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试论农业院校运筹学教学

　　【摘 要】本文从农业院校运筹学发展历史出发，介绍了当前农业院校中运筹学课程在课程性质、教学内容和教学方法方面的发展变化，分析了农业院校开展运筹学教学的优势及对传统学科发展的意义，展望了农业院校中运筹学教学与科研实践相结合的发展前景。

　　【关键词】运筹学 农业院校 农业系统

　　【Abstract】This article firstly describes the development history of operations research in agricultural university, then introduces the changes and development of course nature, course contents and teaching methods in the teaching of operations research in agricultural university, the applicatioon prospects of the teaching combined with research are discussed at the end of paper.

　　【Key words】Operations research Agricultural university Agricultural system

　　一、运筹学课程在农业院校的历史

　　运筹学是一门 20世纪 30年代在英美发展起来的科学，首先应用于军事，二战结束后转入民用，[1]20世纪 50年代后期，由钱学森、许国志将其引入我国，并由华罗庚等一大批科学家结合国情加以大力推广。运筹学主要是以建立数学模型的方法，辅之以计算机运算，来研究和解决各类系统中的最优化问题。在钱学森提出的系统科学体系结构中，运筹学和控制论、信息论一样，属于基础科学之下的技术科学，可应用于各类工程技术，如军事系统工程、能源系统工程等各类系统工程。[2]运筹学在农业系统工程中也有着广阔的应用空间和众多优秀应用范例，可用于粮食调运、场地选址、劳力安排、作物布局、沟渠管道铺设等诸多方面，[3～4]例如我国运筹学运用初期最广为人知和容易明白的“打麦场选址”问题，曾于 1988年获国家科技进步二等奖的“黄淮海平原农业时空开发配置模型”，曾于 1996年获国家科技进步三等奖的“全国粮食产量预测”等。 1985年在西安举办了首届非运筹专业运筹学课程教学讨论会，我国的一些农业院校，如华中农业大学、西北农林大学、华南农业大学等院校中已有多年开设运筹学课程的历史，一般作为经济管理、工程、计算机与数学等专业的必修或专业选修课程。目前，随着高校课程体系设置的全面改革与调整，农业院校里运筹学课程面临着新的挑战与机遇。

　　二、农业院校运筹学课程变化与发展

　　1.课程性质的扩展

　　一方面，因为培养方案的改革需要进行课程压缩与调整，所以运筹学在一些原来将其作为专业必修课或专业选修课的商学院、工学院中面临着学时压缩或者被取消的局面;另一方面，越来越多的农业院校将运筹学纳入了公共选修课范围，使得更多农科专业的学生也有机会接受运筹学优化思想和方法的学习，农业院校中普及运筹学教育有如下两点益处：

　　(1)有助于调整和完善农科专业学生的知识和技能结构。运筹学是一门典型的应用技术性学科，能应用于各个领域，运筹学课程能帮助农科大学生提高科学管理与决策的水平，学习到一些经济与管理的基础知识，从而拓宽知识面，提高综合素质，增强就业适应能力。

　　(2)有助于学科交叉而产生农科专业上的拓展性应用。运筹学的本质决定了，一个好的运筹学实践必须具备两方面的条件，一是对运筹学模型方法的熟练应用，二是对所研究专业问题的深入了解，两者缺一不可，紧密结合。通过对农科专业大学生开设运筹学公选课程，突破了运筹学应用瓶颈，使他们成为两个条件都具备的复合型人才，更好的在所学专业中应用到运筹学优化决策的思想与方法，从而产生学科交叉所带来的科技创新、拓展性应用等诸多优势。

　　2.教学内容的调整

　　运筹学作为一门较新的学科，本身在不断的发展着，较之几十年前，又有不少新的分支，如多目标规划、预测、稳定性理论等，因此授课内容根据专业需要也不断有新的内容加入并对原有内容进行调整，如物流、交通运输等专业学生应加强运输问题、存储、网络流等方面内容，工科专业学生，可增加稳定性理论，而生物专业学生，可加强动态规划、图与网络内容等。运筹学内容的扩展使得更有条件有针对性的开展教学，做到因材施教。

　　另一方面，运筹学中一些新的算法，如内点算法、分支定界法等算法的更新，降低了学习过程中的数学模型的复杂程度，使得农科专业大学生学习起来更加容易，只要具备一定高等数学、线性代数和概率统计方面的数学基础知识和计算机基础，就能较好的学习和应用。因此，新算法的引入也有助于农业院校中运筹学的普及教育。

