著問題進(jìn)課堂，同時微課對課后的知識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)手段來變革和改進(jìn)課堂教學(xué)，打造智能、高效的課堂，通過智慧的教與學(xué)，促進(jìn)全體學(xué)生實現(xiàn)符合其個性化特征要求的成長和發(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)計等，教學(xué)方法上主要綜合運(yùn)用探究式、啟發(fā)式和互動式教學(xué)方法。針對課前微課的學(xué)習(xí)效果可以用手機(jī)APP助教軟件進(jìn)行實時檢測，教師能充分掌握學(xué)生自學(xué)中遇到的問題以及對知識的掌握程度，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)行主要問題分析以及重難點(diǎn)突破。

傳統(tǒng)的教學(xué)活動通常是圍繞著教師、教室和教材展開的，在這樣封閉的教學(xué)活動閉循環(huán)空間內(nèi)，學(xué)生的思維空間受到一定的限制，難以實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的開放式教學(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)自己的項目及進(jìn)展情況、遇到的問題進(jìn)行討論。在學(xué)期之初，老師根據(jù)專業(yè)要求對學(xué)生進(jìn)行分組，每組有自己研究的項目，需要組員協(xié)同通過實際調(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)生自制匯報資料、上臺講演、課堂互動，由師生共同評論所建模型的優(yōu)缺點(diǎn)，把教學(xué)活動組織成師生共同研究活動。

（三）課后鞏固提升，提高解決實際問題的能力

通過前期的計算機(jī)語言課程，學(xué)生有了一定的計算機(jī)編程基礎(chǔ)。為了能對問題進(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)行計算機(jī)編程數(shù)值實驗。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（目前都是英語版）結(jié)合計算機(jī)語言，對教材中的例題進(jìn)行編程驗證，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題的成就感，更為部分學(xué)生今后進(jìn)一步深造奠定堅實的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)效果評價

OBE理念強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)的過程，為了測得實際的教學(xué)效果，需要利用多維度、可以量化的評價方法，動態(tài)把握學(xué)生知識、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”。本課程在實踐中依據(jù)全過程監(jiān)控的理念進(jìn)行考核，內(nèi)容包括：預(yù)習(xí)、作業(yè)、實驗數(shù)據(jù)調(diào)查情況、討論課準(zhǔn)備的充分程度、考慮問題的深度和臨場發(fā)揮的表現(xiàn)、數(shù)值編程實驗完成情況、中期考試和結(jié)課考試，提高考核維度，增加課堂表現(xiàn)以及平時成績的權(quán)重。通過跟蹤記錄，對測得的數(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，對于學(xué)有余力的同學(xué)，可為學(xué)生設(shè)置個性化發(fā)展方案，如鼓勵學(xué)生參加校級科技競賽以及全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模大賽等賽事，并給予相應(yīng)的平時成績，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)動力，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和主動研究的良好習(xí)慣。另外，通過對往屆畢業(yè)學(xué)生在單位的表現(xiàn)進(jìn)行持續(xù)跟蹤，及時反饋本課程的實際應(yīng)用情況，通過校、企、師、生聯(lián)合，構(gòu)建有效信息通道，監(jiān)測學(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

傳統(tǒng)課堂是由知識主宰，講知識、學(xué)知識、考知識，學(xué)生只停留在識記層面，按美國教育家布盧姆對認(rèn)知過程劃分的六個層次，即記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(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榱藢崿F(xiàn)國家、社會、用人單位對畢業(yè)生的要求和期望，滿足學(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，高等教育要從知識課堂向能力課堂實現(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踐探索。通過對教學(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)效果評價機(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，并都能從成功中獲得激勵。

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