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(石河子大学信息科学与技术学院,新疆 石河子 832003)
【摘要】本文从运筹学教学内容出发,结合信息管理与信息系统专业特点,分析当前实验教学中存在的主要问题,根据多位老师的经验进行实验教学方式和方法的改进,以及考核方式的配套分析,希望能够促进课程教学质量的提高。
关键词 运筹学;实验教学;信息管理与信息系统
作者简介:常浩娟(1979—),女,江苏徐州人,经济学博士,石河子大学信息科学与技术学院,讲师,研究方向为信息管理与信息系统。
运筹学是将数学建模方法与工程思想和管理思想相结合,通过建模、检验和求解数学模型等定量分析方法,研究和解决管理、经济和工程技术中的实际问题,从而为决策者提供科学决策方法和量化工具的一门较为综合的学科。随着运筹学应用的广泛性逐渐增强,无论在理工类还是经济管理类专业教学中,运筹学都呈现出重要的地位。《运筹学》课程的属性决定了其教学活动既要重视运筹学的基本理论和方法,提高学生运用运筹学方法构建优化决策模型的能力,又要培养学生具备解决优化问题的实践能力。
1运筹学教学内容
《运筹学》是信息管理与信息系统及相关专业一门重要的专业基础课,是一门跨学科、多分枝、理论与实际紧密联系的课程。运筹学的分支包括线性规划、整数规划、非线性规划、目标规划、图与网络模型、存储论、排队论、对策论、排序与统筹方法、决策分析、动态规划、预测、搜索论、随机服务理论和可靠性理论等。它具有定量分析、最优性、实用性、多分支性和以计算机为工具的求解问题。其教学目标是:通过本课程的学习,培养学生的优化思想和逻辑思维能力;掌握管理过程中的相关建模、求解以及最优解或满意解的运用等优化技术;通过实验教学,培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。
2运筹学实验教学不足之处
目前,多数专业《运筹学》课程的教学以理论教学为主,主要要求学生掌握包括线性规划、图论与网络分析、博弈论、决策分析等分枝的经典理论部分,强调要求学生掌握数学理论知识,及手动计算解题的技巧能力。实验和实践教学环节相对薄弱,不能够使学生很好的遵循学以致用的,应用运筹学的技术和方法可以解决越来越多的实际问题,诸如信息系统的设计与管理、生产计划、市场营销以及各种应急服务系统的设计与管理等问题。
我院信息管理与信息系统专业《运筹学》的实验教学普遍存在的问题主要有以下几个方面:
(1)实验教学方式单一,不能充分调动学生学习的积极性,非常不利于创新思维培养。目前运筹学实验教学模式主要以演示性和基础实验教学为主。演示性实验主要是教师介绍电子表格软件如EXCEL或者WINQSB软件中各个算法模块的基本应用方法;并且采用以验证性实验为主的基础实验法,给学生提供算法模型和实验指导,实验结果是确定和已知的,学生在实验内容与实验方法设定好的条件下做“完形填空”,机械地按照实验步骤完成实验内容。这种教学方法还是过去的填鸭式的,学生学习被动,没有什么创新的过程和内容,对部分理解能力和动手能力强的学生来说,过于简单,打击了他们的积极性,导致他们逐渐产生倦怠和厌烦。如此一来,既没有达到教学目的,也不利于提升学生的自主学习能力与创新能力。
(2)实验手段不合理,没有体现信息管理与信息系统专业的特色,同时没有充分挖掘学生的学习自主性。实验课程中采用的主要实验手段是借助EXCEL或者WINQSB软件进行模型的分析。信管专业是一个交叉学科,目前在信息科学与技术学院这个大环境中,有部分经济管理类的课程,此外计算机科学的专业知识占较大比重,对于部分学生来说EXCEL或者WINQSB软件的应用相对简单,学生的计算机专业知识没有充分发挥和利用,比如编写程序进行算法的代码实现等。
