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摘要：运筹学是一本应用性很强，与实践结合很紧密的课程，特别是对于军事院校学员，希望通过运筹学学习，为其后续从事作战筹划、任务规划相关工作打下良好的基础。因此，需要对传统的重理论、轻实践的教学模式进行改革，探索以培养实践动手能力、解决问题能力为重点的新的教学模式。本文首先阐述了当前大数据和人工智能时代，运筹学及运筹学教学的重要意义，分析了传统运筹学教学中存在的问题，探索了军校本科学员运筹学教学改革的举措。
关键词：军校本科学员；运筹学；改革实践
本文引用格式：王建江，等.大数据和人工智能时代军事院校本科生《运筹学》教学模式探索[J].教育现代化,2020,7(49):75-78.
Exploration of the Teaching Model of"Operations Research"for Undergraduates in Military Universities in the Era of Big Data and Artificial Intelligence
WANG Jian-jiang,WANG Hao-ran,LIU Jin
(College of Systems Engineering,National University of Defense Technology,Changsha Hunan)
Abstract:Operations research is a course of a strong applicability and a tight integration with practice.Especially for military students,we hope we can lay a good foundation for their future work in operational planning and mission planning from the studies of operations research.Therefore,it is necessary to reform the traditional teaching mode that emphasizes theory but not practice,and explore new teaching modes that focus on cultivating practical ability and problem-solving ability.This article first clarifies the significance of operations research and operations research teaching in the current era of big data and artificial intelligence.Afterwards,the problems existing in the traditional teaching of operations research are analyzed,and the teaching innovations of operations research for military undergraduate students are explored.
Key words:Military undergraduate students;Operations research;Practice of reform
一 引言
