【工业工程的运筹学教学创新】 工业工程与运筹学

工业工程的运筹学教学创新

一、开设“运筹学”课程的必要性 IE是一门技术科学与管理科学相结合的新兴交叉学科， 源于19世纪末、20世纪初美国泰勒（F.W.Taylor）的科学管 理活动，迄今已有一个世纪的历史。IE是对由人员、物料、 设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施 的工程技术。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专 门知识与技术，结合工程分析和设计的原理和方法，对上述 系统可能取得的成果予以确定、预测和评价［2］。

运筹学诞生于第二次世界大战期间，其在解决军事方案 选择问题中发挥了重要的作用。二战后，人们发现企业生产 决策与战役决策有极大的相似之处，因此很多学者将运筹学 运用到IE中来，成为了IE的理论基础之一，使IE取得了重大 发展。运筹学中的数学规划、网络计划、博弈论、排队论、存储论等理论和方法，可以用来描述、分析和设计多种不同 类型的以经济管理中实际问题为背景的运行系统，以寻求最 优结果。实践证明，运筹学在企业管理、国民经济发展等方 面发挥了巨大作用，作为管理科学与工程一级学科下的工业 工程专业有必要对运筹学课程进行系统的学习。

二、教学现状及存在的问题 在课程教学中，可通过教授、自学、复习、作业练习、 辅导等教学环节，使学生掌握“运筹学”各主要分支的基本 概念、数学模型及其求解方法，掌握运筹学整体优化的思想 和若干定量分析的优化技术。并结合工业工程的特点，理解 各种方法的特点和实用价值，注重在实际应用中建立模型， 提高建立模型、分析求解能力和技巧。目前“运筹学”课程 的教学主要存在以下几个方面的问题。

（一）偏重理论推导，应用和实践较少 “运筹学”是一门数学思想较浓厚的课程，涉及到较多 算法的定义、原理和繁琐的理论推导过程，使得一些老师把 大量精力投入到对定义的解释、定理的推导和手工演算的教 学中，对于实际的应用只简单地讲解一些案例，导致学生对 运筹学产生认识误区，并且只会计算，面对实际问题则束手 无策。一部分学生还由于过繁的理论演算对运筹学产生了畏 惧心理，并最终失去了学习兴趣。

（二）与后续专业课脱节 一些院校在设置工业工程专业课程体系时,一般是在基础IE、人因工程等专业课基础上,再拼合传统的经济管理课 程和机械类课程，使得许多课程简单堆砌,缺乏紧密配合。

“运筹学”的教学也常常出现这种情况。教师往往按照课时 安排，在经济管理方向的传统讲授章节中选择较为熟悉的内 容授课，较少考虑该课程与后续课程的内在联系，与相关专 业课严重脱节。

（三）教学方法和评价手段单一 目前“运筹学”课程的教学方法采用的是传统的“填鸭 式”，一支粉笔，一块黑板，教师在黑板上推导，学生在下 面做笔记，平铺直叙，较少结合案例，教师和学生之间缺少 交流。此外黑板上推导的时间较长，教学过于繁琐，不仅大 大影响教学进度，还使课程变得枯燥无味，晦涩难懂，学生 失去了学习的积极性。“运筹学”课程的评价方法采用传统 的闭卷考试的方式，考查要点大多集中在重点章节的重点方 法的计算上，考查范围不够全面，并且过多地强调方法计算， 无法体现学生解决实际问题的能力。

三、“运筹学”课程教学模式探讨 针对上述“运筹学”课程教学过程中存在的主要问题， 结合工业工程学科的特点和该专业学生的实际情况，对“运 筹学”课程教学模式进行了初步探索。教学内容要淡化数学 证明，强调各种方法的应用，同时培养学生发现―分析―解 决问题的能力，充分发挥基础课程的作用。

（一）选用合适的教材工业工程专业开设至今，该课程的教材大多采用经典类 的运筹学教材，这类教材侧重于运筹学基本理论的数学推导， 而联系实际的案例较少，适用性较差。目前黑龙江科技学院 机械工程学院采用大连理工大学韩大卫主编的《管理运筹 学》作为教材，它强调了优化技术在管理决策中的应用，有 助于学生理解理论知识，普遍反映良好。

