基于應(yīng)用型本科的《系統(tǒng)建模與仿真》案例庫建立與應(yīng)用

胡洪林

摘要：文章分析了《系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)的現(xiàn)狀，探討將實(shí)踐教學(xué)引入系統(tǒng)建模與仿真教學(xué)中，建立課程的案例庫。目的是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、動手能力以及創(chuàng)新思維，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：《系統(tǒng)建模與仿真》;實(shí)踐教學(xué);案例庫

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）44-0215-02

一、引言

系統(tǒng)建模與仿真作為一門正在迅速發(fā)展且具有較強(qiáng)綜合性和應(yīng)用性的課程，研究的領(lǐng)域可以是高層次的社會系統(tǒng)、中層次的交通運(yùn)輸以及低層次倉儲物流系統(tǒng)。是一門注重實(shí)踐操作的課程。現(xiàn)如今，學(xué)校與社會對學(xué)生動手能力以及解決問題的能力提出了更高的要求，為適應(yīng)這一變化，各高校開設(shè)了系統(tǒng)建模與仿真課程，系統(tǒng)建模與仿真可以在真實(shí)系統(tǒng)建立前對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以相對準(zhǔn)確地了解未來系統(tǒng)的性能，這樣節(jié)省了大量時間和費(fèi)用。在系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展中，Anylogic作為一種應(yīng)用廣泛、全面有效的仿真軟件，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本課程改革計(jì)劃在系統(tǒng)建模與仿真課程教學(xué)過程中，以Anylogic軟件為平臺，重點(diǎn)采取實(shí)踐教學(xué)的方法，通過對具體問題的調(diào)研、分析、設(shè)計(jì)和仿真，建立課程案例庫，提高學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

二、系統(tǒng)建模與仿真課程改革的必要性

應(yīng)用型本科院校在人才培養(yǎng)方面注重學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不適應(yīng)學(xué)校和社會對學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維能力的要求，在傳統(tǒng)的方式中普遍采取教師先講授理論，之后帶著學(xué)生對教材上的案例進(jìn)行操作和學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在以下問題：（1）該課程理論教學(xué)中涉及很多數(shù)學(xué)公式以及部分編程語言的學(xué)習(xí)，對于部分?jǐn)?shù)學(xué)基礎(chǔ)知識較弱、非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，對課程的理論學(xué)習(xí)積極性相對來說不高。（2）課程中案例的操作大多是按照教材上的操作步驟進(jìn)行操作和學(xué)習(xí)的，教材上的案例離學(xué)生的生活較遠(yuǎn)，學(xué)生難以做到用所學(xué)理論解決實(shí)際問題，這樣一方面影響了學(xué)生的積極性，另一方面固化了學(xué)生的思維方式。傳統(tǒng)理論與實(shí)踐剝離開來的教學(xué)模式相對來說比較單一，不能實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐很好的對接，無法滿足企業(yè)對人才的需求。

基于以上背景，調(diào)整以系統(tǒng)建模與仿真為例的應(yīng)用型課程成了本科院校面臨的重要任務(wù)。

三、系統(tǒng)建模與仿真實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)過程設(shè)計(jì)

該課程的實(shí)踐教學(xué)方式以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用型能力為導(dǎo)向，首先學(xué)生收集案例，然后建模仿真、分組進(jìn)行匯報(bào)，最后完善形成案例庫。這樣不僅提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，同時達(dá)到了知識共享的目的。本文研究的主要內(nèi)容包括：教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課時、考核方式的調(diào)整以及建立案例庫對實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行不斷優(yōu)化。

1.教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整。對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，注重學(xué)生實(shí)踐和動手能力的培養(yǎng)，如下圖所示，學(xué)生通過分組對仿真對象進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，通過調(diào)研構(gòu)建模型、確定模型的參數(shù)并進(jìn)行仿真，接著對模型進(jìn)行分小組匯報(bào)，前面三部分的內(nèi)容要貫穿一定的理論知識，匯報(bào)完成后點(diǎn)評小組會進(jìn)行考核和點(diǎn)評，如果合格則在合格案例中挑選優(yōu)秀案例形成案例庫，如果不合格則將檢查問題的所在，采取措施進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

