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關(guān)鍵詞:經(jīng)濟(jì)管理專(zhuān)業(yè) 應(yīng)用型人才 運(yùn)籌學(xué) 教學(xué)改革
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-4914(2010)04-136-02
運(yùn)籌學(xué)是一門(mén)與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)相聯(lián)系的邊緣學(xué)科,主要運(yùn)用分析、量化的方法對(duì)有限的資源進(jìn)行統(tǒng)籌安排,為管理者的決策提供科學(xué)依據(jù)。其理論和方法在科學(xué)管理、工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事決策等方面均有著廣泛應(yīng)用。運(yùn)籌學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的新興學(xué)科已經(jīng)在國(guó)際范圍內(nèi)引起了普遍重視,教育部1998年頒布的《本科專(zhuān)業(yè)目錄和專(zhuān)業(yè)介紹》將運(yùn)籌學(xué)課程列為經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課程。因此搞好運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量,是培養(yǎng)經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才的重要保障。
一、經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)改革的必要性
運(yùn)籌學(xué)是一門(mén)集理論性和實(shí)踐性為一體的綜合性軟科學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中需要以理論為主線(xiàn),并輔以實(shí)踐教學(xué)。既要重視講解運(yùn)籌學(xué)的基本概念、理論和方法,幫助學(xué)生建立運(yùn)籌學(xué)思想和提高運(yùn)籌學(xué)理論知識(shí)水平,又要重視培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,達(dá)到學(xué)以致用的目的。但是當(dāng)前運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)與經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求存在著一定差距。在新的形勢(shì)下運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)改革具有以下必要性。
1.運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革是高等教育形勢(shì)變化的必然結(jié)果。我國(guó)高等教育早已從精英教育過(guò)渡到大眾教育階段。自1999年以來(lái),我國(guó)高校開(kāi)始擴(kuò)大招生規(guī)模,1998年我國(guó)普通高校招生108萬(wàn)人,到2009激升至629萬(wàn)人。10余年間,毛入學(xué)率從不到10%提升到23%。如此迅速的變化已經(jīng)給高等教育提出了許多新的課題。此外,自2000年起工商管理等經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)始文理兼收。經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生不論是綜合素質(zhì),還是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都存在較大的差距。而運(yùn)籌學(xué)課程又是以高等數(shù)學(xué)、線(xiàn)性代數(shù)和概率論等為基礎(chǔ),對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。很明顯,以理論講授為主的傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)教學(xué)方式對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是很難適應(yīng)的。
2.傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)教學(xué)方式不符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。高校擴(kuò)招后,根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況和市場(chǎng)人才需求,多數(shù)普通高校提出了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式。應(yīng)用型人才培養(yǎng)注重的是實(shí)踐,即知識(shí)的應(yīng)用能力。而傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)重理論輕實(shí)踐。教師根據(jù)課本講解公理、定理的數(shù)學(xué)推導(dǎo),傳授建立數(shù)學(xué)模型和解題的技巧。由于運(yùn)算量巨大,在實(shí)踐環(huán)節(jié)投入的時(shí)間很少,忽視了學(xué)生實(shí)踐和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。導(dǎo)致學(xué)習(xí)與實(shí)踐相脫節(jié),學(xué)生雖然掌握了解題的方法,但是只能生搬硬套來(lái)應(yīng)付考試,既不能深入理解理論,又不能很好地利用理論解決實(shí)際問(wèn)題。傳統(tǒng)的教學(xué)方式不僅與運(yùn)籌學(xué)“以應(yīng)用為主”的教學(xué)初衷相違背,同時(shí)也偏離了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。
由此可見(jiàn),運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)面臨著巨大挑戰(zhàn)。在不降低教學(xué)質(zhì)量的前提下,構(gòu)建適應(yīng)新條件下人才培養(yǎng)需要的運(yùn)籌學(xué)教學(xué)體系是擺在運(yùn)籌學(xué)教育工作者面前的一個(gè)新課題。運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)改革成為必然趨勢(shì)。
二、經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)改革的思路
作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,運(yùn)籌學(xué)既為后續(xù)課程提供理論基礎(chǔ),其本身又具有極強(qiáng)的應(yīng)用性。面對(duì)授課對(duì)象的變化,需要轉(zhuǎn)變思想,因材施教。運(yùn)籌學(xué)課程的改革以提高教學(xué)效果為目標(biāo),以教學(xué)內(nèi)容改革為基礎(chǔ),以教學(xué)方法和考核方式的改革為手段,為培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。
1.改革教學(xué)內(nèi)容,理論與實(shí)踐并重。運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)該理論和實(shí)踐并重。理論教學(xué)的重點(diǎn)是幫助學(xué)生理解基本概念、原理和方法。實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。實(shí)踐教學(xué)可以從課堂和課外兩個(gè)層面開(kāi)展。課堂實(shí)踐教學(xué)包括案例分析、課堂實(shí)驗(yàn)。其作用是與理論教學(xué)形成良好的互動(dòng),激發(fā)學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)運(yùn)籌學(xué)理論教學(xué)枯燥、不易理解的特點(diǎn),可以根據(jù)授課內(nèi)容的需要設(shè)計(jì)案例,為學(xué)生設(shè)置易于感知的現(xiàn)實(shí)背景,便于對(duì)知識(shí)的理解和掌握。針對(duì)運(yùn)籌學(xué)計(jì)算量大、重復(fù)勞動(dòng)多的特點(diǎn),可以在學(xué)生掌握了基本原理和方法的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)課堂實(shí)驗(yàn),講授Lindo、Lingo等應(yīng)用軟件。課外實(shí)踐主要通過(guò)課后作業(yè)和課程設(shè)計(jì)等方式強(qiáng)化學(xué)生對(duì)運(yùn)籌學(xué)理論和方法的理解和應(yīng)用。
