面向“高新课程”人才培养的课程建设探索——以“邮政快递智能系统规划与设计”课程为例

孔继利

(北京邮电大学 现代邮政学院，北京 100876)

一、研究背景

2020年3月，国家邮政局发布了《邮政强国建设行动纲要》(以下简称“《纲要》”)。《纲要》指出，“邮政业是国家重要的社会公用事业，是助力生产发展、推动流通方式转型、促进消费升级的现代化先导性产业。邮政体系是国家战略性基础设施和社会组织系统之一，为国脉所系、发展所需、民生所依”。“十三五”期间，全国快递服务企业业务量的年均增速均超过25%，业务收入的年均增速均超过17%。以2020年为例，邮政行业业务收入(不包括邮政储蓄银行直接营业收入)累计完成11 037.8亿元，同比增长14.5%。业务总量累计完成21 053.2亿元，同比增长29.7%[1]。邮政快递业高速增长进一步带动了行业从业人员规模的持续扩大。国家邮政局数据显示，2020年邮政快递从业人员已经超过400万人，近五年累计新增就业超过100万人。国家邮政局党组书记、局长马军胜在2021年全国邮政管理工作会议上介绍，2020年邮政快递业带动新增社会就业20万人以上[2]。2020年，邮政快递业提供高校毕业生就业岗位1.3万余个[3]。从当前邮政快递业生产过程的复杂性和现代技术应用的集成性分析，邮政快递业具有技术密集的特征[4]。现代邮政快递业正逐步向信息化、数字化、智能化等方向转型。因此，现代邮政快递业对于人才的需求，不论在数量上还是质量上，都有了更高的要求，特别需要高层次复合型人才[5]。为适应新时代邮政快递行业对高层次复合型人才的迫切需求，2015年10月，教育部、国家邮政局签署协议，决定共建北京邮电大学现代邮政学院。随后，西安邮电大学、南京邮电大学和重庆邮电大学也相继组建现代邮政学院。由此，面向现代邮政快递业高层次复合型人才培养的大环境逐步形成。

北京邮电大学现代邮政学院(自动化学院)在培养智慧物流、智能装备、智慧运营、智慧决策等领域具有国际化视野的高层次复合人才方面一直发挥着头雁作用。作为北京邮电大学现代邮政学院(自动化学院)邮政工程(互联网与智慧物流)专业培养方案“装备与系统模块” 中的“邮政快递智能系统规划与设计”课程是重要的专业课之一，其在智慧物流、智能装备等领域高层次复合型人才培养中发挥着关键作用。因此，“邮政快递智能系统规划与设计”课程于2020年被确定为北京邮电大学“高新课程”的建设项目。由于“邮政快递智能系统规划与设计”课程具有知识点多及所涉及的技术更新迭代速度快的特点，需要教师与学生熟练掌握相应的原理、方法，并能对技术和工具进行合理应用[6]，该课程对教与学两个参与主体的综合素质要求非常高。同时，北京邮电大学“高新课程建设计划”实施办法要求将“理工融合”深入到具体课程层面，对课程进行升级改造，使教学内容有效反映前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性、学习结果具有探究性和个性化，以便促进学生逻辑思维、实证思维和计算逻辑思维的融合创新。因此，针对“邮政快递智能系统规划与设计”课程特点，为了达到学校高新课程建设的高要求，对面向“高新课程”人才培养的课程建设进行实践探索非常必要且迫切。

面向“高新课程”人才培养的课程建设实践探索拟从课程定位、教学目标分析、课程立德树人举措设计、教学体系构建与优化、课程教学重点剖析、教学方法与教学模式设计、课程持续建设规划等方面展开。

二、面向“高新课程”人才培养的课程分析

(一)课程定位

面向“高新课程”人才培养的课程建设应以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，坚持立德树人根本任务，紧紧围绕学校办学定位和人才培养目标，突出“以学生发展为中心”的教育理念，针对国家、邮政快递行业、邮政快递企业以及邮政工程专业在相关领域的实际需求，将现代信息技术、智能化技术有效融入课程的教育教学。“邮政快递智能系统规划与设计”课程是对物流学、运筹学、电子商务与快递物流、工程图学等课程所需知识的深化利用，可以有效支撑邮政工程专业毕业要求中的11项内容。

