工業(yè)工程專業(yè)《系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)探討

摘要：《系統(tǒng)建模與仿真》是工業(yè)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，筆者總結(jié)了幾年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、平時(shí)作業(yè)和實(shí)踐環(huán)節(jié)、考評(píng)方法四個(gè)方面探討如何改進(jìn)教學(xué)，以期提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生的仿真應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：工業(yè)工程；系統(tǒng)建模與仿真；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）52-0262-02

工業(yè)工程（Industrial Engineering，簡(jiǎn)稱IE）起源于20世紀(jì)初的美國(guó)，它以現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)為背景，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)工程專業(yè)培養(yǎng)具備現(xiàn)代工業(yè)工程和系統(tǒng)管理等方面的知識(shí)、素質(zhì)和能力，能在企業(yè)從事生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、服務(wù)等管理系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和創(chuàng)新工作的高級(jí)專門人才。我國(guó)最早于1993年招收工業(yè)工程專業(yè)的本科生，目前已有70余所院校設(shè)有工業(yè)工程系或?qū)I(yè)。國(guó)內(nèi)工業(yè)工程專業(yè)的培養(yǎng)模式主要有兩種：一種是管理類本科，授予管理學(xué)學(xué)士學(xué)位；一種是機(jī)械類本科，授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位。我校于2006年獲得工業(yè)工程專業(yè)辦學(xué)資格，開設(shè)在經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院（后改為商學(xué)院），2006年招收了第一屆本科生?！断到y(tǒng)建模與仿真》是工業(yè)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它是一種基于模型實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)建模與分析工具，是對(duì)運(yùn)籌學(xué)等理論優(yōu)化方法的有力補(bǔ)充。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)大多是復(fù)雜系統(tǒng)，理論分析方法往往無能為力，因此系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)對(duì)分析、設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)際系統(tǒng)是非常有用的。然而，在四屆學(xué)生的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)這門課程的教學(xué)存在著很多問題。本文總結(jié)了教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)今后的教學(xué)提出了一些改進(jìn)建議。

一、教學(xué)方法的改進(jìn)

“興趣是最好的老師”，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)該課程的興趣是非常重要的。上好第一堂課是至關(guān)重要的第一步，在第一堂課中不僅要讓學(xué)生了解本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且要介紹仿真在實(shí)踐中的重要作用，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。所以第一堂課中可以介紹一些實(shí)際案例，包括往屆學(xué)生的畢業(yè)論文案例；還可以運(yùn)行仿真軟件，讓學(xué)生對(duì)仿真形成一些感性的認(rèn)識(shí)。該課程的理論教學(xué)內(nèi)容比較多，包括離散事件系統(tǒng)仿真的基本原理、輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析理論等。學(xué)生往往迷失在理論公式當(dāng)中，覺得學(xué)習(xí)起來比較困難，另一方面也覺得比較枯燥，喪失了學(xué)習(xí)興趣。所以理論教學(xué)應(yīng)該回歸到這門課程的教學(xué)目標(biāo)上來，也就是以培養(yǎng)學(xué)生的能力為導(dǎo)向。首先應(yīng)選擇難度深度適中的教材，我們選用的教材是衛(wèi)強(qiáng)、陳國(guó)青主編的《管理系統(tǒng)模擬》，實(shí)驗(yàn)課教材選用的是施於人等編著的《eM-Plant仿真技術(shù)教程》；其次在理論教學(xué)過程中，應(yīng)盡量避免艱深的理論以及對(duì)公式的推導(dǎo)；最后講解理論時(shí)多結(jié)合實(shí)例或案例，幫助學(xué)生理解相關(guān)的理論，培養(yǎng)學(xué)生的理論應(yīng)用能力。

