校园防疫案例融入运筹学思政教学中的设计与探索

何红弟, 卢丹妮, 徐思晴

(上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240)

0 引 言

2020年6月,教育部发布了《高等学校课程思政建设指导纲要》.纲要明确要求专业课必须跟思政课一样,加强立德树人的作用.这为专业课的思政教学指明了方向[1].运筹学是以最优化理论与方法为教学重点,旨在提升学生解决实际问题的能力、培养德才兼备的应用型创新人才[2-3],和其他理工科的课程一样,运筹学课程所体现的科学精神与人文精神的融合是实现思政教育的重要载体.对运筹学课程中的思政元素进行深度挖掘,通过研究和设计,将思政案例自然地加入运筹学课堂,可以潜移默化地引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观,培养出既有专业素养,又有家国情怀,有强烈社会责任感、美好道德情操、深厚人文底蕴的社会主义建设者和接班人.

从2022年3月9日开始,上海交通大学根据国家和上海市疫情防控要求,全校实行闭环管理.学校封校,宿舍封楼,全校师生只进不出.与社区疫情防控有所不同,校园防疫中全体师生的衣食住行都是集中进行,学生间的接触频率远远高于社区居民间的接触频率.此外,学校闭环管理期间学生人数高达3万,人口基数庞大.作为全国首个面临如此大规模防疫的高校,没有以往的经验可以借鉴,其面临的挑战前所未有,例如制定全校3万师生一日三餐配送方案的挑战,以及制定安全高效核酸检测方案的挑战等.在面对诸多挑战的情况下,上海交通大学仍齐心协力共克时艰,最终校园内的疫情也得到了有效控制.在此过程中,校园内涌现出不少典型防疫案例,凝聚了上海交通大学的防疫智慧.本文充分考虑校园防疫中的典型案例,对运筹学课程中的思政教学内容进行设计和探索,不仅让学生对运筹学课程产生浓厚的兴趣,同时引导并教会学生树立正确的价值观、人生观和世界观.

1 运筹学课程融入思政教学的必要性

运筹学是一门高度抽象的课程,其内容涵盖线性规划、目标规划、整数规划、非线性规划、动态规划、图与网络,以及排队论等内容[4].不同于理解性、记忆性的课程,运筹学的难度较大,它较多使用数学公式、符号等形式来进行语言表达,这对学生的逻辑推理、建模能力以及计算能力等有较高要求.有些学生对运筹学的理解还停留在中国古代兵法的“运筹帷幄”,认为运筹学十分神秘又遥远,因此对运筹学课程学习缺乏兴趣,运筹学也被学生戏称为“晕愁学”,即学习时 “晕”,考试时 “愁”.这也从侧面反映出许多学生认为运筹学难学,因此产生畏难心理,对这门课程的学习积极性不高.一项2020年的问卷调查调研了学生在运筹学学习过程中的问题,学生在学习过程中,很容易出现跟不上进度的问题,进而产生抵触心理[5].

与此同时,运筹学作为一门典型的自然科学课程,其众多的教学内容中蕴藏着丰富的思政元素.例如,中国传统故事田忌赛马、孙子兵法等都蕴含着运筹学的思想谋略,通过在课堂中讲述这些中国故事,能增强学生的民族自信心和自豪感;将与学生生活环境和社会热点紧密相关的实际问题抽象成线性规划问题,并求解出最优方案,可以激发学生的学习兴趣;运筹学单纯形法中的对偶问题和影子价格问题蕴含着辩证唯物主义的深刻思想,灵敏度分析问题也与量变质变规律的核心思想一致,将运筹学与哲学思想相结合,可以培养学生的辩证思维和哲学精神[3-5].总之,运筹学所体现的科学精神与人文精神的融合是实现思政教育的重要载体,可以很好地缓解学生心里对运筹学的畏惧,进而激发学生学习运筹学的兴趣.

运筹学课程是上海交通大学交通运输专业的基础必修课.根据学校交通运输本科专业的培养计划方案,该课程是衔接大学本科基础课程与专业课程的“桥梁”和“纽带”,是学习后续专业课程和未来发展的重要基础.此外,运筹学作为学生考取研究生的必考科目,其学科重要性毋庸置疑.运筹学课程思政教育的目标不仅是使学生掌握运筹学整体优化的思想,使学生能够运用这些知识在交通运输学科及行业领域稳稳立足,更要培养学生的精神品德,让学生成为具有追求卓越、刻苦务实的精神、具有国际视野和家国情怀、能够担当起新时代使命的社会主义接班人.这与上海交通大学“价值引领、知识探究、能力建设、人格养成”的“四位一体”人才培养理念完全吻合.

