应用型本科院校实验仿真教学改革的实践与对策研究

刘 峥，郎玲玲，胡 斌，李卓昱 LIU Zheng, LANG Lingling, HU Bin, LI Zhuoyu

（1. 上海工程技术大学 管理学院，上海 201620；2. 上海交通大学 安泰经济与管理学院，上海 200240）

(1. School of Management, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China; 2. Antai School of Economics and Management, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

0 引 言

随着我国高等教育“重技重能”时代的来临，《国家中长期教育改革和发展纲要（2010-2020）》中明确提出了应用型本科要加强实验室建设，校内外实习基地建设，支持学生参与科研，强化实践教学环节，以社会需求为导向，培养适应时代发展的具有竞争力的高素质应用型人才。各大应用型本科院校，增加了对实验室建设的研究和投入，通过设立系列仿真课程，模拟实际生产中的复杂性与多变性，提高学生的综合专业能力。

1 实验室仿真课程研究现状

1.1 课程研究现状

现阶段，国内有一批研究人员对实验室仿真课程做出了研究。刘铭从时间分布、期刊分布、研究机构及作者合作、关键词共现等方面进行分析和总结，生成可视化知识图谱，对未来虚拟仿真实验室建设领域深入研究提出建议。王慧认为，目前国内实验室仿真课程存在共享程度低、师资队伍薄弱、跨专业融合程度不足、实验教程未普及以及利用率较低等问题。陈英等指出，“应用型本科院校培养的各专业学生要求具有较强的实践能力，而现有的实验室资源无法满足大量学生实地操作的需求”。武烨对实验室仿真教学环境、教学模式和研究项目等进行了分析，给出了关于实验教学平台建设的建议。

1.2 课程建设的必要性

（1） 学生对实验室仿真课程的需求

应用型本科学校的学生普遍具有需要理论学习与实践学习的深度融合，因此，在培养人才的过程中需要重视实践锻炼的培养。经过多年的教学经验总结，发现学生对实践类教学项目普遍具有浓厚兴趣，例如，在物流系统规划与设计课程中，学生通过利用各种元件构造实验室系统，使得学生对理论知识具有了系统直观的概念。因此，利用实验室仿真模拟软件，开展适应高校实验室专业学生的相关课程，避免了学生学习过程中的单一性，能够满足学生对知识的多样化需求。

（2） 社会仿真建模人才紧缺

2019 年2 月，教育部宣布，要做好应用型高校发展的顶层设计。依据教育部相关部门统计，未来在实验室业高速发展的环境下，高校相对滞后的实验室建设人才培养模式将致使实验室建设人才成为我国未来经济发展的紧缺人才。

2 实验仿真教学问题分析

2.1 实验教学环境有待改善

物流系统规划与设计课程是实验室上机操作类实训课程，授课教师的教学水平和实验室配置是该课程顺利进行的保障，教学效果与实验室软硬件设施具有关联性，但由于实验室机房配置较低，软件未能及时更新，现有的实验室配置已经不能满足学生对电子设备日益增加的要求，因此影响了教学效果和学生学习的积极性。

2.2 实验教学内容不够全面

物流系统规划与设计课程向学生发放一个“基础教程”文档，每位同学参考该文档学习AIS 软件的基本操作。但在实践教学的综合实验环节，学生往往需要回头寻找以往的模拟实验操作步骤才能继续，对软件的操作理解不到位，往往是当时明白了，回头就忘了。此外，学生的操作能力越来越强，普通的操作教学已经不能满足学生们的要求。

2.3 课程考核方式单一

本课程目前以理论课笔试考核、实训课上交课程设计为主要考核方式，结合课堂表现等方面得出学生综合成绩。在实训课课程设计中，学生需要组队构建一个较为复杂的模型，能够综合反映出整个实训阶段的实训成果，以模型展示效果和各组互评作为最终结果。实践与理论是密不可分的，如前所述，学生在参考基础教程仿照学习的时候，并没有将操作技能融会贯通，在制作综合作业模型时也无法很好地体现其应有的水平，因此，在课程设计报告中的表现便无法使师生双方满意。

3 实验仿真教学实践案例

本文以上海工程技术大学开物流系统规划与设计仿真课程为例，该课程基于给定的实验方向，以6～8 位学生为一组分别进行个人练习和小组合作设计，按照教学要求完成训练并展示成果。实验任务设计如表1 所示：

