面向智能化的仿真系統(tǒng)工程方法課程建設(shè)探索與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2025）20-0009-08

Abstract：Simulationtechnologyhasbecomethethirdparadigmafterthetwotraditionalscientificresearchparadigmsof theoryandexperiment/observation，whichprovidesbrand-newmethodsandmeansforhumanbeingstounderstandtheworldand transformtheworld，andgreatlyimprovestheabilityofhumanbeingstounderstandtheworldandtransformtheworld.The developmentofartificialintellgencetechnologyhashadanimportantimpactonsimulationtechnology，notonlythemergenceof newtechnologiessuchasinteligentsimulationmodeling，intelligntsimulationoperation，intellgntsimulationapplicationbut alsotheewrequirementsfortheconstructionofsimulatinprofessionalcurrculumwithintellgence.Thecurrntsituationof simulatioprofesionalcourseconstructionandtalenttrainingathomeandabroadissummarized，andthedemandforthecourse constructionofSimulationSystemEngineringMethodsisanalyzed.Itputsforwardtherequirementsforthecourseconstructionof thedpintegrationofsimulationandartificialintellgence，thetrainingofthreetypesofpostgraduatetalentsandthecourse constructionthatfitsthefourcharacteristicsofsimulation；itgivestheknowledgesystemandchaptersetingofthecourse orientedtointeligentsimulation，andputsforwardthepracticalassessmentmethodof thecoursebasedontheCDIOmode.

Keywords：Artificial Intelligence;modelingandsimulation;curriculum development; CDIO model;；courseconstruction

21世紀(jì)以來，新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命加速推進(jìn)，人工智能作為極其重要的顛覆性技術(shù)迅猛發(fā)展，必將有力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)、軍事等各領(lǐng)域向著智能化快步前進(jìn)。黨的十九屆五中全會(huì)做出了“加快機(jī)械化信息化智能化融合發(fā)展”的戰(zhàn)略部署，進(jìn)一步為我國(guó)現(xiàn)代化指方向、明思路、定方略。仿真作為一門應(yīng)用前景廣闊的重要專業(yè)，在大專院校基礎(chǔ)教育中缺位，人才培養(yǎng)缺乏長(zhǎng)效機(jī)制，未能針對(duì)智能化發(fā)展方向進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為仿真在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮更大作用的瓶頸。

一 課程建設(shè)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)仿真工程方法課程是國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)仿真專業(yè)研究生的專業(yè)骨干課程，其課程類型為理論課（含實(shí)踐）。課程從智能化仿真系統(tǒng)的特征和需求角度著手，系統(tǒng)地介紹仿真系統(tǒng)全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)所涉及的概念、方法和標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)典型實(shí)例進(jìn)行剖析。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)員對(duì)智能化仿真系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)有系統(tǒng)性的理解，為今后從事相關(guān)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

本課程自2003年以來就被批準(zhǔn)為面向仿真專業(yè)研究生學(xué)員的第一批研究生骨干課程。隨著建模與仿真技術(shù)的發(fā)展，以及軍隊(duì)對(duì)仿真系統(tǒng)工程研究生人才培養(yǎng)日益迫切的需求，本課程進(jìn)行了不斷的調(diào)整和完善。從2003年的仿真系統(tǒng)工程發(fā)展到2024年的仿真系統(tǒng)工程方法，本課程采取了一系列具體措施加強(qiáng)課程建設(shè)，教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較好的成效。自2022年以來，在智能化仿真浪潮的推動(dòng)下，團(tuán)隊(duì)對(duì)課程進(jìn)行了創(chuàng)新性改革和實(shí)踐探索，教學(xué)效果得到學(xué)生的普遍認(rèn)可。

二 課程建設(shè)背景

（一）國(guó)外仿真專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐情況

進(jìn)入21世紀(jì)以來，仿真技術(shù)已經(jīng)發(fā)展形成了綜合性的專業(yè)技術(shù)體系，成為一項(xiàng)通用性、戰(zhàn)略性技術(shù)，是各行各業(yè)解決難題的基本手段或終極解決方案。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展、大數(shù)據(jù)時(shí)代來臨及人工智能對(duì)教育產(chǎn)生的需求和沖擊，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家積極應(yīng)對(duì)技術(shù)變革，不斷加大對(duì)仿真技術(shù)的研發(fā)投人，在宏觀層面上制定鼓勵(lì)政策，建立相關(guān)機(jī)構(gòu)，占領(lǐng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力制高點(diǎn)，促進(jìn)仿真科學(xué)與技術(shù)相關(guān)人才培養(yǎng)2。

