劉 崢，郎玲玲，胡 斌，李卓昱 LIU Zheng, LANG Lingling, HU Bin, LI Zhuoyu

（1. 上海工程技術(shù)大學(xué) 管理學(xué)院，上海 201620；2. 上海交通大學(xué) 安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)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

隨著我國高等教育“重技重能”時(shí)代的來臨，《國家中長期教育改革和發(fā)展綱要（2010-2020）》中明確提出了應(yīng)用型本科要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地建設(shè)，支持學(xué)生參與科研，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以社會需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的具有競爭力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。各大應(yīng)用型本科院校，增加了對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究和投入，通過設(shè)立系列仿真課程，模擬實(shí)際生產(chǎn)中的復(fù)雜性與多變性，提高學(xué)生的綜合專業(yè)能力。

1 實(shí)驗(yàn)室仿真課程研究現(xiàn)狀

1.1 課程研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)有一批研究人員對實(shí)驗(yàn)室仿真課程做出了研究。劉銘從時(shí)間分布、期刊分布、研究機(jī)構(gòu)及作者合作、關(guān)鍵詞共現(xiàn)等方面進(jìn)行分析和總結(jié)，生成可視化知識圖譜，對未來虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)領(lǐng)域深入研究提出建議。王慧認(rèn)為，目前國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室仿真課程存在共享程度低、師資隊(duì)伍薄弱、跨專業(yè)融合程度不足、實(shí)驗(yàn)教程未普及以及利用率較低等問題。陳英等指出，“應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的各專業(yè)學(xué)生要求具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源無法滿足大量學(xué)生實(shí)地操作的需求”。武燁對實(shí)驗(yàn)室仿真教學(xué)環(huán)境、教學(xué)模式和研究項(xiàng)目等進(jìn)行了分析，給出了關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)的建議。

1.2 課程建設(shè)的必要性

（1） 學(xué)生對實(shí)驗(yàn)室仿真課程的需求

應(yīng)用型本科學(xué)校的學(xué)生普遍具有需要理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)的深度融合，因此，在培養(yǎng)人才的過程中需要重視實(shí)踐鍛煉的培養(yǎng)。經(jīng)過多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對實(shí)踐類教學(xué)項(xiàng)目普遍具有濃厚興趣，例如，在物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程中，學(xué)生通過利用各種元件構(gòu)造實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，使得學(xué)生對理論知識具有了系統(tǒng)直觀的概念。因此，利用實(shí)驗(yàn)室仿真模擬軟件，開展適應(yīng)高校實(shí)驗(yàn)室專業(yè)學(xué)生的相關(guān)課程，避免了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的單一性，能夠滿足學(xué)生對知識的多樣化需求。

（2） 社會仿真建模人才緊缺

2019 年2 月，教育部宣布，要做好應(yīng)用型高校發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)。依據(jù)教育部相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，未來在實(shí)驗(yàn)室業(yè)高速發(fā)展的環(huán)境下，高校相對滯后的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)人才培養(yǎng)模式將致使實(shí)驗(yàn)室建設(shè)人才成為我國未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的緊缺人才。

2 實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)問題分析

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境有待改善

物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程是實(shí)驗(yàn)室上機(jī)操作類實(shí)訓(xùn)課程，授課教師的教學(xué)水平和實(shí)驗(yàn)室配置是該課程順利進(jìn)行的保障，教學(xué)效果與實(shí)驗(yàn)室軟硬件設(shè)施具有關(guān)聯(lián)性，但由于實(shí)驗(yàn)室機(jī)房配置較低，軟件未能及時(shí)更新，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室配置已經(jīng)不能滿足學(xué)生對電子設(shè)備日益增加的要求，因此影響了教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不夠全面