通過(guò)改革教學(xué)內(nèi)容,一方面可以降低學(xué)習(xí)的難度,激發(fā)學(xué)生的積極性,使學(xué)生在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)。另一方面訓(xùn)練了學(xué)生的應(yīng)用能力。
2.改革教學(xué)手段,提高學(xué)習(xí)效率。傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)采用的手段是板書(shū),黑板和粉筆是主要的教學(xué)工具。對(duì)于運(yùn)籌學(xué)課程來(lái)說(shuō)這種方式耗費(fèi)時(shí)間、效率低下。隨著多媒體教學(xué)設(shè)備的普及,現(xiàn)在的教學(xué)又過(guò)度依賴(lài)多媒體。雖然多媒體教學(xué)具有信息量大、直觀便捷等優(yōu)點(diǎn),但是用該方式推導(dǎo)運(yùn)籌學(xué)基本原理、講授基本方法效果卻并不理想,因?yàn)閷W(xué)生缺乏必要的思考準(zhǔn)備時(shí)間,跟不上教師的思路。
在運(yùn)籌學(xué)的教學(xué)中應(yīng)綜合板書(shū)和多媒體的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于基本概念、案例等文字量比較大、且易于理解的內(nèi)容,可以通過(guò)多媒體展示。而對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的原理和方法則按部就班地采取板書(shū)推導(dǎo)、講解。兩者相輔相成,既能節(jié)約課堂時(shí)間,又能保證學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化吸收,從而提高教學(xué)效率,改善教學(xué)效果。
3.改革考核方式,過(guò)程與結(jié)果并重。運(yùn)籌學(xué)課程的傳統(tǒng)考核方式比較單一,以期末閉卷考試為主。該方式只注重結(jié)果,以一次考試的成績(jī)來(lái)代表學(xué)生的學(xué)習(xí)效果顯然不夠科學(xué),往往導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)不努力、期末突擊應(yīng)付考試。
為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,切實(shí)保證學(xué)生在培養(yǎng)過(guò)程中能夠?qū)W有所成,可以根據(jù)課程的講授進(jìn)程,采用不同的方式進(jìn)行多次考核。將運(yùn)籌學(xué)的考核分為平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)。平時(shí)成績(jī)包括案例分析、階段測(cè)驗(yàn)、期中考試、實(shí)驗(yàn)考核,占總成績(jī)的60%;期末成績(jī)占40%。通過(guò)改革將考核方式多元化,變結(jié)果考核為過(guò)程考核,對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
4.加強(qiáng)教材、教輔材料建設(shè)。運(yùn)籌學(xué)的教材非常多,其中不乏經(jīng)典之作。不過(guò)在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)背景下,多數(shù)教材的內(nèi)容顯得較深。在運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革中,應(yīng)根據(jù)教學(xué)實(shí)踐編寫(xiě)知識(shí)體系完整、內(nèi)容豐富充實(shí)、語(yǔ)言通俗流暢的教材。目前針對(duì)運(yùn)籌學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教材還不多見(jiàn),應(yīng)根據(jù)具體的授課內(nèi)容,編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)輔助材料。此外,為了便于學(xué)生自學(xué),需要將講義系統(tǒng)化,提前發(fā)給學(xué)生作為預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的依據(jù)。最后,可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),建立習(xí)題自測(cè)系統(tǒng)、案例系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)等,構(gòu)建立體的教學(xué)資料和教學(xué)輔助體系。
三、結(jié)束語(yǔ)
培養(yǎng)應(yīng)用型經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)人才是高等教育發(fā)展和市場(chǎng)需求的必然要求。運(yùn)籌學(xué)作為經(jīng)濟(jì)管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課,其改革是整個(gè)人才培養(yǎng)模式改革中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式和教輔體系的全面改革,定能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,從根本上改善該課程的教學(xué)效果,提高學(xué)生的綜合素質(zhì),真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的教學(xué)目的。為應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的改革奠定基礎(chǔ)。
[項(xiàng)目來(lái)源:本文為黑龍江科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“經(jīng)管類(lèi)專(zhuān)業(yè)《運(yùn)籌學(xué)》課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐”研究成果。]
參考文獻(xiàn):
1.陳榮軍.“運(yùn)籌學(xué)”在應(yīng)用型本科院校的教學(xué)實(shí)踐[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2009(1~2)
關(guān)鍵詞:運(yùn)籌學(xué);數(shù)學(xué)建模;教學(xué);案例
中圖分類(lèi)號(hào):G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2012)08-0106-03
運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用分析、試驗(yàn)、量化的方法,對(duì)經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)中人、財(cái)、物等資源進(jìn)行統(tǒng)籌安排,為決策者提供有依據(jù)的最優(yōu)方案,以實(shí)現(xiàn)最有效的管理。該課程主要培養(yǎng)學(xué)生在掌握數(shù)學(xué)優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上,具備建立數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化計(jì)算的能力。本文提出一種新的教學(xué)改革思路,將運(yùn)籌學(xué)和數(shù)學(xué)建模兩門(mén)課程合并為一門(mén)課程,即開(kāi)設(shè)大容量交叉課程《運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模》來(lái)取代《運(yùn)籌學(xué)》和《數(shù)學(xué)建?!穬砷T(mén)課程,采用案例教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法,數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化算法理論并重的教學(xué)模式。這樣既可以避免出現(xiàn)極端教學(xué)和隨意選取教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)象,又可以將新穎的教學(xué)方法與傳統(tǒng)方法相結(jié)合,按照分析問(wèn)題、數(shù)學(xué)建模、優(yōu)化算法理論分析及其方案制定、實(shí)施等解決實(shí)際問(wèn)題步驟展開(kāi)教學(xué)。下面就該課程開(kāi)設(shè)的必要性、意義、可行性、注意事項(xiàng)及其存在問(wèn)題等方面進(jìn)行分析。
一、開(kāi)設(shè)《運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建?!氛n程的必要性
