建模与仿真实践教学工业工程论文

建模与仿真实践教学工业工程论文
一、现有教学效果的问卷调查
实践环节的教育目的是使学生对某一方面的理论或技术融会贯通，并应用于实际。

相较于理论课程教学，实践环节中“学生学会”比“教师教好”更为重要。

“建模与仿真实践”教学环节也是如此，其教学效果的好与差取决于学生学得好与差。

以学生学习效果为教学方法改革的目标，必须从学生的角度客观审视当前教学环节中存在的问题。

问卷实施过程中为了较客观反应实际情况，将问卷分为“授课前”和“授课后”两部分，分别于该教学环节的开始前和结束后进行调查。

本次调查以匿名的形式总共向58名接受该实践环节教育的工业工程专业学生发放了调查问卷，回收58份有效问卷，结果汇总如下。

(一)学生状况部分统计
根据调查数据发现，对仿真相关理论知识的学习兴趣一项中，仅25.9%的受访者表示“很有兴趣”或“有兴趣”，74.1%的学生对仿真相关理论知识兴趣“一般”或“根本没有兴趣”;从理论知识掌握情况看，81%的学生在前期的理论课程学习中只“知道一些术语和基础知识，但不是特别明白”，其中22%学生更表示“课程抽象，没什么印象了”;从课程知识的认可度方面，77.6%的学生表示课程知识“以后很难用到”，其中30%的学生认为“如果碰巧工作的公司也用这个软件可能会有用”。

(二)课程特点部分统计
就建模与仿真理论课程难度而言，有91.4%的学生表示“有点难”，
其中19%的学生认为该门课程“很难”;从软件学习难度方面，79.6%的学生认为软件学习“有点难”，49%的学生觉得学习ProModel仿真软件时“感觉学会了，但自己动手时又不会做”;而实践环节的效用方面，43%的学生感觉“可能会有点用，不过工作中是很难用到”，29.3%的学生则觉得“如果碰巧工作的公司也用这个软件可能会有用”，仅有22.4%的学生认为“很有用，将来工作中可能会用到”。

在实践环节结束后的问卷中，仍有69.9%的学生认为课程所涉及仿真技术“感觉一般企业用不上这样的技术”或“生产实践中靠的是经验，仿真技术派不上用场”。

(三)课程效果反馈部分统计
建模与仿真实践环节的教学效果反馈部分均在实践环节结束后的问卷中进行调查。

学习结果方面，74.5%的学生通过课程“学会了软件的简单操作”或“对理论知识又多了一点了解”;满意度方面，42%的学生“比较满意”或“很满意”，54%的学生“一般，讲得有点快，有时跟不上”;学习难点方面，52.8%的学生觉得“对实际问题进行抽象很难，看到问题不知道如何将其转变为仿真模”，26.4%的学生认为“结果分析很难，只看到软件出来的数据，但不知道数据背后的现实意义”。

虽然学生由于知识和阅历的限制对于“建模与仿真实践”环节的认知有较大的局限性甚至存在偏见，但这是学生在该实践环节的真实体验。

这些从学生视角反馈得到的信息有利于教师客观地分析当前该实践环节开展过程中存在的问题，可以更全面的从“教”与“学”两个层面综合分析教学效果，进而提出改革的具体措施。

二、建模与仿真实践环节问题分析
鉴于实践教学环节对工业工程专业整体教育质量的重要性，必须保证专业教学体系内的所有实践教学环节能以较高的质量标准完成。

因此，客观地分析当前存在的问题显得尤为必要。

综合学生问卷结果和多年执教经验，对建模与仿真实践教学环节存在如下问题。

(一)教学模式难以满足新生代学生的学习要求
从问卷结果可以总结出学生在学习仿真相关理论和技术时“兴趣低”、“效果差”以及“认可度缺乏”。

分析其原因，其一为国内当前本科教育大环境并不利于学生努力学习，尤其是高校本科阶段学业压力大，缺乏系统的规划和设计，导致相当一部分大学生在本科阶段学习缺乏正确的学习压力感;其二为课程教学模式所致，传统的“教师讲，学生听”和“教师做，学生跟”的教学模式无法让学生切实感受和思考制造或服务大系统的生产运作的实际情景;其三为教学资料传统守旧，当前的教材或指导材料中，以学生“看”的内容居多，学生“做”的内容则很少，引导学生“思”的则极少。

(二)教学方法与实际应用衔接不足
课程情况相关的问卷反映出，相当一部分学生认为仿真理论课程“难”，仿真软件“不好学”以及建模与仿真实践“难以付诸实际应用”。

当然，就仿真技术在社会生产实践中应用越来越广泛的事实而言，学生的认识和认知有一定的局限性。

从中可反映出“建模与仿真”理论和实践教学中，没有或没有足够多地将仿真技术的实际应用展现给学生。

在理论教学中，由于理论内容本身的抽象性，导致过于注重数学公式和抽象知识的讲解，而疏于与实际应用情况的衔接;在“建模与仿真实
践”教学中，基于软件实际操作的教学和考核，经常在执行时有“重实现、轻分析”倾向，导致学生缺乏衔接实际应用的意识。

为期两周的实践环节中，不论教学部分还是考核部分，案例均与实际生产紧密结合，但在具体执行时往往很难将学生的注意力集中到“基于实际的分析”上来。

学生在建模学习中，往往对仿真模型的程序实现比较感兴趣，甚至以为“模型能动起来”就达到要求了，而极少关心所实现的模型是否与现实系统吻合;学生在建模完成后，往往只对仿真结果的相关数据进行简单描述，很少利用自己掌握的知识分析数据背后的原因;在提交改善方案时，往往只对某几个甚至是一个仿真参数进行修改，很少关心参数调整背后的实际意义。

