OBE理念與翻轉課堂融合下的“運籌學”教學研究

陳玲娟 李俊 冉茂平

摘?要：為解決交通運輸專業“運籌學”課程“以教為中心”的傳統教學方式中普遍存在的學生主動性缺乏、學習效率不高、實踐應用能力弱等問題，基于OBE教育理念，以成果為導向，以學生能力培養為目標，進行翻轉課堂設計，重設教學內容和課時分配，加強案例應用和上機實驗，將教學過程分為課前自主學習、課中知識精進及課后反饋與總結三個環節，運用翻轉課堂的優勢將傳統教學中的知識傳授提前到課前完成，知識深化及創新應用提到課中，并形成課后多方評價的持續精進機制。從而在有限學時內，對理論性課程的教學做到基礎過關、應用加強、自主實踐的良好效果，提高學生的自主學習、自主解決問題的能力，為課程教學改革提供了新方向。

關鍵詞：交通運輸;“運籌學”教學;OBE理念;翻轉課堂

“運籌學”是本校交通運輸與物流管理方向的專業核心課程，其目的是培養優秀的行業管理人員，“運籌學”的教學需融入現代交通運輸業當中，以適應綜合交通運輸體系的發展需求。本文探討“運籌學”教學模式改革，主旨在以教學效果為導向，以學生需求調整教學內容，教學過程結合翻轉課堂和OBE理念，重實踐重應用，從而提升本專業“運籌學”的教學質量。

一、本專業“運籌學”的課程特點和教學現狀

（一）課程特點

本專業“運籌學”的教學目標是為交通運輸及物流工程專業的學生今后學習管理學、交通運輸組織學、物流學、物流工程等專業基礎課打基礎，培養學生系統分析、建模、預測、優化決策的能力，為行業部門培養能從事運輸組織，管理決策及優化等方面工作的專業人才[1]。因此，諸多學校在制定交通運輸與物流專業的培養方案時均把“運籌學”作為一門必修課，并作為專業課的先導課程[2]。

“運籌學”是運用數量方法（主要是數學建模及求解算法）研究資源利用、生產調度、組織決策、系統優化等問題，將實際問題抽象為數學模型，分析模型特征，找尋合適求解算法，并借助計算機技術，快速得到實際問題的數學求解及最優方案。因此，“運籌學”要求學生掌握基本理論的同時，熟悉行業實踐中的操作流程和問題描述，能建立相應的數學模型，并具備一定的計算機實現算法的能力。

（二）教學現狀

本專業“運籌學”課程的主要講課內容包括線性規劃的單純形法、對偶單純形法、靈敏度分析、運輸問題、整數規劃問題和動態規劃、圖與網絡、排隊論等;實驗內容包括Excel求解線性規劃、運輸問題及網絡最短路、Matlab求解優化問題的基本操作等。本專業“運籌學”課程總共56學時，其中理論講授40學時，實驗16學時，學生前期已修課程包括交通運輸專業導論、線性代數等專業基礎課。

二、存在問題分析

從多年教學情況來看，教學內容和方式大多按傳統“運籌學”教學過程進行。現有教材有的側重理論推導，有的側重于管理，有的側重于工程實踐，教材主要章節和知識點基本一致，關鍵區別是理論深度和應用案例的設計。但目前未找到能與交通運輸行業實際問題和專業知識高度契合的教材。在實際教學中發現，主要有以下三方面的問題：

（一）教學內容

理論性偏強，重視數學推導，解決實際問題的實例或案例少，缺乏數據分析，缺少實驗實踐;或者教材上的案例與交通運輸專業的關聯度較低，加上前期學生沒有數學建模的相關基礎，導致學生難以應用到本專業領域，實現本領域實際問題的建模求解。

（二）教學方式

以知識講授為主，教學手段單一，學生處于被動學習狀態，對于知識的靈活變通運用普遍掌握不好。表現為理論上掌握不透徹，實踐上不具備建立問題、尋找方法和解決問題的能力。且考試方式單一，導致學生掌握知識局限于課本。

