基于CDIO理念的物流运筹学教学改革探索

赵敬华 荣海迎 智路平 王聪

摘  要：文章针对目前物流运筹学教学中存在的忽略实际问题分析、侧重计算过程、教学手段单一等问题，引入CDIO理念，并将CDIO项目教学法运用于该课程的教学改革中，通过构思（Conceive）—设计（Design）—实践（Implement）—运作（Operate）的角度多方面进行教学，这种以项目为驱动的教学模式有助于学生对物流运筹学的深入学习，进一步培养学生的自主学习能力和实践创新能力，保证课程的全面教学质量。

关键词：物流运筹学;CDIO;教学改革

中图分类号：G642    文献标识码：A

Abstract： In view of the problems existing in logistics operation research teaching， such as neglecting the analysis of practical problems， focusing on the calculation process and single teaching means， this paper introduces the concept of CDIO and applies the CDIO project teaching method in the teaching reform of this course. Through different aspects of conceive-design-implement

-operate， this project-driven teaching mode will help students to further study logistics operations research， further cultivate students' ability of independent learning and practical innovation， and ensure the overall teaching quality of the course.

Key words： logistics operations research; CDIO teaching concept; education reform

隨着科学的发展和管理技术的进步，物流在管理领域中的地位也愈加重要，现阶段的物流业已经成为了融合仓储业、运输业、货代业和信息业等的复合型服务产业。《物流运筹学》作为物流管理专业主干课程之一，将运筹学与物流管理有机结合在一起，是一门以人机系统为组织、管理为手段，把数学和计算机作为工具去研究各类有限资源的合理规划和最优化决策方案的综合课程。《物流运筹学》课程的作用在于实现物流系统的优化，是系统理论在实际物流中应用的具体方法。运筹学中的线性规划、动态规划、运输问题、整数规划、指派问题、存储论、排队论等模型与理论均为日常生活中的物流问题提供了严谨的解决方法。

然而《物流运筹学》在实际的课程教学过程中存在着诸多问题，比如教学内容侧重于对各类案例模型的求解，但是忽略了对实际问题的提炼和分析;侧重于求解计算过程，而忽略了算法设计的原理思路以及求解工具软件的运用;知识体系复杂，学习难度大影响学生热情与兴趣;教学方法多以讲授为主，学生主动学习能力差。在此背景下，将CDIO教学理念引入到物流运筹学的课程教学中能够取得更好的教学效果。CDIO教学理念代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），这种工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生能够更加主动、有效地去学习，实现多方面的发展。CDIO培养大纲从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面出发[1]，以综合的培养方式让学生更加扎实地构建知识体系并在实践中灵活运用。

1  CDIO理念简介

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学联合探索创立，不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更注重对具有可操作性能力的培养。CDIO包括了三个核心文件：1个愿景、1个大纲和12条标准。它的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思—设计—实现—运行过程的背景环境基础上的工程教育。它的大纲首次将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来，使工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性[1]。它的12条标准（以CDIO为基本环境、学习目标、一体化教学计划、工程导论、设计实现经验、工程实践场所、综合性学习经验主动学习、教师能力的提升、教师教学能力的提高、学生考核、专业评估）从不同角度和不同层面进行考虑，并且寻找如何提高各种能力的方法，落实全面的教育模式，对学生和老师都具有重要意义，代表了当代工程教育的发展趋势。