二、教學(xué)內(nèi)容的安排

本課程分為理論課和實(shí)驗(yàn)課兩部分，其中理論課時(shí)為48，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為52（連續(xù)兩周時(shí)間）。實(shí)驗(yàn)課安排在學(xué)期末進(jìn)行，主要是讓學(xué)生學(xué)習(xí)Plant Simulation（原名為eM-Plant）仿真軟件，并能夠運(yùn)用該軟件完成一個(gè)案例的建模和仿真分析。應(yīng)該說，這樣的課時(shí)安排是非常充裕的。雖然有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，理論課程的教學(xué)內(nèi)容仍然應(yīng)該與實(shí)踐結(jié)合起來。理論與實(shí)踐的結(jié)合有兩方面：一是把課本中講理論知識(shí)的部分與講操作實(shí)踐的部分結(jié)合起來；二是將理論知識(shí)與相關(guān)的仿真案例結(jié)合起來。對(duì)于前者，可以講解Excel和Plant Simulation仿真軟件如何來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的理論。例如：講解蒙特卡羅模擬時(shí)，用Excel演示講解報(bào)童問題的仿真；講輸入數(shù)據(jù)分析時(shí)，演示如何運(yùn)用Plant Simulation軟件中的DataFit對(duì)象將采集到的數(shù)據(jù)擬合為理論分布。對(duì)于后者，可以在理論知識(shí)講完后及時(shí)舉一個(gè)相關(guān)的案例。比如講解第一章管理系統(tǒng)模擬概述時(shí)，可以舉一個(gè)面包店經(jīng)營(yíng)仿真的例子，這個(gè)例子比較簡(jiǎn)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(rùn)超過50元，他就決定實(shí)施這個(gè)方案，如果利潤(rùn)并沒有預(yù)期的好就放棄。如何運(yùn)用仿真技術(shù)幫助小李做出決策？解決這個(gè)問題涉及到仿真的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括仿真目標(biāo)的確定、相關(guān)因素分析、數(shù)據(jù)采集、仿真建模、仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析。由于問題比較簡(jiǎn)單，可以用Excel進(jìn)行仿真，所以技術(shù)上并不復(fù)雜，可以更好地讓學(xué)生了解仿真的作用、仿真的建模方法以及仿真結(jié)果的處理和分析，由此對(duì)本門課程的內(nèi)容有一個(gè)整體的把握，更好地理解了前面所講的仿真理論。

三、平時(shí)作業(yè)和實(shí)踐環(huán)節(jié)

要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果還必須給學(xué)生布置適當(dāng)?shù)恼n后作業(yè)，督促他們復(fù)習(xí)消化課堂上所學(xué)的知識(shí)。作業(yè)可以是獨(dú)立完成的習(xí)題或者是用Excel完成一個(gè)小仿真，也可以是小組合作完成一份調(diào)查報(bào)告或者合作收集數(shù)據(jù)資料等。作業(yè)的考評(píng)也計(jì)入期末的總評(píng)成績(jī)中，從而督促學(xué)生認(rèn)真完成作業(yè)。實(shí)驗(yàn)課作為一門獨(dú)立的課程放在學(xué)期末進(jìn)行。如果說理論課是一種教師主動(dòng)教、學(xué)生被動(dòng)學(xué)的教學(xué)方式，那么實(shí)驗(yàn)課則相反，學(xué)生主動(dòng)尋找解決問題的方法，教師只在必要的時(shí)候進(jìn)行指導(dǎo)和點(diǎn)撥。實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生以小組為單位完成老師布置的仿真任務(wù)，任務(wù)具有一定挑戰(zhàn)性，是學(xué)生以前沒有做過、教師也沒有講過的某個(gè)生產(chǎn)或物流系統(tǒng)的仿真；另外任務(wù)的難度適中，保證學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能夠完成。實(shí)驗(yàn)完成后以小組為單位演示仿真模型并進(jìn)行答辯，教師根據(jù)答辯情況給小組打分，并根據(jù)每個(gè)成員的工作內(nèi)容給出個(gè)人成績(jī)。這樣既考慮了小組的整體成果又兼顧了個(gè)人表現(xiàn)，避免了某些學(xué)生“搭便車”的心理。實(shí)驗(yàn)不僅有助于學(xué)生加深對(duì)仿真理論的認(rèn)識(shí)，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作精神，所以很多學(xué)生表示在實(shí)驗(yàn)課上有很大收獲。

四、考評(píng)方法

期末考試作為綜合全面考核學(xué)生的基本知識(shí)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(píng)成績(jī)還將學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)（作業(yè)成績(jī)和出勤情況）納入考核范圍。目前我們對(duì)各部分的分值比例設(shè)置為出勤10%，作業(yè)20%，期末考試成績(jī)占70%。今后也可適當(dāng)提高平時(shí)作業(yè)成績(jī)的比例，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)作業(yè)的重視程度。

以上是對(duì)本課程教學(xué)的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和探討。俗話說“師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人”。如果把仿真領(lǐng)域看作一片森林，那么課堂教學(xué)只是帶學(xué)生來到這片森林邊沿，對(duì)這片森林更深入的了解需要學(xué)生自己出發(fā)去跋涉、去游歷、去探索、去欣賞。如何才能讓學(xué)生對(duì)這片森林有準(zhǔn)確的了解并迅速喜歡上這片森林，需要帶領(lǐng)者對(duì)這片森林有整體的認(rèn)知和更準(zhǔn)確的了解。令人欣慰的是，已經(jīng)有學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)和論文中自覺地運(yùn)用仿真方法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行分析和改進(jìn)，達(dá)到了學(xué)以致用的目的。相信隨著教學(xué)方法的不斷改善，會(huì)有越來越多的學(xué)生能夠熟練掌握仿真這一工具，為我國(guó)的IE事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

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基金項(xiàng)目：本文受到2012年上海市教委085內(nèi)涵建設(shè)項(xiàng)目1-4-4資助

作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)浩云（1975-），女，副教授，博士，專業(yè)方向?yàn)楣I(yè)工程。