2 防疫案例融入运筹学课堂教学

思政教育融入进教学过程并非简单的将二者进行拼接,而是需要找准合适的防疫案例作为切入点,将思政与课程教学进行恰当的融合,否则很容易造成思政教育与专业知识两边都教不好的局面[5].在上海交通大学本次防疫过程中,涌现出很多感人的事迹.通过分析发现,这些都与运筹学课程的教学内容密切相关,具体包括:

2.1 防疫案例中的运输问题

运筹学中的运输问题是一类具有特殊结构的线性规划问题,一般指经济建设中的大宗物资调运问题.大宗物资一般指可进入流通领域但非零售环节,具有商品属性的,用于工农业生产与消费使用的大批量买卖的物质商品,如钢铁、砂石、农产品等,这些物资有若干个生产基地分布在全国,而其消费市场却遍布全国各地.作为这些物资的生产企业,他们关心的是如何采用最合理的运输方案,在使总运费达到最小的条件下,将这些物资从生产基地运输到各消费地点.

上海交通大学校园闭环管理期间,也存在类似的运输问题.例如,由于部分学生核酸异常,学校严格限制学生走动,要求全部学生停留在宿舍.另一方面,按照疫情防控要求,学校限制校内外人员流动,明确规定全校师生只进不出,这就导致校外的后勤人员无法进入校园.在这种特殊情况下,校内后勤及留校教师需要担负起全校学生的餐饮配送服务.这也就意味着,每次学生用餐前,学校后勤和留校教师需要从学校五个食堂,将打包好的盒饭运输到全校95栋学生公寓.上述情景恰是典型的运筹学中的运输问题.通过类比,该问题可以提炼为一个运输问题,如图1所示.疫情下,上海交通大学校园里3万人的一日三餐需要配送,在有限的人力、物力约束下,如何制定最优的运输方案正是运筹学运输问题需要解决的.

图1 防疫案例中的运输问题

2.2 防疫案例中的背包问题

运筹学中的背包问题是一种组合优化的非确定性多项式(Non-deterministic Polynomial,简称NP)完全问题,其背景是指一位旅行者携带背包去登山,他有一系列不同价值的旅行用品可以选择携带,但是由于体力等问题,他所能携带物品的总重量是有限制的.背包问题是指在背包总重量限定的约束下,背包主人该如何选择携带物品,才能使得背包中物品的总价值最高.由于背包等同于车、船、人造卫星等工具的最优装载,因此具有广泛的实际意义.

上海交通大学防疫期间,由于学生隔离在宿舍,学校食堂需要点对点为学生配送盒饭.由于人力不足,部分教师驾驶私家车进行盒饭配送.在进行盒饭配送过程中,由于后备箱空间的限制,导致盒饭的装载方式需要反复斟酌.那么在有限的空间约束下,该如何制定最优的装载方案就是一个有约束的装箱问题.通过类比,该问题可以提炼为运筹学中的背包问题,如图2所示.

图2 防疫案例中的背包问题

上海交通大学教授志愿者在配送完成后,对其进行总结:“对于私家小轿车的极限容量是2.53立方,按照每个盒饭及间隙为0.0025立方计算,理论最大装盒量是1012份,考虑车厢四周的不规则约束,加上前倾至驾驶舱的风险代价,结合道路减速带等不确定性干扰,最大装盒量应该是理论最大值的80%,即810份”.除此之外,校园防疫中自动驾驶车辆拖车箱的装载问题、校园小三轮的车厢装载问题等,都是运筹学中的背包问题.

2.3 防疫案例中的组合优化问题

在校园疫情流调过程中,全校3万师生都要进行全员核酸检测.而在核酸检测采样过程中,学校制定的策略是采取10人混检或20人混检,而不是1人一检.其背后的原理是基于大规模采样所做出的最优策略.

以10人混检为例,该策略是将采集自10个人的拭子样本集合于1个采集管中进行核酸检测,检测中一旦发现阳性,会立即通知相关部门对该“混采管”的10个受检者,额外进行1人一检,进而确定这10个人当中到底哪一个是阳性;如果检测结果是阴性,意味着这10份样本全部都是阴性.这种策略可以最大限度地提高检测效率.事实上,“混采检测”是公共卫生领域采样常用的方法,在传统的血液检测中,该方法可以提高效率以及节省资源.2020年,国家卫健委发布《新冠病毒核酸10合1混采检测技术规范》的通知,明确提出1人一检适合于高风险人群或者发热、可疑人群的检测,混检适合于低风险人群的检测,且更适用于大规模人群核酸筛查工作.而上海交通大学每次针对3万师生的核酸检测,前期可疑人群的筛查采用的是10人混检,后期低风险排查采用的是20人混检,可以大幅提高检测效率.这种策略的选择利用的是运筹学中的组合优化问题,如图3所示.

