基于軟件實驗平臺的課程教學模式的實踐研究

文章編號：1672-5913(2008)18-00023-02

摘要：本文提出了以實踐為中心的課程教學模式，以及基于軟件實驗平臺下的實驗教學和課外項目實踐模式。通過“系統(tǒng)工程”課程教學實踐證明，該教學模式增強了學生對課程內容的理解以及實踐動手能力，特別是計算機編程與應用能力的提高；激發(fā)了學生的求知欲望和創(chuàng)新精神，同時也培養(yǎng)了學生的團隊合作意識。

關鍵詞：軟件實驗平臺；教學模式；實踐教學；計算機應用

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1引言

如何實現(xiàn)理論與實踐有機結合是應用性強的課程提高教學質量的內涵之一，也是任課教師一直研究的教學問題?！跋到y(tǒng)工程”是高等學校管理科學與工程類專業(yè)的主干課程，同時也是一門尚在蓬勃發(fā)展中的新興交叉學科，涉及的知識面非常廣泛，應用領域眾多。目前該課程教學模式普遍存在兩個問題：一是理論教學相對完善、但實驗和實踐環(huán)節(jié)缺失，學生的求知欲望和探索精神沒有被充分激發(fā)，這也導致學生的動手實踐和創(chuàng)新能力不強；二是課程教學效果的評估和考核方式還沒有很理想的方法。針對這兩個問題，經過多年的教學實踐和探索，我們提出以實踐為中心的課程教學、激勵考核模式。該模式的目標就是要激發(fā)學生的主動學習和探索精神，培養(yǎng)他們的動手實踐和創(chuàng)新能力，能夠運用所學的系統(tǒng)工程知識和方法綜合地分析、解決系統(tǒng)性的問題，同時也有意識地培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

2以實踐為中心的課程教學激勵模式

以實踐為中心的課程教學激勵模式由課堂模擬案例教學、課內上機實驗教學、課外多人合作項目(大作業(yè))以及激勵考核機制四個部分組成。

●課堂模擬案例教學就是通過精心設計的模擬應用案例向學生傳授利用系統(tǒng)工程方法解決實際問題的完整思考過程。例如我們在介紹仿真方法時，從系統(tǒng)問題的提出、系統(tǒng)仿真目的分析、系統(tǒng)仿真方法(模型)設計、系統(tǒng)仿真模型假設、系統(tǒng)仿真過程步驟到最后系統(tǒng)仿真結果分析這之中每一個環(huán)節(jié)都被設計在一個‘貨棧問題’中，通過師生共同對這個應用案例的分析、討論和解決來加深學生對仿真方法的理解。另外，課堂上學生在教師的啟發(fā)和引導下不斷地積極思考也培養(yǎng)了其創(chuàng)造性思維。

●課內上機實驗教學是教學的重要組成部分。系統(tǒng)工程方法具有大型、綜合特點，必須借助于計算機解決其算法，而學生的計算機水平差異較大，在一次90分鐘的實驗課中編程能力差的學生可能并不能完成實驗內容。為此我們研發(fā)了一套開放式的“系統(tǒng)工程實驗實踐教學平臺”計算機軟件來配合教學，在該平臺的支持下，學生實驗的可操作性大大增強。

●課外多人合作的實踐項目可以培養(yǎng)學生解決綜合性問題的能力，包括問題綜合分析、調研(文獻檢索、數(shù)據(jù)采集等)、數(shù)據(jù)處理(編程等)、結果分析、寫作以及團隊合作等。鍛煉學生分析問題和解決問題的能力、應用計算機軟件解決模型方法計算問題的能力，文字表達撰寫論文的能力；增強學生們對問題的感性認識。通過實踐體驗系統(tǒng)工程解決問題的快樂，激發(fā)學生的學習興趣。

●考核激勵機制貫穿于整個課程教學環(huán)節(jié)中。包括課程周期中的課堂表現(xiàn)、上機實驗表現(xiàn)、課外項目表現(xiàn)都按比例計入學生的最終成績中，同時對學生采取多種獎勵和懲罰方法以激發(fā)其學習興趣和熱情。例如鼓勵學生課堂提問、加入討論，獎勵通過編程解決系統(tǒng)工程算法，鼓勵學生利用互動網站即時討論觀點、方法和提問等等，這些分數(shù)點最終計入課程總分。

綜上所述，以實踐為中心、激勵考核機制貫穿整個課程教學的“課程教學、激勵考核模式”示意圖如下圖1所示。

3實驗教學平臺開發(fā)與應用

為了更有效的配合實驗、實踐教學，我們開發(fā)了用于系統(tǒng)工程課程實驗之用的軟件平臺，該軟件實現(xiàn)系統(tǒng)工程課程領域的常用方法及相關算法，同時提供開放式接口，方便學生在實驗過程中，通過C/C++、VB等自己掌握的編程語言和工具調用軟件功能，加深對“系統(tǒng)工程”課程中評價方法、仿真模型等方法的理解。在“系統(tǒng)工程”課程的教學過程中， 本文得到上海工程技術大學創(chuàng)新實驗項目《系統(tǒng)工程差異化實驗建設》資助，項目編號：SF0803002