1.一般院校的運(yùn)籌學(xué)課程的教學(xué)課時(shí)大約為64或56(包含試驗(yàn)教學(xué)),所以教學(xué)中不能囊括運(yùn)籌學(xué)的各個(gè)分支。一方面,由于課時(shí)量不足,教師選取教學(xué)內(nèi)容時(shí)容易出現(xiàn)隨意性和盲目性;另一方面,教學(xué)中為強(qiáng)化運(yùn)籌學(xué)的應(yīng)用,消弱理論教學(xué),從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解不透徹,在實(shí)際應(yīng)用中心有余而力不足。
2.運(yùn)籌學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的步驟是:(1)提出和形成問(wèn)題;(2)建立數(shù)學(xué)模型;(3)模型求解;(4)解的檢驗(yàn);(5)解的控制;(6)解的實(shí)施。大部分教學(xué)只涉及步驟(3),即建立簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型,詳細(xì)介紹運(yùn)籌學(xué)的算法理論,與利用運(yùn)籌學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的相差甚遠(yuǎn)。因此,學(xué)生仍然不會(huì)應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題,從而導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為運(yùn)籌學(xué)無(wú)用。
3.數(shù)學(xué)建模課程包含大量的運(yùn)籌學(xué)模型;運(yùn)籌學(xué)在解決實(shí)際問(wèn)題的環(huán)節(jié)中包含建立數(shù)學(xué)模型步驟。目前兩門(mén)課程分開(kāi)教學(xué),部分內(nèi)容重復(fù)教學(xué),浪費(fèi)教學(xué)課時(shí)。
二、開(kāi)設(shè)《運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模》課程的意義
1.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。該課程包含數(shù)學(xué)建模和運(yùn)籌學(xué)兩門(mén)課程的內(nèi)容,內(nèi)容容量大,教學(xué)課時(shí)豐富,教學(xué)過(guò)程中能夠以生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題為案例,分析并完整解決這些問(wèn)題,創(chuàng)造實(shí)際價(jià)值,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到該課程不但對(duì)未來(lái)的工作很重要,而且還有可以利用運(yùn)籌學(xué)知識(shí)為企業(yè)或個(gè)人創(chuàng)造價(jià)值,改變運(yùn)籌學(xué)“無(wú)用論”的觀念。從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。
2.合理處理教學(xué)內(nèi)容。運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模的課時(shí)量相對(duì)充足,能夠安排更多的內(nèi)容,能夠系統(tǒng)、完整地介紹相關(guān)知識(shí),在一定程度上避免了運(yùn)籌學(xué)內(nèi)容安排的隨意性和盲目性。
3.促進(jìn)教學(xué)方法改革。運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模的教學(xué)不再是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)建模和理論證明,教學(xué)內(nèi)容豐富、信息量大,傳統(tǒng)的一支筆一本教案一塊黑板的模式不再適用,需尋找新的教學(xué)方法,促進(jìn)了多種教學(xué)方法的融合。
4.培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。實(shí)際案例源于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)或生產(chǎn)領(lǐng)域,需要用到多方面的知識(shí),但學(xué)生不可能掌握很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。因而,在解決實(shí)際案例的過(guò)程中,需要查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料,并針對(duì)性閱讀和消化。而且,實(shí)際案例數(shù)據(jù)量大,需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。因此,通過(guò)該課程的學(xué)習(xí),可以提高學(xué)生多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
5.改變教學(xué)考核方式。教學(xué)改革后,教學(xué)內(nèi)容已延伸到運(yùn)用優(yōu)化知識(shí)解決實(shí)際案例的整個(gè)過(guò)程。教學(xué)過(guò)程中既有對(duì)實(shí)際案例分析、建模,又有算法介紹、求結(jié)果的檢驗(yàn)及其最終方案的實(shí)施。因而,傳統(tǒng)的單一閉卷考試改為筆試和課后論文相結(jié)合的方式。
三、開(kāi)設(shè)該課程的可行性
1.運(yùn)籌學(xué)和數(shù)學(xué)建?;パa(bǔ)性、遞進(jìn)性使得開(kāi)設(shè)該課程在理論上可行。數(shù)學(xué)建模是利用數(shù)學(xué)思想去分析實(shí)際問(wèn)題,建立數(shù)學(xué)模型;運(yùn)籌學(xué)是利用定量方法解決實(shí)際問(wèn)題,為決策者提供決策依據(jù)。由此可見(jiàn),建立數(shù)學(xué)模型為運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的重要步驟。所以,運(yùn)籌學(xué)可以認(rèn)為是數(shù)學(xué)建模的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。同時(shí),運(yùn)籌學(xué)模型為數(shù)學(xué)建模課程介紹的模型中的一部分,并且運(yùn)籌學(xué)處理實(shí)際問(wèn)題的方法為數(shù)學(xué)建模提供了專(zhuān)業(yè)工具。因此,運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模在內(nèi)容上是互補(bǔ)的。由此可知,開(kāi)設(shè)該課程在理論上是可行的。
2.計(jì)算機(jī)的發(fā)展使得開(kāi)設(shè)該課程在操作上可行。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,能很快完成大數(shù)據(jù)量的計(jì)算,實(shí)際案例的數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模及其求解能快速實(shí)現(xiàn),從而使得該課程的教學(xué)工作能順利開(kāi)展。
3.大學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備使得開(kāi)設(shè)該課程在基礎(chǔ)上可行。學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生是高年級(jí)學(xué)生,通過(guò)公共基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的系統(tǒng)學(xué)習(xí),分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力得到進(jìn)一步提高。同時(shí),運(yùn)籌學(xué)和數(shù)學(xué)建模所需基礎(chǔ)知識(shí)類(lèi)似,學(xué)習(xí)該課程所需的線(xiàn)性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、高等數(shù)學(xué)及微分方程等課程也已經(jīng)學(xué)習(xí),運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)與數(shù)學(xué)建模知識(shí)解決實(shí)際案例所需的基礎(chǔ)知識(shí)已經(jīng)具備。因此,開(kāi)設(shè)該課程是可行的。
Key words: Operational Research;optimization;interdisciplinary;expanding
中圖分類(lèi)號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2017)13-0253-02
0 引言