（三）教學效果

現有教學模式按照課堂講授，學生完成作業，教師批改作業并答疑的流程。作業通常來源于教材，其內容與實際問題聯系較少，忽略了應用性，學生的實踐能力得不到提高。

因此，需要對“運籌學”的教學內容和教學方式進行改革，以產出和需求為導向，培養具備解決行業問題能力的技術人才，形成從課本到實踐進而到創新的可持續培養模式[3]。

三、基于OBE理念的教學內容設計

（一）基于OBE的“運籌學”課程學習目標

OBE是成果導向教育，要求教學活動圍繞預期的學習成果進行，以學生為中心，以畢業生可操作、可測評的預期學習成果和具體工作能力為目的，制定“運籌學”培養目標如下：

1.工程知識

通過對相應工程知識（自然和管理科學、數學及工程基礎知識）的學習，能夠用于解決運輸與物流系統建模、設計及優化等復雜工程問題。

2.問題分析

能夠應用數學、自然科學、管理科學和工程科學的基本原理，識別、表達，并通過文獻研究分析運輸與物流系統需求、目標等專業領域復雜工程問題，以獲得有效結論。

3.實驗設計與信息處理

能夠基于科學原理并采用科學方法分析運輸與物流系統數據處理、性能評估及修正改進等復雜工程問題，并能深度挖掘數據，設計對比驗證實驗，并能綜合分析提取有效信息。

（二）側重實踐的教學內容設計

“運籌學”為交通運輸大系統復雜優化問題的解決提供了問題分析、數學建模及求解工具。因此，基于OBE理念，“運籌學”在教學內容設計上在講授優化理論的同時，更要注重培養解決學科問題的實踐及創新能力。

（1）合理安排各知識點的學時數。受課程學時分配限制，教師往往注重“運籌學”理論知識的講授，而弱化導入“運籌學”實際案例，導致學生難以將實際問題與知識理論建立聯系。本專業的“運籌學”教學可加強實際問題抽象化、模型化及模型特征分析等方面的內容，適度縮減理論知識的講授，并注重各章節的合理安排及知識點的串聯。

（2）建立實例庫，重視行業系統問題的建模和求解方法的應用，對教材內容形成補充。算例庫的建設在借鑒經典案例的同時必須緊跟學科及行業前沿，結合線上學習和作業練習鞏固基礎算法，同時加強對行業優化問題的探討，使學生在掌握課后習題的基礎上，做到能分析問題、解決問題并靈活運用。

（3）加強“運籌學”優化方法的計算機應用實踐。加強對Excel、Matlab、lingo、lindo等軟件的學習，通過印發上機指導書，配合教材習題和行業實例，使學生掌握理論知識的同時，能對交通運輸大系統中的變量多、計算量大的優化問題能實現計算機求解，提升應用能力。

四、OBE理念下翻轉課堂的教學方法

（一）OBE理念下“翻轉課堂”的意義

翻轉課堂的實質為顛倒教與學的活動，課堂上學生由被動接受學習的知識接收者，轉化為主動研究探索者。“運籌學”由于理論性較強，數學推演較多，現階段大多采用課堂講授的形式。但是隨著新型教學資源的豐富，在線課程、學習論壇、交流群等形式可極大輔助和促進學生提前學習和課后鞏固，同時更高效利用課堂時間。OBE理念下“運籌學”翻轉課堂的構建，可將教學過程分為課前預習、課中導入、課下練習及評價等，同時結合教學內容和教學學時的調整，達到每個環節均以學習成果為目標，更好地發揮課堂的教學引導和強化重難點的作用[4]。

（二）“運籌學”教學方式方法改革

基于OBE理念的“運籌學”翻轉課堂教學模式改革的主要內容如下：

1.課前的自主學習

教師借助本校在線教學系統或建立學習群等方式向學生發布相關教學資源，包括教學大綱、教學課件、線上教學視頻、重難點引導、教學案例及課后作業等。根據“運籌學”的教學大綱和教材內容，將其分為線性規劃、目標規劃、整數規劃、動態規劃、圖與網絡及排隊論等六大部分，根據指定的教材對每部分細化分解教學任務和教學目標。教師在教學目標中幫助學生理清問題的層次關系，需要掌握的主要算法及計算機實現，在實際中的應用案例等。如圖與網絡部分需掌握圖的基本概念，有向圖、圖的矩陣表示、最短路、最大流及最小費用最大流等內容。教師在課前自主學習環節給出dijkstra、標號法等求解算法并要求計算機實現，給出算法在交通運輸網絡中的應用案例，并制作相應的教學視頻，提供課前學習任務清單，以供學生針對性預習。教師還應在課前與學生積極交流和溝通，記錄學生在預習過程中遇到的問題和困惑，對反饋結果進行分類匯總，充分了解學生自主預習效果。以圖與網絡部分的“最短路”教學為例，設計課前任務單，如下表所示：

