工業工程專業《系統建模與仿真》課程教學探討

摘要：《系統建模與仿真》是工業工程專業的一門專業基礎課，筆者總結了幾年來的教學經驗，從教學方法、教學內容、平時作業和實踐環節、考評方法四個方面探討如何改進教學，以期提高教學效果，增強學生的仿真應用能力。

關鍵詞：工業工程；系統建模與仿真；教學方法

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）52-0262-02

工業工程（Industrial Engineering，簡稱IE）起源于20世紀初的美國，它以現代工業化生產為背景，在發達國家得到了廣泛應用。工業工程專業培養具備現代工業工程和系統管理等方面的知識、素質和能力，能在企業從事生產、經營、服務等管理系統的規劃、設計、評價和創新工作的高級專門人才。我國最早于1993年招收工業工程專業的本科生，目前已有70余所院校設有工業工程系或專業。國內工業工程專業的培養模式主要有兩種：一種是管理類本科，授予管理學學士學位；一種是機械類本科，授予工學學士學位。我校于2006年獲得工業工程專業辦學資格，開設在經濟管理學院（后改為商學院），2006年招收了第一屆本科生?！断到y建模與仿真》是工業工程專業的一門專業基礎課，它是一種基于模型實驗的系統建模與分析工具，是對運籌學等理論優化方法的有力補充。事實上，現實中的系統大多是復雜系統，理論分析方法往往無能為力，因此系統建模與仿真技術對分析、設計和改進實際系統是非常有用的。然而，在四屆學生的教學過程中發現這門課程的教學存在著很多問題。本文總結了教學中的經驗教訓，對今后的教學提出了一些改進建議。

一、教學方法的改進

“興趣是最好的老師”，培養學生對該課程的興趣是非常重要的。上好第一堂課是至關重要的第一步，在第一堂課中不僅要讓學生了解本門課程的學習內容，而且要介紹仿真在實踐中的重要作用，從而激發學生的學習熱情和興趣。所以第一堂課中可以介紹一些實際案例，包括往屆學生的畢業論文案例；還可以運行仿真軟件，讓學生對仿真形成一些感性的認識。該課程的理論教學內容比較多，包括離散事件系統仿真的基本原理、輸入數據和輸出數據的統計分析理論等。學生往往迷失在理論公式當中，覺得學習起來比較困難，另一方面也覺得比較枯燥，喪失了學習興趣。所以理論教學應該回歸到這門課程的教學目標上來，也就是以培養學生的能力為導向。首先應選擇難度深度適中的教材，我們選用的教材是衛強、陳國青主編的《管理系統模擬》，實驗課教材選用的是施於人等編著的《eM-Plant仿真技術教程》；其次在理論教學過程中，應盡量避免艱深的理論以及對公式的推導；最后講解理論時多結合實例或案例，幫助學生理解相關的理論，培養學生的理論應用能力。

二、教學內容的安排

本課程分為理論課和實驗課兩部分，其中理論課時為48，實驗課時為52（連續兩周時間）。實驗課安排在學期末進行，主要是讓學生學習Plant Simulation（原名為eM-Plant）仿真軟件，并能夠運用該軟件完成一個案例的建模和仿真分析。應該說，這樣的課時安排是非常充裕的。雖然有獨立的實驗課程，理論課程的教學內容仍然應該與實踐結合起來。理論與實踐的結合有兩方面：一是把課本中講理論知識的部分與講操作實踐的部分結合起來；二是將理論知識與相關的仿真案例結合起來。對于前者，可以講解Excel和Plant Simulation仿真軟件如何來實現相應的理論。例如：講解蒙特卡羅模擬時，用Excel演示講解報童問題的仿真；講輸入數據分析時，演示如何運用Plant Simulation軟件中的DataFit對象將采集到的數據擬合為理論分布。對于后者，可以在理論知識講完后及時舉一個相關的案例。比如講解第一章管理系統模擬概述時，可以舉一個面包店經營仿真的例子，這個例子比較簡單卻非常具有代表性：小李想自己開家面包店，如果日均利潤超過50元，他就決定實施這個方案，如果利潤并沒有預期的好就放棄。如何運用仿真技術幫助小李做出決策？解決這個問題涉及到仿真的各個環節，包括仿真目標的確定、相關因素分析、數據采集、仿真建模、仿真實驗及結果分析。由于問題比較簡單，可以用Excel進行仿真，所以技術上并不復雜，可以更好地讓學生了解仿真的作用、仿真的建模方法以及仿真結果的處理和分析，由此對本門課程的內容有一個整體的把握，更好地理解了前面所講的仿真理論。

三、平時作業和實踐環節

要提高學生的學習效果還必須給學生布置適當的課后作業，督促他們復習消化課堂上所學的知識。作業可以是獨立完成的習題或者是用Excel完成一個小仿真，也可以是小組合作完成一份調查報告或者合作收集數據資料等。作業的考評也計入期末的總評成績中，從而督促學生認真完成作業。實驗課作為一門獨立的課程放在學期末進行。如果說理論課是一種教師主動教、學生被動學的教學方式，那么實驗課則相反，學生主動尋找解決問題的方法，教師只在必要的時候進行指導和點撥。實驗課上學生以小組為單位完成老師布置的仿真任務，任務具有一定挑戰性，是學生以前沒有做過、教師也沒有講過的某個生產或物流系統的仿真；另外任務的難度適中，保證學生在規定的時間內能夠完成。實驗完成后以小組為單位演示仿真模型并進行答辯，教師根據答辯情況給小組打分，并根據每個成員的工作內容給出個人成績。這樣既考慮了小組的整體成果又兼顧了個人表現，避免了某些學生“搭便車”的心理。實驗不僅有助于學生加深對仿真理論的認識，而且有利于培養學生的自主學習和團隊合作精神，所以很多學生表示在實驗課上有很大收獲。

四、考評方法

期末考試作為綜合全面考核學生的基本知識掌握程度和能力水平的一種方式是必不可少的。除此之外，總評成績還將學生的平時表現（作業成績和出勤情況）納入考核范圍。目前我們對各部分的分值比例設置為出勤10%，作業20%，期末考試成績占70%。今后也可適當提高平時作業成績的比例，以加強學生對作業的重視程度。

以上是對本課程教學的一些經驗總結和探討。俗話說“師傅領進門，修行在個人”。如果把仿真領域看作一片森林，那么課堂教學只是帶學生來到這片森林邊沿，對這片森林更深入的了解需要學生自己出發去跋涉、去游歷、去探索、去欣賞。如何才能讓學生對這片森林有準確的了解并迅速喜歡上這片森林，需要帶領者對這片森林有整體的認知和更準確的了解。令人欣慰的是，已經有學生在畢業實習和論文中自覺地運用仿真方法對實際系統進行分析和改進，達到了學以致用的目的。相信隨著教學方法的不斷改善，會有越來越多的學生能夠熟練掌握仿真這一工具，為我國的IE事業貢獻力量。

參考文獻：

[1]宋紅娜.《系統建模與仿真》教學探討[J].科技信息，2009，（23）.

[2]衛強，陳國青.管理系統模擬[M].高等教育出版社，2008.

[3]施於人，鄧易元，蔣維.eM-Plant仿真技術教程[M].科學出版社，北京希望電子出版社，2009.

[4]黃艷華.工業工程專業《生產系統建模與仿真》課程教學初探[J].科技資訊，2011，（10）.

基金項目：本文受到2012年上海市教委085內涵建設項目1-4-4資助

作者簡介：嚴浩云（1975-），女，副教授，博士，專業方向為工業工程。