1.工程知识

课程需要学生学习数学与自然科学基础知识，培养学生的计算逻辑思维、数学计算和分析能力，如重心法、交叉中值法、聚类方法、两阶段的多节点选址方法、节约里程法、AHP方法、模糊综合评价法、TOPSIS方法、现代启发式算法等。课程需要学生掌握工程基础知识和邮政工程专业的基本理论知识，了解邮政工程专业的前沿趋势，如邮政快递智能系统规划与设计的常用方法、邮政快递智能系统对人类未来的工作和生活将产生何种影响等。课程培养学生具备良好的计算机应用能力、具有系统的工程实践经历，能够将所学知识用于解决复杂的邮政工程问题，如利用Matlab工具设计基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序等。

2.问题分析

培养学生对邮政工程专业相关科学问题和复杂工程实际问题的识别及表达能力，使学生能利用学术期刊、网络数据库等查阅、总结、对比文献资料，并得到有效结论，如对国内外邮政快递智能系统现状与发展趋势进行调研并形成调研报告。

3.设计/开发解决方案

针对复杂的邮政工程问题，培养学生综合考虑经济、环境、社会效益、法律、安全等因素，提出解决方案并设计满足特定应用需求的系统、单元或工艺流程的能力，如针对电商仓库的实际需求，设计自动化立体仓库解决方案。

4.研究

培养学生运用理论和实验方法对复杂的邮政工程问题进行科学研究的能力，能够通过解析实验数据和信息综合得到合理有效的结论，如对单节点选址的重心法、交叉中值法进行研究与实验验证。

5.使用现代工具

培养学生掌握文献检索、资料查询的基本方法和工具，能够利用现代化信息技术与智能设备等工具及手段，发现、分析并解决复杂的邮政工程问题。例如：利用Excel完成重心法、线性规划法的求解；利用Visio进行方案技术路线、流程图的绘制；利用Matlab进行各类优化算法的设计；利用CAD进行邮政快递智能系统节点内部布局方案的设计等。

6.工程与社会

培养学生综合运用理论和技术手段进行邮政快递智能系统的设计开发，要求设计过程符合邮政行业国际和国内相关的设计、运营、管理标准和法律法规，并注重对安全、文化、经济、社会及环境的影响。例如，综合运用邮政快递智能系统节点内部布局理论的SLP方法、邮政快递智能系统设备选型方法及邮政快递智能系统综合评价方法，完成邮政快递智能仓储系统的设计。

7.环境和可持续发展

培养学生了解与邮政工程专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策、法律和法规，使学生正确认识邮政工程问题的解决方案和工程实践对于客观世界和社会的影响。如调研邮政业绿色发展需求，设计绿色智能环保循环包装箱等。

8.个人和团队

培养学生具有较强的人际交往能力、团队协作能力及组织管理能力，使学生能够在多学科背景下的项目团队中承担团队成员及负责人角色。如单节点选址的交叉中值法程序、基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序等的设计开发任务都需要以团队协作方式来完成，以便提升个人的人际交往能力、团队的协作能力及组织管理能力。

9.沟通

培养学生具备就邮政专业复杂工程问题与本领域同行及社会公众进行有效沟通和交流的能力，使学生能够撰写调研报告、设计方案等各类文稿、陈述发言、清晰表达及回应指令。比如：绿色智能环保循环包装箱等方案都需要形成设计报告，并以团队形式进行汇报。

10.项目管理

培养学生掌握工程管理原理与经济决策方法，在多学科环境中协调组织任务，合理调配资源，有效管控进程，提升工作质量和效率。如在团队协作的邮政快递智能仓储系统的设计方案中，需要团队合理调配成员的时间、技能等资源，并按项目进度提交解决方案。

11.终身学习

培养学生养成不断探索、自我更新、学以致用的良好习惯，具备适应发展的能力以及对终身学习的正确认识和出色的学习能力。如在各类探索型任务(未来的邮政快递智能系统应该具备什么功能等)中，重点培养学生的终身学习能力。

(二)课程教学目标

通过对本课程的教与学，学生、教师两个参与主体可达到以下几个方面目标：第一，知识目标。掌握本课程知识的基本思想、原理、方法、模型、技术、工具以及前沿动态[7]。第二，能力目标。具备对邮政快递智能系统的科学问题和复杂工程实际问题进行识别、表达、分析、规划、设计、验证、评价与优化的能力，具备自主学习、终身学习的能力，具备人际交往、团队协作、组织管理的能力，为从事邮政快递智能系统规划与设计、智能物流系统规划与设计、智能系统规划与设计等方面的实际工作和科学研究奠定能力基础。第三，情感目标。有效达到促进逻辑思维、实证思维、计算逻辑思维、实践思维融合创新的目的，使学生养成不断探索、自我更新、学以致用的良好习惯，培养学生的大局意识。