表1 课程设计纲要

实验教学内容是要通过智能导向物的逻辑语言的设置，完成自动立体仓库从一楼至二楼的运输并把出库的托盘搬送到指定的出口，由作业员在卸货平台卸货后将空托盘再运回仓库，货物再分流到对应的笼车（如图1 所示）。

整个模型的运作过程为：由装货机器人将传送过来的4 种货物堆放到托盘后，装货托盘由滑车铁轨向3 个自动立体仓库分送，并且将从自动立体仓库出库的托盘由平板车向出货场地搬送，再由叉车向出货口搬运货物（如图2 所示）。

在实验教学中，学生也得到了很多自己的体会和心得。例如，在模型建立好后，系统模拟运行近20 分钟时，传送带出现排队拥堵现象（如图3 所示）。

为解决这一现象，各组学生分别进行了讨论和研究，基本上通过在实验中修改部分参数的方式有效解决了拥堵现象：（1）适当加快机器人的运行速度；（2） 适当加快直线传送带的运行速度；（3） 适当加快自动立体仓库货物从一楼至二楼的升降速度。通过对各个部分依实际需要轻微调整，可使得系统在较为经济的情况下平稳合理的运行。

在小组最终的成果展示中，大部分学生在思想体会中提到了物流系统规划与设计可以更好地将理论与实践结合起来，联系课堂和实验室的知识对物流系统有一个更加全面的了解和把控。同学们在操作过程中除了可以了解到物流系统仿真模拟软件的使用方法外，还能够直接培养学生理论体系的构建，此外，通过在课程设置的模型作业和综合作业中遇到的问题来锻炼学生的动手能力和团队配合能力，激发创造性思维。课程实验在基础教程的引导下引领学生灵活使用传送带、部件生成器、部件消灭器、作业员、笼车、自动立体仓库、托盘供给器、滑车铁轨、智能导向物等元件一步步地构造出一个仿真应用场景，增强了学生的好奇心和创造力。

图1 货物出库分拣

图2 模型整体效果图

图3 模型出现拥堵

4 提升实验仿真教学建设的对策建议

4.1 整合教学资源

更新教材教参内容，方便学生提前预习和系统回顾课前课后知识。在实训中可加大实验室相关企业的实际案例数，以贴近学生生活的案例为主，引导学生利用所学知识综合思考。另外，历年的学生作品可择优进行课上展示和讲解，作为辅助材料。

4.2 积极完善教学资源

课程所依托的实验室软硬件设施是课程能否取到良好成果的重要保障，而该保障离不开经费的支持，经费要拨给有价值的项目，因此，教学组应充分发挥课程的实训优势，举办实验室系统设计大赛等活动，并力争多出成果，进一步提升课程价值，良性循环才有利于课程长远发展。

4.3 实行多样化的考核方式

强调师生互动和生生相助，突出课程综合、团队和竞技的特点，通过理论指导、案例教学、实践教学和自学激发学生的创新思维，使学生更扎实地掌握系统操作方法，有效提高系统设计的逻辑思维能力，综合运用所学知识和技能解决实际问题。课程最后得分要结合考勤、课上表现、课后自主学习和综合作业表现来评定。

5 结 论

实验仿真教学就是要搭建理论与实践的桥梁，为学生提供实训平台，深化学生对专业知识的理解，提高学生的操作能力。实验室仿真是模拟系统的运行，动态显示企业运行情况，观察系统现象并不断操作方案的仿真系统。因此，实验室仿真内容的教学，应该基于现代仿真教学的核心理论和核心流程，并结合教育特色全面系统的考虑，培养学生的书本知识和社会生产实践活动密切结合的灵活应用能力。适时地让学生们将书面化的知识进行实际的应用，这个过程可以让学生们逐步的由浅入深、循序渐进的抓住书本上的要点与重点，围绕实验室仿真相关的软件技术，使学生学习了解系统仿真基础知识和系统仿真在实验室中的应用情况。同时达到仿真教学的目的，即在不建造实物的情况下模拟真实情况，大量降低运营成本，增加实验室管理的灵活性，减少不必要的投资，有效提高工作效率，以免造成人力、物力上不必要的浪费。