2.課中的知識精進與拓展

教師在課前在線學習的基礎上做好課堂講授，進一步鞏固知識結構的梳理，加強理論和算法的熟練，解決疑難問題，并在此基礎上加強應用。通過恰當的設問，或富有啟發性的講授，引導學生積極思考;通過知識歸納和示范，使學生理解并掌握技能;關注學生個體差異，用不同層次的問題或教學手段，引導每一位學生都能積極參與學習活動，提高教學活動的針對性和有效性。在課前自主學習的前提下，課中可減少教材內容的講授時長，從而保證實例教學的可行性。為促進所學理論與實際問題相融合，可采用分小組討論案例的方式。根據課程內容、基本概念和基本算法采取在線學習+老師答疑的形式，算法的改進和行業問題的實踐采取線下分享案例、互動討論模型算法及計算機代碼實現的學習形式。從而做到基本知識學生主動學，創新知識老師引導，學生積極互動的教學模式，一方面可在有限學時內盡可能擴充教學內容，同時做到以應用為導向，突出重點，調動學習氛圍[5]。最后，在學生掌握課程知識的基礎上進行必要的分層練習，形式多樣，講究實效，做到能圍繞重難點強化練習，易錯易混的對比練習，在鞏固學生獲得知識的同時，使學生的思維能力得到有效提高。

3.課后的反饋及教學方法的總結精進

課后的學生考核及教師持續改進是翻轉課堂的最后一個階段，也是OBE理念的精髓。“運籌學”課程的考核方式既要體現學生對基本知識的掌握能力，還要突出學生的實踐能力與創新意識。該階段，教師根據學生的課前自主預習、課中交流學習、習題及案例演練等方面對整個課程教學效果做出評價，同時根據評價結果對教師教學內容和過程做出相應調整，需做到以下三點：

（1）在課后反饋提升階段，引導學生課后加強對薄弱環節的復習鞏固。應根據章節知識點所涉及的算法建立案例庫，讓學生進行完整案例的優化計算，教師需根據學生的課后作業和案例實踐報告，分析學習薄弱點，找出教學關鍵環節。在課后反饋階段培養學生的“運籌學”思維，使理論知識在案例教學中得到滲透和深化，培養學生能獨立靈活運用“運籌學”解決交通運輸及物流領域各類系統優化與管理的能力。

（2）在考核階段，該課程的成績構成除了現階段常用的期末考試+實驗操作的組成外，應提供更豐富的考核方式。首先在翻轉課堂中，課前學習對課中效果的達成起到了重要作用，可設置課前考核方式，通過在線設置習題庫，記錄學習時長和互動環節等得分組成成績的一部分;其次，行業案例的實踐可作為開放式作業，以形成報告、小論文等形式來記錄成績;在各類成績的構成比例上應更靈活，突出自主學習及實踐應用的比重，打破現有一卷定成績、死記硬背考題的結課模式。

（3）在持續改進方面，要形成從學生評價到教師持續精進的閉合機制。首先改變既有學生對教師教學過程的評教體系，遵循OBE理念，強調學習內容、目標達成度、學習效果等的評價;根據反饋的問題教師進行持續改進，包括教學內容、知識點學時分配、教學方法、考核方式、師生互動、課前資料發布、課堂管理等方面的改進和創新。從而做到評教細致化，問題明確化，教學改進精細化、全面化。

結語

“翻轉課堂”對于傳統課堂而言是一場顛覆性的變革，OBE理念是教育模式改革的重要支撐，本文建立“運籌學”的翻轉課堂，旨在充分應用豐富教學資源，調動學生自主能動性，延展深化課堂教學。基于此構建了OBE理念下的“運籌學”翻轉課堂教學模式，將教學過程劃分為課前的自主學習、課中的知識精進與拓展、課后的反饋及教學方法的總結精進三個階段，并對具體實施過程進行了探討。以學生為中心，以產出為目標的OBE理念在“運籌學”教學中的應用，有望在偏重理論型的課程中實現理論結合實踐，線上線下融合的“翻轉課堂”優化了教學內容和學時分配，有效保障教學效果。

參考文獻：

[1]劉柏秀，李剛，齊晨.淺談運籌學在交通領域的應用[J].黑龍江交通科技，2016，39（07）：151152.

[2]于麗杰，廖文江.工程教育認證背景下《交通運輸組織》課程教學改革實踐[J].高教學刊，2020（22）：116118.

[3]申天恩，斯蒂文·洛克.論成果導向的教育理念[J].高校教育管理，2016，10（05）：4751.

[4]周洪波，周平.基于OBE理念的高校教學模式改革研究[J].中國成人教育，2018（04）：9294.

[5]全靖，彭再云.基于OBE理念的物流運籌學教學改革探索[J].物流工程與管理，2021，43（08）：186188.

基金項目：武漢科技大學教學研究項目“‘新工科’+‘課程思政’導向的‘交通系統分析’課程教學改革與實踐”（2019X093）

作者簡介：陳玲娟（1985—?），女，漢族，湖北天門人，博士，副教授，研究方向：交通運輸規劃與管理。