基于OBE理念的《运筹学》课程教学改革探索与实践

吴开信 成利刚 肖蒙 吕秋霞 程碧荣 成琳娜

摘 要：基于OBE教育理念，从教学内容的构建、教学方法的改进、评价机制的完善等方面探讨了《运筹学》课程教学改革，突出“目标导向、学生中心、持续改进”的架构，旨在实现“以学生为中心”的教和“以成果为导向”的学这种新型的教学关系，以此培养学生良好的探索研究习惯，提高自主学习能力以及创新能力。

关键词：成果导向教育；教学设计；创新能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

現代工程教育倡导“学生为中心、面向产出、持续改进”等先进理念，要求突出专业教育的科学性和精细性，着力体现本科教育的基本要求，有效发挥教与学的优势，追求教育的效率和效果。成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）自1981年由学者Spady提出以来已形成完整的体系，主要解决四个核心问题[1]：你要学生学习什么和掌握什么？为什么要取得这样的学习成果？如何帮助学生取得这些学习结果？如何有效地知道学生是否取得这些学习结果？由此可以看出，OBE 教学理念下的教学活动紧紧围绕明确的学习成果进行组织，并以学生为中心展开的，教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后取得的学习成果。

“运筹学”主要讲解如何改善或优化现有系统的效率，作为管理类专业核心基础课程，具有很强的实际应用背景。新形势下随着专业调整和培养方案改革，《运筹学》课程教学改革在国内部分高校相继开展，主要涉及教学内容的设计、教学方法和考核方式的改革等[2]。但是在实践过程中也出现一些问题：如过分强调理论的推导、轻视实践应用；教学手段单一、效果不理想；教与学的信息反馈不及时；师资中普遍缺乏工程实践经验等。

传统教育是学科导向的，教育模式倾向于解决线性的、确定的、静止封闭的问题，教学设计注重学科的需要，在一定程度上忽视了专业的需要；而现代教育是面向社会需求而不是面向学科培养人才，因此专业教育应该从经验走向科学，从粗放走向精细。针对“运筹学”课程教学中出现的问题，作者结合多年该课程的实践教学经验，将OBE教学理念引入到该课程的教学活动中，进行教学改革探索和实践。本文以我校轨道交通运营管理专业（以下简称运营管理专业）中的《运筹学》课程为例，根据专业要求及课程特点，对授课内容作相应调整，建立以能力为导向的《运筹学》课程核心知识体系，对教学活动进行反向设计和正向实施，旨在培养学生良好的探索研究习惯，提高应用知识能力和创新能力。

一、反向设计，构建运筹学核心知识点体系

运营管理专业属于交通运输工程学科，专业办学面向城市轨道交通行业中线网设计、运营调度、车站管理的具体岗位群，具有行业特色鲜明、服务面向明确的应用型专业特点。对于我校该专业而言，地方高校面向具体行业开办的应用型工程本科专业，应将符合行业需要的专业综合实践能力培养和体现办学特色的专业核心能力培养作为人才培养的重点。具体来说，就是以车站运营管理、线网调度能力培养为主线，以提高应用型本科专业学生的就业竞争力与职业发展潜力为专业目标，而《运筹学》课程中许多优化设计方法，是衡量学生能否胜任未来岗位需要解决实际问题的关键一环。依据国家工程专业认证通用标准（2015）版中指出的12条毕业要求，《运筹学》在该专业课程体系中对应的主要是要求2、要求4和要求5。即毕业要求2：问题分析，能够对轨道交通运营管理复杂工程问题进行识别和明确表达，并通过文献研究进行分析， 获得有效结论；毕业要求4：问题研究，能够基于科学原理并采用科学方法对轨道交通运营管理复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论；毕业要求5： 使用现代工具，针对复杂工程问题，能够选用合适的现代工具和技术资源进行预测与模拟，并理解其应用的局限性。

