OBE理念與翻轉(zhuǎn)課堂融合下的“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)研究

陳玲娟 李俊 冉茂平

摘?要：為解決交通運(yùn)輸專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”課程“以教為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)方式中普遍存在的學(xué)生主動(dòng)性缺乏、學(xué)習(xí)效率不高、實(shí)踐應(yīng)用能力弱等問題，基于OBE教育理念，以成果為導(dǎo)向，以學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)，重設(shè)教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)分配，加強(qiáng)案例應(yīng)用和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，將教學(xué)過程分為課前自主學(xué)習(xí)、課中知識精進(jìn)及課后反饋與總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢將傳統(tǒng)教學(xué)中的知識傳授提前到課前完成，知識深化及創(chuàng)新應(yīng)用提到課中，并形成課后多方評價(jià)的持續(xù)精進(jìn)機(jī)制。從而在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，對理論性課程的教學(xué)做到基礎(chǔ)過關(guān)、應(yīng)用加強(qiáng)、自主實(shí)踐的良好效果，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主解決問題的能力，為課程教學(xué)改革提供了新方向。

關(guān)鍵詞：交通運(yùn)輸;“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué);OBE理念;翻轉(zhuǎn)課堂

“運(yùn)籌學(xué)”是本校交通運(yùn)輸與物流管理方向的專業(yè)核心課程，其目的是培養(yǎng)優(yōu)秀的行業(yè)管理人員，“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)需融入現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)當(dāng)中，以適應(yīng)綜合交通運(yùn)輸體系的發(fā)展需求。本文探討“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)模式改革，主旨在以教學(xué)效果為導(dǎo)向，以學(xué)生需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)過程結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和OBE理念，重實(shí)踐重應(yīng)用，從而提升本專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量。

一、本專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”的課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程特點(diǎn)

本專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)目標(biāo)是為交通運(yùn)輸及物流工程專業(yè)的學(xué)生今后學(xué)習(xí)管理學(xué)、交通運(yùn)輸組織學(xué)、物流學(xué)、物流工程等專業(yè)基礎(chǔ)課打基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析、建模、預(yù)測、優(yōu)化決策的能力，為行業(yè)部門培養(yǎng)能從事運(yùn)輸組織，管理決策及優(yōu)化等方面工作的專業(yè)人才[1]。因此，諸多學(xué)校在制定交通運(yùn)輸與物流專業(yè)的培養(yǎng)方案時(shí)均把“運(yùn)籌學(xué)”作為一門必修課，并作為專業(yè)課的先導(dǎo)課程[2]。

“運(yùn)籌學(xué)”是運(yùn)用數(shù)量方法（主要是數(shù)學(xué)建模及求解算法）研究資源利用、生產(chǎn)調(diào)度、組織決策、系統(tǒng)優(yōu)化等問題，將實(shí)際問題抽象為數(shù)學(xué)模型，分析模型特征，找尋合適求解算法，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速得到實(shí)際問題的數(shù)學(xué)求解及最優(yōu)方案。因此，“運(yùn)籌學(xué)”要求學(xué)生掌握基本理論的同時(shí)，熟悉行業(yè)實(shí)踐中的操作流程和問題描述，能建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并具備一定的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算法的能力。

（二）教學(xué)現(xiàn)狀

本專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”課程的主要講課內(nèi)容包括線性規(guī)劃的單純形法、對偶單純形法、靈敏度分析、運(yùn)輸問題、整數(shù)規(guī)劃問題和動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡(luò)、排隊(duì)論等;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括Excel求解線性規(guī)劃、運(yùn)輸問題及網(wǎng)絡(luò)最短路、Matlab求解優(yōu)化問題的基本操作等。本專業(yè)“運(yùn)籌學(xué)”課程總共56學(xué)時(shí)，其中理論講授40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，學(xué)生前期已修課程包括交通運(yùn)輸專業(yè)導(dǎo)論、線性代數(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課。

二、存在問題分析

從多年教學(xué)情況來看，教學(xué)內(nèi)容和方式大多按傳統(tǒng)“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)過程進(jìn)行?，F(xiàn)有教材有的側(cè)重理論推導(dǎo)，有的側(cè)重于管理，有的側(cè)重于工程實(shí)踐，教材主要章節(jié)和知識點(diǎn)基本一致，關(guān)鍵區(qū)別是理論深度和應(yīng)用案例的設(shè)計(jì)。但目前未找到能與交通運(yùn)輸行業(yè)實(shí)際問題和專業(yè)知識高度契合的教材。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，主要有以下三方面的問題：

