工程教育背景下 交通運(yùn)輸專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)改革研究

張文會(huì) 裴玉龍 鄧紅星

摘? ? 要：根據(jù)成果導(dǎo)向型教育理念，重新設(shè)計(jì)交通運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注學(xué)生對(duì)交通運(yùn)輸復(fù)雜工程問(wèn)題的分析和解決能力;采用案例教學(xué)法和項(xiàng)目教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;改革傳統(tǒng)的考核方式，取消平時(shí)成績(jī)、增加課內(nèi)實(shí)踐成績(jī)。研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)課程教學(xué)改革實(shí)踐和教學(xué)設(shè)計(jì)，更加體現(xiàn)以學(xué)生為中心，成果導(dǎo)向型的工程教育專業(yè)認(rèn)證理念。

關(guān)鍵詞：工程教育;交通運(yùn)輸專業(yè);運(yùn)籌學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2019）03-0014-02

“運(yùn)籌學(xué)”是國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校交通運(yùn)輸專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)模型、排隊(duì)理論和決策理論等內(nèi)容，是后續(xù)多門(mén)專業(yè)課的先修知識(shí)。以往教學(xué)過(guò)程中，多采用內(nèi)容驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法，在計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)根據(jù)教學(xué)大綱的要求講授課程，雖然教師在授課階段也關(guān)注學(xué)生綜合素質(zhì)、優(yōu)化理論知識(shí)和建模求解能力的提升，但沒(méi)有以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向來(lái)反向設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)，也沒(méi)有關(guān)注學(xué)生核心能力和畢業(yè)要求的達(dá)成。

工程教育認(rèn)證背景下，要求每個(gè)專業(yè)都要有明確、公開(kāi)的畢業(yè)要求，而且畢業(yè)要求能支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成;還要將畢業(yè)要求分解為若干個(gè)可衡量的指標(biāo)點(diǎn)，畢業(yè)要求和指標(biāo)點(diǎn)要明確教學(xué)活動(dòng)（課程、實(shí)習(xí)或設(shè)計(jì)等）[1-2]。因此，很多專業(yè)課程都根據(jù)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)重組教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，以支撐畢業(yè)要求的達(dá)成[3-4]。筆者所在的課程組近年來(lái)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行了改革[5-6]，取得了較好的教學(xué)效果，但并沒(méi)有充分考慮學(xué)生的專業(yè)技術(shù)成果，更多關(guān)注的是學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

為了支撐交通運(yùn)輸畢業(yè)要求和指標(biāo)點(diǎn)，改變以內(nèi)容為驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)模式，筆者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)改革和實(shí)踐。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

（一）教學(xué)目標(biāo)

目標(biāo)1：掌握線性規(guī)劃、運(yùn)輸模型、目標(biāo)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題和排隊(duì)問(wèn)題等基本理論，并能夠針對(duì)交通運(yùn)輸工程問(wèn)題嘗試建立數(shù)學(xué)模型。

目標(biāo)2：掌握交通運(yùn)籌學(xué)模型中的目標(biāo)函數(shù)和約束條件關(guān)鍵參數(shù)分析方法，能夠根據(jù)道路條件、車(chē)輛條件和環(huán)境條件等約束分析模型特征及求解結(jié)果。

目標(biāo)3：對(duì)交通運(yùn)輸復(fù)雜工程問(wèn)題，能夠設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化方案，嘗試運(yùn)用邏輯推理或計(jì)算機(jī)手段對(duì)模型求解。

目標(biāo)4：了解運(yùn)籌學(xué)模型的求解軟件，了解可以應(yīng)用已有的計(jì)算機(jī)輔助手段求解復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。

目標(biāo)5：通過(guò)理論學(xué)習(xí)和課內(nèi)實(shí)踐，能夠?qū)⑦\(yùn)籌學(xué)的基本理論和方法運(yùn)用到交通運(yùn)輸工程項(xiàng)目管理領(lǐng)域，理解系統(tǒng)優(yōu)化思想和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)在交通運(yùn)輸工程中的應(yīng)用。

課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系見(jiàn)表1。

（二）教學(xué)內(nèi)容

為了支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。表2所示為內(nèi)容驅(qū)動(dòng)型和成果導(dǎo)向型教學(xué)內(nèi)容的區(qū)別，成果導(dǎo)向型教學(xué)內(nèi)容更偏重于交通運(yùn)輸復(fù)雜工程問(wèn)題的分析，關(guān)注學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和綜合能力的培養(yǎng)。

二、教學(xué)方法改革

（一）案例教學(xué)法

案例教學(xué)能夠引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)案例情景發(fā)現(xiàn)、分析和解決交通運(yùn)輸領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升分析和解決問(wèn)題的能力。基于課程教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)過(guò)程中準(zhǔn)備多個(gè)“案例”。