1996年，美國(guó)海軍研究生院開設(shè)了系統(tǒng)建模與虛擬環(huán)境專業(yè)，開始執(zhí)行美國(guó)海軍仿真研究生人才培養(yǎng)計(jì)劃。該專業(yè)三十年來發(fā)展迅速，已成為知名度很高的機(jī)構(gòu)，可培養(yǎng)建模仿真碩士和博士。2006年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)發(fā)表藍(lán)帶報(bào)告書《基于仿真的工程與科學(xué)（Simulation Based Engineering and Sciences，SBES）》，強(qiáng)調(diào)了要加強(qiáng)仿真教育，工程技術(shù)人員要有仿真思維，培養(yǎng)新型跨學(xué)科SBES工程人才。2007年，美國(guó)國(guó)會(huì)眾議院通過第487號(hào)決議，將建模仿真技術(shù)列為國(guó)家核心技術(shù)，并于2018年將建模仿真納入新修訂的《美國(guó)高等教育法》3]。2010年，美國(guó)國(guó)防部推出《國(guó)防部Mamp;S人力資源戰(zhàn)略》報(bào)告，提出了國(guó)防部建模仿真人才培養(yǎng)目標(biāo)。此外，美國(guó)在關(guān)注理念提升、面向?qū)W科前沿不斷推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真工程領(lǐng)域的人才培養(yǎng)規(guī)劃與行動(dòng)方案的同時(shí)，有大量高校與科研院所參與基于SBES的研究開發(fā)與人才培養(yǎng)，如哈佛大學(xué)2013年10月啟動(dòng)CSE的工程碩士學(xué)位項(xiàng)目[45]。

在歐洲，尤其是德國(guó)早就開始認(rèn)同建模與仿真是工程與科學(xué)實(shí)踐的基石。十多年前德國(guó)的諸多工科院校開始將建模與仿真作為一門通用的教育與培訓(xùn)計(jì)劃以培養(yǎng)此方面的專門人才。此外，日本、俄羅斯、沙特阿拉伯等國(guó)家也對(duì)SBES方面人才培養(yǎng)高度關(guān)注。

（二）我國(guó)仿真專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐情況

我國(guó)是世界上較早設(shè)置仿真工程本科專業(yè)的國(guó)家，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)將仿真科學(xué)與技術(shù)作為重要學(xué)科獨(dú)立設(shè)置，培養(yǎng)了大量專門人才，推動(dòng)了理論研究和技術(shù)突破。在國(guó)內(nèi)，國(guó)防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)等多所大學(xué)開設(shè)了仿真方向的碩士、博士專業(yè)，并且同步開啟了仿真相關(guān)的學(xué)科建設(shè)。國(guó)防科技大學(xué)是國(guó)內(nèi)第一個(gè)開設(shè)仿真工程本科專業(yè)的985和211高校。從二十世紀(jì)八十年代起，國(guó)防科技大學(xué)便開始在控制科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科下招收系統(tǒng)仿真方向碩士、博士研究生學(xué)員。

我國(guó)部分重點(diǎn)高校已經(jīng)具備較好的仿真專業(yè)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，2019年中國(guó)仿真學(xué)會(huì)對(duì)42所世界一流大學(xué)建設(shè)高校近十年發(fā)表的期刊論文進(jìn)行了調(diào)研，其中有 8.42% 的期刊論文研究工作都是和建模仿真相關(guān)的， 2.15% 的期刊論文屬于仿真學(xué)科范疇，尤其是一些具有理工科院校背景的大學(xué)，發(fā)表了大量的仿真學(xué)科方向的論文，培養(yǎng)了大量的仿真學(xué)科方面的人才。

如圖1所示，截至2024年11月，中國(guó)知網(wǎng)上查詢到的與建模仿真相關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量呈逐年上升的趨勢(shì)，尤其是2015年以來，相關(guān)論文的數(shù)量增長(zhǎng)明顯提速。因此，充實(shí)國(guó)內(nèi)仿真專業(yè)人才庫(kù)，夯實(shí)國(guó)家仿真自主創(chuàng)新的人才基礎(chǔ)，推動(dòng)我國(guó)仿真基礎(chǔ)和應(yīng)用研究水平整體躍升及充分建設(shè)好仿真相關(guān)專業(yè)課程顯得尤為重要。

