物流建模与仿真课程教学改革研究与实践

吴海辉，秦 浩，陈 欣，叶春森，汪传雷

（1.安徽大学 商学院，安徽 合肥 230601；2.安徽大学 物流与供应链研究中心，安徽 合肥 230601）

0 引言

物流系统是一个多因素、多目标的系统，不断向自动化、集成化、智能化、绿色化等方向发展，其分析、设计、优化日益复杂。在计算机仿真技术出现之前，一般采用数学方法构造数学模型求解物流问题。随着经济社会发展，现实中的物流问题日益复杂，非确定因素、不可知因素、模糊因素众多，因果关系复杂，单独应用数学方法难以进行描述和求解甚至有时无法求解，使得研究需要采用仿真建模的方法来辅助解决[1]。目前，建模与仿真已成为物流经营管理的一项关键支撑技术，主要应用于交通运输、仓储配送、生产物流、供应链、物流园区规划、回收物流等物流业各领域。建模与仿真技术的发展及应用在极大促进现代物流管理与服务方式创新的同时，对高校人才培养提出新的要求，全国高校物流类专业纷纷开设物流建模与仿真课程。

物流建模与仿真是一门理论性很强的实践应用型课程，学生既要学习物流系统仿真建模理论知识，又要掌握计算机仿真技术，并且还能利用仿真软件建立计算机模型解决实际物流问题。如何在有限的学时内达到教学目标，是一个值得深入研究的问题。鉴于此，结合安徽大学物流类专业建模与仿真课程之教学实践，梳理教学改革经验，力争发挥其具有的启发借鉴作用。

1 物流建模与仿真课程教学状况分析

物流建模与仿真是物流系统设计、分析和优化的一种重要方法和手段，是一门集理论性与实践性于一体的应用型课程。一方面，该课程具有学科交叉性强的特点，比如涉及计算机技术、线性代数、微积分、运筹学、概率论与数理统计、物流学、设施设备等，要求教师具有一定的多学科专业背景；另一方面，该课程既有理论性又有实践性，不仅要求传授学生系统的仿真建模与分析方法，而且要求培养学生的实际动手能力，能熟练使用两种及以上仿真软件，对稍复杂的计算机仿真模型能编写相应的程序代码。

通过调查，发现高校物流类专业物流建模与仿真课程的教学中存在如下问题：

（1）课程名称五花八门，课程教材选用不当

目前，物流建模与仿真课程普遍采用两类教材：一类教材是面向计算机专业编写的，教材重点是计算机仿真的理论、离散事件系统仿真算法等。有些教材相当部分内容重复概率统计理论，学生学习时不知道这些内容与仿真建模存在什么关系；还有些教材目标是培养仿真软件开发者，内容主要是运用C++语言或Python等通用计算机语言进行仿真建模。另一类教材是教学生如何使用一些物流仿真软件，主要内容是介绍软件操作，对于建模仿真建模原理涉及不多。上述两类教材对于物流类专业学生均不太适用，主要原因有二：一是物流类专业学生的编程基础相对薄弱，教材应该让学生无需较高的计算机编程水平也能够具备物流系统的建模仿真能力；另一方面，若学生在课程学习中很少涉及计算机仿真理论，仅仅学习专业仿真软件的操作使用，导致学生学习难有可持续性和发展性，计算机仿真理论的学习是保证学生具有研究能力和建模能力的基础[2]。

（2）教学目标模糊不清，教学内容有待优化

物流建模与仿真课程既涉及计算机建模仿真的理论，又涉及物流仿真软件应用，若缺乏深入思考精益设计，往往导致教学过程中目标不清晰，顾此失彼，学生不知该如何把重点放在仿真理论方面还是仿真软件应用方面，一定程度上造成学生在学习时无所适从。

建模与仿真技术经过几十年的发展已自成理论体系，概念和原理较多。物流建模与仿真课程的理论教学比较抽象，内容涉及多个学科，对学生的学习能力要求较高，部分学生学习兴趣不浓、效果不佳[3]；同时，该课程实践环节所用的物流仿真软件种类繁多，内容存在一定差异性，这些均需要进一步优化物流建模与仿真课程的教学内容。

（3）教学时间受限，教学方法较单一

教育教学的发展趋势是专业人才培养方案中学分学时数逐步减少，受物流类专业总学时限制，物流建模与仿真课程的学时数无法增加，往往只能满足于理论课程教学的需要，若要进行实验课程教学，必然要压缩理论课程时间，往往会导致理论部分没学透，实验部分也做不好，实验项目难以高质量完成。