從二十世紀(jì)三四十年代到如今,運(yùn)籌與優(yōu)化課程已經(jīng)經(jīng)歷了80多年的發(fā)展,并逐步成為一門(mén)系統(tǒng)的研究和解決實(shí)際問(wèn)題的學(xué)科。它針對(duì)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的具體問(wèn)題,廣泛應(yīng)用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法,發(fā)揮有限資源的最大效益,以此達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)。目前,運(yùn)籌學(xué)的研究成果已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、管理、交通運(yùn)輸、計(jì)算機(jī)通訊與網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)領(lǐng)域。
80多年來(lái),運(yùn)籌學(xué)學(xué)科中的新理論、新模型和新算法在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中不斷涌現(xiàn),研究的問(wèn)題也變得越來(lái)越復(fù)雜,從線(xiàn)性問(wèn)題發(fā)展到非線(xiàn)性問(wèn)題,連續(xù)問(wèn)題拓展到離散問(wèn)題,確定性問(wèn)題延伸到不確定性問(wèn)題,運(yùn)籌學(xué)理論得到了不斷的發(fā)展和壯大。目前,運(yùn)籌學(xué)已經(jīng)囊括了數(shù)學(xué)規(guī)劃、組合優(yōu)化、隨機(jī)優(yōu)化、博弈論、管理科學(xué)、智能計(jì)算、金融工程和統(tǒng)計(jì)優(yōu)化等諸多分支。隨著科技日新月異的發(fā)展,運(yùn)籌學(xué)發(fā)展又呈現(xiàn)出與許多學(xué)科交叉發(fā)展的多元化趨勢(shì)[1],例如運(yùn)籌學(xué)與生命科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、管理科學(xué)的交叉。
運(yùn)籌與優(yōu)化課程的真正價(jià)值在于為各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用決策問(wèn)題提供一套切實(shí)可行的解決方法,它求解問(wèn)題方法可以概括為以下幾個(gè)階段[2]:①在實(shí)際問(wèn)題中提取相關(guān)要素:決策變量、目標(biāo)和約束條件,將其表示成一個(gè)運(yùn)籌學(xué)問(wèn)題,并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。②根據(jù)①所建立數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn),尋求合適的求解算法求出問(wèn)題的最優(yōu)解或者滿(mǎn)意解;③若求解問(wèn)題的規(guī)模較大,則需要編程實(shí)現(xiàn)算法,并對(duì)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行分析;④判斷模型和解法的有效性,提出解決原始實(shí)際問(wèn)題的方案。這些階段并不是相互獨(dú)立的,也決非依次進(jìn)行的[3]。
鑒于實(shí)際問(wèn)題的跨學(xué)科交叉性,而利用運(yùn)籌學(xué)求解問(wèn)題涉及到數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)理論知識(shí)和計(jì)算機(jī)編程仿真等多個(gè)階段。從目前我校運(yùn)籌與優(yōu)化課程教學(xué)模式來(lái)看,我們?nèi)匀煌A粼趥鹘y(tǒng)的課堂講授理論環(huán)節(jié),注重理論講授和公式推導(dǎo),缺乏與實(shí)際相結(jié)合,與上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的缺陷,從而忽視了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為了培養(yǎng)學(xué)生利用系統(tǒng)的思想解決優(yōu)化問(wèn)題的思維方式,提高學(xué)生動(dòng)手能力,我們采用拓展化的教學(xué)模式,對(duì)運(yùn)籌與優(yōu)化課程教學(xué)改革提出幾點(diǎn)建議。
1 教學(xué)過(guò)程中注重優(yōu)化思想的滲透
運(yùn)籌與優(yōu)化課程的核心就是將所學(xué)習(xí)的優(yōu)化的思想和相關(guān)數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題,運(yùn)籌學(xué)問(wèn)題的求解包含了建模、設(shè)計(jì)算法和編程求解三部分。建模的過(guò)程就是利用數(shù)學(xué)的思想和語(yǔ)言去近似地刻畫(huà)實(shí)際問(wèn)題,根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)合適的運(yùn)籌學(xué)算法,并用計(jì)算機(jī)完成求解。在學(xué)生利用運(yùn)籌學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程實(shí)際上是數(shù)學(xué)認(rèn)識(shí)的過(guò)程,通過(guò)這個(gè)過(guò)程將運(yùn)籌學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為自己的數(shù)學(xué)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過(guò)程中,我們不滿(mǎn)足于單純的只是理論的灌輸,重點(diǎn)在于對(duì)學(xué)生進(jìn)行“優(yōu)化”這一重要數(shù)學(xué)思想的滲透,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。其實(shí),優(yōu)化思想的滲透體現(xiàn)在日常授課的各個(gè)環(huán)節(jié)。
首先,在背景知識(shí)的講授中滲透優(yōu)化的思想。在介紹理論知識(shí)之前給學(xué)生先介?B一些數(shù)學(xué)背景,會(huì)極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如,在緒論中講授“運(yùn)籌帷幄”、“田忌賽馬”的典故,華羅庚燒水泡茶的統(tǒng)籌方法,在圖論中介紹哈密爾頓環(huán)游世界問(wèn)題,哥尼斯堡七橋問(wèn)題,路網(wǎng)連通規(guī)劃問(wèn)題等等,這些實(shí)際問(wèn)題相關(guān)的背景知識(shí)的介紹,都在一定程度上體現(xiàn)了處處優(yōu)化的思想。
其次,在概念和原理公式的講授中滲透優(yōu)化的思想[4]。運(yùn)籌學(xué)中很多原理性的內(nèi)容涉及到很多數(shù)學(xué)知識(shí)和公式推導(dǎo),學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)普遍感覺(jué)難度很大。但是很多知識(shí)都是有一定的背景的,如果能注重實(shí)質(zhì),在講授中滲透優(yōu)化思想,就能達(dá)到更好的教學(xué)效果。例如,動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論中的概念較多,學(xué)生理解起來(lái)感覺(jué)相對(duì)繁瑣,我們可以在講授過(guò)程中結(jié)合設(shè)備更新的具體問(wèn)題,從而引入多階段決策,階段,狀態(tài),狀態(tài)轉(zhuǎn)移等概念,避免了直接講授概念的枯燥性。
2 將課堂教學(xué)體系向橫向和縱向拓展
目前現(xiàn)行的運(yùn)籌與優(yōu)化課程的教學(xué)內(nèi)容由線(xiàn)性規(guī)劃、非線(xiàn)性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖論五部分組成,教師在教學(xué)過(guò)程中注重基本概念的定義、定理的證明、算法的描述和解題技巧的介紹,唯獨(dú)忽視了與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合。因此,我們教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)移到如何結(jié)合實(shí)際問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型,如何利用數(shù)學(xué)軟件完成模型的求解和分析上面,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力,從而將教學(xué)內(nèi)容向橫向和縱向拓展。