运筹学是采用科学方法，特别是数学方法，来解决那些在工业、商业、政府部门中有关人力、机器、物资、金钱等大型系统的指挥和管理方面出现的问题，其目的是帮助管理者科学地制定策略和行动方案[1,2]。运筹学最早起源于第二次世界大战，是从军事作战实践研究工作中提出的，此后在工业、农业、经济与社会各个领域都有着广泛的应用。因此，近八十年来，运筹学内容逐渐丰富、发展迅速、应用广泛，是一门新兴的应用学科。特别是21世纪以来，人类逐渐步入大数据和人工智能时代，作为基于数据的决策优化学科，运筹学获得了前所未有的广泛关注，取得了长足的发展和进步。另一方面，未来战争是高技术条件下的非接触、非对称的信息化战争，越来越强调作战筹划、任务规划的重要性，对于战争胜负起着决定性作用，而运筹学是作战筹划、任务规划的理论基础 。因此，目前军队院校作战筹划、任务规划、指挥控制、部队管理、联合后勤等专业本科学员都广泛开设了运筹学课程，已成为相关专业的必修课，但是教学过程中普遍存在着“从理论到理论”、“大量知识灌输”、“与部队工作实际联系不密切”、“军事作战味道不浓”等问题，不利于高素质新型军事人才的培养，新的教学模式、教学方法亟需探索和发展。
二 运筹学课程教学的意义
著名数学家欧拉曾经说过，“宇宙的构造是最完美的，它是最有智慧的造物主的杰作，宇宙的万物变化都是遵从某种最大或者最小的优化法则产生的”，即万物皆需优化。作为研究最优化问题的学科，运筹学在现实生活中无处不在，广泛应用于交通运输规划、物流与供应链管理、生产计划、能源管理、医疗卫生、城市规划、经济管理、国防军事等领域。特别是近年来，随着互联网、物联网、电子商务等新兴技术的发展，人们的生活发生了巨大变革，也为运筹学的发展提供了更加广阔的舞台，使其应用更加广泛。例如，美团外卖基于运筹优化算法开发了智能配送系统，实现了骑手配送区域规划、智能排班、路径规划和订单智能调度，有效降低了服务成本，提高了客户满意率[5]。再例如，阿里巴巴菜鸟网络公司将运筹优化技术应用到仓储、运输、末端配送、在线决策等业务，打造高时效的物流揽收配送和快运、快递等多元化产品，不断提升客户的服务体验。
此外，随着人类逐渐步入大数据和人工智能时代，运筹学应用前景更加广阔。运筹学本质上与大数据、人工智能有着密切的联系，主要体现在：1）运筹学是大数据、人工智能的引擎。例如，作为人工智能的核心，机器学习就是建立在统计和运筹学基础上的，机器学习问题通常转化成一个能量函数最小化的优化问题。几乎所有的人工智能问题最后会归结为求解一个运筹优化问题，例如大家所熟知的支持向量机，其实完全可以看作运筹中的二次规划问题。2）运筹学和大数据、人工智能相辅相成，共同支撑用户决策，改变人们生活。大数据和人工智能的出现唤醒了人们的量化意识，使得人们认识到数据的价值，能够从大量庞杂的数据中通过学习获取知识，完成了从0到1的关键一步。然而仅仅获取知识是不够的，更重要的是基于知识如何更好的决策，而最优决策就是运筹学研究的问题，因此运筹学实现了从1到2，甚至更多。3）大数据和人工智能的发展进一步促进了运筹学的广泛应用。通过引入大数据、机器学习方法，能够有效提高传统运筹优化算法的效果，例如通过支持向量机实现分支定界算法的节点选择，通过强化学习方法支持超启发式算法的底层启发式规则选择等。
随着科学技术的不断发展，未来战争必然是信息化条件下的联合作战，参战兵种多，涉及范围广，越来越凸显作战任务规划的重要性。作战任务规划与指挥控制密不可分，是指挥控制体系中不可或缺的一部分，对于未来战场胜负起着决定性作用。然而作战任务规划的核心是决策，涉及了大量的运筹优化问题，例如经典的打击目标选择问题，如何在攻击火力有限的条件下，更好地选择打击目标，使得毁伤更大，达到更好的作战效果就是一个典型的运筹优化问题。再例如，海域巡逻与岛礁保障，如何为预警机选择合适的阵位，并且制定合适的护航调度方案也是典型的运筹优化问题。因此，为军队院校作战筹划、任务规划相关专业学员开设运筹学课程具有重要意义。
三 运筹学课程教学中存在的问题
虽然目前军队院校广泛开设了运筹学课程，但是教学实践中存在诸多问题，严重制约了人才培养质量。
（一）教学目的不明确，理论讲述多，实践应用少
目前运筹学教学中，教员普遍倾向于从数理知识出发，浓墨重彩讲授运筹学数学模型和求解算法，但是大多停留在理论层面，从理论到理论，从方法到方法，忽略了运筹学解决实际问题的能力，与实践结合不紧密。学员感到学习的知识过于抽象，不易于理解，同时容易将运筹学当作数学课程，很难与部队实际工作、实际问题结合起来，导致学员不能理解学习运筹学的重要作用，学习兴趣不浓。
