生产物流系统建模与仿真课程教学改革研究与实践

李 斌

(中原工学院,河南 郑州450007)

1 引言

随着现代化技术的发展,以制造、物流为代表的离散系统复杂度越来越高,在运营复杂系统过程中,对系统仿真软件的依赖性也逐渐增强。得益于近年来计算机软硬件的高速发展、离散事件系统建模和虚拟现实技术的相关理论研究的进步,专业化、集成化的系统仿真软件在企业运营中的作用日益突出。

工业工程专业以培养从事工程技术、质量管理、生产计划与控制、物流系统优化与设施规划等工作的应用型人才为目标,具有较高的实践能力要求。在专业培养过程中,需全面锻炼学生发现、分析、解决问题的能力。

生产物流系统建模与仿真课程兼具理论性与实践性特点,可作为生产运作管理、供应链管理、物流工程、基础工业工程等课程必要且有益的补充,在技术与方法层面对上述课程形成良好支持。同时,在毕业设计及生产实习等环节,给学生提供分析解决问题的必要工具,让学生更清晰的认识企业运作流程,了解离散系统运行特点。

2 现行系统仿真课程存在的弊端

通过多年教学工作实践总结,并与相关学科同仁多次交流,结合学生反馈回来的信息,目前各专业有关系统仿真方面的课程存在以下几方面问题:

2.1 理论教学“满堂灌”

传统的教学理念对系统仿真类课程教学影响颇深,教师过于注重课堂教学效果,在有关仿真原理、数据结构、仿真算法等方面讲解深入,导致学生听得云里雾里,或即使听得明白,也只是初步掌握了理论知识,对离散系统仿真能够解决什么问题一知半解。长此以往,学生对系统仿真类课程逐步失去兴趣,仿真教学彻底沦为了编程语言类课程的延伸。

2.2 实验上机“大撒把”

在工业工程专业开设系统仿真课程,一定离不开相关仿真软件的上机练习环节。但在这一关键实践过程中,由于教师投入精力不足、经验不足或学时受限等主客观因素的存在,导致学生无法获得有效训练。经常以布置几个已给出详细建模仿真过程的模型,“依样画葫芦”了事。学生们除了机械地模仿,完全学不到有用的知识,更谈不上获得有价值的实践训练。

2.3 考核结果“大锅饭”

对系统仿真课程的考核,仍多集中在具体知识点的理解记忆上,即使结合了上机实验表现,由于上机过程单一呆板,在成绩上也很难反映学生分析、解决问题的水平。这样就弱化了通过该课程锻炼学生勤于思考、发现问题、解决问题的功能,无法有效通过学习效果激励、激发学生的学习积极性。

学生学习系统仿真相关课程主动性不强,与课堂参与度低、上机实验低水平模仿、考核方式单一等问题有直接关系。因此有必要根据专业培养目标、学科发展特点,进一步改革优化现有系统仿真教学手段。

3 生产物流系统建模与仿真课程“学以致用”教学方式

3.1 理论讲授不重复

在理论教学方面,生产物流系统建模与仿真课程和概率论与数理统计、工程统计、高级计算机编程语言、数据结构等课程有较多交叉重复之处,通过与相关课程任课教师交流沟通,从教学内容上,将计算机仿真算法、编程语言等放在高级计算机编程语言等课程中,而随机数生成、随机变量及分布、数据结果推断分析等内容,放在工程统计等课程讲授。在教学环节设置上,把生产物流系统建模与仿真课放在上述课程之后开设,这样可大幅减少系统仿真相关理论知识的课堂教学负担,并能提高学生学习理论基础课的实用价值。

3.2 上机实验“三步走”

(1)根据软件特点,有针对性的模仿。

上机实践环节是生产物流系统建模与仿真课程极为重要的训练手段。为使学生初步了解掌握软件基本操作、熟悉仿真思路,应针对仿真软件各模块特点,设计多个简单模型供其练习。此阶段的学习主要以既定程序为主,通过模仿现有的模型,使学生掌握仿真元素、建模思路、程序设计等知识。

(2)完成给定模型后布置“延伸”任务。

在初步熟悉仿真软件的基本操作后,可结合模型特点,布置有一定难度和挑战性的任务,如统计新的变量、建模元素类型的变化、增加工作环节、实时显示仿真数据等。一方面可以锻炼学生思考问题的习惯,另一方面也可以加深其对仿真软件的理解、提高应用能力。

(3)综合应用能力锻炼,解决实际问题。

在前两阶段达到学习锻炼目的的前提下,可根据学生实际学习情况,布置开放或半开放的综合型设计题目,让学生分小组或独立完成。开放性题目的设计,尽量从现有资源选题,让学生方便采集基础数据为佳;半开放性的题目,则以给定的建模基础数据为依据,让学生自行设计、建模,实现仿真目标。这对指导老师的业务水平以及指导能力均提出较大挑战。一方面,学生建模过程中可能会遇到各种问题,解决技术难题在所难免;另一方面,对学生有关建模思路方面的提问要谨慎回答,既不妨碍其独立思考,又要帮助其突破瓶颈。对教师业务水平要求高,也是促使其不断学习、不断进步的最佳方式,教学相长,教师的榜样力量也同样带动学生的学习积极性。

3.3 考核方式多样化

在生产物流系统建模与仿真课程的评价手段方面,要兼顾教学规范的要求以及新教学方式的特点。在实践过程中,通过对学生日常表现的详细记录,可以较为真实的反映出其学习状态及学习成效,再重点结合最终综合应用型仿真题目的完成情况,以及实验报告书写的规范性等方面,最终能够较为公平、合理的评价学生对本课程的学习成果。有条件时,可设计建立系统仿真相关试题库,借鉴计算机语言编程类课程经验,在学校机房完成本课程理论知识、应用能力的考核,也不失为一种有效、便捷的手段。

4 结语

通过多年教学实践经验总结,工业工程专业课程范围广、涉及内容多,尤其需要相关专业课之间加大协调沟通力度,进一步明确本课程在专业培养目标上的定位,从而为建立相应学科团体或学科群打下基础,同时还能够互相激发教学研究灵感。生产物流系统建模与仿真课程对教师专业水平要求较高,为保证教学质量,上机过程任课教师需全程指导答疑,只有不断学习提高方可胜任工作要求。

虽然本课程教学效果获得了一定改善,但仍需继续努力。下一步可以根据相关课程需要,进一步开发上机实验项目或课题,真正做到让学生学以致用。同时,在毕业设计及学生就业工作中,大力推进系统仿真的应用领域范围,为学生未来职业发展拓宽道路。

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