基于问题驱动的《管理系统模拟》教学模式研究

王小林 （中国地质大学 （武汉）经济管理学院，湖北 武汉430074）

赵敏 （长江大学信息与数学学院，湖北 荆州434023）

《管理系统模拟》是经济管理类专业一门主干课程，涉及数理统计、运筹学、管理学、复杂系统科学和计算机技术等内容［1］，其目的是提高学生综合运用这些理论和计算机技术解决管理问题的能力。近年来《管理系统模拟》课程越来越受到经济管理院校重视，许多教材相继出版，为管理类专业学生的培养提供了丰富的教学参考［2～5］。尽管如此，但本科生在学习过程中仍然面临诸多困难，主要是不能将管理系统模拟的理论、方法和软件结合起来解决具体管理问题，其主要原因有2点，一是课程所涉及的理论较多且没有连续性；二是用于管理系统模拟的软件较多，学生不容易在短时间内熟悉与掌握。因此，如何科学选择和组织管理系统模拟课程内容，改革现有教学模式，实施有效的教学方式改革，提高学生建模仿真能力与水平，培养学生的创新思维与能力，成为该课程急需解决的问题。

《管理系统模拟》涉及的理论、建模方法和模拟软件被广泛应用于科学研究，解决了大量的经济管理问题［6～8］。同时，尽管现有教材各有差异和特点，但均是围绕经济管理问题展开对系统模拟的概念、理论、方法以及模拟工具的论述［9～11］。由此可见，对问题研究的需求推动了管理系统模拟理论、方法和技术的发展，也成为了这门课程展开论述的主要脉络和切入点。目前有关《管理系统模拟》课程教学研究文献尚不多见，课程改革可以借鉴的经验也不丰富。问题 （或任务驱动）教学方法与模式被逐渐引入到教学实践中，起到了良好的教学效果［12，13］。问题驱动教学模式改变了“教师讲、学生听”的传统教学模式，形成了以学定教、学生主动参与、自主合作和探索创新的新型学习方式，培养了学生创新能力、动手实践能力和独立分析并解决问题的能力。为此，笔者结合多年的教学实践，以问题驱动的角度对《管理系统模拟》的教学内容与组织和教学模式进行剖析与总结，旨在为该课程的教学改革提供借鉴。

1 教学内容选择与组织

“问题驱动”实质上是结合课堂教学实际，通过创设问题，引发学生思考，促使学生思维形态发生改变，帮助学生建立相应的图式结构，逐步提高学生综合素养的过程。然而，现有教材对内容组织大多按照传统教学方式来设计的，即“系统模拟概念－理论－模拟模型建立－软件应用和模拟”。具体而言，首先阐述管理、系统、模型、模拟、管理系统、系统模拟和管理系统模拟等基础概念和理论；然后讲解管理系统模拟所要涉及的系统类型、系统模型种类、系统模拟技术和工具；其次，在此基础上使学生较为完整地掌握模拟模型的建立、输入数据分析、输出数据分析；最后，选择合适模拟技术与软件进行模拟试验。这一内容安排往往导致学生对理论、建模与软件运用环节的认识不能有效衔接，难以整体上理解和把握整个建模和模拟过程。因而，管理系统模拟教学应以经济管理问题为驱动，从基本概念理论、建模过程和方法以及建模软件运用这3个维度进行组织 （见图1），形成以问题提出、问题分析和问题解决为主轴的问题驱动的三维教学模式。其内容选择与组织过程可以按照“问题类型识别与选择——系统分析与建模——模拟结果分析与评价”这一内在逻辑进行。

1.1 问题类型识别与选择

选择合适问题是问题驱动教学的关键。现有管理系统模拟主要包括离散系统模拟、连续系统模拟和复杂系统模拟这3大内容，因而需要从众多的经济管理问题中识别与选择适合该课程教学的问题作为研究对象，避免系统复杂或与本课程内容联系不紧密的问题出现在教学内容中。选择问题的时候也需要注意和学生的专业相关，这样容易引起学生的兴趣和好奇心，同时也能和学生已有的知识积累衔接。

对离散系统而言，这部分是进入管理系统模拟的基础，所选问题要简单，便于将数据、信息、知识、系统、管理系统和系统特征等基本概念阐述清楚。一般来说，选择《运筹学》中的排队论问题作为分析对象，围绕排队论这一问题具有的特点，论述随机数的分布、生成和检验，以及事件、活动和进程的关系等。