(3)实验教学考核困难,形式单一。受到目前实验教学方式和方法的限制,实验内容采取的考核方式主要是通过笔试的试卷中10-15分的实验操作方法的试题进行测试,这对于实验效果的考核完全没有代表性,并且对教学效果的考核没有什么价值和参考意义。
3对策建议
针对当前信息管理与信息系统专业《运筹学》实验教学中存在的主要问题,我们从以下几个方面进行改进:
(1)理论教学内容、方法的补充和完善。为了提高实验教学质量,理论教学在内容和方法上也要做出调整和补充。在理论课堂教学中,除了经典运筹方法和理论模型的讲解外,从实际问题出发,精选具有充分的代表性、源于实际问题的典型案例,通过案例分析过程:提出问题、找到合适的解决方法,运用方法切实解决问题,并作结论和总结等,引导学生对实际问题的分析。通过详实和完整的案例分析,让学生掌握的运筹学分析问题和处理问题的方式方法,构建从理论学习到实践应用的完整思路和框架。
(2)实验方法和手段的多样化和灵活性。采取灵活多变的实践教学方式,这里根据学生的情况,主要考虑采用两种方式,第一种是对于倾向于喜欢计算机技术的学生,注重培养使用LINDO/INGO/MATLAB或C语言等软件来解决计算问题,进行算法的代码实现和应用。利用这些软件工具,把教材上的重要算法、经典案例,通过编程加以实现,并进行实际操作训练。同时也注重鼓励学生不要拘泥于课本上的算法与思维,努力尝试新方法,开拓新思路,提高自己的创造性思维能力。第二种是对于倾向于方法应用的学生,考虑从实际问题的解决入手。在基本的运算方法和工具如WINQSB熟练掌握的情况下,结合一些实际问题进行应用,从问题的发现、分析、解决和总结等各个环节逐步展开研究,最终形成一个完整的案例分析报告。整个过程可以培养学生的团队协作能力,促进理论应用于实践,使学生更全面的掌握和运用运筹学知识。
从学科特点和学生的差异性着手,进行分类实验教学,不仅可以激发学生的学习热情和积极性,同时也可以提高学生的创新意识和思维。
(3)鼓励学生参加数学建模大赛、SRP项目或大学生创业等实践活动,给学生提供指导,提高学生实践能力。鼓励和支持学生参加校内外相关的实践活动,可以让学生更深入的掌握运筹学理论和方法。在运筹学的学习过程中,信管专业的学生根据专业知识结合我校图书馆现状,申报《基于数据包络分析(DEA)的高校图书馆绩效评价及研究》的SRP项目获得立项。项目从高校图书馆服务教学科研的角度,运用运筹学中经典的线性规划方法:数据包络分析方法(DEA)对大学图书馆投入产出情况进行评价,分析图书馆资源配置效率,对如何促进资源优化,提高资源使用效率起到积极作用。在项目的申报和执行过程中,学生的积极性和主动性很高。通过类似的活动,能够使学生综合应用多种专业知识,激发学生的学习兴趣和创造思维,同时也对学生的团队意识、协调和沟通能力起到积极作用。
(4)考核方式的完善和补充。鉴于实验方法和手段的变化,在课程考核过程中,一方面加大实验考核比重,另一方面注重过程和结果的共同考核。过程考核主要是阶段性的研究进展、质量的考评,结果考核注重内容的完整性和总体质量的评价。对于算法实现和编码的同学,主要看算法编码能否使用,参数变化的适应性和稳定性;对于应用性的报告分析类的考核,注重研究报告的完整性,可行性和有效性。综合来说,考核的目的是起到检测学生知识掌握和应用的能力,同时反馈教学效果和质量,此外也可以提高学生的综合素质,如协作精神,创新思维等。
4结语(下转第262页)
(上接第202页)《运筹学》是信息管理与信息系统专业的核心课程之一,应用范围广泛,是现代科学计算和管理学科中的基础理论和不可缺少的方法、手段与工具。运筹学作为一门用来解决实际问题的学科,在处理千差万别的各种问题时,一般有以下几个步骤:确定目标、制定方案、建立模型、制定解法,所以实验和实践环节是课程的重要组成部分,是相关理论方法能否掌握的关键,并有重要的现实意义。本文结合多位老师的教学经验,信息管理与信息系统专业的特点,以及运筹学理论和实验教学现状,分析了运筹学实验教学的不足,提出了实验教学的改革思路与改革措施,为全面提高运筹学的教学水平与教学质量提供参考。