　　此外，在早期的运筹学教学中，主要强调数学模型和方法的应用，而现在除了工程、计算机和数学专业的学生仍然将此作为学习重点以外，其余专业的学生更多地注重运筹学的应用与实践。从 20世纪 90年代中期开始，全球的运筹学教育中逐步呈现出案例教学的发展趋势，目前我国有越来越多运筹学教材中加入案例教学的内容，如胡运权的《运筹学基础与应用》即在第四版时增加了案例作为综合练习。对非理工科专业大学生引入实践案例教学，有助于培养更多的各专业的管理人才。

　　3.教学方法的改进

　　从增强学生实际应用能力出发，运筹学的教学方法不再是单一的课堂讲授，而是大比例的增加了上机实验和案例讨论的学时，从而形成了集“理论学习——实例讨论——上机求解”三大步骤为一体的完整学习过程，更好的锻炼了学生分析问题与解决问题的能力。

　　依据“学生为主体、教师为主导、思维训练为主线”的教学思想，采取多种教学形式来挖掘学生的学习潜能，凸现学生学习主体地位。教学中给学生展示一些重要结论、方法的思维过程，开启学生智慧，同时有计划的组织安排学生写小结、写小论文，并进行问题的讨论和探索。例如，在线性规划、目标规划、动态规划等数学规划的学习中，更多地启发学生自己去体会运筹学“初始方案——最优检验——方案调整”这种逐步调整直至最优的思维模式，以使学生对这种算法思想有更深刻的体会，并可联系到学习生活中，只要坚持正确的目标(最优检验)，不断的进步和改进(方案调整)，则不论起点高低(初始方案)，都可以最终到达理想境界(最优方案)，以加强学生印象。再如，启发学生用反证法去“发现”贝尔曼的“最优化原理”，使他们认识到科学定律并不总是高深晦涩，动态规划这一重要分支的理论基础“最优化原理”其实来源于一个众所皆知的简单道理，更好的领悟到运筹学来源于实践、应用于实践的特点。

　　4.教学条件的进步

　　近十年来，教学条件得到了极大的改善和发展。首先是高等院校中普遍具有了多媒体授课的条件，使得运筹学课堂上可以摒弃教师满堂讲授、算法推导的内容设置，而采取以多媒体教学和黑板板书相结合为主，以理论教学和案例教学为主线，通过典型案例引导、重点讲授原理、理论，结合课堂上应用计算机软件上机求解、个人研究与小组讨论相结合的设计性课题分析等课堂内容的设置，使学生掌握基本理论和方法，掌握常见的典型模型并初步掌握将实际问题抽象成模型的方法和技巧。

　　其次，运筹学上机软件有了更多的选择。 2000年以前国内介绍运筹学上机软件及模型实现的资料十分匮乏，上机时大多采用国内一些院校自行编写开发的一些运筹学软件包，能实现的模型有限。发展至今，运筹学上机软件已经有了极为丰富的选择，推出了一批介绍如何利用 EXCEL、LINDO、LINGO、WINQSB、 MATLAB等软件实现运筹学模型的教材，使得实验老师有了更多的参考和选择，可以根据学生专业和学时的差异来安排上机软件和上机内容，使之具备运用计算机软件求解、分析各类运筹学模型的能力。同时，高等院校近年来大多改善了实验机房上机条件，建设了课程支持网站，使得教学条件全方位得到提升，为提升运筹学教学质量奠定了坚实的物质基础。

　　5.考核方式的多元化

　　考核方式对学生学习起着风向标的导向作用，近年来运筹学的教学考核呈现出多元化发展趋势，从单一的结业考试发展到将课堂讨论、课外论文、上机实验等全方位学习过程都纳入到考核体系，使课程成绩不仅反映了对基础知识的掌握与应用，也反映了自学能力、研究能力与用计算机解运筹学问题的能力。

　　三、农业院校运筹学教学的意义

　　农业院校中的“运筹学”教学有着天然的优势，在农业经济、农业工程、生命科学、生物技术、环境保护、农业生态等诸多研究领域中存在着丰富的可研究领域，能够将运筹学的优化思想和模型应用于其中，这些都为运筹学教学提供了宝贵的案例和课题资源。在每节运筹学课堂，笔者都要求学生去搜集运筹学模型方法应用于自己所学专业的论文并将此作为一次课外考核，以引导学生思考运筹学与自己专业的结合点。近年来，在本科毕业论文和研究生论文中也越来越多的看到了运筹学的应用，如用目标规划做农业系统区划，用层次分析、灰色系统等进行系统分析与评价，用蒙特卡洛模拟、系统动力学做系统预测等。农业院校坚持“运筹学”教学对于学科的发展有着深远的意义。正如卫生部部长陈竺在 2007年科协年会上发言开篇所指出，系统生物学已经成为生命科学研究的最前沿。目前系统生物学的研究大多是运筹学模型的应用，运筹学中的数学规划、组合最优化己经成为生物信息学、系统生物学研究中的重要工具，广泛地用于生物分子序列比较，蛋白质结构预测和复杂网络的结构探索等方面的研究，[5]近来又有研究者尝试着将排队论模型应用于基因代谢途径研究，也产生了创新性的成果。可见，运筹学与生物学科的进一步紧密结合，研究方法手段的进一步成熟，必将快速推动学科的发展，使这一交叉学科成为 21世纪初的科学研究热点和重点。农业院校中农科、生命科学占据着重要地位，为紧跟当今学科发展前沿，在农科专业中进行运筹学的公选课、通识课的普及教育是十分必要的。

