基于成果导向的运筹学课程教学改革

吴开信　史秀红　王文宪　吕秋霞

摘  要：针对传统教学模式存在的不足，以运筹学课程为例，基于成果导向（0BE）对课程教学进行改革和实践，提出利用科研成果深度反哺课堂教学、根据教学内容和学情分析选择合适的教学实施策略以及能力指标全要素、全过程、全方位的评价方法。改革后的课程教学模式，有利于培养学生形成以探索、研究为本的学习意识，提高自主学习能力以及创新能力，为应用型本科课程教育实践提供建设思路。

关键词：成果导向教育;运筹学; 课程重构;教学策略

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）05-0153-05

Abstract： The reform and practice in the teaching of Operational Research course based on the OBE idea is proposed with the aim of shortcomings of the traditional teaching mode. The content of the three aspects have been mainly proposed，including the depth feedback of scientific research in the teaching， choosing the appropriate teaching strategies based on the analysis of the teaching contents and better understanding of the students， and comprehensive evaluation method consisting of the whole capability index， the learning process， etc. It can be seen the new teaching mode is beneficial to develop the consciousness of study， improve students' self-study ability and creativity. The study provides construction ideas for application-oriented undergraduate course education practice.

Keywords： outcomes-based education; Operational Research; curriculum reconstruction; teaching strategies

一、运筹学课程在应用型本科教学中存在的问题

OBE教育理念（Outcomes-Based Education，OBE）是一种基于学习产出的教育理念，其主要解决教学过程中的四个问题：期待学生学习和掌握什么？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[1]？OBE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，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[2]。

运筹学是管理类专业核心课程，主要讲解如何运用定量分析的方法改善或优化现有系统的效率，旨在培养学生掌握各类数学模型中所包含的优化决策思想，通过系统分析、科学建模、算法设计和结论分析等方式，解决现代工程技术、运营管理和经济管理等领域的复杂工程问题，为管理决策提供科学依据[3]。

近年来，围绕“专业质量提升工程”进行高质量的课程建设在国内部分高校相继开展，交通工程（轨道交通运营管理）专业作为我校面向轨道行业开办的应用型本科专业，以“粤港澳大湾区轨道交通建设热潮的背后，如何做好智能化时代下的运营管理工作”作为专业培养目标的切入点，致力于为轨道交通的安全高效运行培养指挥与管理方面的高级技术人才。新版人才培养方案中各课程教学大纲的制定紧跟时代步伐，坚持以培养学生能力为导向，以学生发展为中心，以有效提高课程的高阶性、创新性和挑战度为标准，深入推进课程内容、教学模式和评价方法改革，有效解决人才培养中长期存在的课程与教学问题。运筹学课程教学改革主要涉及课程目标定位、教学内容设计、教学方法改革和教学资源建设等多方面内容[4-5]，目前我校在改革方面虽然取得了一定的成效，但本专业该课程教学仍存在许多不足之处，并带有一定的普遍性。

（一）课程目标及能力要求还需细化

OBE教育理念注重应用和实践能力培养，强调课程与人才培养目标之间的支撑关系，在教育实施过程中突出专业教育产出、学生学习产出和课程教学目标产出。但从我院本科毕业设计（论文）来看，学生对该课程知识的掌握大多依然停留在记忆和理解的低阶阶段，距离对知识的应用及创新尚有一段路程，课程重理论轻实践，主要表现在课程学完之后，学生知识可能学了很多，却不知道如何去用。

（二）教学内容需重新构建

OBE注重成果的实用性，其按照“专业人才培养目标-目标内涵分解-预期学习结果-教学内容选择”的逻辑顺序展开。运筹学主要培养学生的探索精神，提高解决实际问题的能力，但目前该课程在内容知识结构上具有普适性，教学内容强调公式推导、定理证明和求解過程，缺乏与本专业知识的有机融合，学科前沿的新理念、新内容、新方法和新技术得不到体现，更没有做到科教融合、产教融合和跨学科融合，过于追求内容的深度而缺乏应用的广度，实际案例教学较少，这对应用型本科院校显然是不适合的。

（三）教学模式亟需改革

OBE强调“以学生为中心、以学习为中心”的特征，学生是信息加工的主体，是知识意义的主动建构者;教师是学生学习的组织指导者和知识建构的帮助者。但是在实际教学过程中教和学的关系却不能相辅相成、互相促进，主要体现在：其一，教师缺乏对学情的了解，学生的学习动机、学习特点、思维方式和基础情况等研究的不够深入;其二，教学方法还是以讲授法为主，“满堂灌”的讲授方式使学生对所授知识只是被动接受，缺乏思考的时间和空间，探究式教学、案例教学、自主学习和线上线下混合式教学等新的教学理念实际应用较少，由于该教学内容有一定的难度，基础不好的同学容易对该课程失去兴趣;其三，微课、慕课和雨课堂等信息化资源平台不能很好地利用;其四，无论从知识本身还是汲取的过程，学生缺乏主动、深度、高阶学习，以学生为中心的理念贯彻的不够深入。