教学内容的选择是教学的首要环节，《运筹学》应用广泛，涉及的专业较多，不同专业的要求不尽相同。课程教学内容的选取应优先考虑专业的培养目标；其次，要明确知识体系的逻辑关系；最后，应着重学生自主学习能力、探索创新能力的培养。为更好地解决后续课程交通运输规划、客运组织、行车组织等复杂专业工程问题中涉及的优化问题，作者重新修订教学大纲，重构教学内容，建立《运筹学》核心知识体系（见表1），充分体现课程的重点知识、难点知识以及学生易于混淆的地方。课程内容主要包括规划论、图论、排队论和决策论，与毕业要求相对应，主要有三个课程目标：掌握运筹学各个分支的基本概念、基本原理和分析方法；理解运筹学各类模型所包含的优化决策思想，熟悉在复杂工程问题中的具体应用，对具体问题能进行建模分析；能综合运用概率统计、交通运输统计分析、程序设计、运筹学等知识，针对简单的工程问题，建立正确的数学模型，给出相应的算法设计、程序设计以及结论分析，提出合理的优化方案。从知识、能力和素质具备的层次上，可分为掌握牢固的基础知识、具备一定的问题分析能力和初步综合研究的能力，为管理者的决策方案提供可靠的科学依据。

二、正向实施，进行教学过程设计

OBE实施的关键步骤有五个：确定学习成果、构建课程体系、确定教学策略、合理进行评价、逐步趋于完善。OBE特别强调研究型教学模式，而不是传统的灌输式教学模式。教学是教与学的有机结合，而如何融“知识传授和能力培养”为一体是教学艺术的展现。从时间维度来看，教学过程主要有课前、课中和课后三个阶段，不同阶段侧重的内容和要求也不同。

（一）课前预习，信息化资源平台的充分利用

由于该课程有点难度，且受学时的限制，利用传统的教学方式效果往往不佳，学生很难在课堂有限的时间内对知识点做到融会贯通，而且思考的時间较少，只是被动的接受知识。思考是创新的关键，思考起于质疑，经过质疑的过程，对问题的理解才有一定的深度，但是思考也是需要一定时间作为保证的，信息化资源平台特别是微课的充分利用恰能弥补这方面的不足。“微课”以“短小精悍”为主要特征，它以微型教学视频为主要载体，针对学科的知识点（如重点、难点、疑点、考点等）或教学环节（如学习活动、主题、实验、任务等）而设计开发的一种情景化、支持多种学习方式的视频课程资源[3]。依据本课程的基本概念以及重要的知识片段，我们精心制作了主题微课、专题微课、系列微课等，通过微课的课前自学，让学生对简单的知识轻松自我消化，而难点部分经过深思不得其解之后，带着问题进课堂，同时微课对课后的知识快速回顾也提供了很好的资源。

（二）智慧课堂，理论教学与实践教学的有机结合

传统课堂教学存在的不足难以用传统的方式解决，迫切需要用新的视角和方法来加以改变。智慧课堂的核心在于用最新的信息技术手段来变革和改进课堂教学，打造智能、高效的课堂，通过智慧的教与学，促进全体学生实现符合其个性化特征要求的成长和发展。随着新一代信息技术的迅速发展及广泛应用，学校教学环境和课堂教学模式在不断发生变化。

课堂教学内容主要包括基本概念的释疑、公式的推导、建模的方法和算法设计等，教学方法上主要综合运用探究式、启发式和互动式教学方法。针对课前微课的学习效果可以用手机APP助教软件进行实时检测，教师能充分掌握学生自学中遇到的问题以及对知识的掌握程度，再结合教材内容，确定教学的重难点，在课堂教学中进行主要问题分析以及重难点突破。

