案例教学法在《建模与仿真》课程中的应用

李皎

摘要：《建模与仿真》案例教学法是一种以实际生活生产系统为背景、以计算机仿真为手段，注重师生互动的教学方法，在高校该门课程教学中被广泛使用。针对该门课程的专业性，教师在教学实践中应做好充分的教学准备，选择合适的典型案例，通过案例教学方式激发学生的学习兴趣，增强学生参与课堂的意识，提高学生分析与解决实际问题的能力，实现学校与社会的有机衔接，最终培养与社会需求接轨的创新型人才。

关键词：案例教学；建模与仿真；应用

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）09-0164-02

案例教学法是一种以案例为基础的教学法，案例本质上是提出一种教育的两难情境，没有特定的解决之道，而教师于教学中扮演着设计者和激励者的角色，鼓励学生积极参与讨论，不像是传统的教学方法，教师是一位很有学问的人，扮演着传授知识者的角色。《建模与仿真》案例教学法是一种以实际生活生产系统为背景、计算机仿真为手段，注重师生互动的教学方法。建模与仿真案例教学的目标定位是通过案例仿真找到理论与实践的结合点，重视培养学生独立思考和勇于尝试的能力，特别突出培养学生的实践和创新能力，从而提升学生今后进入社会的胜任力。

一、案例教学法的优势

案例教学致力于培养学生的学习兴趣和提高学生的创新能力，仿真案例则是达成这一目标的有效载体。与传统的、以教师为主体的灌输式教学法相比，《建模与仿真》课程中实施案例教学法具有以下几个方面的优势：

（一）有利于找到理论与实践的最佳融合点

传统的教学模式教师是课堂的主导，教材是授课的唯一依据，学生在被动接受的情况下无法调动学习热情和激发学习潜能。案例教学以仿真案例为突破口，寄理论于案例之中。在引导学生分析案例之前，有必要先向学生讲解专业理论知识，在学生具备一定理论和方法的基础上，再进行案例分析和设计，这样则避免了案例教学的盲目性。

（二）有利于提高学生创新和实践能力

在高度关注学生实践和创新能力的今天，增强学生的这一能力已成为评价各高校教学质量的重要指标。提高学生的实践和创新能力是各高校进行教学改革的出发点和动力，在这种出发点和目标的指引下，各高校的实验经费和课时都得到了增加，实验设备得到更新，学生的实践机会增多。问题的根源在于如果教学方法陈旧老套，教学内容一再重复，教学质量很难看到根本性的提高。《建模与仿真》案例教学正是培养学生实践和创新能力的有效途径，学生通过本课程的案例学习能够初步运用仿真模型分析和诊断生产物流系统中的瓶颈，并通过优化措施的实现，提高学生的分析、动手和创新能力。

（三）有利于提升学生在未来社会工作中的胜任力

仿真课程的理论教学比较抽象，学生的学习兴趣不浓，造成该门课程教学效果不佳的原因无外乎该门课程应用性强，与生产实际联系比较紧密，学生缺乏相关经验，难以正确理解抽象实际系统。《建模与仿真》课中案例，取材于社会实践中真实系统和制造流程，而每一个系统或流程都有自身亟待解决的问题，对问题的解决实际上就是提前进入社会实踐的一种排演。这种案例教学方法与以往教师为课堂主导，学生被动学习的教学方式相比，体现出它尊重学生、尊重社会、尊重知识、尊重教育的极大优势。

二、案例教学在《建模与仿真》中的应用

（一）案例选择

在教学过程中，案例一定是经过教师深入调查研究后由教师预先设计好的，应来源于实践，为教学目标服务。

1.选择的案例要贴紧理论。选编合适的案例是顺利实施案例教学的前提，案例模型在课程中的教学不是越难越好，也不是可以笼统形式或信手拈来，而要围绕教学的理论知识点和难易梯度认真选择，精心选择出与理论知识结合紧密的案例，做到一针见血。这样通过案例分析后可以对理论知识理解更加深刻。这就要求一方面，教师首先要在仿真前就把与案例相关的基础理论、重点难点讲授给学生；另一方面，学生可以运用理论指导实践，同时在实践中检验理论加深理解，这样避免了仅靠案例无法搭建完整知识体系的问题。

2.选择的案例要贴近生活。入门案例仿真可以选择与学生身边常见事件系统作为的典型仿真案例，这样学生会更感兴趣。例如，教师在编写排队系统仿真案例时，可以将学生日常会遇到排队现象首先纳入进来，如银行办理业务排队现象、顾客到商场购物结算排队现象、病人到医院挂号现象等。学生对熟悉的事件会有身临其境之感，也对其中逻辑规则比较熟悉，分析起来比较容易，深入分析数据也会容易上手，从而很好地迈出分析复杂系统的第一步。

3.选择的案例要贴合专业。《建模与仿真》是工业工程和物流工程等相关专业的主干课程之一，这些专业的研究对象大多为制造、物流或服务系统，因此，教师编写案例时也要选取一些典型的制造工艺、流程或系统作为研究案例，如排队系统、流水线生产组织、看板管理、装卸作业等多个与专业相关的典型案例，通过运用所学的专业理论知识对这些与企业、专业密切相关案例进行思考、分析，从而解决企业实际问题。