（三） 我國(guó)對(duì)仿真專業(yè)人才的需求

仿真科學(xué)已成為人類認(rèn)識(shí)與改造世界的重要方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全中發(fā)揮著不可或缺的作用，而仿真專業(yè)課程建設(shè)水平和人才培養(yǎng)直接決定一個(gè)國(guó)家在仿真科學(xué)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力[。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和經(jīng)濟(jì)等眾多領(lǐng)域，仿真在系統(tǒng)論證、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、分析、維護(hù)和人員訓(xùn)練等應(yīng)用層次成為不可或缺的重要手段，尤其是在國(guó)防領(lǐng)域甚至是唯一手段。當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、國(guó)防、科研等多個(gè)領(lǐng)域?qū)Ψ抡鎸I(yè)人才的需求正越來越迫切，將仿真技術(shù)與各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域深度融合是未來長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的迫切要求和必然趨勢(shì)。

隨著仿真技術(shù)的快速應(yīng)用，仿真已成為人類認(rèn)識(shí)與改造世界的重要方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全中發(fā)揮著不可或缺的作用。仿真科學(xué)與技術(shù)，已形成為相對(duì)獨(dú)立并還在迅速發(fā)展的具有完整體系并具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的交叉學(xué)科，是公認(rèn)的科學(xué)研究與工程實(shí)踐中人類認(rèn)知與改造客觀世界的重要方法]。仿真專業(yè)技術(shù)人才是保障我國(guó)仿真科學(xué)技術(shù)發(fā)展的根本。近年來，我國(guó)軍地在仿真專業(yè)人才教育培養(yǎng)上取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)提供了有效的仿真專業(yè)人才保障。各大研究院所、大專院校在仿真技術(shù)和理論創(chuàng)新方面的成果不斷涌現(xiàn)，企業(yè)在技術(shù)成果的落地和應(yīng)用轉(zhuǎn)化方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。然而，仿真專業(yè)人才的培養(yǎng)還無(wú)法滿足我國(guó)對(duì)仿真專業(yè)人才的迫切需求，存在人才培養(yǎng)規(guī)模不足、人才知識(shí)體系單一化、對(duì)人工智能等新技術(shù)融合程度低等問題。

三 課程建設(shè)要求

進(jìn)一步確保我國(guó)在仿真科學(xué)的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，迫切需要在現(xiàn)有條件下，客觀分析當(dāng)前仿真專業(yè)技術(shù)人才教育培養(yǎng)的現(xiàn)狀，增強(qiáng)自信的同時(shí)，正視我們當(dāng)前仿真專業(yè)技術(shù)人才的短板和不足。加強(qiáng)頂層規(guī)劃，從學(xué)科設(shè)置、政策機(jī)制、產(chǎn)業(yè)配套等方面多管齊下，加強(qiáng)軍地聯(lián)合，校企聯(lián)合，促進(jìn)仿真專業(yè)技術(shù)人才的國(guó)際國(guó)內(nèi)交流互動(dòng)。為此，課程團(tuán)隊(duì)針對(duì)仿真專業(yè)研究生人才的培養(yǎng)，分析了仿真系統(tǒng)工程方法課程的建設(shè)要求。

（一）仿真與人工智能有機(jī)結(jié)合

21世紀(jì)以來，新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命、軍事革命加速推進(jìn)，人工智能作為極其重要的顛覆性技術(shù)迅猛發(fā)展，推動(dòng)國(guó)防、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)領(lǐng)域向著智能化升級(jí)迭代[12-13]。2018年，教育部正式出臺(tái)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，要求重視人工智能與計(jì)算機(jī)、控制、數(shù)學(xué)等其他學(xué)科專業(yè)教育的交叉融合，推動(dòng)構(gòu)建“人工智能 +X ”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式[14-15]。

智能化仿真是仿真與人工智能有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，通常是指將人工智能方法應(yīng)用于仿真領(lǐng)域，同時(shí)還要有效融合相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)資源和高性能計(jì)算環(huán)境，提升仿真模型設(shè)計(jì)、仿真應(yīng)用開發(fā)運(yùn)行及結(jié)果分析等仿真關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能化水平[16-18]。仿真與人工智能的結(jié)合，就是要將人工智能方法與技術(shù)應(yīng)用于仿真全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，支持構(gòu)建各類智能化仿真應(yīng)用系統(tǒng)[19-20]。

深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等人工智能方法逐步應(yīng)用于仿真建模領(lǐng)域，是碩士、博士研究課題中的熱點(diǎn)。這種智能化建模方法不同于傳統(tǒng)的基于解析模型和基于物理機(jī)理的建模方法，而是通過觀察仿真對(duì)象的感知信息和行為表現(xiàn)，進(jìn)行有監(jiān)督的行為模型學(xué)習(xí)；或是通過與環(huán)境進(jìn)行交互，在博弈對(duì)抗中不斷獲取交互經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)最優(yōu)行為策略，并構(gòu)建形成智能化仿真模型。這種方法具有建模效率高、可增量式演化、自適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[。