教學(xué)內(nèi)容的橫向拓展是指在課堂教學(xué)中,在背景知識(shí)的引入中結(jié)合案例教學(xué),讓學(xué)生全程參與到教學(xué)討論中來(lái),教師引入實(shí)際問(wèn)題,學(xué)生主動(dòng)參與到問(wèn)題的定性研究,建模分析,定量計(jì)算和實(shí)踐檢驗(yàn)的過(guò)程中來(lái),在師生互動(dòng)的討論中找到解決問(wèn)題的方法,總結(jié)相關(guān)的重要結(jié)論,讓學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到優(yōu)化思想存在于實(shí)際問(wèn)題的方方面面,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
由于現(xiàn)代優(yōu)化方法的求解與計(jì)算機(jī)學(xué)科緊密聯(lián)系,所以教學(xué)內(nèi)容的縱向拓展是指在課堂教學(xué)過(guò)程中增加最優(yōu)化計(jì)算軟件的使用方法的介紹,例如如何調(diào)用Matlab優(yōu)化工具箱函數(shù)求解數(shù)學(xué)規(guī)劃的最優(yōu)解,如何通過(guò)編寫(xiě)Matlab程序設(shè)計(jì)算法來(lái)求解最優(yōu)解。同時(shí),在介紹解析算法的同時(shí),教師還可以為學(xué)生介紹一些只利用函數(shù)值信息來(lái)尋求優(yōu)化問(wèn)題最優(yōu)解的直接搜索算法和現(xiàn)代優(yōu)化算法,以此來(lái)拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)面。
3 拓展第二課堂,遵循“知識(shí)+能力+素質(zhì)”協(xié)調(diào)發(fā)展的新理念
由于目前運(yùn)籌學(xué)課程的課時(shí)限制,教師在課堂上無(wú)法突出實(shí)踐教學(xué)能力的培養(yǎng),為了解決這個(gè)問(wèn)題,我們計(jì)劃拓展第二課堂,在課下引入實(shí)踐環(huán)節(jié),將教學(xué)過(guò)程由課內(nèi)延伸到課外,一來(lái)可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于基本理論和基本原理的理解掌握,二是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和動(dòng)手能力。
第二課堂的執(zhí)行可以通過(guò)兩種途徑實(shí)現(xiàn)。一種是教師針對(duì)某一實(shí)際問(wèn)題,要求學(xué)生以小組的形式課下設(shè)計(jì)解決方案,建立數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)算法,?程求解,學(xué)生在一起參與討論,撰寫(xiě)論文。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽,提高動(dòng)手能力。第二種是開(kāi)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)課堂,為學(xué)生開(kāi)設(shè)一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生運(yùn)用運(yùn)用Matlab軟件完成實(shí)際問(wèn)題的求解。
4 將單一考核方式向多元化考核體系拓展
目前本專(zhuān)業(yè)的運(yùn)籌學(xué)課程普遍采取一次性期末考試來(lái)測(cè)評(píng)學(xué)生成績(jī),這種考核方式在較短的時(shí)間內(nèi)更多考查的是學(xué)生的識(shí)記能力,解題能力和運(yùn)算能力;而與我們教學(xué)大綱中培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力與動(dòng)手能力的初衷相去甚遠(yuǎn)。
因此,我們可以采用多元化的考核方法,實(shí)行全過(guò)程行程式的考核方式,最終的總評(píng)成績(jī)由建模論文實(shí)訓(xùn)成績(jī)、上機(jī)操作成績(jī)、課堂討論和平時(shí)作業(yè)等多部分組成,多種考核方式的綜合評(píng)定,有效地避免了學(xué)生應(yīng)試學(xué)習(xí)的心理,培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題和軟件應(yīng)用的能力。
近年來(lái),隨著運(yùn)籌學(xué)課程在管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)特別是工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的廣泛開(kāi)展,越來(lái)越多的教師開(kāi)始研究適應(yīng)于本專(zhuān)業(yè)的運(yùn)籌學(xué)課程的建設(shè)和改革問(wèn)題。例如,浙江理工大學(xué)提出了運(yùn)籌學(xué)課程群的概念,以運(yùn)籌學(xué)課程為中心優(yōu)化了相關(guān)一系列課程的課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容,并對(duì)案例教學(xué)、模型討論教學(xué)和算法推理教學(xué)等運(yùn)籌學(xué)課程群的教學(xué)手段與方法改革等進(jìn)行了積極有益的探索。文獻(xiàn)中提出了運(yùn)籌學(xué)教學(xué)中存在的不能適應(yīng)市場(chǎng)需求、實(shí)踐課比重不足等問(wèn)題,并進(jìn)行了實(shí)踐導(dǎo)向的運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)體系再設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)進(jìn)行了“管理運(yùn)籌學(xué)”課程案例教學(xué)的探討,提出了針對(duì)不同背景的學(xué)生進(jìn)行有效的案例分析,增強(qiáng)該課程的實(shí)踐導(dǎo)向性。文獻(xiàn)針對(duì)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的物流方向課程進(jìn)行了情景教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。綜上所述,運(yùn)籌學(xué)課程目前存在的問(wèn)題包括:
(1)教材(教學(xué)內(nèi)容)與課時(shí)的沖突:運(yùn)籌學(xué)相關(guān)教材內(nèi)容多,學(xué)時(shí)少是多數(shù)老師在進(jìn)行運(yùn)籌學(xué)課程改革時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)籌學(xué)課程的需求,合理設(shè)置課程內(nèi)容和選擇或編制教材是關(guān)鍵。
(2)理論和實(shí)踐的脫節(jié)問(wèn)題:應(yīng)用型工業(yè)工程人才培養(yǎng)模式強(qiáng)調(diào)將實(shí)踐融入到整個(gè)專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中,運(yùn)籌學(xué)是數(shù)學(xué)背景較強(qiáng)的課程,涉及到很多繁瑣、抽象的理論推導(dǎo),如果這部分內(nèi)容講得太細(xì),就會(huì)忽略運(yùn)籌學(xué)多學(xué)科的橫向交叉聯(lián)系和運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,導(dǎo)致理論和實(shí)踐相脫節(jié)的問(wèn)題。
(3)相關(guān)課程之前的聯(lián)系不夠緊密:近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)設(shè)立在機(jī)械工程系,以機(jī)械工程技術(shù)為背景增加管理知識(shí),強(qiáng)調(diào)制造工程相關(guān)技術(shù)和理論在制造業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。運(yùn)籌學(xué)課程作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,在整個(gè)課程體系中應(yīng)具有承前(機(jī)械類(lèi)背景知識(shí))和啟后(專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用)的作用,而目前,這種作用尚不明顯。針對(duì)上述問(wèn)題,本文對(duì)學(xué)習(xí)情境體系架構(gòu)、案例應(yīng)用模式等方面進(jìn)行研究,探索提高學(xué)生實(shí)踐能力的課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方法的改革措施。
二實(shí)踐導(dǎo)向型運(yùn)籌學(xué)課程體系架構(gòu)設(shè)計(jì)
1近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)運(yùn)籌學(xué)課程需求