物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程向?qū)W生發(fā)放一個(gè)“基礎(chǔ)教程”文檔，每位同學(xué)參考該文檔學(xué)習(xí)AIS 軟件的基本操作。但在實(shí)踐教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生往往需要回頭尋找以往的模擬實(shí)驗(yàn)操作步驟才能繼續(xù)，對軟件的操作理解不到位，往往是當(dāng)時(shí)明白了，回頭就忘了。此外，學(xué)生的操作能力越來越強(qiáng)，普通的操作教學(xué)已經(jīng)不能滿足學(xué)生們的要求。

2.3 課程考核方式單一

本課程目前以理論課筆試考核、實(shí)訓(xùn)課上交課程設(shè)計(jì)為主要考核方式，結(jié)合課堂表現(xiàn)等方面得出學(xué)生綜合成績。在實(shí)訓(xùn)課課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生需要組隊(duì)構(gòu)建一個(gè)較為復(fù)雜的模型，能夠綜合反映出整個(gè)實(shí)訓(xùn)階段的實(shí)訓(xùn)成果，以模型展示效果和各組互評作為最終結(jié)果。實(shí)踐與理論是密不可分的，如前所述，學(xué)生在參考基礎(chǔ)教程仿照學(xué)習(xí)的時(shí)候，并沒有將操作技能融會貫通，在制作綜合作業(yè)模型時(shí)也無法很好地體現(xiàn)其應(yīng)有的水平，因此，在課程設(shè)計(jì)報(bào)告中的表現(xiàn)便無法使師生雙方滿意。

3 實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)實(shí)踐案例

本文以上海工程技術(shù)大學(xué)開物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)仿真課程為例，該課程基于給定的實(shí)驗(yàn)方向，以6～8 位學(xué)生為一組分別進(jìn)行個(gè)人練習(xí)和小組合作設(shè)計(jì)，按照教學(xué)要求完成訓(xùn)練并展示成果。實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)如表1 所示：

表1 課程設(shè)計(jì)綱要

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是要通過智能導(dǎo)向物的邏輯語言的設(shè)置，完成自動立體倉庫從一樓至二樓的運(yùn)輸并把出庫的托盤搬送到指定的出口，由作業(yè)員在卸貨平臺卸貨后將空托盤再運(yùn)回倉庫，貨物再分流到對應(yīng)的籠車（如圖1 所示）。

整個(gè)模型的運(yùn)作過程為：由裝貨機(jī)器人將傳送過來的4 種貨物堆放到托盤后，裝貨托盤由滑車鐵軌向3 個(gè)自動立體倉庫分送，并且將從自動立體倉庫出庫的托盤由平板車向出貨場地搬送，再由叉車向出貨口搬運(yùn)貨物（如圖2 所示）。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生也得到了很多自己的體會和心得。例如，在模型建立好后，系統(tǒng)模擬運(yùn)行近20 分鐘時(shí)，傳送帶出現(xiàn)排隊(duì)擁堵現(xiàn)象（如圖3 所示）。

為解決這一現(xiàn)象，各組學(xué)生分別進(jìn)行了討論和研究，基本上通過在實(shí)驗(yàn)中修改部分參數(shù)的方式有效解決了擁堵現(xiàn)象：（1）適當(dāng)加快機(jī)器人的運(yùn)行速度；（2） 適當(dāng)加快直線傳送帶的運(yùn)行速度；（3） 適當(dāng)加快自動立體倉庫貨物從一樓至二樓的升降速度。通過對各個(gè)部分依實(shí)際需要輕微調(diào)整，可使得系統(tǒng)在較為經(jīng)濟(jì)的情況下平穩(wěn)合理的運(yùn)行。

在小組最終的成果展示中，大部分學(xué)生在思想體會中提到了物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)可以更好地將理論與實(shí)踐結(jié)合起來，聯(lián)系課堂和實(shí)驗(yàn)室的知識對物流系統(tǒng)有一個(gè)更加全面的了解和把控。同學(xué)們在操作過程中除了可以了解到物流系統(tǒng)仿真模擬軟件的使用方法外，還能夠直接培養(yǎng)學(xué)生理論體系的構(gòu)建，此外，通過在課程設(shè)置的模型作業(yè)和綜合作業(yè)中遇到的問題來鍛煉學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊(duì)配合能力，激發(fā)創(chuàng)造性思維。課程實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)教程的引導(dǎo)下引領(lǐng)學(xué)生靈活使用傳送帶、部件生成器、部件消滅器、作業(yè)員、籠車、自動立體倉庫、托盤供給器、滑車鐵軌、智能導(dǎo)向物等元件一步步地構(gòu)造出一個(gè)仿真應(yīng)用場景，增強(qiáng)了學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力。