目前仿真人才培養(yǎng)模式有待優(yōu)化，為了滿足各個(gè)行業(yè)對(duì)智能化仿真人才的需求，需要考慮實(shí)施博士、碩士、學(xué)士、工程教育、資格證書教育和職業(yè)培訓(xùn)教育等不同層級(jí)的人才培養(yǎng)模式，進(jìn)一步完善仿真學(xué)科人才培養(yǎng)目標(biāo)，規(guī)范課程體系和撰寫系列教材，形成仿真學(xué)科的學(xué)位培養(yǎng)體系，從而為21世紀(jì)信息化社會(huì)培養(yǎng)大量的仿真人才。

國(guó)家正從經(jīng)濟(jì)大國(guó)向經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，我國(guó)培養(yǎng)的仿真專業(yè)研究生承擔(dān)著重要的歷史使命和責(zé)任，必須牢牢把握住人工智能與建模仿真深度融合的契機(jī)，推動(dòng)建模仿真技術(shù)向著智能化仿真方向穩(wěn)步前進(jìn)。

（二） 滿足三類研究生人才的培養(yǎng)需求

在人工智能技術(shù)不斷應(yīng)用于建模仿真的背景下，打造面向未來智能化仿真應(yīng)用的仿真專業(yè)課程知識(shí)體系，培養(yǎng)與智能時(shí)代相適應(yīng)的仿真人才，是為我國(guó)各領(lǐng)域建設(shè)提供有力仿真專業(yè)人才支撐的根本途徑[22-23]。為了打造同時(shí)具備建模仿真和人工智能技術(shù)的仿真專業(yè)研究生人才隊(duì)伍，滿足國(guó)家對(duì)于智能化仿真專業(yè)人才的迫切需求，仿真系統(tǒng)工程方法課程重點(diǎn)滿足以下三類仿真專業(yè)研究生人才的培養(yǎng)需求。

第一，精于智能技術(shù)和仿真技術(shù)的基礎(chǔ)拔尖人才。著眼培養(yǎng)精于人工智能領(lǐng)域底層核心技術(shù)、建模仿真領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，能夠解決人工智能和建模仿真核心關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)拔尖人才，以便能夠逐步形成攻克智能化仿真領(lǐng)域“卡脖子\"技術(shù)的研究生人才梯隊(duì)。

第二，善于智能運(yùn)用和仿真實(shí)踐的復(fù)合技術(shù)人才。著眼培養(yǎng)善于人工智能技術(shù)運(yùn)用和建模仿真技術(shù)實(shí)踐，并能夠解決實(shí)際運(yùn)用過程中重大問題的復(fù)合型技術(shù)人才，實(shí)施“碩一博\"貫通培養(yǎng)，以便逐步形成善于運(yùn)用智能化仿真技術(shù)促進(jìn)各領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的復(fù)合型技術(shù)人才梯隊(duì)。

第三，具備智能化仿真素養(yǎng)的技術(shù)管理人才。著眼培養(yǎng)具有較強(qiáng)智能化素養(yǎng)、熟悉建模仿真技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)管理人才，加強(qiáng)與高科技企事業(yè)單位和技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的合作育人，加強(qiáng)崗位實(shí)踐能力鍛煉，以期形成適應(yīng)未來高科技發(fā)展需求的技術(shù)管理人才梯隊(duì)。

（三） 完美契合仿真的四類特性

仿真系統(tǒng)工程方法課程講授如何運(yùn)用人工智能與建模仿真相關(guān)科學(xué)理論和技術(shù)手段來改造世界、創(chuàng)造財(cái)富，因此，本門課程的教學(xué)目標(biāo)是有重點(diǎn)地介紹智能化仿真系統(tǒng)的構(gòu)成、核心技術(shù)、設(shè)計(jì)方法等，通過課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)使學(xué)員全面掌握系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)的方法和技能，了解系統(tǒng)仿真的發(fā)展方向。

本門課程重在培養(yǎng)研究生學(xué)員對(duì)建模仿真專業(yè)的基本認(rèn)知能力、通用問題求解能力、領(lǐng)域問題求解能力和對(duì)仿真平臺(tái)工作原理理解能力，以及仿真應(yīng)用能力與仿真系統(tǒng)開發(fā)能力，并且注重不同章節(jié)內(nèi)容設(shè)置及其依賴管理，實(shí)現(xiàn)學(xué)員從學(xué)仿真到自己用仿真的轉(zhuǎn)變。仿真技術(shù)的實(shí)踐性、時(shí)代性、綜合性和系統(tǒng)性四種特性，是融合人工智能技術(shù)必須考慮的著眼點(diǎn)，也是人工智能技術(shù)應(yīng)用于仿真領(lǐng)域必須滿足的基本要求。

