股指期貨虛擬仿真量化投資平臺建設與教學探索

高志，韓揚，李寒影

（安徽財經大學 金融學院，安徽蚌埠 233000）

金融衍生品市場是金融市場的重要組成部分，在防范化解市場風險、強化我國資本競爭地位、助推金融市場對外開放等方面具有不可或缺的作用。其中，滬深300股指期貨自2010年4月16日推出以來，作為股票市場風險管理和投資工具，一度成為全球第一大股指期貨品種。股指期貨的推出為套利交易提供了廣闊的平臺。股指期貨套利交易，尤其是期貨與現貨之間的套利交易有助于期貨價格和現貨價格維持在一個合理的水平，從而促進期貨市場和股票市場的健康發展[1]。因此，了解和掌握利用股指期貨設計投資策略的原理與運作機制，剖析套期保值的操作原理具有重要意義。

隨著經濟全球化進程的加速推進以及金融學、數學、計算機理論和技術等學科的深入發展與交叉融合，基于多市場、多品種、多策略的量化投資技術和程序交易成為未來金融投資、風險管理以及結構化產品設計的重要模式。量化投資在我國剛剛起步，尚處于初級發展階段，但是依然得到了銀行、保險、證券等大型金融機構的青睞。在可預見的未來，隨著我國資本市場有效性的逐步提高以及對內幕消息等監管的愈發嚴格，量化投資在我國必將具有極大的發展空間和應用前景。因此，了解和掌握量化投資策略，不僅是我國資本市場深化發展、與國際接軌的內在要求，也是復合型高級金融人才必備的專業技能之一。

依據教育部辦公廳《關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》、教育部《關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》和《2018年全國教育工作會議》文件精神，基于我國資本市場的歷史數據以及現實交易制度，本文設計和構建了“原理學習”“虛擬場景訓練”和“仿真實戰”三個開放性、創新性和挑戰度梯次提升的量化投資虛擬仿真實驗模塊。各模塊以情景策略任務為導向，分別采用驗證實驗、模擬實驗、觀察實驗、探究實驗等多種實驗方式相結合的形式，浸入式、多層次、立體化、交互式向學生提供股指期貨虛擬量化投資平臺，充分利用信息技術為多元化整合、融合、優化各種資源提供強有力的支撐[2]。

1 股指期貨仿真實驗對傳統教學方式的補充

傳統課堂教學方式無法綜合利用期現貨產品的真實價格、期限、波動等信息，對股指期貨套期保值、期現套利等交易進行快速、動態的操作演示，無法展示各模型參數與指標之間的動態關聯性，也無法實現學生與操作流程、學生與學生之間的充分交互。針對傳統課堂教學的不足，本文旨在為金融工程及其他經管類專業學生提供基于真實歷史數據的、動態的、多策略情景的、多種交互方式的股指期貨量化投資虛擬平臺，加深學生對量化投資策略與原理的掌握程度，提升其分析和解決實際問題的能力。

2 股指期貨仿真實驗教學的設計與實施

基于“以本為本、以任務為導向、以培養創新能力為目的”的實驗教學理念，利用現代信息技術手段，授課教師通過“引導式”“情景式”“交互式”和“自主式”四種實驗教學方法，強化學生基本原理學習，提升學生學習效率，增強學生應用能力和實戰經驗，激發學生探究和創新潛能。

2.1 教學方法及目的

2.1.1 強化原理學習，熟悉實驗操作流程

由于股指期貨套期保值和期現套利量化投資的專業性較強，對于非金融工程學專業的本科學生而言，具有較大的難度和挑戰性。因此，“引導式”教學方法通過引導視頻、實驗原理、實驗任務、實驗記錄等多種渠道，為學生進行基本原理、情景策略、參數定義、模型結構、估計方法、效率評估以及實驗步驟與菜單等知識點的學習和復習提供了豐富的實驗輔助資源，使學生在鞏固基本原理知識的同時，初步掌握實驗流程及各菜單按鈕的功能。