对连续系统模拟而言，可以选择市场扩散问题 （如Micosoft和Intel市场分额百分比）或银行利率与储蓄问题进行研究。因为这2个问题系统构成比较简单，主要探讨市场中2个公司之间的产品关系或利率与储蓄相互作用关系。由此，以展开对连续系统特点、数学理论以及反馈原理进行阐述。

对复杂系统而言，可以选择病毒扩散问题或产品生命周期问题进行分析，围绕智能体、多智能体以及智能体的特点概念进行阐述，加深学生对管理系统复杂性的理解。

因此，选择合适的经济管理问题，围绕问题的类型与特点进行分析，逐次引导学生由浅入深了解系统以及系统模拟概念，提高学生对实际经济管理问题的识别与判断能力。

图1 《管理系统模拟》课程内容组织模式

1.2 系统分析与建模

管理系统分析与建模是课程讲授的重点与难点，主要涉及建模理论和建模过程，而建模过程又与模拟软件紧密联系。因此，需要对问题进行解构，引导学生深入剖析系统内部组成元素、结构、层次和元素之间的相互作用关系等；通过模拟软件按照这些层次与作用关系或规则对组成元素进行聚合，从而在计算机上形成对问题的完整描述，完成建模过程。这样就能让学生深入洞察管理系统建模的每一个环节，达到对系统模拟过程的整体认识。如可以先对排队论的业务流程进行解构，分析服务的流程与规则以及顾客到达和服务事件的分布概率，再选择Arena软件作为模拟工具将系统的各部分在此软件上聚合，形成可视化模拟模型。对于连续系统模拟，主要是将其分解为反馈系统中的9种基模，通过系统动力学软件Vensim Ple可视化聚合，形成系统动力学模拟模型。对复杂系统模拟，是基于积木块假设和“bottom－to－up”建模方法，将复杂系统解构为多个相互作用且具有层次性的主体 （Agent），在Swarm、Anylogic和Repast软件等基础进行二次开发后聚合。

1.3 模拟结果分析与评价

课程内容组织往往容易忽视模拟结果分析和评价，其原因可能是已有教材囿于篇幅限制，仅呈现建模与模拟过程。然而，结果分析与评价是对管理系统模拟过程的回溯与再认识，能有效提升学生对管理系统模拟理论、方法和建模的认识能力 （见图2）。在内容组织中，可以设置不同模拟情景，分析与评价不同的模拟结果，激发学生的兴趣与关注度，加深对管理系统模拟解决问题的再认识，进而培养创新意识与能力。如可以改变顾客到达时间或服务时间的分布参数，分析这些参数对系统最优结果的影响；也可以分析不同利率水平下银行储蓄的变化。通过对这些经济管理问题模拟结果的分析，既提高了学生综合运用专业知识、管理科学理论和计算机技术能力，也克服了他们学习管理系统模拟的畏难心理。

图2 管理系统模拟建模分析路径

2 课堂教学模式

《管理系统模拟》教学内容涉及的知识面广、理论较深、实践难度大，而总的授课学时一般在48～64学时。在如此短的教学时间内，以教师为中心的教学模式难以激发学生兴趣、提高学生的建模和认知能力。问题驱动式的课堂教学是以学生为课堂学习主体的教学方式，教师针对实际情况提出问题，引导学生认识和明确问题，通过分析提出解决问题的方案。为此，可以将课堂教学分为情景教学、专题报告和案例分析3部分，实施问题驱动式教学。

2.1 情景教学

情景教学就是通过对一个具体情景的描述，引导学生对这些特殊情景进行讨论并寻求解决问题的方法的“亲验式”教学方法。因此，可以在课堂上按照“问题导入－学生讨论－理论讲解与建模演示－模型模拟－情景模拟分析－学生讨论与总结”的路径实施教学。以离散系统模拟内容讲解为例，首先，结合学生熟悉的食堂就餐拥挤现象导入排队问题，学生结合自身就餐的观察进行讨论，形成对排队问题业务流程以及等待和服务事件分布概率的认识；其次，教师通过Arena软件详细分析问题与建模，并模拟出结果；再其次，通过模拟得出早餐、中餐和晚餐的学生就餐最优等待时间和服务窗口数；最后，引导学生对不同情景下的结果进行讨论与总结。通过实施这一“亲验式”教学过程，让老师和学生在课堂上形成良好的互动，学生始终围绕问题进行思考和探索，从而潜移默化的加深对所学管理系统模拟概念和理论的理解，熟悉数据采集、输入输出分析、建模工具运用技术。