（一）教學(xué)內(nèi)容

理論性偏強(qiáng)，重視數(shù)學(xué)推導(dǎo)，解決實(shí)際問題的實(shí)例或案例少，缺乏數(shù)據(jù)分析，缺少實(shí)驗(yàn)實(shí)踐;或者教材上的案例與交通運(yùn)輸專業(yè)的關(guān)聯(lián)度較低，加上前期學(xué)生沒有數(shù)學(xué)建模的相關(guān)基礎(chǔ)，導(dǎo)致學(xué)生難以應(yīng)用到本專業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)本領(lǐng)域?qū)嶋H問題的建模求解。

（二）教學(xué)方式

以知識講授為主，教學(xué)手段單一，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，對于知識的靈活變通運(yùn)用普遍掌握不好。表現(xiàn)為理論上掌握不透徹，實(shí)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(dǎo)致學(xué)生掌握知識局限于課本。

（三）教學(xué)效果

現(xiàn)有教學(xué)模式按照課堂講授，學(xué)生完成作業(yè)，教師批改作業(yè)并答疑的流程。作業(yè)通常來源于教材，其內(nèi)容與實(shí)際問題聯(lián)系較少，忽略了應(yīng)用性，學(xué)生的實(shí)踐能力得不到提高。

因此，需要對“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行改革，以產(chǎn)出和需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)具備解決行業(yè)問題能力的技術(shù)人才，形成從課本到實(shí)踐進(jìn)而到創(chuàng)新的可持續(xù)培養(yǎng)模式[3]。

三、基于OBE理念的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

（一）基于OBE的“運(yùn)籌學(xué)”課程學(xué)習(xí)目標(biāo)

OBE是成果導(dǎo)向教育，要求教學(xué)活動(dòng)圍繞預(yù)期的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行，以學(xué)生為中心，以畢業(yè)生可操作、可測評的預(yù)期學(xué)習(xí)成果和具體工作能力為目的，制定“運(yùn)籌學(xué)”培養(yǎng)目標(biāo)如下：

1.工程知識

通過對相應(yīng)工程知識（自然和管理科學(xué)、數(shù)學(xué)及工程基礎(chǔ)知識）的學(xué)習(xí)，能夠用于解決運(yùn)輸與物流系統(tǒng)建模、設(shè)計(jì)及優(yōu)化等復(fù)雜工程問題。

2.問題分析

能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、管理科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)，并通過文獻(xiàn)研究分析運(yùn)輸與物流系統(tǒng)需求、目標(biāo)等專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與信息處理

能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法分析運(yùn)輸與物流系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、性能評估及修正改進(jìn)等復(fù)雜工程問題，并能深度挖掘數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)對比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并能綜合分析提取有效信息。

（二）側(cè)重實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

“運(yùn)籌學(xué)”為交通運(yùn)輸大系統(tǒng)復(fù)雜優(yōu)化問題的解決提供了問題分析、數(shù)學(xué)建模及求解工具。因此，基于OBE理念，“運(yùn)籌學(xué)”在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上在講授優(yōu)化理論的同時(shí)，更要注重培養(yǎng)解決學(xué)科問題的實(shí)踐及創(chuàng)新能力。

（1）合理安排各知識點(diǎn)的學(xué)時(shí)數(shù)。受課程學(xué)時(shí)分配限制，教師往往注重“運(yùn)籌學(xué)”理論知識的講授，而弱化導(dǎo)入“運(yùn)籌學(xué)”實(shí)際案例，導(dǎo)致學(xué)生難以將實(shí)際問題與知識理論建立聯(lián)系。本專業(yè)的“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)可加強(qiáng)實(shí)際問題抽象化、模型化及模型特征分析等方面的內(nèi)容，適度縮減理論知識的講授，并注重各章節(jié)的合理安排及知識點(diǎn)的串聯(lián)。

（2）建立實(shí)例庫，重視行業(yè)系統(tǒng)問題的建模和求解方法的應(yīng)用，對教材內(nèi)容形成補(bǔ)充。算例庫的建設(shè)在借鑒經(jīng)典案例的同時(shí)必須緊跟學(xué)科及行業(yè)前沿，結(jié)合線上學(xué)習(xí)和作業(yè)練習(xí)鞏固基礎(chǔ)算法，同時(shí)加強(qiáng)對行業(yè)優(yōu)化問題的探討，使學(xué)生在掌握課后習(xí)題的基礎(chǔ)上，做到能分析問題、解決問題并靈活運(yùn)用。

（3）加強(qiáng)“運(yùn)籌學(xué)”優(yōu)化方法的計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)踐。加強(qiáng)對Excel、Matlab、lingo、lindo等軟件的學(xué)習(xí)，通過印發(fā)上機(jī)指導(dǎo)書，配合教材習(xí)題和行業(yè)實(shí)例，使學(xué)生掌握理論知識的同時(shí)，能對交通運(yùn)輸大系統(tǒng)中的變量多、計(jì)算量大的優(yōu)化問題能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)求解，提升應(yīng)用能力。