2.1.2 情景任務驅動，提升分析和應用能力

股指期貨套期保值和期現套利效率極大依賴期現工具組合的價格走勢和策略選擇，因此，在熟悉基本原理和實驗操作流程的基礎上，“情景式”實驗教學方法根據宏觀經濟環境和資本市場行情的經典歷史場景，設置不同類型、不同目標的套期保值和期現套利量化投資策略任務。該教學方法旨在督促和激勵學生通過調整期現貨組合、股指期貨合約類型和頭寸方向，觀察套期保值和期現套利的策略效率，并通過循環反復實驗，自我糾錯，趨近或完成情景任務，加深對基本原理的理解，提高原理應用能力。

2.1.3 豐富交互方式，增強主動和趣味性

虛擬仿真實驗不是簡單的、機械性的、被動的復制和模仿現實交易過程，而是圍繞明確的實驗內容和目標，進行生動的、創造性的、主動的實驗操。“交互式”教學正是實現實驗生動、創造和主動性的有效手段之一。為此，實驗在實現人機交互的基礎上，通過論壇、實驗效率排名、創新性評價等方式為學生提供了師生和生生交互渠道，打破了傳統課堂教學的時間和空間限制，使學生可以圍繞既定實驗內容和策略任務進行實時互動交流，有利于及時發現問題、分析問題和解決問題，從而提升學生學習的主動性和趣味性。

2.1.4 提升實驗挑戰性，培養研究和創新能力

為了增強實驗的自由度和提升實驗的高階性、創新性與挑戰度，平臺在“仿真實戰”實驗模塊中，將Python編程嵌入虛擬仿真實驗，并提供不同類型套期保值和期現套利量化投資策略的基礎代碼以及若干組代表性情景下的資本市場歷史數據。學生將自主設計套期保值和期現套利量化投資交易。量化投資基于統計分析方法和計算機對投資策略實施，實驗教學直接面向證券期貨投資實戰，涉及市場行情和經濟資訊軟件、數據分析軟件、程序化交易軟件的運用，有利于學生掌握數據收集、處理、分析和開發的技能，培養學生分析能力和創造性解決實際問題的能力[3]。

2.2 實施過程

2.2.1 引導式教學

進入各實驗模塊主界面后，依次彈出的“實驗向導”將為學生簡要說明該實驗模塊中的操作環節、圖表功能、參數含義以及注意事項等。同時，實驗“引導視頻”將向學生展示實驗背景、意義和目的、各模塊實驗內容、菜單按鈕功能以及基本操作流程等。點擊“實驗原理”和“實驗任務”菜單可以查看完整、詳細的股指期貨套期保值，期現套利基本原理和各種情景策略的背景、特征以及任務要求。在“原理學習”實驗模塊中，學生將根據預設的期現貨產品類型和頭寸，按照規定的順序分別進行靜態和動態套期保值實驗操作，體驗實驗流程。

2.2.2 情景式教學

依據我國宏觀經濟環境變化特征和股票市場變化趨勢，參考股票市場標志性事件，平臺篩選具有代表性的歷史時間段，如“大盤上漲初期”“2016年大盤熔斷”作為股指期貨套期保值和期現套利量化投資的操作場景。學生在此基礎上，構建現貨產品組合，選擇股指期貨合約，并完成實驗任務。同時，為了及時反映宏觀經濟環境和股票市場的新變化、新趨勢、新特征，后臺管理功能使教師可以根據市場中的熱點事件編制新情景，并導入系統，實現情境策略庫的快速更新。

2.2.3 交互式教學

學生使用鼠標和鍵盤進行量化投資策略編程后，實驗平臺將實時通過文字、數值、圖表以及信息窗口等形式實現操作反饋；平臺將對錯誤操作進行事先警示和事后提示，每次實驗的具體操作步驟和結果均可以通過“實驗記錄”進行回溯。實驗項目主界面設有討論區，師生可圍繞實驗過程中出現的問題、困難以及新發現進行交流互動。同時，團隊教師將定期、統一解答學生提問，實現生生和師生充分交互。在實驗結果評價環節中，系統將根據每位學生的實驗成績進行排序，形成學生之間的學習競爭交互。

2.2.4 自主式教學

在“仿真實戰”實驗模塊中，實驗界面嵌入可編輯的、開源的套期保值和期現套利Python基礎代碼。在實驗過程中，學生可自由選擇套期保值和期現套利策略目標，通過改寫Python代碼自主配置頭寸組合，還可以通過編程設置平倉條件。另外，實驗平臺提供了若干可供選擇的資本市場歷史時間段樣本數據，學生可進行多次自主實驗，并觀察和檢驗套期保值和期現套利結果和效率的穩健性。