1仿真的實(shí)踐性：仿真專業(yè)研究生培養(yǎng)的核心特點(diǎn)是實(shí)踐性，相關(guān)課程的知識(shí)大多是從現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用實(shí)踐中總結(jié)提煉得來的。應(yīng)用需求始終是牽引仿真相關(guān)技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ挥欣卫伟盐辗抡鎽?yīng)用需求，才有可能真正掌握仿真專業(yè)知識(shí)體系形成和仿真人才培養(yǎng)的脈絡(luò)[24。因此，本門課程建設(shè)必須從仿真的實(shí)踐性出發(fā)，增加實(shí)踐性要素。

2）仿真的時(shí)代性：仿真學(xué)科與時(shí)俱進(jìn)，具有很強(qiáng)的時(shí)代性，仿真教育和人才培養(yǎng)需要跟上時(shí)代的發(fā)展。仿真專業(yè)始終以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，與相關(guān)信息技術(shù)保持同步更新演進(jìn)。例如，伴隨著計(jì)算機(jī)的誕生，仿真知識(shí)體系在應(yīng)用需求牽引和計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)下不斷豐富拓展，形成了以計(jì)算機(jī)仿真為主體的仿真學(xué)科知識(shí)體系。近年來，人工智能的快速發(fā)展正在推動(dòng)智能化仿真技術(shù)的興起。因此，仿真系統(tǒng)工程方法課程的建設(shè)要緊跟智能化仿真的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)滿足時(shí)代需求的智能化仿真知識(shí)體系。

3）仿真的綜合性：仿真學(xué)科具有綜合性的特征，一方面是指仿真應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建需要涉及計(jì)算機(jī)、控制、通信等多個(gè)學(xué)科知識(shí)，另一方面是指仿真需要與其應(yīng)用領(lǐng)域緊密結(jié)合，融入特定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)。因此，仿真知識(shí)體系需要綜合多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，仿真人才應(yīng)是綜合性人才。仿真系統(tǒng)工程方法課程的知識(shí)體系設(shè)計(jì)既要綜合考慮計(jì)算機(jī)、控制等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，又要考慮仿真相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)融合。

4）仿真的系統(tǒng)性：仿真研究通常需要在相應(yīng)的仿真平臺(tái)上建立研究對(duì)象模型及其仿真應(yīng)用系統(tǒng)，然后基于該仿真應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而分析研究對(duì)象的行為、特性。此外，部分仿真應(yīng)用系統(tǒng)還可用于分析預(yù)測(cè)、試驗(yàn)鑒定和模擬訓(xùn)練。因此，基于仿真應(yīng)用系統(tǒng)來分析研究客觀世界是仿真的特點(diǎn)，也是仿真系統(tǒng)工程方法課程建設(shè)的基本出發(fā)點(diǎn)和立足點(diǎn)，必須以講授如何構(gòu)建仿真系統(tǒng)和應(yīng)用仿真系統(tǒng)為課程重點(diǎn)。

四 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

（一） 課程知識(shí)體系

仿真系統(tǒng)工程方法課程知識(shí)體系是智能化仿真領(lǐng)域的核心知識(shí)集合，涵蓋智能化仿真系統(tǒng)的基本概念、基本方法、關(guān)鍵技術(shù)等多個(gè)環(huán)節(jié)的邏輯體系，并且各個(gè)環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)系、相互依賴。本課程知識(shí)體系設(shè)計(jì)要注重培養(yǎng)適應(yīng)不斷變化的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展需求，注重建模仿真專業(yè)課程與其他應(yīng)用領(lǐng)域交叉融合，培養(yǎng)復(fù)合型研究生人才。

主要從智能化仿真系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計(jì)、集成、運(yùn)行和應(yīng)用等角度出發(fā)，參考分布式仿真工程與運(yùn)用過程（DSEEP）標(biāo)準(zhǔn)，講述智能化仿真系統(tǒng)全生命周期中的關(guān)鍵理論、技術(shù)和方法。本門課程知識(shí)體系的設(shè)計(jì)，既要以系統(tǒng)仿真原理、離散事件仿真、連續(xù)系統(tǒng)仿真、程序設(shè)計(jì)和人工智能原理等本科專業(yè)課程為基礎(chǔ)，又要突出研究生課程的高階性和創(chuàng)新性兩個(gè)核心特點(diǎn)。其中，高階性是指突出知識(shí)與能力素質(zhì)的深度融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級(jí)思維；創(chuàng)新性是指課程內(nèi)容反映前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化[25-26。