治疗后,观察组未发生不良反应,不良反应发生率为0;对照组发生1例低血糖,不良反应发生率为1.67%;两组不良反应发生率比较无显著差异(P>0.05)。

同时，传统教学采用教师为主、学生为辅的“你教我学”的被动方式，部分学生觉得建模与仿真理论知识面太广、内容枯燥，主动学习积极性不足；另有部分学生实验时完全依赖教师演示，难以独立使用物流仿真软件，更谈不上自己构建仿真模型进行实验并做定量分析。

（4）实践教学效果不佳，考核方法有效性不足

物流建模与仿真课程的实验教学需要借助仿真软件进行，学生通过软件构建模型并进行仿真达到实验教学规定要求。但是，在软件中建立仿真模型并非是轻而易举之事，学生应用软件的水平差异性较大，部分学生难以在规定的实验学时内完成建模并进行实验数据分析。

同时，全面考核学生学习物流建模与仿真课程的效果存在一定困难。该门课程既要考察学生对物流系统仿真建模理论知识的掌握程度，又要通过实验评判学生计算机仿真技术水平、建立仿真模型并进行分析的能力。因此，常用的课程考试和简单的实验报告难以进行全面考核。

2 物流建模与仿真课程教学改革探索实践

通过以上对物流建模与仿真课程教学现状及不足的分析，结合安徽大学商学院物流管理专业物流建模与仿真课程多年教学实践，梳理物流建模和仿真课程教学经验和体会。

2.1 规范课程名称，精选课程教材

根据《普通高等学校本科专业目录（2012年）》、《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》等文件，结合全国高校物流教学研讨会讨论精神和教育部高校物流类专业教指委制定的物流类本科专业培养方案指导意见，建议将“物流建模与仿真”作为高校物流类专业建模与仿真课程的名称。

在对比和筛选国内外众多同类教材后，物流建模与仿真理论课程的教材推荐选用鲁晓春、黄帝老师编著的《物流系统建模与仿真》，此教材于2018年由机械工业出版社出版，入选“十三五”国家重点出版物出版规划项目，其较全面地介绍建模与仿真的基本理论知识；物流建模与仿真实验课程的教材推荐使用秦天保、周向阳老师编写的《实用系统仿真建模与分析——使用FlexSim（第2版）》，此教材于2016年由清华大学出版社出版，选择FlexSim仿真软件作为实践平台，从FlexSim仿真入门开始，利用案例介绍FlexSim仿真软件的基本概念、基本操作、使用方法、控制与编程机制、以及FlexSim脚本编程等。

图1 建模与仿真的理论框架

2.2 明确教学目标，优化教学内容

物流建模与仿真课程以系统仿真理论和计算机建模方法为讲授内容，其教学目标是使学生掌握系统建模与仿真的基本理论与方法，以及计算机仿真技术在物流系统中的应用，培养学生计算机建模仿真能力和仿真实验数据分析能力。通过本课程的学习，使学生一方面掌握物流系统建模与仿真的基本理论，另一方面掌握一种或多种仿真软件的实际应用方法。

构建模型并运用实验研究对象系统的活动是仿真建模方法的基础，建模与仿真方法有对象系统、系统模型、仿真模型等3个基本要素和系统建模、仿真建模、仿真实验等3种基本活动，如图1所示。

基于以上3个基本要素和3种基本活动，结合实验教学需要，设计高校物流类专业建模与仿真课程的教学模块与内容，如表1所示。

表1 物流建模与仿真课程教学内容

2.3 合理安排教学课时，使用多元化教学方法

学习建模与仿真技术需要计算机、高等数学、概率论、数理统计、运筹学等知识，所以物流建模与仿真课程建议在本科生三年级第二学期开设，理论教学32～36学时，每周2学时，16～18周完成；实验教学安排在学期末6周进行，24学时，每周4学时，6周完成，可以安排6个实验项目。若受限于学分模块和教学总学时的影响，也可以将物流建模与仿真理论课设置为必修课，同时将其实验课设置为选修课。

基于物流建模与仿真课程的教学目的探索多元化的教学方法，结合教学思考和实践探索，着重使用多媒体演示、案例分析、任务驱动、启发式等教学方法和利用科技文化竞赛、创新创业项目、科研训练计划项目等开展教学活动。下面以一个物流设施设备的配置问题举例说明案例分析与启发式教学方法在本课程的应用。

