知识可视化教学设计在《物流工程》课程中的应用研究

摘 要：随着我国物流业的高速发展，学生需要掌握的专业知识日趋复杂、系统。本文以《物流工程》课程中的"物流配送问题"知识点为依托，提出了知识可视化的教学设计，并对山东管理学院工商学院2015级物流管理本科专业的两个教学班分别实施了知识可视化教学方案与传统教学方案。最终得出利用知识可视化教学方案使教学过程变得生动活泼，更为有序地展示知识体系的生成过程，激发学生自主学习兴趣，并促使学生更清晰、系统地掌握所需专业知识。

关键词：知识可视化教学设计物流管理专业

一、传统教学设计存在的局限分析

在物流管理专业教学过程中，传统教师在讲授具体知识之前，带领学生获知章节学习任务。然而学生在抽象的专业术语、学习任务面前，难以构建深入、整体知识体系，对于如何有效开展学习更是盲目不自知，只能跟随教师的思维进行模仿学习。考核知识掌握情况式发现，学生不仅不能深刻理解与前置课程的耦合关系，更是灌输式地被动学习。课堂知识虽能较好的掌握，但当问题脱离课堂中存在的“样貌”，学生在没有教师的引导下，便不知如何突破，失去了关联思考、举一反三的能力。

二、知识可视化教学设计的优势分析

知识可视化是将文字与图形图像结合起来，描绘抽象、复杂知识的形成过程，并利用视觉演绎手段帮助他人系统地记忆、重构、应用这些知识。带有颜色的图形图像不仅可以活跃“第一课堂”的学习氛围，更是将教师脑内的教学思维过程可视化，帮助学生有效梳理已学知识与待学知识的耦合关系，优化学生知识体系，激活学生的创造思维能力。利用可视化教学工具来设计教学过程，进一步达到了“教是为了不教，学是为了会学”教学效果。

三、知识可视化教学设计在《物流工程》教学中的应用实例

在《物流工程》课程的教学计划中，第三节课教授内容为配送路线的优化问题，其中包括直达式配送，简称TPS（Traveling Salesman Problem）和分配式配送问题，简称VRP（Vehicle Routing Problem）。这两种典型的配送优化法的配送模型本身很抽象，传统的教学设计不当，会使学生因抽象而感觉枯燥、难学。为了使学生发现配送模型的特点，掌握两种不同配送模型的建立。在课程导入时，我引用思维导图建立知识框架，并引用了“科尼斯堡七桥问题”和“幼儿园教师问题”作为网络图概念的导入，由点及面、有层次地引出两个车辆路径问题，解决问题时让学生融入其中，一起探索，效果是很好的。下面就此方法展开课程导入部分的详述，并与传统教学设计的教学效果进行了比对。

1.可视化教学设计方案

教学对象：山东管理学院工商学院2015级物流管理本科1班

教学内容：《物流工程》第八章第三节物流配送路线优化课程导入

教学设计过程：

（1）利用思维导图复习旧课内容，导入新课知识。思维导图如图1所示。

教师：同学们，我们在上一小节学习了配送模式及其选择问题，我们提到的四种配送模式，大家还记得都有哪些吗？

学生：自用配送模式、共同配送模式、互用配送模式、第三方配送模式

教师：非常好，那么我们上节课还提到了配送模式决策问题，需要从企业配送规模、配送能力、配送成本等因素中进行综合分析。今天我将开始学习第三小节配送路线的优化。

（2）了解学习目标、学习计划及学习重难点，如图2所示。

（3）课程导入

教师：在我们学习新知识之前，先給大家介绍两个人物。人物1：欧拉是一名著名的自然科学家、物理学家以及运筹学分支的创始人。人物2：一位幼儿园老师，在放学的时候老师给小朋友们布置了一个任务。大家看到图3图案，试着去满足以下三个要求：a.从任意一点出发；b.遍历各个边不重复；c.最终回到原点。那么现在给大家5分钟的时间，让在座的同学们去试试看能不能完成？

学生：经过5分钟后，大多数学生表示解答不出来。

教师：那么我们经过下个小知识的讲解就能快速知道为何解答不出来了。这个知识点起源于一个经典的小故事：科尼斯堡七桥问题。科尼斯堡是原普鲁士的一个小镇，这个小镇有一条普雷戈尔河，河上有两座岛、两个岸边，连接两座岛和两个岸边有7座桥。岛上居民喜欢游玩，一天有人突发奇想：能不能从一个岛出发，走过每一座桥不重复，最终还回到这个岛上来。但是当时这个问题没有人能解答上来，这个时候第一个人物欧拉恰到经过这个小镇，他当时已经是一位著名的数学家，于是人们求助于他。欧拉是怎么解决这个问题的呢？他把两座岛、两个岸边抽象成了A、B、C、D点，把7座桥抽象成7条线，于是一个实际问题就抽象成了由点、边组成的一幅图。他认为：可以小岛居民要求的充要条件首先图是连通的（即两点间必有一条链相连），且奇顶点（通过此点弧的条数是奇数）的个数为0或2。那么再回到幼儿园老师的问题上来，小朋友能否达到老师的要求呢？