(三)课程落实立德树人的举措

课程落实立德树人的具体举措如下：

(1)在课程体系的设计过程中，坚持立德树人的基本原则，将文化自信充分融入到教学内容中；

(2)在教学过程中，将社会主义核心价值观与因材施教相结合，有效引入恰当的教学方法，激发学生的求知欲，培养学生的终身学习能力和大局意识；

(3)将理论教学与实践教学合理融合，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的综合能力，坚定学生的理论自信。

教师可在“邮政快递智能系统规划与设计”课程的教学过程中，引导学生观看中国邮政集团宣传片、华中陆路邮件处理中心介绍、京东全无人仓、无人仓智能控制系统、顺丰科技宣传片、智慧物流地图、数据灯塔等短视频，让学生了解邮政快递行业的科技发展现状、水平以及未来发展趋势，使学生树立文化自信、坚定理论自信，激发学生的求知欲，培养学生的终身学习能力和大局意识。

三、面向“高新课程”人才培养的课程教学体系构建与优化

(一)教学体系构建

课程教学体系是达成教学定位的手段，是课程教学目标的具体化，是落实立德树人举措的依托。同时，课程教学体系既决定课程的教学重点，又决定在不同教学环节面对不同教学知识点所应采用的教学方法与教学模式。因此，构建面向“高新课程”人才培养的课程教学体系是课程建设的关键。

结合已有课程教学体系[7]的研究成果，立足“高新课程”教学内容的前沿性和时代性、教学形式的先进性和互动性、学习结果的探究性和个性化，突出学生需求及邮政行业对智能系统规划与设计的实际需求，对面向“高新课程”人才培养的课程教学体系进行构建。所构建的“高新课程”人才培养需求的“邮政快递智能系统规划与设计”课程教学体系包括理论教学体系和实践教学体系两部分。理论教学体系构建主要考虑邮政快递智能系统规划与设计中前沿性、时代性的核心理论和实践成果，与其他课程的衔接关系，以及学生在自主学习过程中遇到的知识重点与难点等因素。实践教学体系主要对具有高阶性、创新性和挑战度的知识点进行设计，重点针对实验类项目和调查分析类项目进行开发。具体教学体系如图1所示。

图1 面向“高新课程”人才培养的“邮政快递智能系统规划与设计”教学体系

1.理论教学体系

理论教学体系主要由邮政快递智能系统规划与设计概论、邮政快递智能系统关键技术、邮政快递智能系统节点选址、邮政快递智能系统节点内部布局设计、邮政快递智能仓储系统规划与设计、邮政快递智能运输系统规划与设计、邮政快递智能管理信息系统规划与设计、邮政快递智能系统综合评价等八个相互独立但关联性强的知识模块组成。在实际教学过程中，教师可根据学生的个性化需求以及与其他课程的衔接关系对理论教学体系中的知识模块进行有效剪裁，从而体现理论教学体系的柔性化。

2.实践教学体系

(1)实验类项目

目前，开发的实验类项目主要包括邮政快递智能系统的单节点与多节点选址实验、邮政快递智能设备选型实验、邮政快递智能系统节点内部布局实验、智能仓储系统规划与设计实验、邮政快递智能运输系统路径规划实验、邮政快递智能综合评价方法实验等。其中：邮政快递智能系统的单节点选址实验包括基于重心法的邮政快递智能系统的单节点选址实验、基于交叉中值法的邮政快递智能系统的单节点选址实验、基于线性规划法的邮政快递智能系统的单节点选址实验；邮政快递智能系统的多节点选址实验是基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序设计；邮政快递智能运输系统路径规划实验包括基于最近邻点法的邮政快递智能运输系统单回路运输路径规划实验、基于最近插入法的邮政快递智能运输系统单回路运输路径规划实验、基于节约里程法的邮政快递智能运输系统多回路运输路径规划实验、基于旋转射线法的邮政快递智能运输系统多回路运输路径规划实验；邮政快递智能综合评价方法实验包括基于层次分析法的邮政快递智能综合评价方法实验、基于模糊综合评价法的邮政快递智能综合评价方法实验、基于模优劣解距离法的邮政快递智能综合评价方法实验。

每个实验类项目都规定了明确的实验目的、实验内容与实验要求。有些实验项目是设计开发程序，因此也对程序设计开发提出要求。以基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序设计项目为例，其具体内容如下。

