物流系統(tǒng)建模與仿真的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究*

□ 宋建軍

(山西大同大學(xué) 商學(xué)院，山西 大同 037009)

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代物流業(yè)的大數(shù)據(jù)化、智能化和綠色化趨勢更加顯著，物流行業(yè)對培養(yǎng)和教育物流人才提出了新的要求。這就使得高校培養(yǎng)出來的人才不但要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作和知識應(yīng)用能力[1]。因此，為順應(yīng)行業(yè)發(fā)展和社會需求，高校如何利用有限的教育資源培養(yǎng)出具有高端技能的應(yīng)用型人才是物流管理專業(yè)教育教學(xué)改革進(jìn)程中的主要方向[2]。

在此情況之下，應(yīng)用型本科院校物流管理專業(yè)逐步加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。為此，各大應(yīng)用型本科院校物流管理專業(yè)增設(shè)了《物流系統(tǒng)建模與仿真》及其實(shí)驗(yàn)課程。如何在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時內(nèi)完成既定的教學(xué)目標(biāo)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生建模與仿真設(shè)計(jì)以及實(shí)施技能的提高，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用建模與仿真知識解決物流行業(yè)實(shí)際問題的能力，就成為一個值得深入研究的問題。

1 《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

本校物流專業(yè)于 2012 年成立，經(jīng)過幾年的發(fā)展有了長足的進(jìn)步。由于起步晚，資金投入較為緊張，設(shè)施設(shè)備不完善，《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直在摸索中前進(jìn)。通過對本校物流管理專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革反饋的分析并參考其他應(yīng)用型本科院校教師所發(fā)表的教改文章，對《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題進(jìn)行提煉，發(fā)現(xiàn)存在以下幾個問題。

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念滯后

國內(nèi)各應(yīng)用型本科院校物流管理專業(yè)基本都增設(shè)了《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是實(shí)驗(yàn)教學(xué)在理念、內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)上都相對落后，對課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重視程度不夠，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)場地受限、課程實(shí)驗(yàn)開出率低等現(xiàn)象。《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)課程多數(shù)沿襲傳統(tǒng)經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴于教師在實(shí)驗(yàn)室甚至普通課堂上講授，而且大多數(shù)授課教師所講授的要點(diǎn)還停留在物流系統(tǒng)建模與仿真基礎(chǔ)的知識及原理上，以抽象復(fù)雜的仿真理論教授為主，缺少有效的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，只注重基本建模仿真理論知識的傳授而不注重學(xué)生設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，真正需要的物流實(shí)驗(yàn)并未作為實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的重點(diǎn)。此種教學(xué)理念之下學(xué)生逐漸減弱了研究物流實(shí)驗(yàn)的意識和動力，失去了對物流實(shí)驗(yàn)的興趣，其物流實(shí)驗(yàn)的研究能力也就無法得到提高。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件缺失

由于物流實(shí)驗(yàn)具有特殊性，為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的、提高實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性都會采用一定數(shù)量的物流現(xiàn)場設(shè)施設(shè)備，甚至有些特殊實(shí)驗(yàn)必須在安全性能非常高的情況下才能進(jìn)行。本文調(diào)查所接觸的院?；径紦碛形锪鹘７抡鎸?shí)驗(yàn)室，基本上是在實(shí)驗(yàn)室還原物流企業(yè)的真實(shí)場景。物流運(yùn)營中經(jīng)常使用的叉車、貨架、手推車、分揀系統(tǒng)等物流設(shè)施設(shè)備大都被實(shí)驗(yàn)室購買。盡管如此，物流實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置還是不齊全，先進(jìn)的物流實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施匱乏，現(xiàn)有的大多功能簡單、用途單一。由于設(shè)備設(shè)施不完備或者安全系數(shù)不高，部分復(fù)雜的物流實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能開設(shè)，無法從根本上支撐物流實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，導(dǎo)致各班的實(shí)驗(yàn)人數(shù)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時間都需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)狀況來設(shè)定而不是嚴(yán)格按照教學(xué)大綱來執(zhí)行。久而久之，物流實(shí)驗(yàn)條件的缺失逐漸成為限制《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新的一個主要因素。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式不靈活