2.3 實施效果

實驗平臺自設計完成并投入使用后，共為多所高校的本科生和研究生提供了實驗教學服務。從總體反饋情況看，使用者對實驗引導資源、情景策略任務設置、自主策略設計與編程、實驗效率競賽、實驗過程回溯以及結果評價的反應較好，項目采用的實驗教學方法取得了積極、理想的效果。具體而言，實驗教學方法的實施效果主要體現在以下三個方面：

2.3.1 有效解決教用脫節現象，提升學習興趣

實驗項目通過文字、數值、圖表、視頻、編程等形式進行原理運用和交互反饋，具有通俗易懂、高效率、界面友好、富有挑戰性等優點，能夠極大增強學習樂趣和激發學習動力。

2.3.2 實驗難度靈活選擇，滿足異質性學習需求

實驗過程中采用的引導式、情景式和自主式教學方法，按照學生學習階段的不同，遵循從淺到深、從低層次到高層次的遞進思路[4]，為學生提供了由簡單到復雜、由約束到自主、難度依次增加的實驗操作內容。從實驗教學情況反饋來看，學生普遍反映項目實驗操作內容選擇具有較大靈活性，能夠滿足學習需求。

2.3.3 了解熟悉國情，提升創新和探究能力

平臺采用我國證券市場的真實歷史數據，通過引導式教學向學生展示我國資本市場中的期現貨產品代碼、貝塔系數以及各種指標參數，學生可以通過情景策略任務了解我國套期保值和期現套利量化投資經典場景，通過編程進行自主性的量化投資操作。

3 股指期貨仿真實驗項目特色

3.1 必要性及先進性

3.1.1 必要性

（1）虛擬仿真實驗是提供實戰體驗的有效手段。

當前及未來一段時期內，國內外經濟金融環境不確定性上升、系統性風險不斷累積的趨勢仍將維持，金融風險管理是我國政府、金融機構、企業以及家庭居民關注的焦點。隨著我國資本市場，特別是金融衍生品市場的進一步放開和發展，隨著現代信息技術的不斷創新，基于信息技術和股指期貨進行套期保值和期現套利量化交易，是進行風險對沖和穩定市場的重要手段，也是未來我國金融從業人員必須掌握的基本技能。然而，由于資本市場運行和市場主體行為具有不可逆和不可重復的特征，傳統教學方式和配套實驗課程難以基于現實資本市場數據和交易制度為學生提供動態的套期保值和套利真實體驗，尤其是難以實現量化投資交易。同時，學生進入現實資本市場進行套期保值和套利的資金門檻和風險均較高，而企業出于安全、利益及商業秘密等方面的考慮，也難以為學生提供直接接觸套期保值和套利的實習崗位。因此，建設基于我國資本市場現實的虛擬仿真實驗教學項目不僅可以為學生提供在不同虛擬場景下利用股指期貨進行套期保值和套利的仿真體驗，也可以通過計算機編程、自主設計策略進行量化投資交易仿真實戰。

（2）虛擬仿真實驗是解決理論與應用脫節的有效方式。

套期保值和期現套利原理是《金融工程》和《金融風險管理》課程的重要內容。傳統教學方式一般通過語言文字講授套期保值和套利的基本原理、前提假設和模型變量，通過預先設計好的案例推導計算套期保值和套利計算過程及結果。因此，傳統教學方式無法快速、形象地展示套期保值和套利原理的運用過程和計算結果以及各參數和指標間的動態關系，無法通過多種交互、情景設置等方式引導學生獨立自主地完成原理運用，也無法滿足數量眾多、專業不同的學生在不同時間和空間進行學習的需求，從而導致教學內容與原理應用脫節。虛擬仿真實驗不僅充分利用現代信息技術和計算機語言，通過人機互動，快速、形象、動態地展示操作反饋，引導學生獨立完成套期保值和期現套利量化投資操作，提升原理應用能力，而且可以突破人數、專業、時間和空間等限制，同時滿足學生的異質性實驗學習需求，極大地節省教學資源。