2.2 专题报告

大多数经济管理类专业将《管理系统模拟》课程设置在大学三年级下学期或四年级上学期，此时学生均有了丰富的专业知识积累和较强的运用能力。因而，可以用2～3学时作专题报告，讲解管理系统模拟在经济管理方面应用和作用，拓展学生的视野。报告选题要结合学生的专业和紧扣教学内容，可以结合教师自己的科研项目和课题，也可以围绕Arena、Vensim和Repast等软件在不同经济管理领域应用。

2.3 案例分析教学

案例分析教学主要是学生结合专业选择简单易于解决的管理问题，建立模拟模型，撰写分析报告，从而提高学生运用模拟软件解决实际问题的能力。可以将这一教学环节安排在实验课程，实验课程一般设置为总学时的25% （12～16学时）。将实验教学和案例分析教学融合，避免实验课程上机操作与要解决的管理问题脱节，整个过程分为4个阶段。

第1阶段为管理问题选择，学生依据专业选择合适的管理问题，同时教师对选择的问题进行可行性分析，避免管理问题出现系统复杂、建模过程较难、数据收集与处理难度较大等问题。

第2阶段为系统分析与建模，首先在对管理系统分析基础上，判断管理系统模拟类型 （离散系统、连续系统和复杂系统）、选择合适的建模软件；其次，熟悉软件基本操作和功能；最后完成数据采集与分析和模拟模型的建立。

第3阶段为模拟结果和分析，学生运行模拟模型得到不同情境下的模拟结果，分析不同结果产生的原因，提出管理建议。

第4阶段为学生撰写报告与答辩，研究报告和答辩是整个实验教学的一个重要环节，将其作为学生总成绩的一部分，起到激励与监督学生的作用，使整个实验课堂教学目的得到落实。

3 结语

针对《管理系统模拟》教学中学生难以将管理系统模拟的理论、方法和软件结合解决具体管理问题等困难，从教学内容组织与选择和课堂教学模式2个方面对《管理系统模拟》课程教学模式的改革进行了较为深入的分析和探讨，提出了问题驱动教学模式下《管理系统模拟》教学内容选择与组织的基本范式和课堂教学的主要路径。从教学效果来看，问题驱动模式有利于《管理系统模拟》课程教学中形成学生为中心的“亲验式”教学方法，从而将管理模拟的理论传授与学生的模拟实践有效融合，提高学生综合运用专业知识与计算机知识解决问题的能力。

［1］ 张征 .基于GPSS语言的《管理系统模拟 》课程教学初探 ［J］.江苏大学学报 （高教研究版 ），2006，28（2）：86～88.

［2］ 姜海虹，于本海，张媛媛，等 .管理系统模拟与GPSS［M］.第2版 .北京：清华大学出版社，2013.

［3］ 肖人彬，胡斌，龚晓光 .管理系统模拟 ［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［4］ 卫强，陈国清 .管理系统模拟 ［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［5］ 蔡建峰 .管理系统模拟 ［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［6］ 周伟，吴善刚，肖英杰，等 .基于Arena软件的LNG船舶通航组织仿真 ［J］.上海海事大学学报，2014，35（2）：6～10.

［7］ 宋金波，宋丹荣，付亚楠 .垃圾焚烧发电BOT项目收益的系统动力学模型 ［J］.管理评论，2015，27（3）：67～74.

［8］ 孙科 .基于Repast平台银行网点布局优化仿真的实现 ［J］.通讯技术，2014，47（12）：1409～1414.

［9］ 黎志成，胡斌，傅小华，等 .管理系统定性模拟的理论与应用 ［M］.北京：科学出版社，2005.

［10］ 胡斌，蒋国银 .管理系统集成模拟原理与应用 ［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［11］ 龚晓光，肖人彬 .管理系统模拟应用：以供应链为背景 ［M］.北京：电子工业出版社，2012.

［12］ 崔贯勋，王勇，潘瑜，等 .基于任务驱动的实践课程教学改革与探索 ［J］.实验技术与管理，2010，27（6）：164～166.

［13］ 陈荦，吴秋云，熊伟，等 .基于建构主义的新生研讨课教学探索 ［J］.高等教育研究学报，2014，37（4）：76～79.