图3 防疫案例中的组合优化问题

3 防疫案例融入运筹学课堂的效果评估

3.1 作业评估

作业环节除了呼应教学内容外,还可以有所拓展,正所谓讲一练二.针对课堂引入校园疫情案例,设计的课后作业是“结合课堂所学,独立思考,总结1-2例疫情期间利用运筹学优化的案例”.布置该作业的目的是一方面希望学生能独立思考,学以致用,对运筹学产生兴趣.另一方面希望学生在思考中通过代入感参与到抗疫一线,对抗疫一线的师生及其他工作人员产生感恩和敬意,也对抗疫胜利充满信心.与以往很多学生在临近截止日期时提交作业有所不同,这次同学们很快便提交了自己的答案,部分学生更是在1小时内就完成了作业.从作业成果来看(如图4所示),很多学生对此都进行了深入的思考,从校园抗疫过程中发现了很多运筹学优化的案例,作业完成质量远远超出预期.

图4 校园疫情案例作业

3.2 问卷调查评估

同时,针对校园疫情案例融入课堂,通过问卷调查对其效果进行评估.本次问卷调查共收到18份有效问卷,通过分析,结论如下:

校园疫情案例融入课堂教学获得了大部分学生的认可.关于该教学方式,问卷调查发现38.9%的学生对此非常认可,33.3%的学生对此比较认可,两者累计达72.2%,如图5所示.这说明绝大多数的学生对校园案例融入课堂教学是接受的,他们乐意在课堂上增加校园疫情的教学案例.但是,也有27.8%的学生对此无所谓,他们认为课堂中增加校园疫情案例不会影响他们的课堂学习.值得注意的是,没有人觉得课堂增加校园疫情案例很突兀,也就意味着学生对此并不排斥.

图5 校园疫情案例融入课堂教学的认可度(单选)

此外,针对学生从校园疫情案例融入课堂教学中,具体得到哪些收获,也进行了问卷调查.关于这种教学方式能否帮助他们认识到运筹学可以解决实际问题,89.9%的学生表示认同,如图6所示.这可能与案例的选择有关,这些案例来自于学生身边的人和事,他们都感同身受,有非常直观的认识.关于这种教学方式能否提升他们对运筹学课程的兴趣,33.3%的学生表示认同.产生兴趣是一个过程,需要一段时间,一两次的案例教学无法达到立竿见影的效果.关于这种教学方式能否帮助他们了校园的有关防疫信息、增强校园防疫成功的信心,33.3%的学生表示认同.案例教学的初衷是增强他们对专业知识的理解,普及校园防疫政策和增强学生防疫信心是课堂教学的副产品.这也从侧面验证了专业课程进行思政教学达到了润物细无声的效果.

综上所述,从学生角度来看,校园疫情案例融入课堂教学是非常成功的.这种教学方式不仅获得学生的普遍认可,也让他们认识到运筹学课程的价值,并对运筹学产生兴趣.此外,在专业知识的讲解中,疫情案例教学也给学生普及了校园防疫的政策、提升了学生对校园防疫必胜的信心.

4 思政教育潜入防疫案例课堂教学

在运筹学课堂上,教学课件融入了大量的防疫案例.这些防疫案例蕴含了志愿者的奉献精神、科学家的探究精神、命运共同体精神等,在教学过程中潜移默化地影响学生,实现了专业知识教学与思政教育的深层次融合.具体体现在以下几方面:

4.1 防疫案例融入志愿者的事迹,培养学生的社会责任感和奉献精神

将防疫案例融入课堂教学中,课堂教学讲义在讲授专业知识的同时,也含有一系列志愿者的事迹.例如,在每次3万人的核酸检测中,全校师生踊跃报名,争当志愿者,保障核酸过程中的信息登记、人群引导、秩序维持等;在每天3万人的盒饭配送中,教师志愿者驾驶私家车,进行一日三餐的运输.此外,校园闭环管理期间,陆续有思政辅导员、机关行政人员、教师等逆行返回学校,为留校学生服务.截至3月15日校园闭环管理一周之际,校园里的老师志愿者已逾千名.总之,校园防疫过程中,学校涌现出来一大批师生志愿者,默默奉献,为学生树立起了精神标杆.“少年强则国强,少年智则国智,少年富则国富,少年独立则国独立,少年自由则国自由,少年进步则国进步,少年胜于欧洲,则国胜于欧洲,少年雄于地球,则国雄于地球”,通过在课堂中讲述志愿者的故事,传递奉献精神.让学生们成长为负责任、有担当、讲奉献的新一代青年.