① 实验目的

掌握聚类方法进行区域划分的基本原理和计算步骤，掌握重心法选址的基本原理和最优解计算的迭代过程。提高算法程序的分析、设计和开发能力。

② 实验内容

设计一个基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序，以完成最优邮政快递智能系统地址的选取。

③ 实验要求

第一，学生按自愿结组的方式形成调研团队，每个团队3～5人，也可以个人成组(充分尊重学生的选择意愿)；第二，详细分析聚类方法进行区域划分的基本原理和计算步骤；第三，分析重心法选址的原理，并研究其迭代计算的步骤；第四，分析基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序所应包括的功能模块，并进行详细的功能分析；第五，选定合适的开发工具，完成基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序的开发任务，并设计合理的测试用例完成系统的测试工作。

④ 程序要求

该程序采用两阶段求解方式完成多节点选址。第一阶段：设计聚类程序完成多节点的区域划分。要求程序提供最短距离法、最长距离法、中间距离法、重心法、类平均法、离差平方和法等系统聚类方法以及K-means聚类方法供用户进行选择；在进行两两节点距离计算时，至少提供欧式距离和曼哈顿距离供用户选择；在进行区域划分时，程序能够让用户自己设定聚类的区域个数；系统聚类方法要求能绘制聚类图。第二阶段：设计“重心法”程序为每个区域的客户选择分拨中心(或末端网点)的最优位置，以便使每个区域的分拨中心(或末端网点)为各自负责的客户进行服务时的总运输成本最小。要求程序在进行从“分拨中心(或末端网点)到客户节点”的距离计算时，至少提供欧式距离和曼哈顿距离供用户选择。输入数据的格式为：客户节点编号、横坐标、纵坐标、需求量、分拨中心(或末端网点)到客户节点的需求费率。输出结果的格式：区域划分结果(即每个区域所服务的客户节点的编号)、各区域选择的分拨中心(或末端网点)的最优坐标(横坐标、纵坐标)、各区域的分拨中心(或末端网点)到自己服务的客户点的距离和运输成本、各区域的分拨中心(或末端网点)为自己服务的客户点的总运输成本，以及所有分拨中心(或末端网点)为各自服务客户的总运输成本的加和(即整个物流系统的总运输成本)。要求：按客户节点的横、纵坐标位置，将所有客户节点显示在可视化的图形中，并在该可视化图形中给出各区域最终选择的分拨中心(或末端网点)位置(需能显示出坐标)。

(2)调查分析类项目

调查分析类项目主要包括邮政快递智能系统对人类未来的生活和工作的影响分析、邮政快递智能系统规划与设计方法调研与分析、国内外邮政快递智能系统现状与发展趋势调研、邮政快递智能系统节点选址影响因素和选址方法的分析与比较、邮政快递智能管理信息系统的应用情况的调研与分析、邮政快递智能系统综合评价方法的应用与比较、邮政快递智能系统的关键技术调研与分析、某邮政快递企业智能物流设备应用情况调研等。

每个调研分析类项目都规定了明确的调研目的、调研内容与调研要求。以邮政快递智能系统规划与设计方法调研与分析项目为例，调研目的为了解在邮政快递智能系统规划与设计过程中有哪些方法可以使用，掌握每种方法适用的领域、原理、流程、内容和优缺点，以及在学习这些方法时应该重点关注的内容。调研内容为调研邮政快递企业在进行邮政快递智能系统规划与设计时常用的方法，分析每种方法适用的领域、原理、流程、内容及优缺点，明确每种方法在使用时重点关注的内容。调研要求规定如下：第一，学生按自愿结组的方式形成调研团队，每个团队3～5人，也可以个人成组(充分尊重学生的选择意愿)；第二，各组成员调研邮政快递企业在进行邮政快递智能系统规划与设计时常用的方法；第三，分析邮政快递智能系统规划与设计各类方法的适用领域、原理、流程、内容，并对比各种方法的优缺点；第四，明确每种方法在使用时重点关注的内容，分析邮政工程专业的学生在学习这些方法时的注意事项。每个小组将上述调研、分析、对比的过程和结果形成一个完整的调研分析报告。

(二)教学体系优化

为保障教学体系中教学内容的前沿性与时代性，反映邮政快递行业、邮政工程学科先进的核心理论和成果，教学内容及学时安排需要根据邮政快递行业及学科最新理论与实践成果、课程教学需求、学生需求、与其他课程的衔接关系以及高新课程的建设要求进行动态调整与持续优化。

