运筹学结合数学实验的教学与研究

　　摘要：文章阐述了运筹学课程教学中开展教学实践、引入数学实验的意义和必要性，通过引入三类实验，激发学生的学习兴趣，培养学生理论结合实际解决问题的能力。

　　关键词：运筹学；数学建模；数学实验；计算软件

　　中图分类号：G642

　　文献标识码：A

　　运筹学是用定性与定量分析结合的方法来研究现实世界系统运行规律的一门学科。其通过提出具有共性的模型，寻求解决模型的方法，帮助管理者选择最优决策方案，以达到经济有效地配置人力、物力和财力的目标。运筹学这门课程所要求的数学基础面比较广，而且面对各类问题所使用的方法也各不相同。工业工程專业的学生，由于数学知识面不宽，基础也不够扎实，所以针对这些专业的运筹学教学就应该减少严格的理论证明过程，多增加实践应用的学习。为改变运筹学实验学时很少的现状与解决运筹学课程具有的理论推导与实际应用之间的矛盾，有必要进行运筹学结合数学实验的教学实践改革。

　　改革实践大致可依循这样的方向进行：①在课堂教学中，指导学生掌握运筹学的理论知识和基本方法；②引导学生了解未来工作岗位上的实际需求，在实验中将所学的理论融会贯通，具备较强的分析解决问题的能力；③指导学生熟练掌握运筹学领域的通用计算软件，了解学习该领域正在推广的运筹学算法；④引导学生了解运筹学学科理论和实践的发展趋势，锻炼良好的专业理论研究能力和实践创新能力。通过以上四个方向促使运筹学教学向更深层次发展，以便更好地落实运筹学教学的目标与规划。为了培养学生的“优化”意识、决策能力、建模能力和解决实际问题的能力，可开设下列三种类型的实验：

　　一、设计性实验

　　运筹学教学过程中，最主要的问题是如何在各种约束条件下对目标进行决策优化。比如线性规划问题、动态规划问题、整数规划问题等，各类问题的算法又不尽相同。初学者在学习过程中，往往会将各种方法混淆错乱从而导致计算出现错误偏差。有些方法计算过程冗长、复杂而且抽象，学生很难短时间理解掌握。如果设计一些简单的数学实验，结合Matlab、Lingo软件编程计算，既可以大大减少计算量，也能让学生在设计编程中更好地理解和掌握算法。设计性实验“单纯型法模型运算程序的设计”目的在于使学生掌握单纯型法的运算原理，培养学生熟练运用Matlab语言编程的能力，同时了解Matlab软件的最优化工具箱中的线性规划函数的具体功能及其使用方法。

　　二、综合性实验

　　“运筹学计算软件的应用”综合性实验目的在于培养学生综合运用所学知识解决问题的能力。对于课程中的一些应用性较强的问题，学生通过自主学习或团队合作，查阅资料获取数据、背景资料、理论算法等，结合已有的运筹学知识或方法，利用通用的优化软件有创造性地完成实验。比如，在学习“图论与网络分析”这一部分的内容时，可以结合当下最热门的共享经济的概念，针对大家都关心的一些议题，让学生自组团队，提出自己对共享经济的理解和设计。学生在完成实验的过程中，即可以接触到更多层面的专业知识，又能增强自身的动手能力、协作能力，也能将理论与实际有机地结合起来，更好地掌握社会发展的脉络。

　　三、课程设计

　　为了解决运筹学课程学时少与运筹学应用性强这对矛盾，较好的解决办法是在工业工程专业的培养计划中添加“运筹学课程设计”实践教学环节，在一周的课程时间内学生有充裕的时间做调研，引导学生发现日常生产生活中的实际问题，比如交通问题、排队问题、销售问题等，利用已有的方法资料，将这些问题抽象出来并形成数学模型。运用所学的运筹学及其他学科知识，编辑程序，分析数据，利用计算机软件的强大运算能力，获得优化后的结果或者给出解决问题的方法。如此既能提高学生的学习兴趣和学习积极性，提升整体的教学效果，又能锻炼学生综合解决问题的能力，为将来的工作就业打下更好的基础。

　　四、结语

　　近几年来，通过在部分班级进行试点实践，设计少量操作性较强的实验，大部分学生都能积极主动地参加实验，在知识综合运用、学生能力培养方面都获得了较好的效果。希望以此能为大学数学类课程的改革起到积极的促进作用。

　　参考文献：

　　[1]胡运权.运筹学教程[M].北京：清华大学出版社，2012. 

　　[2]任志霞.管理运筹学课程教学方式改革探讨[J].现代企业教育，2006（19）：86-87. 

    作者：熊凯平