传统的教学活动通常是围绕着教师、教室和教材展开的，在这样封闭的教学活动闭循环空间内，学生的思维空间受到一定的限制，难以实现“以学生为中心”的开放式教学。为此，本课程设置了一定数量的讨论课，讨论的主题是学生根据自己的项目及进展情况、遇到的问题进行讨论。在学期之初，老师根据专业要求对学生进行分组，每组有自己研究的项目，需要组员协同通过实际调查数据、研究才能完成，如“铁路客运站售票系统优化”、“校园共享单车存放点优化”、“某交叉路口交通流优化控制”等，当相应的章节教学内容完成后，讨论课由学生自制汇报资料、上台讲演、课堂互动，由师生共同评论所建模型的优缺点，把教学活动组织成师生共同研究活动。

（三）课后巩固提升，提高解决实际问题的能力

通过前期的计算机语言课程，学生有了一定的计算机编程基础。为了能对问题进行更深入地探讨和分析，课后让学生在教师的指导下进行计算机编程数值实验。内容包括目前最优秀的几种优化求解器Gams（Gurobi、Ampl、Cplex）的安装，根据使用手册（目前都是英语版）结合计算机语言，对教材中的例题进行编程验证，这样既提高了自主学习的能力，学生也从中获得解决问题的成就感，更为部分学生今后进一步深造奠定坚实的基础。

三、教学效果评价

OBE理念强调持续改进的过程，为了测得实际的教学效果，需要利用多维度、可以量化的评价方法，动态把握学生知识、能力的发展水平，正如著名教育家叶圣陶先生所言：“教为不教，学为学会”。本课程在实践中依据全过程监控的理念进行考核，内容包括：预习、作业、实验数据调查情况、讨论课准备的充分程度、考虑问题的深度和临场发挥的表现、数值编程实验完成情况、中期考试和结课考试，提高考核维度，增加课堂表现以及平时成绩的权重。通过跟踪记录，对测得的数据进行量化处理，并利用模糊层次法等手段进行分析，找出不足之处，以便进一步改进，提高教学目标的达成度[4，5]。鉴于学生的水平是差次不齐的，对于学有余力的同学，可为学生设置个性化发展方案，如鼓励学生参加校级科技竞赛以及全国大学生数学建模大赛等赛事，并给予相应的平时成绩，激发学生学习的内驱动力，养成自主学习和主动研究的良好习惯。另外，通过对往届毕业学生在单位的表现进行持续跟踪，及时反馈本课程的实际应用情况，通过校、企、师、生联合，构建有效信息通道，监测学生学习产出的效果是否符合预定的培养要求。

四、结束语

传统课堂是由知识主宰，讲知识、学知识、考知识，学生只停留在识记层面，按美国教育家布卢姆对认知过程划分的六个层次，即记忆、理解、应用、分析、评价和创造，这种课堂本质上扼杀了学生的高层次发展潜力。为了实现国家、社会、用人单位对毕业生的要求和期望，满足学校办学定位、人才培养定位以及培养质量的追求，高等教育要从知识课堂向能力课堂实现转变。OBE是一种具有创新力、较为系统的现代教学理念，将其引入《运筹学》课程教学改革是一种积极的实践探索。通过对教学内容的重新构建、教学策略的持续改进、教学效果评价机制的逐步完善，积极推进研究性课堂教学，重视学生养成以探索、研究为本的学习意识，并都能从成功中获得激励。

参考文献：

[1]李志义.适应认证要求，推进工程教育教学改革[J].中国大学教学，2014（6）：9-16.

[2]史书慧.基于创新能力培养的运筹学教学改革研究[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2016，34（2）：246-249.

[3]韩姗姗，王卫红，王春平，等.探究式教学模式下微课与课堂教学结合[J].计算机教育，2014（6）：39-42.

[4]张杰，孙晓宇.基于产出导向的《运筹学》在线开放课程资源建设[J].教育现代化，2018（20）：287-289.

[5]刘伟，陈燕，吴志江，等.基于CDIO模式的研究生“运筹学”课程教学体系改革与评价分析[J].教育教学论坛，2017（39）：80-83.