如圖2所示，仿真系統(tǒng)工程方法圍繞“落實(shí)建模仿真與人工智能思維培養(yǎng)”的目標(biāo)，面向智能化仿真的迫切需求，其知識(shí)體系由智能化仿真建模、智能化仿真系統(tǒng)和智能化仿真應(yīng)用三大部分構(gòu)成。

1）智能化仿真建模方法：突出人工智能技術(shù)在建模領(lǐng)域的應(yīng)用，主要圍繞著智能化認(rèn)知建模和機(jī)理建模兩個(gè)方面的理論和方法。其中，認(rèn)知建模部分包含了大數(shù)據(jù)智能、深度學(xué)習(xí)和圖計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)在建模領(lǐng)域的應(yīng)用方法。機(jī)理建模部分突出了復(fù)雜系統(tǒng)智能仿真語(yǔ)言、元模型框架、定性定量混合等前沿智能建模理論方法。

2）智能化仿真系統(tǒng)技術(shù)：重點(diǎn)講解如何實(shí)現(xiàn)人工智能賦能的仿真系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行，包含智能化的仿真運(yùn)行支撐技術(shù)和仿真系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)。其中，仿真運(yùn)行支撐技術(shù)包括智能仿真資源管理、高效能并行仿真、智能分布式仿真等核心知識(shí)點(diǎn)；仿真系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)則包括跨媒體智能可視化、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

3智能化仿真應(yīng)用技術(shù)：重點(diǎn)圍繞智能化仿真VVamp;A技術(shù)展開，包括基于深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)的仿真試驗(yàn)VVamp;A技術(shù)，基于知識(shí)的智能化仿真模型校核技術(shù)，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的仿真模型校核驗(yàn)證技術(shù)，智能化仿真試驗(yàn)結(jié)果管理、分析與評(píng)估技術(shù)等內(nèi)容。

（二） 章節(jié)設(shè)置與課時(shí)安排

仿真系統(tǒng)工程方法課程堅(jiān)持以學(xué)生為中心，融合自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、項(xiàng)自式學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)等多種教學(xué)理念，創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式，提升學(xué)習(xí)效率。本門課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)，其目的不僅是教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)，更注重啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問 知識(shí)傳授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐运季S與能力的提升為主的課題，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。為此，課程探索了以程設(shè)計(jì)思路。

課程探索從知識(shí)輸出到能力導(dǎo)向的課程轉(zhuǎn)型，就要求內(nèi)容創(chuàng)新和切實(shí)達(dá)成教學(xué)自標(biāo)。本課程的章節(jié)設(shè)置與課時(shí)安排，如圖3所示。綜合應(yīng)用從做中學(xué)、自我學(xué)習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、同伴互學(xué)和探究式學(xué)習(xí)等多種方法27]。圍繞智能化仿真系統(tǒng)的概念建模、模型設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)置相應(yīng)的章節(jié)。課程共包含五個(gè)章節(jié)的理論部分，共計(jì)36課時(shí)。為了對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用和加深理解，還設(shè)置了8課時(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

1）第一章概述。共4課時(shí)，旨在讓學(xué)員對(duì)智能化仿真相關(guān)的基本概念、典型技術(shù)、基本過程和具體應(yīng)用等有一個(gè)相對(duì)全面而直觀的認(rèn)識(shí)，并且概述性地介紹相關(guān)內(nèi)容及典型人物，用以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步了解課程的歷史背景與總體要求。

2）第二章概念建模。共4課時(shí)，旨在講授概念建模的基本概念和基本方法，以及仿真需求分析和仿真想定設(shè)計(jì)等方法。該部分內(nèi)容屬于智能化仿真建模方法的范疇，其內(nèi)容設(shè)置突出了人工智能方法在概念建模、需求分析、仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。

3）第三章仿真建模方法。共8課時(shí)，旨在講授人工智能技術(shù)在仿真建模中的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)知識(shí)體系中智能化仿真建模方法部分，包含了多種建模范式及其原理、機(jī)理建模和認(rèn)知建模等內(nèi)容。此外，針對(duì)數(shù)字孿生等仿真領(lǐng)域研究熱點(diǎn)也設(shè)置了相應(yīng)章節(jié)。

4）第四章仿真系統(tǒng)技術(shù)。共8課時(shí)，旨在講授如何設(shè)計(jì)并運(yùn)行智能化仿真系統(tǒng)，與知識(shí)體系中智能化仿真系統(tǒng)技術(shù)對(duì)應(yīng)。其內(nèi)容涵蓋了仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集中并行、分布式運(yùn)行、可視化等仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的核心技術(shù)。

5）第五章仿真應(yīng)用技術(shù)。共4課時(shí)，與知識(shí)體系中智能化仿真應(yīng)用技術(shù)相對(duì)應(yīng)，包含了VVamp;A、校核、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果評(píng)估等仿真系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容。