参考文献
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一、充分调研听课对象,做好课程宣传
《运筹学》是大中专院校许多专业开设的选修课,学生们一看到教材中大量的数学模型、公式和算法时,一部分人已对这门课程产生畏难情绪,认为这门课很难学;还有一部分人则认为自己是文科生,没有必要掌握这么复杂的建模技术和计算能力。在开课前,如果能够及时遏制学生的这种消极情绪,后续课程的展开就会比较顺利。因此,开场白中老师的自我介绍以及关于课程的介绍尤为重要。为此,作者精心策划了开场白,按照“课程实用性运筹学古朴思想运筹学发展简史定义特点求解步骤分支和实例课程学习要求参考书推荐”的思路逐步展开。首先让学生在对运筹学已有一定的感性认识的基础上,再介绍运筹学的定义及其特点、有哪些分支、各个分支的应用领域,使学生对运筹学有宏观、整体的把握,既让学生知道学习运筹学有一定难度,需要下工夫,又告诉学生学习运筹学的方法;最后以关于听课、笔记、作业等方面的要求作为开场白的结束。经过反复实践、思考、倾听学生反馈、再实践的过程,这样的开场白对课程开展起到了非常好的促进作用,为《运筹学》这门课做了很好的宣传。
二、合理安排理论与案例的比例,运筹模型具体化
开设《运筹学》的目的是使学生们掌握一定的定量分析工具,从而应用到科学、精确的管理中,所以要针对不同专业的学生合理地安排理论和案例部分的比例。理论部分比例过大,显然不符合文科专业开设该课程的目的和学生的实际情况,枯燥艰深的理论会影响学生的学习积极性;案例部分比例过大,甚至以案例代替理论教学的方法也是不可取的。经查阅资料和教学实践,作者认为2∶(3-4)的比例比较合适,即每课时50min中,用15-20min讲解理论,其余时间讲解案例。这样可以保证本质和现象兼顾,理性认识和感性认识兼得。
三、力求做到语言生动形象、幽默趣味
运筹学课程具有内容体系庞大、模型算法众多、理论抽象复杂的特点,学生学习时普遍感到吃力。若在讲课过程中采用幽默风趣的语言,适当穿插有趣的实例,则能充分调动学生的学习积极性,帮助学生理解晦涩难懂的理论。运输模型课程中有一个很重要的应用模型:短缺资源的分配问题。将此问题转化为运输模型的关键是确定运价,由于该问题将销地的需求量分成了基本需求和额外需求2部分,产地也有实际产地和虚拟产地之分,因此相应运价的确定就比常规问题有较大难度。看着学生茫然的表情,作者编了1个小笑话:某学生上课时突然提出要早退,理由是要赶去吃午饭,纪律约束不能随便缺课,但看着学生饥饿难耐的样子,老师想了个办法,在电脑上画了个饼,还点了几点芝麻,学生一看,饿劲儿上窜,当场晕倒。这个笑话说明,人的基本需求不能由虚拟的产地来供应。听到这儿学生哄堂大笑,笑过之后马上就知道该题目中销地的基本需求量不能由虚拟的产地来供给。通过这样的例子,学生在笑声中很轻松地掌握了解题的关键步骤,并能举一反三。
四、及时归纳总结
学习《运筹学》需要严密的数学思维和较强的运算能力,所以每次课后做及时、细致的归纳总结对于学好该课程尤为关键。例如,在讲完“单纯形法”内容后,可以用“一二三四”4个数字归纳单纯形法帮助学生记忆:“一”即1个检验数,它决定了当前解是否最优以及选择哪个非基变量入基进行换基迭代;“二”即2个规则,入基规则和出基规则, 两者共同决定入基变量和出基变量的确定;“三”即矩阵的3种初等变换方法,这3种方法的结合使用完成换基迭代的过程;“四”指常见的4种解,即唯一最优解、多重最优解、无界解和无可行解(本课程大纲对于退化解不做要求)。掌握了这4点,单纯形法的算法步骤、解的判断就很容易掌握了。
五、重视运算推导,慎用多媒体