教師不僅僅擔任教課任務，更要實現(xiàn)學生編程能力從“實驗走向實踐”的提升重任。在前面的幾次實驗課中，學生以使用封閉式環(huán)境提供的功能為主，在后面的實驗中，學生逐漸嘗試自己編程實現(xiàn)算法?？晒┻x擇的編程環(huán)境包括Visual Basic、Visual C++、Borland C++Builder和Delphi等。同時學生也可以在Matlab環(huán)境中編程實現(xiàn)算法，在實驗平臺中進行調用。“系統(tǒng)工程”課程教學實踐表明，學生的編程能力提高較快。

以實驗“基于解釋結構模型(ISM)的我校食堂擁擠問題系統(tǒng)結構分析”為例，該實驗要求學生理解“解釋結構模型法(Interpretative Structural Modeling，簡稱ISM)”的原理，通過實例進行驗證，最后要求設計一個案例，并用ISM方法進行分析。這是一個學習梯度從“理解->驗證->設計”的實驗。ISM方法能夠利用系統(tǒng)要素之間已知的零亂關系，分析復雜系統(tǒng)要素間關聯(lián)結構，并揭示出系統(tǒng)內部結構。該方法具有在矩陣的基礎上進一步運算、推導從而解釋系統(tǒng)結構的特點。但對于高維多階矩陣的運算，如果依靠手工實現(xiàn)，不僅運算速度慢，而且容易出錯，要在課堂時間里進行驗證幾乎無法完成。

如對我校食堂擁擠問題的ISM系統(tǒng)分析，根據(jù)“去食堂吃飯的師生人數(shù)，食堂服務人員的工作質量，食堂的開放時間，學校食堂的管理，食堂的地理位置，環(huán)境衛(wèi)生狀況，飯菜的衛(wèi)生狀況、廚房衛(wèi)生，同時滿足上海和外地師生，飯菜的花色翻新速度，價格是否合理，大家對食堂伙食等的評價”這十一個因素的調研，建立如下表1所示的鄰接矩陣。

如果手工計算求可達矩陣，并對可達矩陣進行分級劃分，再畫圖建立解釋結構模型，不僅容易出錯，而且在課堂內也無法完成。另一方面學生編程能力參差不齊，即使能力較強的同學，也未必能在課堂內完全了解算法。為了避免編程水平的限制影響系統(tǒng)工程的學習，可以利用開發(fā)的“系統(tǒng)工程”實驗教學平臺，很容易地進行驗證。下圖2可以發(fā)現(xiàn)，實驗教學平臺軟件中提供了“系統(tǒng)工程”課程的常用算法，可以方便地調用。

對于食堂擁擠問題的ISM系統(tǒng)分析這一實例，可以在實驗教學平臺軟件中創(chuàng)建11×11矩陣，輸入以上鄰接矩陣，系統(tǒng)運算后，會以圖形的方式給出分析結果(如下圖3所示)。

以上只是完成驗證，即課堂模擬案例教學這一環(huán)節(jié)，對于課內上機實驗教學環(huán)節(jié)，實驗教學平臺以開放式模塊設計功能提供用戶非常自由的開發(fā)平臺。實驗教學平臺在設計結構上，以數(shù)據(jù)文件為共享平臺，實現(xiàn)封閉式算法、開放式模塊與Matlab等工具軟件在數(shù)據(jù)上的通訊。學生可以可以采用VB，VC，Delphi，Borland C++ Builder，PowerBuilder等主流開發(fā)工具，調用我們提供的數(shù)據(jù)訪問接口，實現(xiàn)自己的算法，體現(xiàn)自己的創(chuàng)造性思維。

通過以上兩個環(huán)節(jié)的學習，學生不僅對ISM方法有了深刻理解，而且編程能力也有很大提高，在最后的課外多人合作項目(大作業(yè))中，要求學生設計案例，用所學的ISM方法進行分析，更為重要的是，需要學生自己編程實現(xiàn)相應的算法。學生通過實踐，選擇不少具有新意的案例，如基于ISM方法的影響大學生就業(yè)要素的系統(tǒng)分析、大學生考試作弊現(xiàn)象分析、校園自行車亂停放現(xiàn)象系統(tǒng)分析、大學生考研熱理性系統(tǒng)分析、素質教育制約因素系統(tǒng)分析、學生考試成績制約因素研究、大學生學風建設模糊綜合評價等。通過對這些案例的分析，學生真正掌握了系統(tǒng)工程的有關理論。這種教學模式不僅提高了學生的實踐能力，同時也激發(fā)了他們的潛能與創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了團隊合作精神。

4結束語

課程教學激勵模式在“系統(tǒng)工程”課程教學中的應用結果顯示，課程教學激勵模式具有增強學生的實驗-實踐創(chuàng)新能力和計算機程序設計應用能力，激發(fā)學生的求知欲望和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的團隊合作意識。值得指出的是本教學模式具有一定的普遍性。

參 考 文 獻

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