從專(zhuān)業(yè)背景方面看,近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)通過(guò)大量的機(jī)械平臺(tái)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課如:畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)、金屬工藝學(xué)、電工電子技術(shù)等,使學(xué)生掌握扎實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)知識(shí)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)置管理類(lèi)課程如:基礎(chǔ)工業(yè)工程、人因工程、管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、質(zhì)量管理與控制、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、財(cái)務(wù)管理、物流設(shè)施規(guī)劃、物流設(shè)備自動(dòng)化、物流管理等,使學(xué)生具備制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與生產(chǎn)組織管理等基本能力。從就業(yè)需求方面看,對(duì)近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)出來(lái)的畢業(yè)生的需求大多來(lái)自機(jī)械制造企業(yè)。有了這樣的區(qū)別,就使得近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的運(yùn)籌學(xué)與其他管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)課程從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面都應(yīng)有很大的不同。
2實(shí)踐導(dǎo)向型工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)情境化
運(yùn)籌學(xué)課程體系架構(gòu)實(shí)踐導(dǎo)向模式的教學(xué)理論認(rèn)為,知識(shí)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)構(gòu)建的,教學(xué)應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心,但由于每個(gè)學(xué)習(xí)者之間存在著很大的差別,因此它主張情境化教學(xué)并強(qiáng)調(diào)知識(shí)的表征與多樣化的情境相關(guān)聯(lián),以及根據(jù)不同情境來(lái)組織課程等。目前,國(guó)內(nèi)外很多高校院校工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)都在積極應(yīng)用實(shí)踐導(dǎo)向模式,例如浙江工業(yè)大學(xué)提出了基于制造業(yè)的工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系,西安電子科技大學(xué)針對(duì)學(xué)生了解現(xiàn)代制造企業(yè)生產(chǎn)、物流等設(shè)施的布局的需求構(gòu)建了工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)情景教學(xué)平臺(tái)。吉林大學(xué)提出了職業(yè)生涯規(guī)劃導(dǎo)向型人才培養(yǎng)模式。這些研究和實(shí)踐在教學(xué)體系和實(shí)踐環(huán)節(jié)方面取得了一些成果。在工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)運(yùn)籌學(xué)教學(xué)改革方面,現(xiàn)有研究和實(shí)踐主要集中在減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)、增加案例分析、正確引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)等方面,缺少針對(duì)近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的特殊專(zhuān)業(yè)背景和就業(yè)需求的運(yùn)籌學(xué)的實(shí)踐導(dǎo)向教學(xué)模式的研究,特別是解決運(yùn)籌學(xué)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)平臺(tái)必修課與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課和實(shí)踐環(huán)節(jié)的銜接方面的嘗試還未見(jiàn)報(bào)道。而實(shí)踐導(dǎo)向教學(xué)模式不僅需要課程體系中的各種實(shí)踐環(huán)節(jié)的支持,更重要的是像運(yùn)籌學(xué)這樣的專(zhuān)業(yè)教育平臺(tái)課對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的支持。為了滿(mǎn)足近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程的學(xué)習(xí)需求,本文在分析近機(jī)類(lèi)工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)課程結(jié)構(gòu)及其對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程的支持內(nèi)容,以及后續(xù)應(yīng)用課程(實(shí)踐環(huán)節(jié))對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程的需求的基礎(chǔ)上,應(yīng)用實(shí)踐導(dǎo)向理論,提出實(shí)踐導(dǎo)向型的工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)情境化運(yùn)籌學(xué)課程體系架構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)采用“引例-模型-算法-應(yīng)用”一體化教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的闡述,其中:引例過(guò)程:充分利用基礎(chǔ)課程及其對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程的支持,如高等數(shù)學(xué)中的函數(shù)與極限、導(dǎo)數(shù)與微分及其應(yīng)用、定積分及其應(yīng)用、向量代數(shù)、多元函數(shù)、微分方程等知識(shí);概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的基本概念、隨機(jī)變量及其分布、隨機(jī)變量的數(shù)字特征、抽樣分布、參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析、回歸分析等知識(shí);線(xiàn)性代數(shù)中的行列式、矩陣運(yùn)算、矩陣初等變換與線(xiàn)性方程組、向量組的線(xiàn)性相關(guān)性、相似矩陣及二次型、線(xiàn)性空間與線(xiàn)性變換等知識(shí);以及學(xué)生在金工實(shí)習(xí)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等機(jī)械類(lèi)基礎(chǔ)課程中接觸過(guò)的工程示例,將這些基礎(chǔ)課程中涉及的知識(shí)和問(wèn)題以引例的形式加入到課程教學(xué)中去。通過(guò)例舉學(xué)生在基礎(chǔ)課程中學(xué)習(xí)過(guò)的背景知識(shí),引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)已經(jīng)學(xué)過(guò)的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)及其應(yīng)用問(wèn)題的溫習(xí),盡量提高續(xù)前課程的利用率,避免重新學(xué)習(xí)老知識(shí),減少學(xué)生學(xué)習(xí)的心理負(fù)擔(dān)。