关键词: 运筹学 教育模式 教学方法
中图分类号:G64文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)06-170-01
1背景
运筹学是近几十年来发展起来的一门新兴的应用学科,它运用分析、试验和量化的方法,对有限物资资源进行统筹安排,是管理人员做决策时的有力科学工具。目前,运筹学已经成为许多高等院校管理类专业的主干课程,如何搞好运筹学教学具有非常重要的现实意义。一方面,要在运筹学教学中要采用灵活多样的教学方法和手段,培养学生运用运筹学理论解决实际问题的能力;另一方面,非常有必要引入计算机辅助教学的手段,强调数学建模思想的培养来思考和解决问题。
2高校运筹学授课面临问题
目前,运筹学的传统教学方式方法已成为教学的瓶颈,严重影响着教学质量的提高,主要问题归结为以下几点:
(1)教学模式陈旧。传统的运筹学教学模式以课堂教学为主,教师在教学中居主导地位,学生则处于被动的地位。在教学过程中将重心放在理论讲解上,课堂教学信息量小,教学方法单一,没有从根本上结合专业特点对运筹学进行深入思考,丢失运筹学的原有特色,忽略了运筹学多学科的横向交叉联系和运用运筹学解决实际问题的能力。学生的学习重点放在算题上,而不会处理面临的大量实际问题。
(2)教学内容不怡当。运筹学经过六十多年的不断发展,课程包括若干分支,而一般来讲,教学时数有限,运筹学教学不可能囊括运筹学的所有分支。这就导致运筹学教学内容的选择存在一定的随意性和盲目性,教师往往根据自身对课程的理解来讲解,或完全依附与所选教材,导致教学的片面性。
(3)教学方法不科学。由于运筹学解题运算量大,重复劳动多,使得教师在授课时将注意力放在课堂讲授和解题运算板书上,学生在上课过程中的普遍反应是缺乏课堂活力,感觉课程比较枯燥。学生在课余时间将大量的精力花在做作业锻炼解题技巧上,无法顾及提高实践能力。这样的教学方式虽然使学生掌握了一些模型的解法技巧,但其抽象能力、运筹学实践能力却普遍偏低。另外,运筹学的考试方法比较传统,无法全面涵盖课程的核心内容。
3运筹学课程改革手段建议
运筹学应是以问题驱动为主,学科驱动为辅,互相支持,相辅相成。运筹学的教学必须与现代信息技术紧密结合起来。对原有的教学体系进行调整,改变理论教学偏重的完整性和系统性,将重点放在运筹学应用能力的培养体系上,循序渐进地培养学生应用能力。
(1)教学方式的改变。根据目前运筹学发展的趋势,在讲授过程中非常有必要加入运筹学软件学习内容。教学中应当以对应软件替代烦琐的运筹学手工计算,让学生面对实际问题,动脑思考,结合运筹学理论,运用软件去解决问题。方法一,全面引入电子表格教学法,电子表格教学法是近年来美国各大学全面推广的一种运筹学教学法。就是在Excel中将需要解决的问题进行描述,然后建立数学模型,并使用Excel的命令和功能进行决策和优化。注重如何对问题进行描述与建模,并运用计算机求解,使得运筹学的理论方法简明直观、容易理解与应用。方法二,教学过程中选用LINGO软件,目前它的版本包括LINDO,GINO和LINGO(包括LINGO NL)软件,LINDO软件包的特点是程序执行速度快,易于方便地输入、修改、求解和分析一个数学规划,目前LINDO在教学,科研和工业界得到广泛应用。有些国外运筹学方面的教科书随书附上LINDO软件的学生版本。运筹学的教学方式可以转变为一种软件教学,这并不是摒弃理论学习的重要性,而是有针对性将传统教学方式升级为应用性教学。