（二）案例陈旧，与部队实际工作结合不紧密
目前，运筹学教学普遍采用的教材是清华大学出版社的《运筹学》（第4版），该教材内容深入浅出，条理清晰、文字通俗易懂，适合工科院校的学员使用。但是，该教材中的案例大多是关于生产经济问题，与军校学员普遍关注的军事作战问题联系不紧密，难以激发学员的学习热情，导致教学效果不佳。其次，教材中的案例还存在过于抽象和简化，与实际问题差距较大，难以反映实际问题的复杂性和矛盾性，难以引起学员的深入思考和共鸣等不足。
（三）教学内容陈旧，与当前运筹学研究热点、研究前沿结合不紧密
部分教员脱离运筹学学术科研一线，导致教学内容局限于教材和课本，相关知识点陈旧，不能将运筹学的最新方法、最新研究成果、最新应用成果引入课堂，不能适应科学技术发展的需要。
例如，整数规划作为运筹学的重要知识点，局限于教材，一般只介绍传统的分支定界算法和割平面算法，但是这两种算法在实际应用中都有很大的局限性，特别是割平面算法已被证明难以求解大规模的实际问题。而现在整数规划研究的主流和前沿是将两种算法有机结合，提出了分支-割平面算法，该算法能够有效提高求解效率，被广泛应用于经济生产实践，发挥巨大作用。应该让学员更多了解运筹学最新的研究进展以及在实际工作中的应用，激发学员的学习兴趣。
（四）教学手段单一
目前，运筹学讲授方法较单一，教学手段不够灵活，主要是教员讲、学员听，以知识灌输为主，学员缺乏主动思考的过程。教学内容偏重理论知识与数学推导，缺乏解决实际问题能力的锻炼和培养，缺乏对掌握的知识进行灵活应用，缺乏反转课堂、雨课堂等新的教学模式的探索，缺乏案例分析和讨论，缺乏启发式教学的应用和实践，缺乏各种运筹优化软件的操作和实践。
（五）成绩考核不科学不全面
目前，运筹学考试还是以闭卷考试为主，考试方式和考试方法缺乏创新，缺乏对综合应用能力的考核，不能全面、科学地反映和评定学员应用运筹学方法解决实际问题的能力，难以有效引导学员掌握运筹学课程内容。使得学员学习还是以死记硬背，应付考试为主，只知其然不知其所以然，难以实现以所学知识解决实际问题的目的。
四 军事院校运筹学课程教学改革举措
针对目前运筹学课程教学中普遍存在的问题，基于作者运筹学课程教学实践和体会，提出目前军事院校本科学员运筹学课程教学改革的相关建议和措施。
（一）加强教学设计，做到理论联系实际
教学设计是教学的重要环节，是提高课堂教学质量和效果的基础。军校本科学员运筹学课程教学目的是通过运筹学课程的学习，学员能以运筹学的方法分析和解决作战筹划、作战任务规划中存在的优化决策问题。结合军校学员作战筹划、任务规划等相关专业的特点和性质组织教学，教学中重视应用，重视解决实际问题能力的培养。
（二）创新案例式教学，实现教学方法的创新
运筹学是一门应用学科，模型和方法都是直接面向应用的，是相关专业学员今后工作中解决实际问题的基本工具。一般来讲,只有亲身实践了才能领会其中的奥妙，深入理解并最终牢固掌握。教学过程中注重引入案例采用启发式教学，在介绍一个新知识点前，首先给学员提供一个具有代表性的案例，让学员先自己动手尝试解决问题，使学员带着问题学习新的知识点。通过向学员介绍案例背景,引出其中的运筹学问题,设置相关疑问,引出相关知识点，逐步引导学员完成提出问题、分析问题、建立模型、求解模型、检验并完善解法的过程。学习结束后，再给学员一个进一步拓展的案例，让学员自行完成问题建模和方法求解的全过程，一方面检验学员的学习效果，另一方面让学员深刻体会到用科学知识解决实际问题的妙处。此外，还需要更新教学案例库，通过与作战部队的沟通和调研，获取贴近部队作战实际的典型案例，理论联系实际，激发学员学习兴趣。
（三）以研领教，以教促研，实现教学科研的良好互动