至今我国共有105所高校加入“CDIO工程教育联盟”，取得了良好的教学效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业的欢迎。刘进对物流信息系统课程引入CDIO理念，进行教学再设计，通过数据调查得到了更好效果的教学质量[2];周蓉和沈维蕾针对现有设施规划与物流分析教育模式的不足，结合CDIO工程教育理念进行改革，对学生工科思维的养成和学科体系的建立具有重要意义[3];余发军和王双红通过实践得到基于CDIO理念的物联网课程教学方式可激发学生学习积极性，增强其在工程实践中的创新能力和动手能力[4];武科通过引入CDIO理念，科学定位工民建方向人才培养目标，革新和完善教学方式，提升教师队伍的综合素质[5];李源源提出借鉴CDIO工程教育模式改革我国高校的工程教育，从而对提升我国工程人才的培养质量和国际化水平具有十分深刻的意义[6]。CDIO工程教育在中国经过十余年的发展与推广，在本土化的基础上不断融入创新因素，积极推动各高校的一体化课程。加大CDIO教育理念的重视，致力于学生教师共同进步，取得了显著的效果和成绩，也持续促进了中国的工程教育改革。

2  引入CDIO教学理念的物流运筹学课程教学

本科阶段的《物流运筹学》课程2学分，36学时，课程的学生人数介于90～110之间，在课程开始时，老师可对于提出的案例进行2～3分钟的介绍，随后班级学生自行组成4～6人小组，小组成员中概念能力较强的同学可负责相关案例的分析和问题提炼，设计能力较强的同学负责模型的建立，计算能力较强的同学负责模型的求解与分析，总结能力强的同学则负责项目演讲，重要的是各环节都需要大家的投入，并且互相学习对方的优势，弥补自己的短处，综合培养自己的能力。最后，通过老师和其他小组代表的点评来对自己的“项目”进行反思纠正。CDIO教育理念的引入着眼于知识与能力培养，将物流运筹学的课程内容统一于“构思”、“设计”、“实现”、“运行”四个过程，在完善知识体系的基础上实现知识与能力培养的一体化。基于CDIO的教学活动开展要充分体现学生在“做中学”的知识、能力、素质的综合培养，必须做好课堂内外教学安排，并使二者有机结合。表1为物流运筹学主要涉及章节与相应知识点。

（1）构思能力—构思能力的培养。对于《物流运筹学》课程的CDIO构思，就是要確定该课程的基础概念需求及理论体系，即给出课程内容总览，介绍基础概念，主要包括运筹学的意义、线性规划问题的提出、原问题与对偶问题的关系、整数规划的意义、动态规划的概念。在开课之前布置学生对课本的大致预习，自主形成一个大概运筹学知识体系，开课时通过实际生活中一些真实确切的物流问题，让学生自主进行构思，通过适当的安排和组织，给学生充分的自由，当一部分同学提出想法后，必定将会有另一部分同学得到启发，同学之间相互补充，在老师的指导下完成问题，为后续的设计、实现、运作奠定基础。

（2）设计能力—设计能力的培养。设计能力主要是为了摒弃传统教学中，学生只会把大量的学习精力放在如何对一个模型进行求解计算，而忽略了最重要的内容—算法设计的原理与思路。运筹学中的单纯形法、对偶单纯形法、表上作业法、分枝定界法、图解法等很多求解方法在实际生活中和工作中并不普遍，但各类方法涉及的算法原理和设计十分关键。在明确了一个案例中的核心问题以及需求之后，最重要的一步就是要能够构思出最佳的决策方案，利用课本知识与老师适当的提示，以团队的形式拟定方案，尤其是模型的构建和思路设计，每个团队内的同学提出自己的设计，团队内相互借鉴比较，互相学习，在达到统一的基础上再次进行团队与团队之间的比较，提高设计过程中分析问题、解决问题的能力。

（3）实现能力—实现能力的培养。目前各高校的学生往往具备较强的手工计算能力，但却不具备现实案例中大规模问题的各类软件的使用能力，如应重视运用Excel、Lingo、Matlab等软件求解数学模型，进而提高对解决实际问题能力的培养。在教学中，要积极改革实验内容和模式，对于实践的内容要严格落实而不是“填鸭式”教学，要发挥实践教学对培养学生思维方式和动手能力的作用，加大学生对软件使用能力的要求，让学生不拘泥于书面分析和计算，激励学生不断创新和自我完善。指导学生综合利用运筹学相关知识进行课程设计、参加数学建模竞赛、撰写毕业论文等。

