物流系统建模与仿真的虚拟仿真实验教学模式研究*

□ 宋建军

(山西大同大学 商学院，山西 大同 037009)

随着经济和科学技术的飞速发展，现代物流业的大数据化、智能化和绿色化趋势更加显著，物流行业对培养和教育物流人才提出了新的要求。这就使得高校培养出来的人才不但要具备扎实的理论基础，还要具有较强的实践操作和知识应用能力[1]。因此，为顺应行业发展和社会需求，高校如何利用有限的教育资源培养出具有高端技能的应用型人才是物流管理专业教育教学改革进程中的主要方向[2]。

在此情况之下，应用型本科院校物流管理专业逐步加强学生应用能力的培养。为此，各大应用型本科院校物流管理专业增设了《物流系统建模与仿真》及其实验课程。如何在有限的实验教学学时内完成既定的教学目标，提升实验教学质量，促进学生建模与仿真设计以及实施技能的提高，增强学生应用建模与仿真知识解决物流行业实际问题的能力，就成为一个值得深入研究的问题。

1 《物流系统建模与仿真》实验教学现状

本校物流专业于 2012 年成立，经过几年的发展有了长足的进步。由于起步晚，资金投入较为紧张，设施设备不完善，《物流系统建模与仿真》实验教学一直在摸索中前进。通过对本校物流管理专业实验教学改革反馈的分析并参考其他应用型本科院校教师所发表的教改文章，对《物流系统建模与仿真》实验教学中的问题进行提炼，发现存在以下几个问题。

1.1 实验教学理念滞后

国内各应用型本科院校物流管理专业基本都增设了《物流系统建模与仿真》实验教学，但是实验教学在理念、内容、标准上都相对落后，对课程实验环节的重视程度不够，导致实验教学出现实验场地受限、课程实验开出率低等现象。《物流系统建模与仿真》实验课程多数沿袭传统经管类实验教学理念，实验教学主要依赖于教师在实验室甚至普通课堂上讲授，而且大多数授课教师所讲授的要点还停留在物流系统建模与仿真基础的知识及原理上，以抽象复杂的仿真理论教授为主，缺少有效的实践教学环节，只注重基本建模仿真理论知识的传授而不注重学生设计能力、创新能力的培养，真正需要的物流实验并未作为实验课堂教学的重点。此种教学理念之下学生逐渐减弱了研究物流实验的意识和动力，失去了对物流实验的兴趣，其物流实验的研究能力也就无法得到提高。

1.2 实验教学条件缺失

由于物流实验具有特殊性，为了达到实验的目的、提高实验的真实性都会采用一定数量的物流现场设施设备，甚至有些特殊实验必须在安全性能非常高的情况下才能进行。本文调查所接触的院校基本都拥有物流建模仿真实验室，基本上是在实验室还原物流企业的真实场景。物流运营中经常使用的叉车、货架、手推车、分拣系统等物流设施设备大都被实验室购买。尽管如此，物流实验设备配置还是不齐全，先进的物流实验教学设施匮乏，现有的大多功能简单、用途单一。由于设备设施不完备或者安全系数不高，部分复杂的物流实验项目不能开设，无法从根本上支撑物流实验教学活动，导致各班的实验人数、实验内容、实验时间都需要根据实验室的建设状况来设定而不是严格按照教学大纲来执行。久而久之，物流实验条件的缺失逐渐成为限制《物流系统建模与仿真》实验课程创新的一个主要因素。

1.3 实验教学方式不灵活

数据表明，该课程课堂教学的主体仍然是教师，学生依然处于被动学习的状态，主要的教学方法以学生听为主，尽管教师除理论讲解外还提供一些相关案例、场景图片及操作流程的视频和动画，但本质上还是“满堂灌”的方式。即便开展物流专业实验活动，也多由教师套用仿真模型进行演示，或者在黑板上“画实验”或采用动画的形式在电脑上“模拟实验”。学生对建模与仿真知识的学习和掌握大多依靠课本中及教师讲解的基本知识点，对建模与仿真知识的理解仅仅停留在表层，对知识掌握不够深刻和透彻，很大程度上削弱了学生对课程的兴趣，降低了他们的学习积极性。同时，授课教师在日常的教学过程中也无法发现学生在建模与仿真学习中存在的各种问题，而学生在课程学习中也根本不知晓要从建模与仿真实验课程中累积到什么样的知识和技能，无法开展针对性的学习，最终形成了教与学完全脱节的不良状态。《物流系统建模与仿真》实验教学方法的限制使课程无法形成具有特色的仿真实验课堂，学生的自主性得不到充分发挥，缺少独立思考、自主判断的机会，无法激发学生学习《物流系统建模与仿真》的热情，最终导致《物流系统建模与仿真》实验课教育成效非常有限。

