工业工程专业《系统建模与仿真》课程教学探讨

摘要：《系统建模与仿真》是工业工程专业的一门专业基础课，笔者总结了几年来的教学经验，从教学方法、教学内容、平时作业和实践环节、考评方法四个方面探讨如何改进教学，以期提高教学效果，增强学生的仿真应用能力。

关键词：工业工程；系统建模与仿真；教学方法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）52-0262-02

工业工程（Industrial Engineering，简称IE）起源于20世纪初的美国，它以现代工业化生产为背景，在发达国家得到了广泛应用。工业工程专业培养具备现代工业工程和系统管理等方面的知识、素质和能力，能在企业从事生产、经营、服务等管理系统的规划、设计、评价和创新工作的高级专门人才。我国最早于1993年招收工业工程专业的本科生，目前已有70余所院校设有工业工程系或专业。国内工业工程专业的培养模式主要有两种：一种是管理类本科，授予管理学学士学位；一种是机械类本科，授予工学学士学位。我校于2006年获得工业工程专业办学资格，开设在经济管理学院（后改为商学院），2006年招收了第一届本科生。《系统建模与仿真》是工业工程专业的一门专业基础课，它是一种基于模型实验的系统建模与分析工具，是对运筹学等理论优化方法的有力补充。事实上，现实中的系统大多是复杂系统，理论分析方法往往无能为力，因此系统建模与仿真技术对分析、设计和改进实际系统是非常有用的。然而，在四届学生的教学过程中发现这门课程的教学存在着很多问题。本文总结了教学中的经验教训，对今后的教学提出了一些改进建议。

一、教学方法的改进

“兴趣是最好的老师”，培养学生对该课程的兴趣是非常重要的。上好第一堂课是至关重要的第一步，在第一堂课中不仅要让学生了解本门课程的学习内容，而且要介绍仿真在实践中的重要作用，从而激发学生的学习热情和兴趣。所以第一堂课中可以介绍一些实际案例，包括往届学生的毕业论文案例；还可以运行仿真软件，让学生对仿真形成一些感性的认识。该课程的理论教学内容比较多，包括离散事件系统仿真的基本原理、输入数据和输出数据的统计分析理论等。学生往往迷失在理论公式当中，觉得学习起来比较困难，另一方面也觉得比较枯燥，丧失了学习兴趣。所以理论教学应该回归到这门课程的教学目标上来，也就是以培养学生的能力为导向。首先应选择难度深度适中的教材，我们选用的教材是卫强、陈国青主编的《管理系统模拟》，实验课教材选用的是施於人等编著的《eM-Plant仿真技术教程》；其次在理论教学过程中，应尽量避免艰深的理论以及对公式的推导；最后讲解理论时多结合实例或案例，帮助学生理解相关的理论，培养学生的理论应用能力。

二、教学内容的安排

本课程分为理论课和实验课两部分，其中理论课时为48，实验课时为52（连续两周时间）。实验课安排在学期末进行，主要是让学生学习Plant Simulation（原名为eM-Plant）仿真软件，并能够运用该软件完成一个案例的建模和仿真分析。应该说，这样的课时安排是非常充裕的。虽然有独立的实验课程，理论课程的教学内容仍然应该与实践结合起来。理论与实践的结合有两方面：一是把课本中讲理论知识的部分与讲操作实践的部分结合起来；二是将理论知识与相关的仿真案例结合起来。对于前者，可以讲解Excel和Plant Simulation仿真软件如何来实现相应的理论。例如：讲解蒙特卡罗模拟时，用Excel演示讲解报童问题的仿真；讲输入数据分析时，演示如何运用Plant Simulation软件中的DataFit对象将采集到的数据拟合为理论分布。对于后者，可以在理论知识讲完后及时举一个相关的案例。比如讲解第一章管理系统模拟概述时，可以举一个面包店经营仿真的例子，这个例子比较简单却非常具有代表性：小李想自己开家面包店，如果日均利润超过50元，他就决定实施这个方案，如果利润并没有预期的好就放弃。如何运用仿真技术帮助小李做出决策？解决这个问题涉及到仿真的各个环节，包括仿真目标的确定、相关因素分析、数据采集、仿真建模、仿真实验及结果分析。由于问题比较简单，可以用Excel进行仿真，所以技术上并不复杂，可以更好地让学生了解仿真的作用、仿真的建模方法以及仿真结果的处理和分析，由此对本门课程的内容有一个整体的把握，更好地理解了前面所讲的仿真理论。

三、平时作业和实践环节

要提高学生的学习效果还必须给学生布置适当的课后作业，督促他们复习消化课堂上所学的知识。作业可以是独立完成的习题或者是用Excel完成一个小仿真，也可以是小组合作完成一份调查报告或者合作收集数据资料等。作业的考评也计入期末的总评成绩中，从而督促学生认真完成作业。实验课作为一门独立的课程放在学期末进行。如果说理论课是一种教师主动教、学生被动学的教学方式，那么实验课则相反，学生主动寻找解决问题的方法，教师只在必要的时候进行指导和点拨。实验课上学生以小组为单位完成老师布置的仿真任务，任务具有一定挑战性，是学生以前没有做过、教师也没有讲过的某个生产或物流系统的仿真；另外任务的难度适中，保证学生在规定的时间内能够完成。实验完成后以小组为单位演示仿真模型并进行答辩，教师根据答辩情况给小组打分，并根据每个成员的工作内容给出个人成绩。这样既考虑了小组的整体成果又兼顾了个人表现，避免了某些学生“搭便车”的心理。实验不仅有助于学生加深对仿真理论的认识，而且有利于培养学生的自主学习和团队合作精神，所以很多学生表示在实验课上有很大收获。

四、考评方法

期末考试作为综合全面考核学生的基本知识掌握程度和能力水平的一种方式是必不可少的。除此之外，总评成绩还将学生的平时表现（作业成绩和出勤情况）纳入考核范围。目前我们对各部分的分值比例设置为出勤10%，作业20%，期末考试成绩占70%。今后也可适当提高平时作业成绩的比例，以加强学生对作业的重视程度。

以上是对本课程教学的一些经验总结和探讨。俗话说“师傅领进门，修行在个人”。如果把仿真领域看作一片森林，那么课堂教学只是带学生来到这片森林边沿，对这片森林更深入的了解需要学生自己出发去跋涉、去游历、去探索、去欣赏。如何才能让学生对这片森林有准确的了解并迅速喜欢上这片森林，需要带领者对这片森林有整体的认知和更准确的了解。令人欣慰的是，已经有学生在毕业实习和论文中自觉地运用仿真方法对实际系统进行分析和改进，达到了学以致用的目的。相信随着教学方法的不断改善，会有越来越多的学生能够熟练掌握仿真这一工具，为我国的IE事业贡献力量。

参考文献：

[1]宋红娜.《系统建模与仿真》教学探讨[J].科技信息，2009，（23）.

[2]卫强，陈国青.管理系统模拟[M].高等教育出版社，2008.

[3]施於人，邓易元，蒋维.eM-Plant仿真技术教程[M].科学出版社，北京希望电子出版社，2009.

[4]黄艳华.工业工程专业《生产系统建模与仿真》课程教学初探[J].科技资讯，2011，（10）.

基金项目：本文受到2012年上海市教委085内涵建设项目1-4-4资助

作者简介：严浩云（1975-），女，副教授，博士，专业方向为工业工程。