疫情期间的防疫事迹充分体现了志愿者无私奉献和勇于担当的精神,这些都对青年学生的成长进步有重要的引导和激励作用,是青年学生成长成才的引路标.青年学生成长为具有不怕困难,迎难而上的品质、主动肩负时代重任的责任心、能为实现祖国伟大复兴中国梦贡献力量的新时代青年,离不开类似防疫精神这类正能量的熏陶.因此紧跟时事,在高校进行防疫精神相关教育十分紧迫且重要.为此必须坚持科学性、适度性与艺术性相结合,理论与实际相结合的原则,力求思政教育达到预期效果[6].

4.2 防疫案例融入科学家的故事,激发学生的探究精神

课堂教学讲义中含有大量教师志愿者的事迹,他们将自身的专业知识应用于防疫过程中,涌现出大量的“硬核”防疫事迹.例如,一些教师志愿者利用运筹优化的思想对盒饭的配送路线、车厢的装载配置、核酸检测的流程等进行优化;一些教师志愿者利用无人驾驶车对盒饭进行配送;一些教师志愿者利用无人机对特殊学生群体进行盒饭配送.这些防疫模式与社区防疫模式完全不同.社区防疫往往从管理角度对社区的防疫进行管理.而校园防疫中,众多教师志愿者利用自身的专业知识,通过管理和科学技术的融合,不断提高和优化校园的防疫效果,这充分体现出上海交通大学师生的探究精神.通过案例的讲解,学生也会感同身受,积极思考疫情中的运筹优化、自动驾驶安全等问题,不断探索身边的案例,培养其发现问题、解决问题的能力.这些案例模块都联系生活,贴近生活,避免空洞抽象的说教,也避免为了思政而思政[8].总之,运筹学课程把校园防疫案例引入课堂,达到润物无声的效果,让学生潜移默化受到探究精神的熏陶,使其在具有探究精神的校园防疫氛围里,不断遨游书海,探索新知识,激发其对运筹学的热爱.

4.3 防疫案例融入日常生活的故事,培养学生人类命运共同体的世界观精神

课堂教学中的防疫案例,很多来自于学生身边的人和事,有利于让学生感同身受.校园防疫不是一个人一个学院的事情,而是需要全体师生的共同努力.在校园防疫中,每个人都没有退缩,更没有选择独善其身,所有人都在尽自己的努力去守卫这个曾经充满欢声笑语的校园.一方有难,八方支援,老师们积极主动地贡献自己的防疫智慧,运筹优化知识深入后勤方方面面,大巴车、无人驾驶小车等硬核送餐工具上线;上海交通大学校友们心系母校,饮水思源,为学校捐献防疫物资;上海交通大学医学院附属瑞金医院更是派出大量医护人员支援上海交通大学,为上海交通大学筑牢安全屏障.同学们通过课堂看到这些校园防疫案例,深受感动,备受鼓舞.校园疫情凸显校园师生健康与共,校园防疫使人类命运共同体理念的深刻意义愈发彰显.通过在课堂,向学生们展示校园防疫案例,以小见大,进而向同学们传递人类命运共同体的世界观精神,让同学们从关心身边的小事做起,再到关心国家大事,进而为世界人民谋幸福.

5 结 论

本文基于运筹学课程的思政教学特点,将校园疫情下的典型防疫案例融入到运筹学专业知识的课堂教学中.这些防疫案例蕴含了志愿者的奉献精神、科学家的探究精神、人类命运共同体精神等,实现了专业知识教学与思政教育的深层次融合.这是校园防疫背景下运筹学思政教学内容的一次尝试,也是运筹学思政教育新模式的探索.总之,将校园疫情思政元素充分融入运筹学教学课堂,不仅能使这门理论性课程的趣味性大大提升,激发学生的求知欲,还可以坚定学生抗疫必胜的信念,让学生树立正确的世界观、人生观、价值观.运筹学思政教育并非一蹴而就,它需要进行长期的尝试与优化,做到与时俱进,是一项有长期性、系统综合性、专业性、创新性的工程.在今后的教学中,运筹学思政教学应以学生为中心,挖掘学生身边发生的人和事,并将其融入到教学过程中,达到润物细无声的效果,实现专业知识教学与思政教育的深层次融合.

致谢作者非常感谢相关文献对本文的启发以及审稿专家提出的宝贵意见.