（4）运作能力—运作能力的培养。对于学生的项目成果，项目展示也是十分关键的一个步骤。学生可推荐项目主讲人对项目的原理与思路、创新点以及存在的问题进行汇报，将教师评价和研究报告列入考核范畴，形成多元化的考核体系，带领学生深入了解和学习相关领域热点话题，形成自己的见解。目前不少高校都有自己的校内物流实验室，经过课堂上物流运筹学的知识学习后，老师可带领学生进入实验室，对问题的来源以及解决原理进行说明，激励学生动手进行软件的操作，更好地理解书本上的规划和优化思路;校外，学校可带领学生积极参观对接的物流企业，进行实时的参观和学习记录，改变以往枯燥无味的传统学习模式，大大提高学生的学习兴趣。

基于CDIO理念，对现阶段的物流运筹学进行改革，得到一个完整的教学体系，相关的课程内容、教学方式、考核方式、组织形式如表2所示。

将其中的汇报讨论具体化，运筹学教学模式中应该体现模型是从案例中来、到案例中去的思想。尤其应注意以下三点：

（1）案例内容的实时性。目前，大多数《物流运筹学》教材上的一些案例都是经典的，时间有些久，必然少了些时代性。因此，在讨论案例时要注意与现阶段的一些大数据、人工智能、智慧供应链等相结合，学生在参考一些经典书目和文献的基础上更应该阅读近几年的具有价值意义的文章，有实时性的同时也起到补充内容的作用[7]。

（2）案例情景的真实性。要保证《物流运筹学》课程中涉及的每个案例都有真实的背景资料，尤其对于一些知名企业的相关案例不仅可以吸引学生兴趣，并且为学生提供了知识和生活相结合的桥梁，让学生可以融入案例中，提炼出需要解决的物流问题，营造出分析切切实实地在解决现实的物流问题，如配送路线优化、人力资源优化配置和物流中心选址等[8]。

（3）案例算法的经典性。对于经典算法的掌握是课程的核心环节，比如线性规划问题的单纯形法，通过设计线性规划问题的案例，让学生在案例问题中熟练地理解线性规划模型和灵活地运用单纯形法。每位同学都必须掌握经典案例的经典算法，并且可以做到举一反三用来解决后续稍微扩展的问题，大致流程[9]如图1所示。

对于CDIO教学理念12条标准的每个标准都有一个相关的规则范围，提供了进一步的清晰度的同时又提供了一个计算整体性分数的系统，从而促进了基准测试和持续改进[10]。最后一条标准—专业评估必须要落实，在“合理性”的基础上，学生应说明其设计的合理性，并有适当的分析与思辨，也就是Operate运作能力的一部分。成绩评定以学生的实际表现和工作成果为依据，推荐以下考核方式并适当减少笔试所占的比例：期末总成绩=自主案例分析能力（20%）+课堂表现（20%）+实验成绩（30%）+期末笔试（30%）。

3  CDIO理念在课程教学实践中的效果及启示

CDIO理念下的物流运筹学通过一系列的优化改革，促进了学生对运筹学基础知识的掌握，同时又培养了个人能力和解决实际优化问题的能力，学生责任意识增强，初步实现了教学改革的初衷，也使得教学体系更加完善并且带来了以下优势：

激发了学生的学习兴趣，主动参与的热情非常高。当一些课堂引入CDIO教学理念时，一方面学生的出勤率大大提高，在课堂教学中，为了实现组内分配的项目，大部分学生带着问题来听课，注意力也明显较之前集中许多;另一方面增强了学生的创新能力及科技创新的想法，在老师的指导下，许多学生也会自己利用空余时间丰富自己的知识面，对于校内校外的创新比赛和建模大赛报名人数明显增加，提高了该领域的学习成果质量。