四、OBE理念下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法

（一）OBE理念下“翻轉(zhuǎn)課堂”的意義

翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)質(zhì)為顛倒教與學(xué)的活動(dòng)，課堂上學(xué)生由被動(dòng)接受學(xué)習(xí)的知識接收者，轉(zhuǎn)化為主動(dòng)研究探索者?！斑\(yùn)籌學(xué)”由于理論性較強(qiáng)，數(shù)學(xué)推演較多，現(xiàn)階段大多采用課堂講授的形式。但是隨著新型教學(xué)資源的豐富，在線課程、學(xué)習(xí)論壇、交流群等形式可極大輔助和促進(jìn)學(xué)生提前學(xué)習(xí)和課后鞏固，同時(shí)更高效利用課堂時(shí)間。OBE理念下“運(yùn)籌學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂的構(gòu)建，可將教學(xué)過程分為課前預(yù)習(xí)、課中導(dǎo)入、課下練習(xí)及評價(jià)等，同時(shí)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)學(xué)時(shí)的調(diào)整，達(dá)到每個(gè)環(huán)節(jié)均以學(xué)習(xí)成果為目標(biāo)，更好地發(fā)揮課堂的教學(xué)引導(dǎo)和強(qiáng)化重難點(diǎn)的作用[4]。

（二）“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)方式方法改革

基于OBE理念的“運(yùn)籌學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革的主要內(nèi)容如下：

1.課前的自主學(xué)習(xí)

教師借助本校在線教學(xué)系統(tǒng)或建立學(xué)習(xí)群等方式向?qū)W生發(fā)布相關(guān)教學(xué)資源，包括教學(xué)大綱、教學(xué)課件、線上教學(xué)視頻、重難點(diǎn)引導(dǎo)、教學(xué)案例及課后作業(yè)等。根據(jù)“運(yùn)籌學(xué)”的教學(xué)大綱和教材內(nèi)容，將其分為線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡(luò)及排隊(duì)論等六大部分，根據(jù)指定的教材對每部分細(xì)化分解教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)。教師在教學(xué)目標(biāo)中幫助學(xué)生理清問題的層次關(guān)系，需要掌握的主要算法及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際中的應(yīng)用案例等。如圖與網(wǎng)絡(luò)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(fèi)用最大流等內(nèi)容。教師在課前自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)給出dijkstra、標(biāo)號法等求解算法并要求計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，給出算法在交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用案例，并制作相應(yīng)的教學(xué)視頻，提供課前學(xué)習(xí)任務(wù)清單，以供學(xué)生針對性預(yù)習(xí)。教師還應(yīng)在課前與學(xué)生積極交流和溝通，記錄學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中遇到的問題和困惑，對反饋結(jié)果進(jìn)行分類匯總，充分了解學(xué)生自主預(yù)習(xí)效果。以圖與網(wǎng)絡(luò)部分的“最短路”教學(xué)為例，設(shè)計(jì)課前任務(wù)單，如下表所示：

2.課中的知識精進(jìn)與拓展

教師在課前在線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上做好課堂講授，進(jìn)一步鞏固知識結(jié)構(gòu)的梳理，加強(qiáng)理論和算法的熟練，解決疑難問題，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)應(yīng)用。通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)問，或富有啟發(fā)性的講授，引導(dǎo)學(xué)生積極思考;通過知識歸納和示范，使學(xué)生理解并掌握技能;關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異，用不同層次的問題或教學(xué)手段，引導(dǎo)每一位學(xué)生都能積極參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，提高教學(xué)活動(dòng)的針對性和有效性。在課前自主學(xué)習(xí)的前提下，課中可減少教材內(nèi)容的講授時(shí)長，從而保證實(shí)例教學(xué)的可行性。為促進(jìn)所學(xué)理論與實(shí)際問題相融合，可采用分小組討論案例的方式。根據(jù)課程內(nèi)容、基本概念和基本算法采取在線學(xué)習(xí)+老師答疑的形式，算法的改進(jìn)和行業(yè)問題的實(shí)踐采取線下分享案例、互動(dòng)討論模型算法及計(jì)算機(jī)代碼實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)形式。從而做到基本知識學(xué)生主動(dòng)學(xué)，創(chuàng)新知識老師引導(dǎo)，學(xué)生積極互動(dòng)的教學(xué)模式，一方面可在有限學(xué)時(shí)內(nèi)盡可能擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)做到以應(yīng)用為導(dǎo)向，突出重點(diǎn)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)氛圍[5]。最后，在學(xué)生掌握課程知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的分層練習(xí)，形式多樣，講究實(shí)效，做到能圍繞重難點(diǎn)強(qiáng)化練習(xí)，易錯(cuò)易混的對比練習(xí)，在鞏固學(xué)生獲得知識的同時(shí)，使學(xué)生的思維能力得到有效提高。