学生：不能，因为幼儿园老师给的图中，4个点所连边数均为3条，奇顶点的个数是4，既不是0，也不是2。所以不能达到幼儿园老师的要求。

教师：很好，今后我们研究点和线之间的几何关系，就是网络图论。网络图即由物流节点和和路线组成。但这里注意，各点边之间的边仅仅代表他们之间的几何关系，并不代表实际的地理位置。那么我们再来看一个实际问题：如果你课间收到一条信息要求立刻去学校北门取快递，同时你跟同学约好去图书馆还书，做完这两件事还要回到教室继续上课。请问你选择图4哪个方案（图4为分送式配送知识导入课件截图），使得总里程最短？

学生：两种方案选择人数相持。

教师：要想比较那个方案更有，我们就看哪个方案的路程最短，两个方案的里程之差为：△SAB=“两个人取总里程”-“一个人取总里程”=2（PA+PB）-（PA+AB+PB）=PA+PB-AB，那么△SAB大于零还是小于零呢？

学生：大于零，因为三角形两边之和大于第三边。

教师：同学们答对了，其实这就是我们配送路线优化的一种类型：分配式配送，我们利用的就是节约里程法，它基本原理是一辆车将所有客户的货物装在一起，沿着一条精心选择的最佳路线，将货物送到客户手中，最终车辆还要返回配送中心。但要注意，将配送中的两个回路合并为一个回路，每次使合并后的总运输距离减少的幅度最大，课时由于车辆容重的限制，我们当达到一辆车的满载限制时，必须进行下一车的配载。那么根据已学的知识，我们来一起求解下面的案例：配送中心（P）要向10个用户配送商品（A～J），配送中心和各连锁分店及各连锁分店之间的位置关系如图5所示，两点间连线上的数字为两点间的路线长度（公里）。括号里的数字为各用户的配送量，该商品由配送中心统一采购并进行配送。配送中心备用2t和4t的货车，限定送货车辆一次巡回距离不超过30公里，求配送中心最优的送货方案。

2.传统的教学设计方案

教学对象：山东管理学院工商学院2015级物流管理本科2班

教学内容：《物流工程》第八章第三节物流配送路线优化课程导入

教学设计过程：了解学习目标、学习重点及难点

（1）学习目标

a.知识目标：掌握网络图的概念；掌握车辆路径问题的类型及核心思想；掌握节约里程法一般步骤；掌握中国邮递员建模一般规则

b.能力目标：能够全面分析车辆路径具体情况；能够从系统目标出发，结合实际情况提出车辆路径规划方案

（2）学习重点：节约里程法、中国邮递员问题

（3）学习难点：车辆路径问题数学模型的建立

3.单元测试成绩统计结果分析

本实验的测试分别从选择、名词解释、填空和计算四个维度进行。其中，利用选择题考察学生对配送路线类型的熟悉程度，利用名词解释考察学生对核心概知识的熟悉程度，利用填空题考察学生对基础理论的掌握状况，利用计算题考察学生的举一反三，解决实际问题的能力。为了保证实验的有效性和真实性，在测试前，测试未进行事前通知，尽量从最大程度上检验出学生知识掌握的真实的水平。测试结束后，教师对两个班级每位学生的测试成绩进行了统计分析，成绩组统计结果如表1所示。

由表1可知，经过一个章节的学习，实验班和对照班的同学在完成测试卷时，平均分表现出接近分的差異，说明1班的学习效果优于2班。此外，1班的标准差低于2班，说明1班的学习效果稳定性优于2班。表1数据也反映出在《物流工程》第八章节的教学中运用知识可化教学设计对学生学习成绩的提高是有明显帮助的。

四、总结

一门课程可以有不同的讲授方法，可视化教学设计不仅可以使教学中更有系统性、层次性和递进性，而且提高了学生学习研究的兴趣，引导学生一起思考、自主学习、共同探索。在现代物流行业高速发展的时代背景下，知识可视化教学设计对于促进学生能力的养成、实现教学过程最优化，有着深远的现实意义。

参考文献：

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[4]唐军.知识可视化工具支持学生意义学习框架设计及实践探索[J].上海教育科研，2016（06）：10-14.

[5]寇芙蓉.知识可视化工具提高阅读教学有效性的探索[J].教学与管理，2016（03）：103-105.

作者简介：

谷雨（1989.02-），性别：女，民族：汉族，籍贯：威海，职称：讲师，学历：研究生，研究方向：物流管理。