1.4 实验教学资源缺乏实践性

由于《物流系统建模与仿真》课程的特殊性，为了达到理想的实验教学效果需要教师进行有效的课程设计，指导学生进行建模与仿真软件的基本操作，同时也要构建基于实际物流工作的真实物流建模仿真案例，扩大《物流系统建模与仿真》教学模型的实践性。从目前的《物流系统建模与仿真》教学资源状况来看，实验教学主要缺乏基于物流企业运作实践案例和贴近日常生活的物流情境的实践类教学资源。学生在掌握建模与仿真的基本操作后，缺乏能够参与的实践类实验项目，而没有实践类案例的支撑，学生所学习的操作方法无法内化于心，领会其技术精髓，也就不可能具备物流系统建模与仿真的设计、实施能力。系统建模与仿真的终极目标是为实践服务，要应用建模与仿真这个技术手段去解决实际问题[3]。因此，《物流系统建模与仿真》实验教学就需要投入大量时间与精力去挖掘、设计易于被学生理解和认可的实践类物流建模与仿真实验案例，促进课程实验教学效果提升，推进课程实验教学模式变革。

综上所述，《物流系统建模与仿真》实验教学出现的这些问题是物流企业对高素质应用型人才的迫切需求所导致的。该问题不是加大实验教学投入，购买先进的教学软件就能解决的，要从根本上解决这个问题就必须重新定位实验教学理念，进行有效的实验教学设计，推动实验教学方法革新，摸索出一种应用型人才发展的实验教学模式。

2 基于虚拟仿真实验平台教学模式研究

本文结合《物流系统建模与仿真》课程教学改革的实践，在实验教学环节中引入虚拟仿真技术，创建基于虚拟仿真平台的实验教学方法，对实验教学模式进行创新，解决理论教学抽象且难以消化的问题，减少因缺乏实验条件、实验资源而对教学产生的影响，提升学生对建模与仿真相关知识的感性认知。

2.1 构建基于虚拟仿真实验教学平台

虚拟仿真实验平台分为互联网门户网站(电脑端)和移动教学平台(移动端)，电脑端和移动端的功能各有侧重。电脑端主要提供仿真练习案例，而移动端平台的功能主要是学习命令发布，及时解答学生疑问。通过移动端平台，教师可在上课前将需要预习的实验操作流程和要点推送到移动教学平台上，让学生提前预习理论知识，熟悉操作流程，这样有助于教学目标的实现，对教学有着显著的辅助作用。同时，在课外推送不同难度的建模仿真实验项目，让学生有选择地进行学习，增加学生学习兴趣，提高教学质量。学生也可以通过移动端平台把自己虚拟仿真学习的过程及成果推送到虚拟仿真实验平台上，进行经验分享，从而激发学生“赶超比拼”的学习热情。

2.2 创新虚拟仿真实验教学方法

本课程实验教学方法改革注重培养学生的实践能力和创新精神，引入项目管理式实验教学方法，在具体的教学实施中使用情景教学、探究教学、案例教学、同伴学习等混合式教学方法。在实验中重视项目导向的教学方法，改变教师填鸭式教学方式和学生缺乏实践能力的现状，形成以学生为主体，大力推动探究式实验教学，重点推出一些既有难度适中的综合性、引人入胜的仿真性，又有强度恰当的竞技性、能使团队团结友爱的仿真实验教学。学生独立对实验教学案例进行分析、设计，注重培养学生自主实践、独立思考的习惯和能力。而教师转化为实验教学的组织者与引导者，主要任务是帮助学生发现问题，引导学生自主解决问题，进而强化学生在实验教学中获得的知识和技能。