圖中“Y”表示小組通過匯報(bào)，并在案例中挑選優(yōu)秀案例建立案例庫;“N”表示小組沒有通過匯報(bào)。

具體教學(xué)內(nèi)容如下：（1）實(shí)地調(diào)研：應(yīng)用型本科重視培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，同時部分應(yīng)用型本科院校采取“3+1”、校企合作教學(xué)模式，這些都為學(xué)生開展實(shí)踐調(diào)研提供了條件。學(xué)生調(diào)研的對象也可以跟畢業(yè)設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，這樣更具有針對性。學(xué)生實(shí)地調(diào)研的對象可以是工廠生產(chǎn)車間（貨物搬運(yùn)、庫存管理等），也可以是學(xué)生在日常生活中能方便接觸的對象，如：食堂就餐的排隊(duì)問題、公交和地鐵等行人交通。學(xué)生自由選取某一對象，通過對特定對象的現(xiàn)狀進(jìn)行了解，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后分析研究對象目前存在的問題，擬訂解決的方案，為建模仿真提供前期的數(shù)據(jù)和資料的準(zhǔn)備。（2）建模仿真過程：通過對實(shí)地調(diào)研收集的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用Anylogic軟件進(jìn)行建模仿真，學(xué)生在建模過程中遇到問題時首先自己查找相關(guān)的資料進(jìn)行解決，在這個過程中授課教師及時給予指導(dǎo)和幫助，這樣一方面鍛煉學(xué)生對軟件的實(shí)際操作能力，另一方面激發(fā)了學(xué)生解決問題的積極性，如果遇到問題時任由學(xué)生自己想辦法，這樣會導(dǎo)致學(xué)生在遇到困難時產(chǎn)生畏懼心理，對困難采取逃避的方式。（3）小組匯報(bào)：在完成前兩個步驟后，學(xué)生對調(diào)研對象、建模仿真過程以及針對問題提出的解決方案進(jìn)行匯報(bào)。在匯報(bào)的過程中要明確各小組成員的分工，強(qiáng)調(diào)合作互助學(xué)習(xí)，這樣做的目的是保證每個學(xué)生都能參與其中，通過匯報(bào)使得學(xué)習(xí)的資源和知識共享。（4）成果點(diǎn)評：在這一階段授課教師針對各小組建模與仿真效果進(jìn)行評估。評估的方面包括前期的資料收集、建模過程以及小組匯報(bào)情況，授課教師針對匯報(bào)情況進(jìn)行提問和點(diǎn)評，其他組也可以進(jìn)行針對性的提問。教師在點(diǎn)評時要保持公平、公正的原則。（5）案例整理：指導(dǎo)教師將優(yōu)秀建模仿真的案例建立案例庫，方便后續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考。

2.教學(xué)課時的調(diào)整。教學(xué)課時主要分為理論課時和實(shí)踐課時，為便于實(shí)施實(shí)踐教學(xué)應(yīng)適當(dāng)縮短理論課時，加大實(shí)踐課時。理論課時授課內(nèi)容主要是讓學(xué)生了解到為什么要學(xué)習(xí)這門課程、學(xué)習(xí)這門課程能解決什么方面的問題以及與實(shí)踐課相關(guān)事項(xiàng)的講解和安排。分配課題時，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況采取分層法，將課題的類型分為A、B、C三類。A類課題比較困難，B類課程難易程度一般，C類課題較容易，根據(jù)學(xué)生的自身學(xué)習(xí)情況進(jìn)行課題分配，這樣既不會讓優(yōu)秀的學(xué)生感覺沒有挑戰(zhàn)性，也不會使成績一般的學(xué)生失去嘗試的興趣。

3.學(xué)生考核方式的調(diào)整。教師通過考核檢查教學(xué)效果。傳統(tǒng)的考核方式是“理論考核+實(shí)驗(yàn)操作”，這種學(xué)生成績的評定方式不能全面體現(xiàn)學(xué)生能力的高低，經(jīng)過調(diào)整后的學(xué)生成績的評定不再依據(jù)特定模型的建模與仿真情況，而是將實(shí)地調(diào)研、建模仿真過程、小組匯報(bào)以及效果評估作為學(xué)生成績評定的四個小部分，四個部分的比例可以劃分為4∶2∶1∶3。授課教師可以根據(jù)實(shí)際情況對考核比例進(jìn)行調(diào)整，全面、客觀地對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核。

4.建立案例庫、優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)是重要的教學(xué)過程，也是較薄弱的教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量決定了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。為了便于系統(tǒng)建模與仿真課程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施，通過建立案例庫，不斷優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)。

四、結(jié)語

以校企聯(lián)合培養(yǎng)和“3+1”教學(xué)模式為契機(jī)，整合優(yōu)化系統(tǒng)建模與仿真課程的教學(xué)內(nèi)容、課時分配和學(xué)生考核方式，加大學(xué)生的實(shí)踐投入時間，通過觀察、建模并進(jìn)行分析，構(gòu)建知識體系，促進(jìn)能力的發(fā)展。基于建立案例庫對實(shí)踐教學(xué)不斷進(jìn)行優(yōu)化，不僅使學(xué)生掌握該課程的基本理論與方法，還與學(xué)生后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)聯(lián)系起來。通過鼓勵學(xué)生走出課堂，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識，力爭達(dá)到多重收效。

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