數(shù)據(jù)表明，該課程課堂教學(xué)的主體仍然是教師，學(xué)生依然處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，主要的教學(xué)方法以學(xué)生聽為主，盡管教師除理論講解外還提供一些相關(guān)案例、場景圖片及操作流程的視頻和動畫，但本質(zhì)上還是“滿堂灌”的方式。即便開展物流專業(yè)實(shí)驗(yàn)活動，也多由教師套用仿真模型進(jìn)行演示，或者在黑板上“畫實(shí)驗(yàn)”或采用動畫的形式在電腦上“模擬實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生對建模與仿真知識的學(xué)習(xí)和掌握大多依靠課本中及教師講解的基本知識點(diǎn)，對建模與仿真知識的理解僅僅停留在表層，對知識掌握不夠深刻和透徹，很大程度上削弱了學(xué)生對課程的興趣，降低了他們的學(xué)習(xí)積極性。同時，授課教師在日常的教學(xué)過程中也無法發(fā)現(xiàn)學(xué)生在建模與仿真學(xué)習(xí)中存在的各種問題，而學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中也根本不知曉要從建模與仿真實(shí)驗(yàn)課程中累積到什么樣的知識和技能，無法開展針對性的學(xué)習(xí)，最終形成了教與學(xué)完全脫節(jié)的不良狀態(tài)。《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的限制使課程無法形成具有特色的仿真實(shí)驗(yàn)課堂，學(xué)生的自主性得不到充分發(fā)揮，缺少獨(dú)立思考、自主判斷的機(jī)會，無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)《物流系統(tǒng)建模與仿真》的熱情，最終導(dǎo)致《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)課教育成效非常有限。

1.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源缺乏實(shí)踐性

由于《物流系統(tǒng)建模與仿真》課程的特殊性，為了達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果需要教師進(jìn)行有效的課程設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模與仿真軟件的基本操作，同時也要構(gòu)建基于實(shí)際物流工作的真實(shí)物流建模仿真案例，擴(kuò)大《物流系統(tǒng)建模與仿真》教學(xué)模型的實(shí)踐性。從目前的《物流系統(tǒng)建模與仿真》教學(xué)資源狀況來看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要缺乏基于物流企業(yè)運(yùn)作實(shí)踐案例和貼近日常生活的物流情境的實(shí)踐類教學(xué)資源。學(xué)生在掌握建模與仿真的基本操作后，缺乏能夠參與的實(shí)踐類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而沒有實(shí)踐類案例的支撐，學(xué)生所學(xué)習(xí)的操作方法無法內(nèi)化于心，領(lǐng)會其技術(shù)精髓，也就不可能具備物流系統(tǒng)建模與仿真的設(shè)計(jì)、實(shí)施能力。系統(tǒng)建模與仿真的終極目標(biāo)是為實(shí)踐服務(wù)，要應(yīng)用建模與仿真這個技術(shù)手段去解決實(shí)際問題[3]。因此，《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)就需要投入大量時間與精力去挖掘、設(shè)計(jì)易于被學(xué)生理解和認(rèn)可的實(shí)踐類物流建模與仿真實(shí)驗(yàn)案例，促進(jìn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果提升，推進(jìn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式變革。

綜上所述，《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)的這些問題是物流企業(yè)對高素質(zhì)應(yīng)用型人才的迫切需求所導(dǎo)致的。該問題不是加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入，購買先進(jìn)的教學(xué)軟件就能解決的，要從根本上解決這個問題就必須重新定位實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，推動實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法革新，摸索出一種應(yīng)用型人才發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

2 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺教學(xué)模式研究

本文結(jié)合《物流系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)改革的實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中引入虛擬仿真技術(shù)，創(chuàng)建基于虛擬仿真平臺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新，解決理論教學(xué)抽象且難以消化的問題，減少因缺乏實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)資源而對教學(xué)產(chǎn)生的影響，提升學(xué)生對建模與仿真相關(guān)知識的感性認(rèn)知。