（四）教学评价急需改进

OBE的教学评价及时衡量学生学习结果的达标程度，强调过程性评价，而传统的教学评价只能判定学生对所传授知识最终的获取程度，模式上较为单一。教学评价中出现的问题主要：没有构建既注重学生的学习过程评价又关注其学习效果评价的综合考核评价体系;评价内容没有体现多元化;课程教学目标与考核环节缺少对应关系;课程成绩的评定缺乏激励与反馈功能，不能持续有效地促进学生学习，特别是引导学生进入深层次学习。

二、基于OBE理念的课程改革有效途径

基于解决专业上的复杂工程问题所应具备的素质和能力修订教学大纲，融入学科发展前沿于课程教学内容之中、加强信息技术与教育教学方法的深度融合、考核由知识考核向能力考核，终结性考核向过程性考核转变是课改探索过程中的有效捷径。

我校将质量提升工程贯彻落实到课程层面，教师紧紧围绕“课程教学要达到什么目标”“我们如何帮助学生达到这些目标”“我们如何知道学生已经取得了哪些成果”三个问题开展教学改革和研究工作。兴趣是最好的导师，遵循教育规律是提高教育质量的前提，而坚持目标导向才不会迷失培养的方向。通过合理定位课程目标，基于人本主义教学观激发学生学习兴趣、基于建构主义学习观培养学生学习能力、基于成果导向的全面发展观提高学生综合利用基础理论解决复杂工程问题的能力。力求真正实现以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学生学习效果为中心。通过创建良好的教学环境、结合专业特点重构教学内容、设计信息化条件下合适的教学方法，引导学生进行有效学习，并利用合理的教学评价方法，适时掌握学生的学习成效，使得学生自主学习能力、创新能力得到明显提升。尤其要指出的是，在运筹学的教学改革中，需结合课程的特点，对探索和研究思维的培养要特别予以关注，这可使大学生养成良好的思维习惯，并能在实践中开拓视野，增长见识，达到培养人才的目的，这样的培养方式对踏出校门的学生如何应对工作和社会生活提供基础的实践。

三、基于OBE理念的课程建设内容

真正意义上的教学是在认识个体成长规律、教育发展规律，乃至理解教育真谛之上的创新实践。针对传统教学的不足，在前期教学实践的基础上，基于OBE理念对运筹学进行课程再造，通过构建新型的教与学模式，实施面向产出的课程教学，使教学内容更易于学生的学习和理解，教学过程更能激发学生学习的活力和动力。具体来说，即以新思维、新方法和新手段结合学科前沿，对课程内容进行优选和改编，对课程教学方法借助于新型教学手段进行优化设计和实施，对学生知识掌握程度进行及时跟踪、评价和反馈，使课程展现出更宽广的视野、更丰富的内涵以及更有特色的内容体系，这对切实提升本专业人才培养质量具有重要的实践价值。具体实施过程包括以下几个方面：

（一）修订教学大纲，确定课程目标

围绕专业人才培养方案，修订教学大纲。坚持成果导向，将课程教学改革与学生的专业能力培养、综合素质提升紧密结合，也使以能力为导向的课程反向教学设计有据可依。

（二）做深度的学情分析

教学团队深入到学生中间（包括往届已毕业的学生），采取问卷星网络调查、座谈会等形式对学生的学习动机、前期课程掌握程度、学习特性、获取资料方式及难易程度和期待目标等作全面了解，基于SPSS软件对采集数据进行定量分析;将学生该课程应达到的能力划分为学习能力、思维能力和工作能力等，并确定指标的具体内涵。

（三）对教学内容进行重构，注重科研与教学融合、基本理论与专业应用结合

教师不能用昨天的知识教育今天的学生去适应明天的社会，教学团队根据本专业特点，按应用型人才培养要求所涉及的运筹学相关知识点，对通用教材进行取舍和改编，按理论体系专题化，实现基本理论体系间的横向迁移以及工程应用与基础理论的纵向贯通;在每个教学专题中，强调掌握基础理论的同时，充分利用在科研方面取得的成果深度反哺教学，将实际工程问题进行案例转化、算法设计、仿真实验和协同创新，使学生“知其然也知其所以然”，培养学生积极应对并解决工程问题的意识和能力，为以后快速适用岗位需求奠定坚实基础。

（四）教学环境的创设，为教师的“教”和学生的“学”创建一个多维度教学平台

教学环境建设是能否取得良好改革效果的关键，主要包括以下几个方面：1. 突破一门课程、一本教材的固定思维，充分利用互联网获取本课程及其最新工程应用的网络资源;2. 立体化教材建设（课程团队可根据成员的科研成果结合教学大纲联合进行编制，对案例背景、习题答案和数学实验结果等可以以二维码形式附后，便于学生的自主学习）;3. 自主实验条件建设（开放学校数学建模实验室，配备如Cplex、Gurobi等各類较为前沿的商业版（或学生版）优化求解软件，以利于课后数学实验的顺利开展）;4. 建立QQ群或微信群，便于和学生及时进行沟通（发布课程预习题、布置作业、提交作业和课程交流等）;5. 充分利用雨课堂、超星等辅助教学平台，使信息化条件下的课堂效率得以显著提升。