引导案例：某物流公司计划新建一座仓库，管理层想知道至少要建几个装卸平台才能满足一定的服务水平要求。新仓库每天上午9点开始运作，下午5点结束，总运营时间480分钟，不管有几个装卸台，卡车到达仓库都排成一队。据仓库主管估计，货运卡车到达时间间隔服从均值10分钟的指数分布，装卸时间服从均值40分钟、标准差15分钟的正态分布。要求卡车最大排队长度不超过25辆，平均排队长度不超过10辆车。决策问题：至少要建几个装卸平台才能满足服务水平要求？

通过案例引导学生分析此问题容易用数学模型求解吗？如果用仿真方法试试，结果会怎样呢？比较数学模型与仿真模型，启发学生领悟仿真建模方法对解决随机性问题的优势，此种教学方法提高学生实践能力，激发学习兴趣。

同时，在教学过程中，注重将数学模型与计算机仿真建模有机融合，将概率论、随机过程、仿真原理等理论知识与计算机建模的实践相结合，避免单纯的数学模型推导，避免用数学推导代替建模仿真，使缺乏编程基础的学生也能掌握基本仿真建模技术，而部分具备计算机程序设计语言、算法与数据结构知识的学生可以进行较高级仿真建模开发。

2.4 加强实践教学，改革考核方法

物流建模与仿真是集理论性与应用性为一体的课程，学生不仅要掌握仿真建模的基本理论，而且要掌握2种及以上仿真软件的使用方法。除Excel外，可视化的仿真软件主要有AnyLogic、Arena、AutoMod、Enterprise Dynamics、ExtendSim、FlexSim、Plant Simulation、ProModel、RaLc、Witness等[4]。

实践教学时，为了有效降低学习难度，可以先使用Excel作为仿真建模的基础工具，教会学生计算机仿真的基本理论和仿真建模方法。因Excel只适合构建简单的仿真模型，对于复杂的仿真模型则需要借助专业的仿真软件，推荐采用FlexSim仿真软件进行物流系统建模。FlexSim是美国FlexSim Software Products公司开发的一款商业化系统仿真软件，面向高校提供免费试用版本[5]。该仿真软件既可以通过参数设置构建模型，也可以通过编写脚本程序建模，对于物流建模与仿真课程的学习者是一款相对容易掌握的专业仿真软件。

同时，教学考核是教学过程中的一个重要环节，考核方式合理与否，直接影响教学效果与学习效果。物流建模与仿真作为一门理论性和实践性强的专业课程，教师必须制定新的评价标准，采用理论与实践应用能力相结合的考核方式，在考核学生物流系统仿真理论知识的同时，更要注重考核其仿真建模能力、数据分析能力以及解决物流实际问题的能力。

3 物流建模与仿真课程教学的扩展应用

物流建模与仿真是物流系统分析、设计、优化的重要方法和手段，学生经过学习掌握计算机仿真技术，可以广泛应用于大学生科技文化竞赛如物流设计大赛、大学生创新创业训练计划项目、大学生科研训练计划项目，以教促学、以学促教、以赛促教、以赛促学、以练促赛、以赛促练，以赛促用，全面提升学生从实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力。

（1） 科技文化竞赛

以物流设计大赛为代表的物流类大学生科技文化竞赛，旨在提高大学生物流方案规划与设计能力及实践应用能力，推动高校教学改革，提升高等教育物流人才培养水平。学校积极支持学生参加各类物流竞赛，多个学生团队结合物流建模与仿真等课程所学，运用计算机仿真技术进行方案的分析和设计，取得优异成绩。2015年9月至2016年4月举办的第五届全国大学生物流设计大赛，学校以物流管理专业学生为主的两支团队在决赛中获得1个一等奖和1个二等奖，名列全国高校前列；其中一支团队的方案《面向“一带一路”的B2B冷链甩箱运输体系设计》就是使用Excel仿真AHP多因素城市冷库选址，同时使用FlexSim软件对甩箱运输装卸搬运效率、系统吞吐量以及冷库排队时间进行仿真等。

（2） 创新创业训练

大学生创新创业训练计划项目，强化创新创业能力训练，增强学生的创新能力、创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。学校物流管理专业张文涛、辛文、潘蕊等同学组成的团队立项的2017年大学生创新创业训练计划项目《传送带式柔性货架研究与设计》，就是使用FlexSim仿真软件对设计的一种新型传送带式柔性货架进行仿真研究，取得了显著的效果。

4 结束语

在介绍物流建模与仿真课程系统仿真理论基础上，借助计算机仿真技术进行实践，具体通过对物流系统模型进行量化分析，为设计和优化物流系统提供一种有效的方法和手段。深入持续探索物流建模与仿真课程改革，有利于培养一流的物流管理与工程类本科人才，不断满足新时代国民经济和社会发展需要。