(2)教学内容的补充。运筹学教学不仅仅是向学生传授运筹学方面的理论知识,更重要的是培养学生的创造性思维能力和运用运筹学知识解决问题的能力。掌握与本专业相关的数学模型的逻辑功能和应用机制,根据建立的数学模型的特点正确选择求解方法,掌握解的应用。在教学过程中加入大量的案例,最好是运筹学的方法在大、中型工程或商务项目中的应用。在教学过程中应该增加部分与数学建模相关的课程设计内容,根据运筹学自身特点,课程设计最好是以小组的方式开展,由学生自愿组成小组合作完成特定的学习项目。每组人数4到6人比较合适,在设计过程中可充分利用每个学生的知识,让学生的学习活动更加积极主动。课程设计题目的选择必须与专业学生的需求一致,设计内容包括数学模型的逻辑建模、验证、调整和求解。
4结论
运筹学是管理类专业一门非常重要的专业课程,其主要目的是在决策时为管理人员提供科学依据,是实现有效管理、正确决策和现代化管理的重要方法之一。
随着高等教育改革的不断深化,要求在教学中提高学生运用运筹学解决具体问题的实践能力,软件式讲解式教学和设计课程的补充将可以有针对性的提高这一课程的讲授效果,逐步培养学生有效的数理逻辑思维能力,用科学量化方法来解决现实问题。
参考文献:
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[论文摘要]本文对运筹学教学中存在的一些问题进行分析,并就运筹学的教学目的、教学内容、教学形式等方面进行探讨,提出相应的改革思路和措施。
运筹学作为一个学科出现以来,特别是20世纪50年代以来,运筹学的研究与实践在我国得到深入发展,在工程、管理、经济等领域都发挥了重大的作用,并作为一门课程逐渐成为管理科学、系统科学、信息技术、工程管理、物流管理、经济、金融等专业的基础课程之一。然而,由于运筹学知识的综合性及内容上的数学复杂性,使得这一课程的教学表现出强烈的自身特色。结合几年来十几次运筹学教学的体会,对运筹学的教学方法进行一个粗浅的分析,以供探讨。
一、注重其发展背景及现实意义的讲授
运筹学作为一门应用科学,既不同于数学等经典学科,又不同于普通的应用学科,这一点可以从其发展背景中略见一斑。从运筹学的早期的发展来看,它可追溯到1914年提出的军事运筹学中的兰彻斯特(Lanchester)战斗方程、1917年丹麦工程师爱尔朗(Er-lang)在哥本哈根电话公司研究电话通信系统时提出的排队论的先驱者、20世纪20年代初提出的存储论最优批量公式等等。这些发展背景的介绍有助于学生对于这一学科的重要性、学科的特点、以及其中问题的解决思路都会起到非常重要的作用。所以,作为运筹学课程的讲授人员,要把不应在课程绪论的讲授中一带而过,而是要在讲授过程中让学生有所体悟。
二、注重其“学科交叉、多分支”的特点
应该说“学科交叉、多分支”是运筹学作为一门课程的重要特色,也是教学过程中需要认真处理、仔细推敲的一个关键问题。多学科交叉使得运筹学表现出知识结构和思维方式上的复杂性——既具有数学学科的理论特性又具有应用学科的自身特性、既具有理工学科的定量特性、又具有人文学科的分析特性、既追求“完美”又注重“实用”。作为授课教师而言要始终把握运筹学的这一特点,做到对发展现状的较好跟踪,注重对学生启发性引导;做到对授课对象的仔细区分,既包括对学生学历的区分又包括对学生专业的区分,对学生学历的区分主要体现在知识内容、授课学时、授课方式、课程要求等环节,而对学生专业的区分则主要体现在理学、工学和经管专业在知识深度与广度上的差异以及在理论和应用上的差异。而多分支特性则要求授课教师在授课过程中对各个分支有针对性的选择并能够做到对该分支理论及应用的充分把握。
三、注重“案例教学、实验教学”的综合运用
案例教学与实验教学在运筹学教学中的运用主要在于对学生综合能力的培养。“案例教学”一方面可以在课程讲授过程中起到引导的作用,既可做到由浅入深、又可在较大程度上激发学生的学习兴趣,为接下来的深入做好铺垫;另一方面,又可在知识的运用上起到较好的教学效果,既激发学生的知识运用的兴趣又加深对知识理论的理解。“实验教学”既是对理论教学和案例教学的细化又是对学生动手能力的有效引导手段,特别是对学生脚踏实地的学习态度是一个较好的锤炼,同时也对学生长期以来单纯的“分数为上”的学习方式是一个有效的冲击。正是基于上述考虑,笔者认为在运筹学的讲授过程中要充分重视“案例教学”和“实验教学”的运用,充分考虑二者在运筹学教学过程中比重和搭配问题。