3.課后的反饋及教學(xué)方法的總結(jié)精進(jìn)

課后的學(xué)生考核及教師持續(xù)改進(jìn)是翻轉(zhuǎn)課堂的最后一個(gè)階段，也是OBE理念的精髓?！斑\(yùn)籌學(xué)”課程的考核方式既要體現(xiàn)學(xué)生對基本知識的掌握能力，還要突出學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識。該階段，教師根據(jù)學(xué)生的課前自主預(yù)習(xí)、課中交流學(xué)習(xí)、習(xí)題及案例演練等方面對整個(gè)課程教學(xué)效果做出評價(jià)，同時(shí)根據(jù)評價(jià)結(jié)果對教師教學(xué)內(nèi)容和過程做出相應(yīng)調(diào)整，需做到以下三點(diǎn)：

（1）在課后反饋提升階段，引導(dǎo)學(xué)生課后加強(qiáng)對薄弱環(huán)節(jié)的復(fù)習(xí)鞏固。應(yīng)根據(jù)章節(jié)知識點(diǎn)所涉及的算法建立案例庫，讓學(xué)生進(jìn)行完整案例的優(yōu)化計(jì)算，教師需根據(jù)學(xué)生的課后作業(yè)和案例實(shí)踐報(bào)告，分析學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)，找出教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在課后反饋階段培養(yǎng)學(xué)生的“運(yùn)籌學(xué)”思維，使理論知識在案例教學(xué)中得到滲透和深化，培養(yǎng)學(xué)生能獨(dú)立靈活運(yùn)用“運(yùn)籌學(xué)”解決交通運(yùn)輸及物流領(lǐng)域各類系統(tǒng)優(yōu)化與管理的能力。

（2）在考核階段，該課程的成績構(gòu)成除了現(xiàn)階段常用的期末考試+實(shí)驗(yàn)操作的組成外，應(yīng)提供更豐富的考核方式。首先在翻轉(zhuǎn)課堂中，課前學(xué)習(xí)對課中效果的達(dá)成起到了重要作用，可設(shè)置課前考核方式，通過在線設(shè)置習(xí)題庫，記錄學(xué)習(xí)時(shí)長和互動(dòng)環(huán)節(jié)等得分組成成績的一部分;其次，行業(yè)案例的實(shí)踐可作為開放式作業(yè)，以形成報(bào)告、小論文等形式來記錄成績;在各類成績的構(gòu)成比例上應(yīng)更靈活，突出自主學(xué)習(xí)及實(shí)踐應(yīng)用的比重，打破現(xiàn)有一卷定成績、死記硬背考題的結(jié)課模式。

（3）在持續(xù)改進(jìn)方面，要形成從學(xué)生評價(jià)到教師持續(xù)精進(jìn)的閉合機(jī)制。首先改變既有學(xué)生對教師教學(xué)過程的評教體系，遵循OBE理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)達(dá)成度、學(xué)習(xí)效果等的評價(jià);根據(jù)反饋的問題教師進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，包括教學(xué)內(nèi)容、知識點(diǎn)學(xué)時(shí)分配、教學(xué)方法、考核方式、師生互動(dòng)、課前資料發(fā)布、課堂管理等方面的改進(jìn)和創(chuàng)新。從而做到評教細(xì)致化，問題明確化，教學(xué)改進(jìn)精細(xì)化、全面化。

結(jié)語

“翻轉(zhuǎn)課堂”對于傳統(tǒng)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(yùn)籌學(xué)”的翻轉(zhuǎn)課堂，旨在充分應(yīng)用豐富教學(xué)資源，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主能動(dòng)性，延展深化課堂教學(xué)?；诖藰?gòu)建了OBE理念下的“運(yùn)籌學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將教學(xué)過程劃分為課前的自主學(xué)習(xí)、課中的知識精進(jìn)與拓展、課后的反饋及教學(xué)方法的總結(jié)精進(jìn)三個(gè)階段，并對具體實(shí)施過程進(jìn)行了探討。以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為目標(biāo)的OBE理念在“運(yùn)籌學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用，有望在偏重理論型的課程中實(shí)現(xiàn)理論結(jié)合實(shí)踐，線上線下融合的“翻轉(zhuǎn)課堂”優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配，有效保障教學(xué)效果。

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基金項(xiàng)目：武漢科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“‘新工科’+‘課程思政’導(dǎo)向的‘交通系統(tǒng)分析’課程教學(xué)改革與實(shí)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(yùn)輸規(guī)劃與管理。