2.3 循序渐进开展虚拟仿真实验技能培养

虚拟仿真实验教学平台可以根据不同年级的学生，分层次开展物流建模仿真技能培养，充分调动各层次学生参与实验教学的积极性和主动性。虚拟仿真实验技能的培养分为三个层次的内容：首先是基于传统软件(Excel)的基础认知仿真实验，第二是基于虚拟现实软件的初步应用实验，第三是基于VR视频的应用创新仿真实验。第一类仿真实验要求学生作为实验的分析、设计、实施的唯一参与者，独立完成建模仿真任务；第二类实验要求学生通过团队合作完成仿真实验，在学生实习的基础上，自行完成整个建模仿真实验；第三类为师生合作进行的实验，指导学生在第二类实验的基础之上，利用Unity3D 或 UE4 引擎开发物流虚拟现实实验。基于基础认知-初步应用-应用创新三个层次的能力的培养，有效地提升了学生应用知识的能力。

2.4 自主开发虚拟仿真实验学习资源

本部分主要开发移动端及电脑端的学习资源，包括建模与仿真基础理论、仿真软件的基本操作、重难点指导等教学视频。其中最重要的是开发基于学生实习中接触的物流真实场景的物流仿真模型。学生通过实习，完善了对物流的认知，提高了物流装备操作的技能，对所实习物流企业运行状态及其部门、各业务环节的运作流程具备了非常足够的感性认识。《物流系统建模与仿真》实验教改充分利用学生实习调研经历，选取物流系统中的运输、分拣、配送、仓储和包装等业务为主要建模仿真实验对象[4]，将其物流系统流程进行提炼，利用虚拟仿真软件模拟实习企业的物流流程，构建动态仿真模型，分析并制定仿真模拟实验方案，并使用仿真软件对问题的解决方案进行验证。通过指导学生自主开发虚拟仿真实验，有力地推动了学生利用虚拟仿真软件分析、验证、解决实际物流流程中的难题的学习，提高了学生分析、设计及创新能力。

2.5 开发基于VR的虚拟仿真实验

基于VR的虚拟仿真实验可以通过虚拟现实技术构建生动、逼真的实验环境，在虚拟环境中模拟物流系统业务流程及各类设备的操作，不会因为时间和空间的影响而无法进行连续的学习和实践操作。该实验以学生所实习物流企业的典型流程为主线，通过收集各类物流设施设备的相关参数，采用3DMAX、Sketchup等建模软件构建物流系统虚拟仿真模型及物流实际工作场景。通过UNITY 3D或UE4等虚拟现实软件，将物流3D模型转化为虚拟原型，直接实现三维建模设计与虚拟现实的无缝融合应用，同时部署模型和人体动作交互化功能，完成VR 硬件设备控制物流虚拟实验室中的设备、仪器相关变量的触发。通过VR虚拟仿真实验可使学生实时对物流系统场景模型进行参数修改并和模型互动，进行物流运行方案设计与验证仿真。基于VR的虚拟仿真实验大大提高了学生对于物流整体运营的全面认识，有利于学生提前提升岗位作业能力和实践能力，缩短了理论到实践的距离。

2.6 更新实验课程考核方法

《物流系统建模与仿真》实验课程更新了教学理念，采取了新的教学方法，随之而来的就是要制定新的考核评价标准。本课程采用理论与实践应用能力相结合的考核方式[5]。理论考核按照传统的卷面考核，但下调了理论考试在最终成绩中的比重。与此同时，加大了实验考核的比重。考核实验分为三类实验，分别是个人实验、小组实验以及可选实验(创新性实验)。其中，个人实验部分主要测评学生掌握建模仿真软件操作的熟练度、合理构建模型完美度以及模型运行的准确度。小组实验部分主要测评实验小组的团队表现，主要注重对团队实验任务完成度、工作效率以及合作融洽度等方面进行综合评判，目的是使学生重视团队合作进行仿真训练的机会，提升学生团队竞争意识。实验考核方法加大了对学生创新性的考核力度，增设可选实验(创新性实验)。可选实验(创新性实验)的目的是鼓励学生参加大学生竞赛，如物流设计大赛、创新创业竞赛或者自主进行研究型仿真实验。学生竞赛取得前三名或者学生开发基于实习背景的物流企业业务流程仿真实验、VR虚拟现实实验一旦被实习企业采纳或者入选课程教学资源库，创新性的考核直接判定满分。实践证明考核方案有效地激发了学生学习建模与仿真知识的积极性，提高了学生的创新意识，促进了学生综合能力的培养。

3 总结

应用型物流人才的培养需要应用型本科院校构建虚拟仿真实验教学平台，创新实验课程教学方法，充实实验学习资源，完善实验教学的考核方式，提升实验教学水平，探索、总结《物流系统建模仿真》实验教学模式，从而提高应用型物流管理专业对社会人才需求的适应力，增强学生的就业能力。