（五）以能力目标为导向，根据教学内容和学情分析，优化教学策略

“教学无法、教无定法、贵在得法”，教学过程中要加强信息技术与教学的深度融合，根据教学内容采取适宜的教学模式，调动学生二类课堂学习的参与度，积极引导学生深度学习。在内容方面，根据所授知识点难易程度按阶分为基础知识的学习和掌握（概念、定理、原理和模型特征及算法设计等）、技能的训练（数学建模、实际工程应用及结论分析等）、情感态度价值观的培养;在学情方面，了解学生是培养学生的前提，同一班级学生的基础水平、学习能力也可能有明显差异;其次，现代大学生的学习动机、学习资源资源获取方式等和以往有着显著不同。采取合理的教学模式和灵活的教学策略是达到良好教学效果的关键。因此，需根据教学内容和学情，充分利用教学平台和教学资源，灵活采用自主学习式、探究式[6-7]、“传递-接受”式[8]和混合式学习等多种教学模式。各类教学模式中师生各自所扮演的角色等可参考表1、图1、图2。

基于自主学习的教学模式主要用于基础理论内容及数学实验部分，如线性规划定义、参数灵敏度分析等内容，其强调“课前深度自主学习，课上充分集中研讨、课后复习巩固训练”的教学模式，变教材为剧本，变课堂为舞台，极大促进学生学习能力、思维能力与工作能力的提高。

结合真实案例的数学建模过程及算法设计可采用基于探究式的教学模式，如城市轨道交通运营管理中的排班计划问题、列车运行图编制问题等，具体过程如图1所示，课堂包含创造情境、啟发思考、探究交流、总结提高几个过程，可利用前期资源建设中就关键知识点制作的微课，课前指导学生进行学习，以便学生在课中探讨问题时有一定的基础，也有利于教师把握课堂的节奏。

“传递-接受”教学模式适用于教材重点、难点部分内容，学生基于现有的知识贮备和理解能力进行自学难以把握，例如图论最短路问题中的Dijkstra算法设计、动态规划的基本原理等， 教师可利用背景知识激发学生兴趣，把深奥的知识通俗化等教学策略，让抽象的理论学习变为“看得着”和“摸得着”的受问题驱动的实验研究，这样对学生具有很大吸引力，也易于理解和掌握。

为了追求教学效果，也可考虑按基础强弱及自愿原则分成小班进行教学，探索兼顾优秀学生与普通学生的分层教学方案。

（六）教学评价创新，对学生学习成果进行全要素、全过程、全方位学习目标达成度评价

由于环境的变化（如慕课、精品开放课等优质教育资源的普及等）和学生的学习习惯、态度和方式的变化（如知识获取的碎片化、价值取向多元化、信息来源丰富化等），过往只对学生进行终结性评价显然有失公允。需要合理设计过程性评价的指标体系、表现形式及权重分配问题，其目的在于便于在教学过程中及时了解学生的学习情况、发现教和学中的问题并适时进行调整。

实现课程过程性评价，使质量监控的过程形成闭环，结果得以及时反馈。首先，设计学习目标达成度评价指标体系：将学习能力、思维能力和工作能力的考核等一级指标进一步细化，与具体的考核内容或体现形式等结合起来，并赋予一定的权重，例如：可将工作能力划分为口头表达、书面表达（PPT制作、作业情况等）、领导力和团队协作能力，其中口头表达体现在表述的条理性、准确性和感染力，权重设为0.05等;其次，将学习的时间划分为第一课堂（课上）和第二课堂（课后），充分利用雨课堂、课程网站和手机微助教等学习平台以及作业批改、章节测试等成绩记录，对学生两类课堂中学生的学习数据、课堂表现和课后作业质量等全程跟踪;最后，对获取的定性、定量基础数据进行预处理，再基于SPSS软件及模糊综合评判法进行全要素、全过程、全方位评价，通过能力评分实现对学生综合能力的评估和个性化评价，让学生对自己成长过程的优缺点及发展潜力有着深刻的认识。另外，通过对教学过程和教学效果进行跟踪评价和及时反馈，教师可总结教学活动中的经验和不足，以期对存在的问题提出持续改进的措施。

四、结束语

从OBE理念视角探讨运筹学课程教学改革的具体实施办法，提出利用科研成果深度反哺课堂教学，将实际工程问题转化为课堂案例，并强调基础理论的综合应用，根据学情分析和教学内容，选择合适的教学实施策

基金项目：广东省高等教育教学改革项目“基于OBE理念的《运筹学》课程教学实施与质量评价体系构建”（GDJX2020023）;江门市基础与理论科学研究类科技计划项目“城市轨道交通停站方案与客流控制协同优化研究”（2019030101590008821）;江门市基础与理论科学研究类科技计划项目“基于客流动态估计的城轨高峰期路网协同限流组织优化”（2020030100840005270）;五邑大学本科教学质量与教学改革工程建设项目“基于‘项目驱动——案例教学’的《交通运输统计分析》课程教学探索”（JX2018031）

作者简介：吴开信（1972-），男，汉族，安徽合肥人，博士，讲师，研究方向为交通运输规划与管理、优化与控制。