“交通运筹学”课程教学改革与实践研究

摘要：结合“交通运筹学”课程的特点及专业培养方案，整合了课程教学内容，并将教学内容分为线性规划、网络模型和排队理论三个模块。采用项目化教学和分组学习的教学方法，设计“工程项目”，以项目为导向开展理论教学，分组进行课后作业和实践，最后对实践教学环节进行了探索。教学改革实践表明，采用新的教学方法提高了教学效果，增强了学生的沟通能力和团队意识。

关键词：数学分析法；交通运筹学；项目化教学；教学实践

作者简介：张文会（1978-），男，黑龙江哈尔滨人，东北林业大学交通学院，副教授；邓红星（1969-），男，黑龙江哈尔滨人，东北林业大学交通学院副院长，教授。（黑龙江 哈尔滨 150040）

基金项目：本文系黑龙江省教育科学“十二五”规划课题（课题编号：GBD1211006）、东北林业大学重点课程建设项目“交通运筹学”的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0125-02

“交通运筹学”是为交通运输管理决策提供定量依据的应用科学，其特点是将交通管理中出现的实际问题归纳为抽象的数学模型，综合运用数学方法或计算机工具对模型进行求解，得到解决问题的最优方案。该课程主要研究交通运输系统运力优化、道路网络模型化、车辆的合理调配、运输企业经济分析与决策、车辆及乘客排队模型分析等。“交通运筹学”一般是交通运输、交通工程等交通运输类本科专业的重要基础课，也是“交通工程学”、“交通流理论”、“物流技术”等课程的先修课程。传统单一的讲授法往往使学生注重基础理论的重复推衍，对一些模型死记硬背，缺乏针对交通运输工程问题建模及求解能力的训练，学生学习兴趣不高。

国内高校交通运输类专业开设该课程所采用的教材大多为管理学领域的《运筹学》，只是针对不同的研究重点对教学内容进行删减。因此，管理学专业领域的“运筹学”教学改革对本课程具有一定的借鉴意义。广州大学张润红在“运筹学”授课中采用启发式的教学方法，教师精讲与案例分析相结合，培养学生的思维能力。国防科学技术大学李志猛、祝江汉研究了启发式教学在运筹学课程中的应用，提出了教学原则。山东大学胡发胜、刘桂真从课程定位、教学内容组织和实施、师资队伍建设和教材建设等方面介绍了“运筹学”精品课的教学改革过程。武汉理工大学罗荣桂、原海英探讨了“运筹学”的特点，分析“运筹学”课程教学中的不足，提出对本科生和研究生教学中的教学方法和教学内容应差异化处理。东北农业大学王吉权、王福林、夏吉庆分析“运筹学”课程在教学中存在的主要问题，指出“运筹学”的教学必须考虑各专业的需要，以培养学生能力为主线，以应用为目的，精心组织教学内容。浙江大学温日琨进行了应用创新型人才培养的“运筹学”课程内容改革和教学大纲设计，对理论教学内容、实践应用和人才培养等方面进行了改革。

上述教学方法改革对本课程教学改革具有一定的参考价值，但教学内容改革并没有体现交通运输类专业特色。为了培养具有运筹思维能力和优化意识的创新型交通运输工程人才，改革传统的教学模式，探索新的教学方法和教学手段势在必行。因此，笔者从教学内容、教学方法和实践教学等方面进行了改革和实践。

一、“交通运筹学”课程的特点

经过多年的教学研究探索发现，该课程具有以下四方面的特点：

1.强调数学基础

运筹学是一门以数学为主要工具、综合运用各种数学分析方法寻求问题最优决策方案的学科，其研究结果为决策机构提供数量化的辅助信息。

2.系统性和最优性

“交通运筹学”是从系统工程的角度出发，分析交通运输工程领域全局性的应用和综合优化问题。运筹学的最终目标是最优性，既要从空间上寻求整体最优又要从时间上探索全过程最优。

3.应用性

运筹学研究具有较强的实践性和应用性，最早应用于军事领域，后来逐渐转向民用部门。交通运输工程领域很多优化技术都以运筹学作为理论基础，如车辆行驶路径优化、车流波理论、配送优化问题等。

4.多学科交叉性

运筹学广泛应用现有的科学技术和方法，为人们提供最优决策服务，是多学科交叉的一门学科。从20世纪30年代末产生以来，形成了一系列强有力的分支，包括数学规划、图论与网络、排队论、存贮论、决策论、对策论、设备维修更新理论、搜索论和可靠性理论等。

上述特点决定了“交通运筹学”的教学既要注重学生对基本理论的掌握又要注重对学生工程实践能力的训练。

二、教学内容改革

教学中使用的教材内容大多偏重管理领域，其内容主要分为三部分：

分析理论：主要研究资源的最优利用、设备最佳运行等问题，章节主要分布在“线性规划、整数规划、目标规划、运输问题、网络模型、网络计划、动态规划”等；决策理论：主要研究方案或策略的最优选择问题，章节主要分布在“决策论、对策论、存储论”等；随机服务理论：主要研究随机服务系统排队和拥挤问题，探讨随机服务系统的服务效率、绩效评价和服务设施的最佳设置等问题，章节主要分布在“排队论”。