(三)教学内容和专业结合度不够高
从问卷中学习效果部分的调查结果可见，大部分学生觉得通过“建模与仿真实践”无非是“学会了软件的简单操作”，学习难点是“建模和分析都很难”，而且整体满意度“一般”。

问卷较真实地反映出学生在该实践环节的学习体验不佳:一是学习成就感不足，当仿真模型没有与专业相关领域的典型问题相对应，而分析结果没有和专业其他课程相关知识相互验证时，学生的学习便停留在软件的简单操作，而缺乏真正意义上专业能力提升的成就感;二是实践环节学习有一定的封闭性，没有系统地融合其他专业课程的重要内容，当孤立地从仿真理论看待生产和制造系统的复杂实际问题时，仿真模型抽象和建立就变得极为困难。

三、问题导向的“建模与仿真实践”教学方法
(一)建立基于多重角色学习体验的实践环节教学机制
以往“建模与仿真实践”整个教学过程分为两个阶段，教学阶段以培训式的教学为主，讲解的内容不少，但学生的学习效果却不好;考核阶段以学生自主完成考核课题为主，学生建模过程中常以模型能动起来为目标，分析改善也总是草草了事。

这个过程中，学生所扮演的是接受者和被考核者的单纯的学生角色，因此，学习时常常只跟着做而不思考，完成考核课题时完全不关心课题的背景及现实意义。

所以，通过学生角色多重化的设计引导学生进行更专业而富有成效的思考和努力是非常必要的。

具体做法是:(1)通过案例解读引导学生从生产经理等管理者的角度思考问题，并带着这些问题学习和建模;(2)通过合理分组，建立团队学习机制，使学生在团队中体验不同角色，如领导者，进度控制者，质量把关者和普通成员等，这些角色有助于学生自主学习和团队协调能力的培养;(3)通过考核方法改革，将现实项目的绩效指标引入实践环节的考核体系，让学生更加真切地体会仿真和现实生产系统之间的关系。

这种多角色的学习机制，既能提升学习的效率和效果，还能改善学生的学习体验，增强学生的学习成就感。

(二)构建专业领域问题导向的实践框架体系
仿真被称之为继理论研究和实验研究之后的第三种科学研究方法，其在各个领域都有广泛的应用。

它的理论有一定的普适性，但各领域的应用却又千差万别。

“建模与仿真实践”既要结合工业工程专业的特点，又要衔接实际生产应用，就必须构建以工业工程专业领域问题为导向的实践教学框架体系。

工业工程专业在实际生产中应用很广，典
型问题也很多，如制造与物流设施规划布局问题，生产线设计与平衡问题，生产系统瓶颈分析问题，生产计划与排程问题，生产资源配置问题等等。

针对这些问题，工业工程专业的教学体系都配置了对应的课程，如设施规划与物流分析，生产管理学，基础工业工程，运筹学等等。

在实践环节的教学中，应引导学生针对专业领域内的问题结合相关课程知识进行分析，并将模型的运行结果和所分析问题进行对比和验证，最后根据现实生产系统的具体指标分析和改善仿真的对象。

通过问题导向的“建模与仿真实践”教学框架，能较好地将仿真技术融合到工业工程专业的方法体系内，并给学生带来系统的、有针对性的综合能力提升训练，也能较大幅度提升学生对于该实践环节的认可度。

(三)设计利于学生实际应用能力提升的教学资料和案例库
仿真技术的实际应用关键在于对现实生产系统的抽象建模能力和仿真结果的分析能力，但在“建模与仿真实践”的教学过程中这两种能力的培养经常被软件的操作和仿真动画的运行所掩盖。

这与传统的教学资料和案例形式不无关系:传统的教材在教学阶段将教学模型的所有信息直接呈现给学生，学生在建模学习过程中只要按照教材逐步操作，不用思考如何抽象和建模;传统案例也只有关于现实系统的描述，较少涉及对具体的分析指标提出要求，也没有相关数据来源的信息，学生在对案例建模时自然更多地注重模型能不能运行，从而忽略结合实际情况进行分析。

因此，“建模与仿真实践”的指导教程需要进行大幅度的改动，应突出模型抽象的过程，在学生学习仿真软件操作时就培养其对现实进行仿真抽象的意识和能力。

案例应展现数据收集过程，
并针对具体案例罗列详细的分析指标。

通过教学素材的重新设计和整理，有利于在教学过程中突出学生的“学”，并辅助教师引导学生培养实际应用的意识和能力。

四、总结与讨论
随着我国产业的升级和转型，工业工程所涉及的领域在不断的增加，企业管理者和工业工程师在进行管理决策和系统设计时所考虑的因素越来越多，问题也越来越复杂，在不久的将来，仿真技术将是很多领域必不可少的辅助决策手段。

为此，“建模与仿真实践”教学环节质量的提升，对于工业工程专业人才培养有着现实而深远的意义。

从对学生实际情况的问卷调查出发，客观的分析了当前“建模与仿真实践”教学中存在的问题，并结合实际教学经验提出了切实可行的问题导向的“建模与仿真实践”教学方法。

该方法在逐步实施的过程中，效果也在逐步显现，对该方法的后续应用的追踪调查可以发现，选择仿真相关毕业设计课题的学生也在逐年增加，同时，不少毕业生在毕业后的实际工作中也成功应用了仿真技术。

当然，“建模与仿真实践”的教学改革是一个需要“持续改善”的艰巨任务，在今后的工作中还需对该方法的教学效果进行追踪，并根据实施情况进行调整和完善。

作者：陈雷雷沈妙妙李俊上官春霞单位：上海海洋大学上海电机学院。