　　运筹学在生物信息学、系统生物学等方面的应用，反之也为运筹学的理论研究和实践开辟了新的领域，打开了一扇通向新探索和新创造的大门。[5]农业院校通过将运筹学模型和定量方法在传统农业领域的应用，将大大提高农业院校的运筹学研究地位，提高运筹学研究水平，同时也将有助于我国早日达到运筹学应用的国际先进水平的目标。

　　四、农业院校加强运筹学教学途径

　　1.注重专业差异，实施因材施教。

　　农业院校运筹学教学面临着教学对象专业差异较大的现实情况，应根据各专业将运筹学作为必修课、专业选修课或公选课开设的不同性质，在选择教材、设计课程大纲、教学进度、教学案例、制作电子课件等时，均需根据对象不同而分别设置，做到因材施教，尽量贴近学生专业，促进学生的学以致用。例如对于授课专业较为复杂的公选课，着重于实际应用能力的培养，主要采取案例教学、计算机求解的方式，避免学生在解题技巧、作业上耗费过多精力而产生畏难情绪，同时也使学生有充分时间熟悉案例，提高实践能力。坚持注重专业差异，实施因材施教，是保证运筹学教学质量，扩大授课面的根本所在。

　　2.关注学科发展，积极革新内容。

　　关注运筹学研究领域新的发展，将新的理论和应用及时引入到课堂上，使学生能紧跟发展前沿，引导他们思考如何在自己专业内应用新理论方法，训练他们发现知识和解决问题的思维过程，以培养良好的学习和研究习惯。另一方面，由于运筹学分支众多，每个分支都在农业领域有着丰硕的应用成果，因此在介绍每个分支的模型和方法时，尽量结合学生所在专业教师的研究方向和最新成果，以激发学生兴趣和获得更多的认同感，由此，也使得教师更了解校内研究和应用现状，有助于学科交叉催生新的研究课题和研究合作，实现了教学与科研的相互促进。

　　3.结合数学建模，优化课程体系。

　　运筹学是数学建模中的重要的基础课程，近年来全国大学生数学建模竞赛蓬勃发展，参加人数众多，产生了较大的影响，将运筹学和数学建模培训相结合，优化了校内的资源配置，也使学生掌握的知识更为扎实全面。此外，要解决好不同课程之间内容的重叠和交叉的问题，例如运筹学中的“决策论”中的决策数方法，也出现在管理学课程的内容中，运筹学中最小数在数据结构课程中也有涉及，因此需要将运筹学相关课程整合起来，优化课程体系，实现课程的优化与融合，以推动运筹学的进一步发展。

　　五、总 结

　　正如运筹学在过去几十年的发展历程一样，农业院校中运筹学课程也经历了高潮与低谷的交叠。尽管将运筹学作为专业必修、选修课程的专业在部分农业院校中有所减少，但是无论是将定量、模型和计算机方法引入到传统农科等专业中的发展潮流，还是大学生数学建模竞赛近年来的蓬勃发展，都为运筹学在农业院校的进一步发展提供了良好的时机和环境。一方面运筹学自身正在不断完善着教学的内容、方法和手段，以更好培养学生的综合技能，另一方面运筹学将作为一门基础的优化课程，以选修课、公选课等形式介绍给更多专业的学生，更好的促进教学与科研的结合，促进农业领域中更多的使用运筹学方法来定量分析与解决问题。

　　参考文献

　　1 Friderich S. Hiller, Mark S. Hiller.Introduction to Operations Research[M].New York, US: McGraw-Hill Company, 2005： 145～156

　　2 上海交通大学编 .智慧的钥匙：钱学森论系统科学[ M].上海交通大学出版社， 2005

　　3 李日志.运筹学在农业中的应用(1)[J].江西农业科技， 1983.1： 30～31

　　4 李日志.运筹学在农业中的应用(3)[J].江西农业科技， 1983.3： 30～31

　　5 章祥荪.运筹学方法、模型在生物信息学、系统生物学研究中的重要作用[ A].中国运筹学会第九届学术交流会论文集[ C]，2008

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