2.1 構(gòu)建基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺分為互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站(電腦端)和移動教學(xué)平臺(移動端)，電腦端和移動端的功能各有側(cè)重。電腦端主要提供仿真練習(xí)案例，而移動端平臺的功能主要是學(xué)習(xí)命令發(fā)布，及時解答學(xué)生疑問。通過移動端平臺，教師可在上課前將需要預(yù)習(xí)的實(shí)驗(yàn)操作流程和要點(diǎn)推送到移動教學(xué)平臺上，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)理論知識，熟悉操作流程，這樣有助于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，對教學(xué)有著顯著的輔助作用。同時，在課外推送不同難度的建模仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生有選擇地進(jìn)行學(xué)習(xí)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生也可以通過移動端平臺把自己虛擬仿真學(xué)習(xí)的過程及成果推送到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺上，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享，從而激發(fā)學(xué)生“趕超比拼”的學(xué)習(xí)熱情。

2.2 創(chuàng)新虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，引入項(xiàng)目管理式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在具體的教學(xué)實(shí)施中使用情景教學(xué)、探究教學(xué)、案例教學(xué)、同伴學(xué)習(xí)等混合式教學(xué)方法。在實(shí)驗(yàn)中重視項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方法，改變教師填鴨式教學(xué)方式和學(xué)生缺乏實(shí)踐能力的現(xiàn)狀，形成以學(xué)生為主體，大力推動探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重點(diǎn)推出一些既有難度適中的綜合性、引人入勝的仿真性，又有強(qiáng)度恰當(dāng)?shù)母偧夹浴⒛苁箞F(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)友愛的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生獨(dú)立對實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，注重培養(yǎng)學(xué)生自主實(shí)踐、獨(dú)立思考的習(xí)慣和能力。而教師轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織者與引導(dǎo)者，主要任務(wù)是幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生自主解決問題，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲得的知識和技能。

2.3 循序漸進(jìn)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺可以根據(jù)不同年級的學(xué)生，分層次開展物流建模仿真技能培養(yǎng)，充分調(diào)動各層次學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)分為三個層次的內(nèi)容：首先是基于傳統(tǒng)軟件(Excel)的基礎(chǔ)認(rèn)知仿真實(shí)驗(yàn)，第二是基于虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的初步應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，第三是基于VR視頻的應(yīng)用創(chuàng)新仿真實(shí)驗(yàn)。第一類仿真實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施的唯一參與者，獨(dú)立完成建模仿真任務(wù)；第二類實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)合作完成仿真實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，自行完成整個建模仿真實(shí)驗(yàn)；第三類為師生合作進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生在第二類實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，利用Unity3D 或 UE4 引擎開發(fā)物流虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)?；诨A(chǔ)認(rèn)知-初步應(yīng)用-應(yīng)用創(chuàng)新三個層次的能力的培養(yǎng)，有效地提升了學(xué)生應(yīng)用知識的能力。

2.4 自主開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)資源

本部分主要開發(fā)移動端及電腦端的學(xué)習(xí)資源，包括建模與仿真基礎(chǔ)理論、仿真軟件的基本操作、重難點(diǎn)指導(dǎo)等教學(xué)視頻。其中最重要的是開發(fā)基于學(xué)生實(shí)習(xí)中接觸的物流真實(shí)場景的物流仿真模型。學(xué)生通過實(shí)習(xí)，完善了對物流的認(rèn)知，提高了物流裝備操作的技能，對所實(shí)習(xí)物流企業(yè)運(yùn)行狀態(tài)及其部門、各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的運(yùn)作流程具備了非常足夠的感性認(rèn)識?！段锪飨到y(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)教改充分利用學(xué)生實(shí)習(xí)調(diào)研經(jīng)歷，選取物流系統(tǒng)中的運(yùn)輸、分揀、配送、倉儲和包裝等業(yè)務(wù)為主要建模仿真實(shí)驗(yàn)對象[4]，將其物流系統(tǒng)流程進(jìn)行提煉，利用虛擬仿真軟件模擬實(shí)習(xí)企業(yè)的物流流程，構(gòu)建動態(tài)仿真模型，分析并制定仿真模擬實(shí)驗(yàn)方案，并使用仿真軟件對問題的解決方案進(jìn)行驗(yàn)證。通過指導(dǎo)學(xué)生自主開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，有力地推動了學(xué)生利用虛擬仿真軟件分析、驗(yàn)證、解決實(shí)際物流流程中的難題的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生分析、設(shè)計(jì)及創(chuàng)新能力。