（二）采用科学的教学方法 1.理论联系实际，增加案例教学随着金融危机的影响不 断深入，学生的就业压力越来越大，能否将所学到的东西应 用到实际问题中，是影响学生未来工作效果的主要因素，这 种新的就业环境对“运筹学”等课程的教学提出了新的挑战。

要求教师摒弃那种只讲理论而轻视实践的教学模式，将启发 式案例教学引入到课堂中来。比如通过一些现实生活中的例 子引出各个理论分支，再介绍这一领域的发展历史和重要人 物，使学生有感性的认识，然后再由案例引出数学模型。争 取做到每部分的讲解都有相关的辅助案例，并且时时联系经 济含义，提高学生的学习兴趣。除了在平时教学中增加案例 之外，还可在每学完运筹学中一类知识后，以培养学生分析 求解能力为目的，结合专业特点，选择一些与现实应用相关 联的典型案例，作为学生课后案例分析的资料。在随后的课 堂中，让学生讲解自己的分析过程，引导大家讨论，最后教 师总结。这样不仅熟悉了如何用运筹学来分析问题和解决问 题，还学习了专业知识，真正做到学以致用。2.多媒体和黑板教学相结合多媒体教学形式较灵活，不 仅效率高，还可以展现丰富的图形、声音和图像，使教学更 形象、直观。对于运筹学教学来说，黑板又是不可缺少的手 段，它能够良好地表现问题的分析过程，集中学生的注意力， 加深理解，较好地把握教学进度。因此，实际教学中要灵活 运用上述两种手段，充分发挥各自的优点。如运筹学中各分 支的定义、原理、性质等基本理论和图形、例题等可显示在 课件上，而对于一些算法的演算过程诸如单纯形法、表上作 业法和匈牙利法等，则要采用板书教学。

3.充分利用优化软件模型的求解和检验是运筹学中较 为复杂、枯燥又耗时的环节，利用运筹学软件来求解模型， 是一个行之有效的教学手段。目前常用的软件有Lingo、 WinQSB、Matlab和Excel等。可在课堂上开展演示教学，将 节省的时间用来进行结果的分析、讨论和问题的扩展；
还可 开设上机实验课程，系统地教授学生使用运筹学软件，提高 学生运用计算机软件和独立编程的能力。

（三）建立与相关专业课的有效联系 在运筹学授课范围和授课内容的边界确定上，一定要考 虑其与后续课程的关系，将“运筹学”的教学自然地融入到 整个专业的教学体系之中。如运筹学的规划论、存储论和决 策分析等在“生产计划与控制”、“物流工程”等课程中都 有一些篇幅的应用；
网络计划中的关键路线法，对后继课程 项目管理有很大的价值；
而排队论又是“生产建模与仿真”课程的重要理论基础。因此，为了实现良好的教学效果，避 免重复，应在整个课程体系建设中做好统筹安排，建立运筹 学与相关专业课的有效联系。

（四）改革评价手段 运筹学是一个应用学科，传统闭卷考试的方式不能满足 “运筹学”课程的要求，需要建立一套新的考核体系。根据 笔者所在学校的特点，建立考核体系包括三部分：第一部分 为期末考试，采用闭卷的方式，主要考核一些基础理论和算 法，占总成绩的50%；
第二部分为案例分析，根据老师所布 置的题目，学生自行分析、建模、求解和决策，最后撰写分 析报告，占总成绩的20%；
最后一部分是平时成绩，由出勤、 课堂表现和作业三部分构成。

以工业工程专业的培养目标为方向，专业特点为基础， 结合“运筹学”课程的教学经验和学生特点，对工业工程专 业“运筹学”课程的教学模式进行了探讨，从教材选用、教 学方法、教学内容和评价手段等方面提出了改进措施。诚然， 工业工程在我国是一个蓬勃发展的新兴学科，该专科的课程 教学模式也应随其发展不断完善，因此，“运筹学”课程的 教学探索之路任重而道远。