提高了学生的课程成绩。当学生的学习兴趣明显提高时，学生的知识获取便也进一步增多，20%的课堂表现成绩上升，同时也带动了学生的案例分析能力，出勤率及格率纷纷提高，学生在得到较高的期末总成绩时会因自己的收获更加对物流运筹学感兴趣，进一步会希望学到更多相关知识。分组作业、实验和课程设计也有效地避免了学生之间的抄袭，增加了学生之间交流的机会，也在无形中锻炼了他们的团队合作能力。

加大了培養人才力度。以“案例”为载体来组织教学，使学生的学习过程充满挑战性和实用性，对以后的工作也有很大的帮助。国内最早引入CDIO理念的是汕头大学，随后其他高校也逐步导入CDIO理念，并运用在不同的课程中均取得了良好的教学成果。CDIO提供的集成学习可以开发深度学习技术同时发展个人技能，让学生接触到产品和过程中行业的工作环境[11]，提高了学生的实践技能、分析和解决问题的实践能力，更提高了就业能力。相关数据显示CDIO模式培养的学生深受社会与企业的欢迎，也对新的工作环境有更快的适应力，社会对高等教育的要求开始不断变化，各机构已经开始实施学习实验室，学习新的技术和方法[12]。

教师能力的提升。根据近些年的教学反馈，该课程实施成效显著，达到了师生共同进步。课堂上不断更新和讨论的案例会促使老师不断学习新知识，丰富自身的学术知识，同时也可探索更好的授课方式，进一步取得相关领域的科学研究成果，提高个人能力和论文水平。引入CDIO教育理念的物流运筹学会大大提升学生学习兴趣，越来越多的学生在考研时选择运筹学，而且成绩也明显提升，各类竞赛荣誉层出不穷，进一步提高了对老师的教学能力要求，在良好的改革形势下，双向的努力能够有效的达到师生共同进步。

参考文献：

[1] 冯中毅，任志国. CDIO理念下《面向对象程序设计》教学改革研究[J]. 科技视界，2016（16）：167，187.

[2] 刘进. 基于CDIO理念的独立学院“物流信息系统”课程教学改革[J]. 宁波教育学院学报，2019，21（4）：5-8.

[3] 周蓉，沈维蕾，王雁. 基于CDIO理念的设施规划与物流分析课程教学改革[J]. 物流技术，2018，37（3）：155-160.

[4] 余发军，王双红，林漫漫. 基于CDIO理念的物联网课程教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索，2020，39（12）：194-197，202.

[5] 武科. 基于CDIO理念的土木工程专业工民建课程体系教改思考[J]. 教育教学论坛，2020（43）：209-210.

[6] 李源源. CDIO工程教育模式的实施策略研究[D]. 大连：大连理工大学（硕士学位论文），2018.

[7]  Woschank M， Pacher Corina. Program Planning in the Context of Industrial Logistics Engineering Education[J]. Procedia Manufacturing， 2020，51：1819-1824.

[8] 王伟，李晓莉，黄照旺，等. 物流类专业《运筹学与最优化方法》课程案例教学改革研究[J]. 物流科技，2021，44（4）：174-176.

[9]  Chen Guohua， Li Xiaofeng， Zhang Xinyu， et al. Developing a talent training model related to chemical process safety based on interdisciplinary education in China[J]. Education for Chemical Engineers， 2021，34：115-126.

[10]  Power Jason， Tanner David， Ryan Alan， et al. Developing CDIO Practitioners： A Systematic Approach to Standard 10[J]. Procedia Manufacturing， 2019，38：680-685.

[11]  Sushma Kulkarni， Sachin Patil， Rajendra Pawar. Adoption of the Conceive-Design-Implement-Operate approach to the Third Year Project in a team-based design-build environment[J]. Procedia Computer Science， 2020，172：559-567.

[12]  Woschank M， Pacher Corina. A Holistic Didactical Approach for Industrial Logistics Engineering Education in the LOGILAB at the Montanuniversitaet Leoben[J]. Procedia Manufacturing， 2020，51：1814-1818.