四、注重教学方式的运用
随着教育技术的飞速发展,多媒体教学在课堂教学中运用越来越普遍,它在一定程度上提高了教学的质量和教学率,同时又带来相应的弊端。尤其是多年的高校扩招和运筹学课程的普遍适用性使得多数运筹学课程为大课教学,这就促使教师为了避免后排学生看不清而几乎抹去了板书的运用。所以,在大班化的背景下,板书与多媒体的矛盾始终是运筹学教学中一个难以解决的问题。
五、注重对考核方式的研究
考核作为学习过程中的一个重要环节,其设计的好坏对整个教学质量有着重要影响。在传统的考试方式中,往往过多得强调知识点的掌握情况,而在一定程度上忽视了应用能力的培养。所以,不仅要在教学过程中注重“案例教学”和“实验教学”的运用,又要注重对学生实践能力方面的考核,不仅包括学生对分析能力、动手能力的考核,还要包括对学生探索精神和探索能力的考核。基于此,笔者认为在运筹学考核过程中“专题考核”和“研究论文”都可作为传统考核方式的重要补充。
总之,教学内容、教学方式、教学媒介、考核方式都是运筹学授课教师始终需要认真思考的问题。不仅如此,还要综合考虑自身高校的教学特点,特别是该课程在专业体系中作用的考虑以及该校教学管理部门的课程管理特点。该文仅仅是笔者一点粗浅体会,不足深论,仅供参考。
[参考文献]
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一、我们必须走进学生的内心。成为学生的知心朋友
我刚走上教学岗位时,年龄上与学生比较接近。作为班里最年轻的老师,我遇事总爱与学生商量,让他们感到老师是他们的知心朋友,与他们共同承担着学习的重任。凡学习上的事,我们都一起想办法,一块儿“冲锋陷阵”。有时学生还会兴冲冲地“冲”在老师前面,好像是学生在领着老师跑。有一次我出差,恰逢期中考试在即,我未布置作业就急忙走了,回来后我得知,课代表和学生们一起列表复习,梳理知识点,复习得有条不紊。那次考试,在我缺席的情况下,他们依然考出了在平行班中第一的好成绩。所以说,让学生主动参与到学习中来,他们会不断给你惊喜。
二、教师要想尽办法,不断激发学生的学习兴趣
从教第一届学生开始,我就有意识地让学生在课堂上多表现,这样既可以让学生兴奋起来,又可以锻炼他们的反应能力、思维与表达能力。具体活动方式有以下几种:
1.课前5分钟展示
具体做法是让学生在这5分钟内随意展示自己,可以读、说、唱、跳等,让学生在自己的爱好上充分找到自信。还记得我的学生王春龙曾经将一枚鸡蛋成功地立在了讲桌上,在这个过程中他虽说几次想放弃,但下面学生不断的掌声让他坚持到了最后。我不失时机地对学生说:“你可能不是成绩最好的,但只要你肯坚持,就一定能获得成功,会成为父母的骄傲。”
2.开展辩论会
在课堂教学过程中,我经常向学生抛出问题,提前让他们做好准备,告诉他们在规定的时间内开展辩论。学生的积极性很高,在辩论会上,他们唇枪舌剑,妙语连珠,就连平时上课不爱发言的同学,也不时地站起来发表自己独到的见解,赢得其他学生的阵阵掌声。学生的表现远远超出了我的预期。我认为用课堂辩论的方式来解决问题,最能激发学生自主学习的积极性。
3.自编自演
从教第一届学生起,《林黛玉进贾府》就成了我屡试不爽的篇目,让学生自己写剧本、选角色、选道具。等演出结束,我会让台下学生当评委,评出最佳演员。这一做法,不仅避免了学生学习文言文的枯燥感,而且会对课文内容、人物性格把握得更好。
除此之外,课文背诵比赛、知识竞赛等也是教学过程中行之有效的方式。这些活动,从制订规则到参赛、评判均是学生自己组织、参与,老师只是幕后筹划、指导,整个活动过程学生都热情高涨,活动结束了,还意犹未尽,这样的课堂不正是我们期望的课堂吗?