模型和算法過(guò)程:由引例歸納、引出問(wèn)題的數(shù)學(xué)/邏輯等抽象描述,將學(xué)生易于理解的工程實(shí)際問(wèn)題歸結(jié)為運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)工程典型問(wèn)題,提出該問(wèn)題的建模相關(guān)的理論、方法和過(guò)程,建立系統(tǒng)模型。通過(guò)用基礎(chǔ)知識(shí)求解和運(yùn)籌學(xué)算法在求解范圍和能力等方面的對(duì)比,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)運(yùn)籌學(xué)算法的興趣。在教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)選與設(shè)計(jì)的過(guò)程中,根據(jù)各主要運(yùn)籌學(xué)分支和系統(tǒng)工程理論體系中與基礎(chǔ)知識(shí)的結(jié)合程度,以及對(duì)應(yīng)用課程(實(shí)踐環(huán)節(jié))的支撐程度進(jìn)行課程內(nèi)容的重構(gòu)和設(shè)計(jì),形成以系統(tǒng)思維、系統(tǒng)建模與仿真、系統(tǒng)分析與規(guī)劃、系統(tǒng)預(yù)測(cè)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策和系統(tǒng)優(yōu)化幾大主題為中心的相關(guān)理論、方法等組成的全新運(yùn)籌學(xué)課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。其中系統(tǒng)思維重點(diǎn)進(jìn)行霍爾三維結(jié)構(gòu)、定量化方法、以重構(gòu)為重點(diǎn)的分析-重構(gòu)法等方面的訓(xùn)練;系統(tǒng)建模與仿真主要內(nèi)容包括數(shù)學(xué)模型、邏輯模型、模擬模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)及隨機(jī)模擬技術(shù);系統(tǒng)分析與規(guī)劃內(nèi)容包括線(xiàn)性規(guī)劃、非線(xiàn)性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)及隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)分析等;系統(tǒng)預(yù)測(cè)包括定性預(yù)測(cè)方法、線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)、時(shí)間序列預(yù)測(cè)及判別分析預(yù)測(cè)等;系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策包括九級(jí)評(píng)分法、系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法、風(fēng)險(xiǎn)決策及不確定性決策;系統(tǒng)優(yōu)化包括線(xiàn)性系統(tǒng)最優(yōu)化方法、非線(xiàn)性系統(tǒng)最優(yōu)化方法、隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)費(fèi)用優(yōu)化及網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化方法等。應(yīng)用過(guò)程:充分考慮應(yīng)用課程及其對(duì)運(yùn)籌學(xué)課程的需求,從相關(guān)的制造過(guò)程、管理過(guò)程等實(shí)際問(wèn)題的層面出發(fā),以案例應(yīng)用的形式引導(dǎo)學(xué)生以實(shí)踐為導(dǎo)向進(jìn)行相關(guān)模型和算法的推廣練習(xí)。相關(guān)需求包括后續(xù)課程中:生產(chǎn)計(jì)劃與控制中的需求預(yù)測(cè)、生產(chǎn)計(jì)劃編制等,設(shè)施規(guī)劃與物流分析中的設(shè)施選址問(wèn)題、選址評(píng)價(jià)等,工程經(jīng)濟(jì)學(xué)中的多方案經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析、設(shè)備更新分析等;以及實(shí)踐環(huán)節(jié)中:機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)、工業(yè)工程實(shí)習(xí)中的工作分析與評(píng)價(jià)等。
三結(jié)論
關(guān)鍵詞:線(xiàn)性規(guī)劃;可行域;拓樸結(jié)構(gòu);演變;仿真
中圖分類(lèi)號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2013)17-4107-03
如今,作為運(yùn)籌學(xué)理論重要分支的線(xiàn)性規(guī)劃(Linear Programming,LP),其應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛。LP之求解算法中涉及到的可行域變化也一直是理解和應(yīng)用算法的關(guān)鍵,在教學(xué)中理解起來(lái)相對(duì)困難。
可行域在幾何學(xué)中稱(chēng)之為單純形,當(dāng)目標(biāo)函數(shù)僅有兩個(gè)未知變量時(shí),可行域?qū)?yīng)二維平面直角坐標(biāo)系中的凸多邊形,隨著未知變量個(gè)數(shù)的增加,LP可行域亦可隨之推廣到多維空間,當(dāng)然,隨著維數(shù)的增加,一般對(duì)求解過(guò)程的理解亦更加困難。為了更好地理解LP模型之各參數(shù)的在發(fā)生變化時(shí),對(duì)LP可行域的影響情況,筆者基于FLASH技術(shù),以?xún)蓚€(gè)未知變量的LP模型為例,在二維平面上分析并模擬了LP可行域拓樸結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程,以企更形象直觀地展示教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解更輕松透徹。
1 開(kāi)發(fā)工具與技術(shù)路線(xiàn)
目前流行的多媒體開(kāi)發(fā)工具相對(duì)較多,但以FLASH、PowerPoint和Authorware最為常見(jiàn)。FLASH的基本功能就是矢量動(dòng)畫(huà)制作,因此在動(dòng)畫(huà)處理方面優(yōu)勢(shì)明顯。PowerPoint提供了一些動(dòng)畫(huà)樣式,但靈活性較差,交互性弱。Authorware的動(dòng)畫(huà)效果雖相對(duì)靈活,但樣式很有限,操作不便。FLASH Player的矢量動(dòng)畫(huà)及時(shí)簡(jiǎn)潔,可做到無(wú)級(jí)放大,并保持畫(huà)面的質(zhì)量和效果,有助于細(xì)節(jié)的處理。而PowerPoint、AuthorWare常用位圖格式,當(dāng)圖片放大超過(guò)原始尺寸時(shí),無(wú)法保證圖像質(zhì)量。眾所周知,互動(dòng)總是一些優(yōu)質(zhì)課件的基本要求,因FLASH支持專(zhuān)業(yè)性的ActionScript編程機(jī)制,故交互功能強(qiáng)大。利用FLASH的腳本編程技術(shù)即可輕松實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)特的交互功能,比如下拉菜單、數(shù)據(jù)庫(kù)操作等。當(dāng)然,F(xiàn)LASH配置的庫(kù)資源里,配有大量的圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻等素材,不僅管理方便,而且應(yīng)用靈活。
總之,F(xiàn)LASH被廣泛地應(yīng)用于廣告制作、動(dòng)畫(huà)短片、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)、游戲等諸多領(lǐng)域是有道理的,何況它的動(dòng)畫(huà)文件體積小、便于傳播、成本低廉,基于上述考慮,筆者才考慮選擇FLASH作為仿真的開(kāi)發(fā)工具。
2 動(dòng)態(tài)仿真的設(shè)計(jì)思路
首先,要對(duì)展示內(nèi)容所涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)有一定理解,諸如相關(guān)的數(shù)學(xué)概念、解析步驟和方法等,如此才能對(duì)要展示的動(dòng)態(tài)過(guò)程理解到位。只有明白理論上“怎么變化”,才能在屏幕上把它展現(xiàn)出來(lái)。
其次,在已掌握的FLASH制作技能的基礎(chǔ)上,把圖紙上的模型轉(zhuǎn)化為自己能操作的模型,這樣就能把已理解的變化過(guò)程外化成FLASH上能展現(xiàn)的變化過(guò)程,這是基本思路。
本課件的主要功能就是要演示出動(dòng)態(tài)仿真的效果,并且能隨著使用者的意愿而改變演示內(nèi)容,而且還要有相應(yīng)的模型解釋?zhuān)虼司鸵谱鞒鼋缑娌贾煤侠砻烙^,演示的選擇分明、齊全,模型注釋出現(xiàn)恰當(dāng)?shù)慕缑?。?duì)于演示區(qū)域,需要留出較大面積,方便不同變化的展示,且要能讓人知道這是主要部分,為此就必須設(shè)計(jì)出變化過(guò)程鮮明,顏色區(qū)分明顯,線(xiàn)條清晰的演示部分。
對(duì)于演示的選擇,采用能供人主動(dòng)選擇的方式的設(shè)計(jì),利用按鈕就能實(shí)現(xiàn),不同內(nèi)容的演示按鈕之間要用一定的文字注釋和顏色區(qū)分,這樣就能讓人明白哪些按鈕是演示同一個(gè)變化。