圖1 貨物出庫分揀

圖2 模型整體效果圖

圖3 模型出現(xiàn)擁堵

4 提升實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)建設(shè)的對策建議

4.1 整合教學(xué)資源

更新教材教參內(nèi)容，方便學(xué)生提前預(yù)習(xí)和系統(tǒng)回顧課前課后知識。在實(shí)訓(xùn)中可加大實(shí)驗(yàn)室相關(guān)企業(yè)的實(shí)際案例數(shù)，以貼近學(xué)生生活的案例為主，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識綜合思考。另外，歷年的學(xué)生作品可擇優(yōu)進(jìn)行課上展示和講解，作為輔助材料。

4.2 積極完善教學(xué)資源

課程所依托的實(shí)驗(yàn)室軟硬件設(shè)施是課程能否取到良好成果的重要保障，而該保障離不開經(jīng)費(fèi)的支持，經(jīng)費(fèi)要撥給有價(jià)值的項(xiàng)目，因此，教學(xué)組應(yīng)充分發(fā)揮課程的實(shí)訓(xùn)優(yōu)勢，舉辦實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽等活動，并力爭多出成果，進(jìn)一步提升課程價(jià)值，良性循環(huán)才有利于課程長遠(yuǎn)發(fā)展。

4.3 實(shí)行多樣化的考核方式

強(qiáng)調(diào)師生互動和生生相助，突出課程綜合、團(tuán)隊(duì)和競技的特點(diǎn)，通過理論指導(dǎo)、案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和自學(xué)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生更扎實(shí)地掌握系統(tǒng)操作方法，有效提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的邏輯思維能力，綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技能解決實(shí)際問題。課程最后得分要結(jié)合考勤、課上表現(xiàn)、課后自主學(xué)習(xí)和綜合作業(yè)表現(xiàn)來評定。

5 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)就是要搭建理論與實(shí)踐的橋梁，為學(xué)生提供實(shí)訓(xùn)平臺，深化學(xué)生對專業(yè)知識的理解，提高學(xué)生的操作能力。實(shí)驗(yàn)室仿真是模擬系統(tǒng)的運(yùn)行，動態(tài)顯示企業(yè)運(yùn)行情況，觀察系統(tǒng)現(xiàn)象并不斷操作方案的仿真系統(tǒng)。因此，實(shí)驗(yàn)室仿真內(nèi)容的教學(xué)，應(yīng)該基于現(xiàn)代仿真教學(xué)的核心理論和核心流程，并結(jié)合教育特色全面系統(tǒng)的考慮，培養(yǎng)學(xué)生的書本知識和社會生產(chǎn)實(shí)踐活動密切結(jié)合的靈活應(yīng)用能力。適時(shí)地讓學(xué)生們將書面化的知識進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，這個(gè)過程可以讓學(xué)生們逐步的由淺入深、循序漸進(jìn)的抓住書本上的要點(diǎn)與重點(diǎn)，圍繞實(shí)驗(yàn)室仿真相關(guān)的軟件技術(shù)，使學(xué)生學(xué)習(xí)了解系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)知識和系統(tǒng)仿真在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用情況。同時(shí)達(dá)到仿真教學(xué)的目的，即在不建造實(shí)物的情況下模擬真實(shí)情況，大量降低運(yùn)營成本，增加實(shí)驗(yàn)室管理的靈活性，減少不必要的投資，有效提高工作效率，以免造成人力、物力上不必要的浪費(fèi)。