四、面向“高新课程”人才培养的课程教学重点分析

面向“高新课程”人才培养的“邮政快递智能系统规划与设计”课程的教学重点如表1所示。

表1 面向“高新课程”人才培养的“邮政快递智能系统规划与设计”课程的教学重点

五、面向“高新课程”人才培养的教学方法与教学模式

围绕学校提出的“高新课程”培养要求，突出“以学生发展为中心”的教学理念，面向“高新课程”人才培养的课程将针对教学前、教学中、教学后三个环节与知识点的不同组合形式，综合运用讲授法、讨论法、探究法、练习法、实验法、演示法、自学法、观察法、案例分析法、调查研究法等多种教学方法开展教学活动。例如：在“基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址方法”的教学过程中，使用了讲授法、探究法、讨论法、练习法、实验法、演示法、观察法等不同教学方法；重心法的待选节点最优坐标形式的推导和“迭代法”的计算步骤使用讨论法、探究法；重心法最优坐标是否可直接计算和“迭代法”计算公式采用观察法；重心法初始坐标的选取和“迭代算法”终止计算条件(精度)对最优位置坐标的影响分析采用演示法、实验法、观察法；聚类方法的例题计算采用练习法；基于聚类方法与重心法相结合的多节点选址程序设计采用实验法。

同时，适度引入线上+线下混合教学模式。线上教学平台方面：教师发布教学资源、自学要求与教学任务，线上进行指导、教学反馈与教学互动；学生提前线上自主学习，完成线上教学任务，并线上交流讨论。线下教学平台方面：教师组织高阶性、创新性和挑战度的理论教学任务和实践教学任务；学生参与高阶性、创新性和挑战度的教学活动。

六、面向“高新课程”人才培养的课程持续建设规划

(一)教学模式优化

收集学生对教学模式的反馈意见和建议，有效开展教学反思、教学改进和教学研究，合理利用“爱课堂”教学平台、腾讯课堂、腾讯会议、QQ群、微信群等线上教学平台以及智慧教室等线下教学平台，构建面向“高新课程”人才培养的线上线下混合教学模式，提高学生、教师两个参与主体的参与度和获得感。

(二)教学资源完善

后续持续优化建设的教学资源包括教材、课件、案例集、习题集、实践教学指导书以及支撑资源等。这些教学资源既可以作为线上教学资源，也可以作为线下教学资源使用。例如：针对“高新课程”人才培养需求，优化课程教材，并持续完成课件资源的优化建设任务，使教学内容能充分体现高阶性、创新性和挑战度的实际需要；针对需要线下学习的知识点，教学团队录制内容翔实、重点突出的微课短视频资源，构建支撑课程教学需求的短视频资源库。

(三)教学评价体系改革

收集学生对当前教学评价体系[8]的反馈意见和建议，构建更为多元化、综合性的教学评价体系。新教学评价体系既能充分体现对学习过程的评价，又能体现对学习效果的评价。

(四)教学实践经验推广

将课程新开发的教学体系、教学模式和教学方法应用到学校其他课程的教学实践。

七、总结与展望

面向“高新课程”人才培养的“邮政快递智能系统规划与设计”课程建设实践探索主要从课程定位、教学目标、课程落实立德树人举措、教学体系构建与优化、教学重点分析、教学方法与教学模式、课程持续建设规划等方面开展研究。在课程定位中，本文着重分析了课程支撑邮政工程(互联网与智慧物流)专业毕业要求的11项内容。在教学体系构建与优化中，重点构建了理论教学和实践教学双促进的教学体系，并以实例分析的方式详细设定实践教学项目的目的、内容和要求。围绕学校提出的“高新课程”培养要求，配合教学体系的设计结果，分析了课程的教学重点、教学方法与教学模式。最后，从教学模式优化、教学资源完善、教学评价体系改革、教学实践经验推广等维度制定了课程持续建设的规划方案。

由于本文主要借鉴面向“新工科”人才培养的“邮政快递智能系统规划与设计”教学体系和教学模式的相关研究成果，且面向“高新课程”人才培养的“邮政快递智能系统规划与设计”课程建设实践探索在北京邮电大学现代邮政学院邮政工程(互联网与智慧物流)专业刚完整实施一个教学周期，教学实践探索还需要在各个方面进一步完善和积累，以便使其能与学校“高新课程”的定位相匹配。同时，也希望面“高新课程”人才培养需求的“邮政快递智能系统规划与设计”课程建设实践探索的研究成果能为其他高等院校相关专业的专业类课程建设工作提供新思路。