2.5 開發(fā)基于VR的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

基于VR的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建生動、逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在虛擬環(huán)境中模擬物流系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程及各類設(shè)備的操作，不會因?yàn)闀r間和空間的影響而無法進(jìn)行連續(xù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作。該實(shí)驗(yàn)以學(xué)生所實(shí)習(xí)物流企業(yè)的典型流程為主線，通過收集各類物流設(shè)施設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，采用3DMAX、Sketchup等建模軟件構(gòu)建物流系統(tǒng)虛擬仿真模型及物流實(shí)際工作場景。通過UNITY 3D或UE4等虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，將物流3D模型轉(zhuǎn)化為虛擬原型，直接實(shí)現(xiàn)三維建模設(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)的無縫融合應(yīng)用，同時部署模型和人體動作交互化功能，完成VR 硬件設(shè)備控制物流虛擬實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備、儀器相關(guān)變量的觸發(fā)。通過VR虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生實(shí)時對物流系統(tǒng)場景模型進(jìn)行參數(shù)修改并和模型互動，進(jìn)行物流運(yùn)行方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證仿真?；赩R的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大大提高了學(xué)生對于物流整體運(yùn)營的全面認(rèn)識，有利于學(xué)生提前提升崗位作業(yè)能力和實(shí)踐能力，縮短了理論到實(shí)踐的距離。

2.6 更新實(shí)驗(yàn)課程考核方法

《物流系統(tǒng)建模與仿真》實(shí)驗(yàn)課程更新了教學(xué)理念，采取了新的教學(xué)方法，隨之而來的就是要制定新的考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本課程采用理論與實(shí)踐應(yīng)用能力相結(jié)合的考核方式[5]。理論考核按照傳統(tǒng)的卷面考核，但下調(diào)了理論考試在最終成績中的比重。與此同時，加大了實(shí)驗(yàn)考核的比重?？己藢?shí)驗(yàn)分為三類實(shí)驗(yàn)，分別是個人實(shí)驗(yàn)、小組實(shí)驗(yàn)以及可選實(shí)驗(yàn)(創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn))。其中，個人實(shí)驗(yàn)部分主要測評學(xué)生掌握建模仿真軟件操作的熟練度、合理構(gòu)建模型完美度以及模型運(yùn)行的準(zhǔn)確度。小組實(shí)驗(yàn)部分主要測評實(shí)驗(yàn)小組的團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)，主要注重對團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成度、工作效率以及合作融洽度等方面進(jìn)行綜合評判，目的是使學(xué)生重視團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行仿真訓(xùn)練的機(jī)會，提升學(xué)生團(tuán)隊(duì)競爭意識。實(shí)驗(yàn)考核方法加大了對學(xué)生創(chuàng)新性的考核力度，增設(shè)可選實(shí)驗(yàn)(創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn))?？蛇x實(shí)驗(yàn)(創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn))的目的是鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生競賽，如物流設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽或者自主進(jìn)行研究型仿真實(shí)驗(yàn)。學(xué)生競賽取得前三名或者學(xué)生開發(fā)基于實(shí)習(xí)背景的物流企業(yè)業(yè)務(wù)流程仿真實(shí)驗(yàn)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)一旦被實(shí)習(xí)企業(yè)采納或者入選課程教學(xué)資源庫，創(chuàng)新性的考核直接判定滿分。實(shí)踐證明考核方案有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)建模與仿真知識的積極性，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識，促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

3 總結(jié)

應(yīng)用型物流人才的培養(yǎng)需要應(yīng)用型本科院校構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法，充實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)資源，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方式，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，探索、總結(jié)《物流系統(tǒng)建模仿真》實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，從而提高應(yīng)用型物流管理專業(yè)對社會人才需求的適應(yīng)力，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)能力。