另外,對(duì)于模型解釋部分,需要配合演示部分一起進(jìn)行,因?yàn)閯?dòng)態(tài)演示是采用一個(gè)具體的例子,所以相應(yīng)的模型也得是此例子的實(shí)際模型,文字解釋也必須跟上,在解釋過(guò)程中也應(yīng)指明是哪些參數(shù)在變化才導(dǎo)致的此動(dòng)態(tài)演示的發(fā)生。
總之,界面視覺(jué)效果要簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單、直觀,使用起來(lái)容易,最終的目的是為了突出動(dòng)態(tài)演示的主體地位,能達(dá)到使人一目了然的效果。作品的主界面設(shè)計(jì)如圖4所示。
2.1 元件的選擇
對(duì)于仿真內(nèi)容,需用到影片剪輯元件和按鈕元件。影片剪輯元件能使用Actionscript腳本編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)調(diào)用和編輯。影片剪輯元件相當(dāng)于一個(gè)打包好的整體,在編寫(xiě)代碼時(shí),能利用已有的調(diào)用函數(shù)方便地完成其它影片剪輯元件的調(diào)用,這樣能實(shí)現(xiàn)一定的交互功能,同時(shí)也方便修改。按鈕元件能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換,播放的行止,同樣,和Actionscript配合能實(shí)現(xiàn)其功能。
2.2 坐標(biāo)系和實(shí)例模型的創(chuàng)建
因?yàn)榉抡嫔婕暗狡矫嬷苯亲鴺?biāo)系中LP可行域,以及目標(biāo)函數(shù)簇變化等過(guò)程,所以,需創(chuàng)建基本的坐標(biāo)系和實(shí)例模型??蓪⑵矫嬷苯亲鴺?biāo)系創(chuàng)建在一個(gè)圖層中,為了描述精準(zhǔn),需在網(wǎng)格的輔助下制作。實(shí)例模型在平面直角坐標(biāo)系中占據(jù)第一象限,采用由多條直線(xiàn)圍成的凸多邊形來(lái)表示,變化過(guò)程可描述為目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)一條直線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)或約束條件對(duì)應(yīng)的多條直線(xiàn)的同時(shí)運(yùn)動(dòng),所以,坐標(biāo)系需要由多個(gè)圖層來(lái)構(gòu)建,如此才能實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)態(tài)變化效果。
2.3 動(dòng)態(tài)演變技術(shù)
為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的演變過(guò)程,當(dāng)然可以使用FLASH自身已有的補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)、傳統(tǒng)補(bǔ)間技術(shù)等,甚至還可以在幀與幀之間,實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)不變的旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)點(diǎn)變化的旋轉(zhuǎn)平移等,同時(shí),為了對(duì)應(yīng)可行域與LP模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,還需要在可行域變化之同時(shí)考慮文字的切換和閃爍等視覺(jué)效果。
2.4 基本控制及其代碼
該仿真之控制功能主要涉及元件的調(diào)用播放、停止,場(chǎng)景的切換等。為了操作上的簡(jiǎn)捷和方便,這里采用按鈕的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)之。在按鈕元件中添加已有的代碼片段和調(diào)用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能,具體可以實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)經(jīng)過(guò)、離開(kāi)時(shí)的文字解釋說(shuō)明出現(xiàn)與消失的效果,場(chǎng)景跳轉(zhuǎn),演示的開(kāi)始與結(jié)束及演示的切換。
涉及到的代碼片段主要有:.addEventListener(MouseEvent.CLICK)、.addEventListener(MouseEvent.MOUSE_OVER)、.addEventListener(MouseEvent.MOUSE_OUT)等。
3 動(dòng)態(tài)演變的仿真實(shí)現(xiàn)
3.1元件的設(shè)計(jì)
影片剪輯元件包括動(dòng)態(tài)演示的影片剪輯和文字解釋的影片剪輯。動(dòng)態(tài)演示的影片剪輯需要設(shè)計(jì)坐標(biāo)圖層、Action代碼圖層、直線(xiàn)圖層、文字圖層、顏色圖層、動(dòng)直線(xiàn)圖層。
坐標(biāo)圖層設(shè)計(jì)用來(lái)固定顯示整個(gè)演示過(guò)程的基礎(chǔ),坐標(biāo)的設(shè)計(jì)需要網(wǎng)格的輔助才能實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)力求精準(zhǔn)和清晰。Action代碼圖層的作用是用來(lái)控制動(dòng)態(tài)演示的影片剪輯的播放起止和進(jìn)度,在第一幀和最后一幀中添加關(guān)鍵幀,并在“動(dòng)作”代碼面板中添加代碼stop(),以配合gotoAndPlay()和gotoAndStop(),實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)態(tài)演示的影片剪輯調(diào)用。
直線(xiàn)圖層用來(lái)勾勒可行域。文字圖層中制作模型中需要的注釋?zhuān)煮w要求美觀,顏色舒適,大小合適。顏色圖層是用來(lái)區(qū)分可行域和非可行域的。動(dòng)直線(xiàn)圖層中,直線(xiàn)的平移、旋轉(zhuǎn)需要在不同關(guān)鍵幀之間建立傳統(tǒng)補(bǔ)間就能實(shí)現(xiàn)。文字解釋的影片剪輯制作較簡(jiǎn)單,只需在一幀中添加一個(gè)文本框,文本框中寫(xiě)上需要的注釋?zhuān)堰@一幀置為第二幀,第一幀寫(xiě)入stop()。
3.2代碼的編寫(xiě)
在控制操作中,當(dāng)然需要給按鈕添加相應(yīng)的代碼,主要涉及.addEventListener(MouseEvent.CLICK),其作用是在單擊此指定的元件實(shí)例時(shí),執(zhí)行自己在其中添加的自定義代碼。控制按扭之關(guān)鍵代碼如圖1所示,其中部分參數(shù)元件代碼片段如圖2所示。
上述代碼是一個(gè)按鈕所包含的代碼,描述當(dāng)鼠標(biāo)移至此按鈕處并單擊時(shí),響應(yīng)事件為除指定影片剪輯外停播其它所有影片剪輯,而播放指定的影片剪輯。其中g(shù)otoAndPlay()和gotoAndStop()承擔(dān)跳轉(zhuǎn)播放和跳轉(zhuǎn)停止等功能,參數(shù)指定跳轉(zhuǎn)目的幀。因Actionscript3.0是完全面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言,所以,語(yǔ)句都具有集成屬性和方法于一體的對(duì)象之特點(diǎn),應(yīng)用相對(duì)方便。
3.3界面設(shè)計(jì)
界面設(shè)計(jì)力求清晰簡(jiǎn)單,易于操作,前面適當(dāng)增加相關(guān)知識(shí)的介紹等內(nèi)容,以盡量少的文字反映作品的主題,簡(jiǎn)化視覺(jué)沖擊。主界面展示LP模型之外,要求布局設(shè)計(jì)合理,信息容量大,易理解和使用,層次感強(qiáng),并適當(dāng)考慮文字解釋。圖4顯示了不同參數(shù)演變時(shí)的界面狀態(tài)。
4 結(jié)束語(yǔ)
該作品的展示中也介紹了運(yùn)籌學(xué)的線(xiàn)性規(guī)劃的概念、定義、LP標(biāo)準(zhǔn)模型等內(nèi)容。動(dòng)態(tài)演示過(guò)程中,可有選擇地,分別演示實(shí)例模型的價(jià)值向量參數(shù)規(guī)劃、資源列向量變化、目標(biāo)函數(shù)價(jià)值系數(shù)變化和資源向量參數(shù)規(guī)劃的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。同時(shí),在變化過(guò)程中,還指示出了與變化過(guò)程息息相關(guān)的參數(shù)及文字解釋。
該作品圖文聲像并茂,不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生聯(lián)想,還能擴(kuò)大認(rèn)知廣度和深度。當(dāng)然,該文亦存在不足,若能適當(dāng)考慮三維空間的可行域變換情況,效果無(wú)疑更為理想,但因水平所限和教學(xué)需要等情況,只好從略。敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
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