1.加油站優(yōu)化設(shè)計(jì)。某一天去加油，發(fā)現(xiàn)加92號(hào)汽油的車(chē)輛排隊(duì)較長(zhǎng)，而加95號(hào)汽油的車(chē)輛較少，如何根據(jù)排隊(duì)論進(jìn)行加油站的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高加油效率。該案例中涉及的參數(shù)有車(chē)輛到來(lái)的概率分布、加油平均時(shí)間、車(chē)輛離去時(shí)間、92號(hào)和95號(hào)汽油槍數(shù)量和位置等。

2.送餐問(wèn)題。如果你是一名送餐員，接到若干名顧客的位置信息后，如何安排行駛路徑把午餐送至每一名顧客，而且所走的路線最短。該案例涉及的參數(shù)主要有顧客數(shù)量和位置等。

3.公交調(diào)度問(wèn)題。公交公司要考慮經(jīng)濟(jì)效益，要求提高單程實(shí)載率;同時(shí)要考慮社會(huì)效益，關(guān)注乘客的滿意度;在完好車(chē)輛數(shù)已知的前提下，如何安排每天的發(fā)車(chē)最佳班次，以滿足多目標(biāo)要求。該案例涉及一些調(diào)研數(shù)據(jù)，如各站點(diǎn)上下車(chē)人數(shù)、車(chē)輛總數(shù)、乘客滿意度調(diào)查指標(biāo)等。

（二）項(xiàng)目教學(xué)法

基于模塊化的課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)“工程項(xiàng)目”，以項(xiàng)目為導(dǎo)向開(kāi)展理論教學(xué)。各模塊設(shè)計(jì)的工程如下。

1.運(yùn)輸裝備合理配置問(wèn)題。旅客運(yùn)輸公司擁有三種類型的客車(chē)（豪華、中等、一般），每天向三個(gè)城市運(yùn)送旅客，每輛車(chē)上的載客人數(shù)、去往三個(gè)城市的總?cè)藬?shù)、票價(jià)均已知，要求建立該問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，并求出最優(yōu)車(chē)輛配置方案。

2.路段最大交通流量問(wèn)題。已知某城市路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，每條路徑的最大交通流量已知，要求建立該問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算從起點(diǎn)進(jìn)入終點(diǎn)輸出的最大交通流量。

3.高速公路收費(fèi)站優(yōu)化問(wèn)題。某高速公路入口處設(shè)置一個(gè)收費(fèi)站，已知車(chē)輛到達(dá)和收費(fèi)時(shí)間的分布函數(shù)，要求計(jì)算收費(fèi)站空閑的概率、車(chē)輛平均排隊(duì)長(zhǎng)度、車(chē)輛平均排隊(duì)時(shí)間，并評(píng)價(jià)該收費(fèi)站的運(yùn)行狀況。

限于篇幅，上文只是簡(jiǎn)單敘述了項(xiàng)目概要，學(xué)生按照項(xiàng)目的具體內(nèi)容，帶著問(wèn)題進(jìn)行理論知識(shí)學(xué)習(xí)，并尋求解決問(wèn)題的方法。

三、考核方式改革

（一）階段考試和期末考試

為了支撐本專業(yè)的畢業(yè)要求，在考核方式方面，取消了平時(shí)成績(jī)項(xiàng)，增加了課內(nèi)實(shí)踐作業(yè)項(xiàng)，具體考核方式為：課內(nèi)實(shí)踐、階段考試和期末考試，各自占總成績(jī)的20%、30%和50%。此外，在考核內(nèi)容方面，增加交通運(yùn)輸領(lǐng)域復(fù)雜工程建模、求解和分析方面的試題。

（二）課內(nèi)實(shí)踐

在課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)交通運(yùn)輸復(fù)雜工程問(wèn)題，首先建立數(shù)學(xué)模型，再應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件求解最優(yōu)解和最優(yōu)值。設(shè)計(jì)了課內(nèi)實(shí)踐評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，主要考查學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和應(yīng)用現(xiàn)代工具的能力。

四、結(jié)論

“運(yùn)籌學(xué)”是交通運(yùn)輸專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握典型的運(yùn)籌學(xué)模型建模方法，并能夠應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)模型解決交通運(yùn)輸領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。在工程教育背景下，要求根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)反向進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以支撐畢業(yè)要求的達(dá)成。根據(jù)專業(yè)的畢業(yè)要求，重新設(shè)計(jì)了“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)目標(biāo)，并確定教學(xué)目標(biāo)與通用畢業(yè)要求和專業(yè)畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系;重組教學(xué)內(nèi)容，采用案例教學(xué)法和項(xiàng)目教學(xué)法，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

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