（二）以排队系统仿真为例实施案例教学

排队系统教学是《建模与仿真》课程中十分重要的教学内容，下文以“银行业务办理排队系统”为例介绍案例教学法在教学实践中的应用。

1.专业知识讲解。在这个环节里面，教师要详细讲解排队系统的相关知识，如排队系统活动类型、顾客到达特性、顾客服务时间分布特点等。在专业知识讲解的基础上再做案例导入，可以避免案例导入的冒失感和盲目性，做到有的放矢。

2.案例导入。在这个环节里，教师可采用多媒体演示“银行业务办理排队系统”过程，可以使用文字加视频组合方式，直观、生动地展示此排队系统的每一个细节，让学生们有身临其境的感觉，排队系统从顾客到达到顾客离开有清晰的了解，避免案例只通过课本、文字、口头等方式导入造成兴趣乏味、理解模糊等问题，从而提高学生学习的热情，为下一步分小组导论打下学习兴趣的基础。导入过程一般控制在10分钟。

3.分小组讨论。分小组讨论环节是案例课堂教学的重点，分组方式可以是随机分组或是学生自行搭配组合等形式将学生按学生总数比例分成若干组，每小组需制定一名小组长。然后，各小组根据第一环节讲解的专业知识对案例进行讨论分析，在规定时间内各小组要出一份本小组成员结论一致、言简意赅的讨论结果，并由小组长宣读。小组讨论一般控制在15分钟。

4.案例剖析。在大家积极讨论并对案例深入了解的基础上，教师可在这一环节将案例关键环节进行剖析，如要给出学生准确的银行业务办理排队流程、明确指出客户、收银台、取号机、排队队列的实体类型，并让学生对照教师剖析结果比对自己的小组讨论结果，相当于对分小组讨论做一次总结和点评。这样避免了分组讨论热火朝天、讨论结果不知对错的問题，让大家可以检验自己的讨论结果，也为下一步正确地进行案例实践做好准备。案例剖析一般控制在10分钟，从而一至四环节大概控制在一堂课内完成。

5.案例仿真。这一环节的特点是教师指导与学生仿真同步进行。随着案例教学前四个环节的展开，学生已基本了解“银行业务办理排队系统”的实体类型、业务办理排队流程等仿真要素，此时，教师就可以引导学生建模仿真。仿真分为三个步骤：元素定义（实体定义名称和类型）、元素可视化（将定义的可视实体以二维或三维的图形显示出来）、元素详细定义（将实体间联系活动用计算机语言表述出来）。在案例教学实践中，学生常常在将逻辑流程转化为计算机语言时遇到困难，建模水平需要在不断练习中得以提高，因此，教师在这一过程中需要实时指导学生完成。案例仿真一般控制在30分钟。

6.案例总结。首先，教师要对搭建好的模型进行分析讲解，利用模型解决实际系统中的问题，例如如何改变参数可以找到柜台设置数的最佳配置可使客户等待时间最短、以及分析每个柜台的使用率和每天银行接待客户数量。其次，教师要引导学生对本案例的应用范围、适用系统、仿真目的、重点难点、包含的知识点冲洗吸收消化，进而让学生对案例仿真过程形成整体认知，具备仿真类似排队系统仿真的能力。案例总结一般控制在10分钟。

7.案例迁移。教师要给学生留下课下思考的时间和空间，案例教学最显著的特点之一就是引导学生由浅入深、举一反三。通过案例总结，学生对排队系统的整体认知有了掌握，可在课下找一些相似案例，按照课堂讲授的方法对类似排队系统进行“案例迁移”，学生从中将感受到“学以致用”的成就感。最后的案例迁移思路讲解一般控制在5分钟左右，具体迁移实践课下完成。则四至七环节控制在一堂课内完成。《建模与仿真》一般是一大节两小堂课，按照此节奏和时间把握可将案例教学很好地开展。

8.案例效果评估。案例教学方法实施后，需要教师定期对教学效果进行调查评估，评估主要针对学生对案例的兴趣程度、学生案例教学组织的满意度等。调查方式可采用采访调查法、论文调查法、问卷调查法等方式进行，通过学生的及时反馈不断调整。评估总结范围由细微到全局，由单堂案例授课上升至整门课程的调整。

综上所述，通过案例教学法，学生不仅可以对案例涉及的专业知识、案例所研究的系统有了清晰认识，同时也使学生可以根据案例所包含的内部逻辑进行仿真建模，通过仿真模型解决实际生活生产中的问题。案例教学法对教师提出较高要求，教师一方面要很好地掌握专业理论知识，另一方面还能运用专业理论知识指导仿真建模，最终解决实际问题。案例教学的成功需要教师和学生双方配合与磨合，通过课堂实践、效果评估不断摸索完善，教师要做好“持久战”的准备，逐步摸索出成果显著的方法和模式。

参考文献：

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