根据交通运输类专业的培养方案，教材中部分内容与其他课程教学内容重复，如“交通运输系统工程”课程包含“网络计划、决策论、对策论”等内容，“物流技术”课程包含“存储论”等内容。因此，笔者重新进行了教学内容的整合，确定本课程的内容结构。

可见，“交通运筹学”的教学内容主要分为三个模块，即线性规划、网络模型和排队理论，每个模块下有若干个子模块，模块间有机结合构成系统化的理论知识体系。在教学中以每个模块的理论为基础，进行知识建构和技能训练。

三、教学方法改革

“交通运筹学”中的基本理论相对抽象，计算方法较烦琐和枯燥，因此笔者基于CDIO理念，以工程项目为中心，采用项目化的教学方法，鼓励学生自主完成项目的构思、设计、实现和运作过程，激发学习兴趣，提高个人能力。

1.项目化教学

项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目而进行的教学活动。教师可在教学中调动学生学习的积极性，充分发掘学生的创造潜能，学生在做项目过程中学习理论知识，把理论与实践教学有机结合，提高学生解决实际问题的综合能力。即项目化教学是以项目为载体，以工作任务为驱动，将理论与实践有机结合，使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能。

基于模块化的课程内容，设计“工程项目”，以项目为导向开展理论教学。各模块设计的工程如下：

（1）运输装备合理配置问题。旅客运输公司拥有三种类型的客车（豪华、中等、一般），每天向三个城市运送旅客，每辆车上的载客人数、去往三个城市的总人数、票价均已知，要求建立该问题的数学模型并求出最优车辆配置方案。

（2）路段最大交通流量问题。已知某城市路网的拓扑结构图，每条路径的最大交通流量已知，要求建立该问题的数学模型，计算从起点至终点输出的最大交通流量。

（3）高速公路收费站优化问题。某高速公路入口处设置一个收费站，已知车辆到达和收费时间的分布函数，要求计算收费站空闲的概率、车辆平均排队长度、车辆平均排队时间，并评价该收费站的运行状况。

限于篇幅，上文只是简单叙述了项目概要，学生按照项目的具体内容，带着问题进行理论知识学习，并寻求解决问题的方法。

2.分组学习

为了提高学生的沟通能力和协作能力，培养学生的合作意识和团队精神，在教学过程中把每个自然班分成4个小组，强调小组合作学习。无论课堂作业还是课后实践，均以小组为单位，小组长负责该小组的任务分解、上下沟通和任务汇报，并记录小组学习和讨论过程。实践表明，小组合作学习有助于培养学生的合作精神、团队意识和集体观念，有利于培养学生竞争意识和创新能力，同时小组成员间的互助和沟通使每个学生均获得进步。

四、实践教学改革

1.计算机求解

“交通运筹学”用于解决交通运输工程领域的问题时，往往涉及变量多、约束条件复杂、手工计算难度较大的问题，需借助于计算机才能完成求解。在教学中，增加计算机模型求解实践，使学生能够应用运筹学软件，求解多变量、多约束的最优解和最优值问题，同时鼓励学生编写算法程序。教学中运用的求解软件为WINQSB，每学期安排3～4次课（6～8学时）。

2.建模竞赛

为了提高学生的学习兴趣，激发学生的创造力，由课程组教师设计题目，组织交通运筹学建模竞赛。竞赛也以小组为单位，每个小组设计难易程度相当的不同题目，要求其在有限的时间内完成问题的建模和求解。

3.实习改革

为了提高学生的工程素质，在提高课堂教学质量的基础上，拓展实习基地，如增加了旅客运输公司和物流园区实习，在实习中渗透“交通运筹学”的优化思想，强调理论在实践中的具体运用，在工程教育模式中实现理论知识的深入理解和拓展。

五、教学效果评价

1.课堂教学效果

相比于传统的讲授法，“工程项目”的引入使学生学习更有针对性和目的性，课堂教学不再枯燥，学生主动提出问题并主动查阅参考文献。有些同学和小组更为认真，主动提出新的算法并编写求解程序。

2.学生合作意识

通过小组合作学习，学生把自己认为是小组中的一员，通过会议、聊天、邮件和其他方式的交流，沟通能力和合作意识得到加强。在竞赛中，小组中每个成员发挥自身优势，共同为本小组的荣誉而学习，提高了竞争意识和团队精神。

参考文献：

[1]张润红.从整体角度对工程管理专业《运筹学》教学的探索[J].理工高教研究，2005，24（1）：94-95.

[2]李志猛，祝江汉，邱涤珊，等.启发式教学在运筹学课程中的应用与实践[J].高等教育研究学报，2008，31（4）：59-61.

[3]胡发胜，刘桂真.国家精品课程运筹学的教学改革与实践[J].中国大学教学，2006，（7）：9-11.

[4]罗荣桂，原海英.运筹学教学改革与探索[J].理工高教研究，

2005，24（3）：49-51.

[5]温日琨.运筹学教学内容改革与教学大纲设计[J].高等工程教育研究，2007，（S1）：60-62.