6課程實(shí)踐。為了鞏固課程中所學(xué)的知識(shí)，加深對(duì)相關(guān)方法和技術(shù)的理解，提高應(yīng)用智能化仿真技術(shù)分析和解決實(shí)際問題的能力，設(shè)置了課程實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)采用CDIO模式，學(xué)員使用教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)工具軟件，自主設(shè)計(jì)仿真應(yīng)用系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)和解決在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的主要問題，并安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐匯報(bào)和答辯。

五 課程考核方式

（1） 考核方法

課程希望通過仿真解決實(shí)際應(yīng)用問題方法的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生在理解仿真基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理的同時(shí)，能主動(dòng)在各自專業(yè)學(xué)習(xí)與研究中利用課程所學(xué)的方法和技能，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用問題求解，具備利用仿真知識(shí)動(dòng)手解決具有一定難度的實(shí)際問題的能力，具備較好的仿真思維與能力[28-29]。

課程實(shí)踐采用案例式教學(xué)方法，采用一個(gè)典型案例貫穿整個(gè)實(shí)踐過程，為學(xué)員示例各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試方法，學(xué)員以小組為單位從案例庫(kù)中選擇感興趣的案例，參照典型案例的解決方法，自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式仿真系統(tǒng)，從而實(shí)踐應(yīng)用前面學(xué)習(xí)過的概念建模方法、仿真建模仿真、仿真系統(tǒng)技術(shù)和仿真應(yīng)用技術(shù)等課程知識(shí)點(diǎn)。

本課程通過提供自主研發(fā)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，檢驗(yàn)學(xué)員的應(yīng)用問題查找、仿真應(yīng)用問題需求分析、仿真概念建模、系統(tǒng)建模、仿真軟件開發(fā)、仿真集成、數(shù)據(jù)獲取和仿真分析評(píng)估等應(yīng)用實(shí)踐能力，把從課程學(xué)到的仿真專業(yè)知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際工程應(yīng)用中，把枯燥的理論知識(shí)通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，提高在科研中探索問題、分析問題和解決問題的能力。重在培養(yǎng)學(xué)員成長(zhǎng)為獨(dú)立思考的“創(chuàng)新型學(xué)霸”，培養(yǎng)學(xué)員分析和解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，包括三個(gè)方面：一是對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行面向?qū)ο蠓治雠c建模的能力；二是自己動(dòng)手設(shè)計(jì)與開發(fā)仿真系統(tǒng)的能力；三是仿真結(jié)果分析反饋和解決問題的能力。

（二） 打分規(guī)則

學(xué)生按照分組完成作業(yè)，一般3＼～5人一組，根據(jù)興趣自行選題，組內(nèi)人員任務(wù)分工明確，檢查驗(yàn)收作業(yè)時(shí)，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每人需要講述自己的工作并作出評(píng)價(jià)和改進(jìn)意見。課程實(shí)踐部分的考核評(píng)價(jià)分為系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂表現(xiàn)兩部分，兩部分均為百分制。

1）系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分：分別對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和系統(tǒng)開發(fā)（程序代碼）進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告和系統(tǒng)開發(fā)（程序代碼）各占一半的比例，計(jì)算每個(gè)小組的得分；按照小組內(nèi)的任務(wù)分工，確定小組內(nèi)每個(gè)成員的得分系數(shù)，小組得分與每個(gè)成員的得分的乘積就是小組成員本部分的最終得分。

2）課堂表現(xiàn)部分：每人的初始分值為90分；每缺一次課，減5分（減完為止）；每做一次匯報(bào)，加5分（最高得100分）；課代表，加5分（最高得100分）。

學(xué)員的最終成績(jī)是系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告（ 60% 與課堂表現(xiàn)（ 40% 的加權(quán)和。得到最終成績(jī)后，再對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為優(yōu)、良、中、及格和不及格。

（三） 實(shí)踐過程實(shí)施

仿真系統(tǒng)工程方法所面向的仿真專業(yè)研究生所屬學(xué)科為工程技術(shù)類學(xué)科，因此課程采用CDIO教育模式，即包含構(gòu)思（Conceive）設(shè)計(jì)（Design）實(shí)施（Im-plement）和運(yùn)行（Operate）四個(gè)環(huán)節(jié)[30-31]。要求學(xué)員首先明確任務(wù)需求，并且綜合考慮技術(shù)、制度等主要因素，提出所選擇實(shí)踐題目的概念模型、技術(shù)要求和開發(fā)計(jì)劃。然后，學(xué)員需要通過綜合應(yīng)用課程所學(xué)的智能化建模方法開發(fā)系統(tǒng)所需的各類仿真模型、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程和架構(gòu)。在實(shí)施環(huán)節(jié)中，需要學(xué)員依據(jù)設(shè)計(jì)的仿真模型和應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行模型實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)開發(fā)。最后，要求學(xué)員能夠運(yùn)行自己開發(fā)的仿真系統(tǒng)，并做好系統(tǒng)后續(xù)的維護(hù)、優(yōu)化和淘汰等工作計(jì)劃。通過基于CDIO模式的課程實(shí)踐，可以培養(yǎng)學(xué)員的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力[32-33]。