运筹学课程教员要始终坚持耕耘在运筹学教学科研一线，时刻关注运筹学的最新发展和应用，关注学术研究前沿，正确处理教学和科研的关系，使教学和科研相互促进。教员应当将最新的运筹学研究动态引进课堂，丰富教学内容，改进教学方法，使学员了解运筹学发展动态，激发他们学习运筹学知识和技能，解决实际问题的兴趣，进一步提高教学效果。同时可以引导学员参与科研工作，培养学员独立思考，动手解决问题的能力，更好地促进教学效果。最后，教员也可以通过教学工作，与学员的有效互动，完善自己的知识体系，深化问题的理解和认识，进一步促进学术科研工作。
（四）利用多媒体和互联网技术，实现教学手段的创新
随着现代科学技术的发展，各种现代化教育教学工具越来越多地运用于课堂教学。基于PPT的多媒体教学已经在各个高校广泛采用，调度了学员的积极性，取得了一定的教学效果[7]。但是，还需要依托互联网技术，进一步改革创新教学手段，探索新的教学模式在运筹学课程教学中的应用，包括线上线下混合教学，反转课堂，雨课堂，微课，MOOC，SPOC等。在教学活动中，可以利用局域网(如校园网)实现教员与学员、学员与学员的在线交流与互动，鼓励学员发表自己的学习体会，将自己的看法与意见发送到网络资源库上让大家共享。或者建立运筹学教学学习平台，上传了供学员学习的资料，包括教学视频、课件、试题、练习、案例、学习方法介绍等；此外，可以在线提交作业、解答问题。学员可根据需要通过访问互连网点播教学节目得到自己所需的学习资源，有利于学员从集体化学习向自主的、个性化的学习模式转变，使学员成为学习的主体；有利于加强教员与学员的交流与合作，使教学效果得到及时的反馈。
（五）推行科学合理的考核方式
首先，应当认清考核的目的不是对学员划分等级。而是旨在通过考核促进学员更好地学习运筹学知识，更好的采用运筹学模型和方法解决现实中的问题。运筹学是一门操作性、应用性很强的学科．很难单凭一份试卷来衡量学员的学习效果．更难以衡量学员通过运筹学方法解决实际问题的能力。因此需要推行全程性考核，考核不仅包括最后的闭卷，还包括平时上课过程中的课后作业、随堂测验、课堂提问、分组讨论、文献阅读、案例答辩、报告撰写等，全面考核学员的综合素质。通过这种全程考核的方法。一方面督促学员及时发现自己的不足，更好地掌握基本知识和方法；另一方面给学员提供分析问题、解决问题的空间和平台，从而避免一次考试定成绩的弊端，增强考核的合理性、公平性和真实性。此外，依据运筹学课程的特点，应当开展多种形式的考核，增强考核的全面性。例如采用闭卷考核的形式检查学员对基础知识的理解与综台运用等方面的掌握情况；通过案例分析考查学员独立思考和自主完成作业的能力、检索信息和加工处理信息的能力；通过撰写调查报告考核学员实践活动能力、组织协调能力、人际交往能力以及语言表达能力通过学员白评、互评与授课教员的评价，综合测评学员的学习能力。
五 结论
运筹学是一门应用性很强的课程，运筹学教学不仅要使学员掌握运筹学的基本知识和基本原理，更要着重培养学员的动手实践能力，运用运筹学知识解决实际问题的能力。作者所在院校在这方面做出了一定的探索和尝试,取得了初步成果,学员反映良好,个别学员在随后参与的数学建模比赛、军事建模竞赛中取得了优秀成绩。但要全面达到运筹学教学改革的目标还有大量的工作要做，包括教学资源、案例库需要进一步丰富，课堂互动模式、互动环节需要进一步设计等。总之，通过教员和学员的共同努力，教员认真准备，悉心体会，大胆尝试，学员努力学习，积极参与，运筹学教学一定会更精彩，更有成效。
参考文献
[1]李志猛,刘进.运筹学基础[M].北京:电子工业出版社,2020.
[2]毛经中.说说运筹学[J].高等教育学报,1999,1:10-12.
[3]牛鹏飞,孙硕.对作战任务规划的理解与思考[C].第六届中国指挥控制大会论文集(上册),2018.
[4]谢苏明,毛万峰,李杏.关于作战筹划与作战任务规划[J].指挥与控制学报,2017,3(4):281-285.
[5]赵桢.西安美团外卖配送模式和流程优化研究[D].贵州大学,2017.
[6]运筹教材编写组.运筹学[M].北京:清华大学出版社,2012.
[7]邢光军.独立学院经济与管理类专业运筹学课程教学改革研究[J].教育现代化,2017(23):34-37.
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