（3）虛擬仿真實驗是實現資源共享的有效途徑[5]。

實驗平臺通過互聯網訪問注冊和使用，無須下載任何插件和軟件，因此能夠有效地與兄弟高校、相關專業、企業機構以及其他虛擬仿真實驗平臺，如金融投資、期貨和期權交易、金融衍生品交易、金融風險管理以及量化投資平臺等實現實驗教學資源共享，形成對實踐教學的有益補充。同時，平臺的生生和師生交互方式也為學生、教師以及其他人員圍繞期指期貨套期保值和套利的量化投資交易開展討論交流提供平臺，有利于問題、思想以及研究成果的共享。

3.1.2 先進性

（1）設計理念先進。

實驗項目堅持“以本為本、以任務為導向”指導思想，以培養基礎實、能力強、素質高，具有創新精神和探究能力，熟悉理論和實務前沿的人才為設計核心。第一，實驗科學運用“引導式”“情景式”“自主式”三種教學方法，由易到難，由驗證到探究，梯次提升實驗挑戰性，既重視原理、能力、素質訓練的基礎性，又體現實驗的高階性、創新性和挑戰度。第二，平臺設計了多維度、多層次實驗結果評價體系，集科學性和競爭性于一體，不僅能夠準確反映實驗各步驟和最終結果與系統最優值的偏離程度，而且可以體現實驗結果在所有參與實驗學生平均成績中的相對排名。第三，將Python語言嵌入實驗平臺，實現計算機編程與量化投資交易的深度融合，提升實驗的自主性、開放性和創新性。教師亦可根據學生學習情況，在課堂內舉行量化投資模擬比賽[6]，激發學生學習興趣，促進教學效果提升。

（2）實驗內容先進。

隨著我國金融開放程度提升和資本市場的深化，跨市場、跨產品、跨期限的量化投資交易必將得到極大發展和廣泛運用。實驗融合了金融工程學、金融風險管理、數學、計算機編程等學科知識，基于現代通信技術，依托我國資本市場現實，設計了運用股指期貨進行套期保值和套利的量化投資虛擬實驗，實驗內容具有一定的專業性和前瞻性。

（3）應用技術先進。

股指期貨虛擬仿真實驗平臺基于B/S框架，采用Visual Studio、Photoshop等前端頁面開發、平臺數據開發工具，具有易用性、兼容性、先進性以及可擴展性等優點。同時，平臺在訪問接口采用了先進復雜的加密等安全技術，系統安全性高、運行速度快，具有較長的生命周期。

3.2 評價體系創新

實驗平臺創新設計了由實驗過程評價、實驗創新評價、實驗結果評價、實驗競爭性排名以及實驗報告評價構成的多層次、綜合評價體系。實驗過程評價包含對實驗操作規范性、實驗步驟合理性、操作熟練性等進行評價，由系統預設的區間分值和權重實現。在“仿真實戰”實驗模塊中，教師根據自主性實驗過程中的量化投資代碼編程、策略選擇、實驗效果等進行經驗性評價。基于不同的量化投資策略選擇，系統將根據已實現效率參數進行打分。根據學生在各實驗模塊的歷史實驗結果的平均值，系統將對所有參與實驗的學生進行競爭性排序，并作為最終考核的組成部分。最后，上述各類型實驗評價的最終結果以及實驗基本情況信息和步驟流程將有學生邊際，并形成實驗報告，教師可根據學生實驗的總體情況，包括實驗過程、實驗結果、創新性以及排名情況，對實驗進行綜合評價和考核。

4 結語

通過虛擬仿真技術為學生搭建一個理論與實踐相結合的量化投資平臺。利用期現貨產品的真實價格、期限和波動等信息，對股指期貨套期保值、期現套利等交易進行快速、循環、動態的操作演示和實戰，在彌補課堂教學短板的同時能夠將學生從抽象的理論中解放出來，激發其學習金融知識和掌握量化投資策略的興趣。當前我國正處于深化發展資本市場的關鍵時期，而量化投資策略作為決勝未來金融市場的重要方法，了解和掌握它不僅是與國際接軌的內在要求，更成為復合型高級金融人才必備的專業技能之一。