如圖4所示，在自主研發(fā)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支撐上，進(jìn)行課程實(shí)踐的流程主要包括自擬實(shí)踐題目、需求分析與概念建模、仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、運(yùn)行仿真和采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果評(píng)估五個(gè)步驟。

1在自擬實(shí)踐題目階段，主要考查學(xué)員的應(yīng)用問題查找能力。基于教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)和問題定義功能，學(xué)員可以針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)問題，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)科目，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)題目問題進(jìn)行定義和想定描述。

2）在需求分析與概念建模階段，主要考查學(xué)員的仿真應(yīng)用需求分析能力和仿真概念建模能力。基于教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的需求分析和概念建模功能，學(xué)員可以進(jìn)行面向?qū)ο蠓治觯ㄓ美O(shè)計(jì)、對(duì)象類分析等。

3）在仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)階段，主要考查學(xué)員系統(tǒng)建模能力和仿真軟件開發(fā)能力。基于教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的智能建模和系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，學(xué)員可以進(jìn)行系統(tǒng)靜態(tài)建模、動(dòng)態(tài)建模、系統(tǒng)流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真系統(tǒng)開發(fā)。

4）在運(yùn)行仿真和采集數(shù)據(jù)階段，主要考查學(xué)員仿真集成能力和數(shù)據(jù)獲取能力。基于教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的仿真運(yùn)行支撐功能，學(xué)員可以運(yùn)行開發(fā)完成的系統(tǒng)，并采集仿真數(shù)據(jù)。

5）在數(shù)據(jù)分析和結(jié)果評(píng)估階段，主要考查學(xué)員的仿真分析評(píng)估能力。基于教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)評(píng)估和分析功能，學(xué)員可以對(duì)仿真過程中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估。

六 課程教學(xué)效果

國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)建模與聯(lián)合仿真教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2023年9月完成仿真系統(tǒng)工程方法研究生專業(yè)課程的智能化升級(jí)改造建設(shè)，應(yīng)用于2024級(jí)控制科學(xué)與工程專業(yè)的碩士研究生課程教學(xué)，共有80余名學(xué)員參加課程學(xué)習(xí)。經(jīng)過一輪教學(xué)后受到學(xué)員及相關(guān)學(xué)員的充分肯定，課程督導(dǎo)和抽查均獲評(píng)優(yōu)秀。學(xué)生的智能化仿真建模與系統(tǒng)開發(fā)能力明顯提升，絕大部分學(xué)員具備了直接從事仿真應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的能力。部分學(xué)員對(duì)自選實(shí)踐題目進(jìn)行總結(jié)提煉，申請(qǐng)發(fā)明專利4項(xiàng)、發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇，形成了一批智能化仿真人才培養(yǎng)高水平教育研究與改革實(shí)踐成果，為其他院校培養(yǎng)智能化仿真人才提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和有益借鑒。參與課程建設(shè)的教員也成功申報(bào)了湖南省教改課題多項(xiàng)、發(fā)表教學(xué)論文多篇。

七 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)防科技大學(xué)通過仿真系統(tǒng)工程方法課程的建設(shè)，從社會(huì)適應(yīng)角度奠定了研究生學(xué)員長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)，滿足國(guó)家社會(huì)和行業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)仿真人才的需求。課程助力研究生學(xué)員適應(yīng)行業(yè)建模仿真應(yīng)用發(fā)展需求，融會(huì)貫通仿真需求分析、仿真概念建模、仿真模型開發(fā)、仿真系統(tǒng)集成和仿真結(jié)果分析評(píng)估等知識(shí)，提出滿足智能化仿真應(yīng)用需求的系統(tǒng)性解決方案，使學(xué)員能夠跟蹤建模仿真領(lǐng)域的前沿技術(shù)，具備一定的仿真工程創(chuàng)新能力，能夠從事應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的建模仿真產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)。通過課程的建設(shè)，可以提供豐富多樣的理論教學(xué)和課程實(shí)踐，大大豐富了教學(xué)時(shí)間和空間，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，取得了良好的教學(xué)效果

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