基于問題驅(qū)動的《管理系統(tǒng)模擬》教學模式研究

王小林 （中國地質(zhì)大學 （武漢）經(jīng)濟管理學院，湖北 武漢430074）

趙敏 （長江大學信息與數(shù)學學院，湖北 荊州434023）

《管理系統(tǒng)模擬》是經(jīng)濟管理類專業(yè)一門主干課程，涉及數(shù)理統(tǒng)計、運籌學、管理學、復雜系統(tǒng)科學和計算機技術(shù)等內(nèi)容［1］，其目的是提高學生綜合運用這些理論和計算機技術(shù)解決管理問題的能力。近年來《管理系統(tǒng)模擬》課程越來越受到經(jīng)濟管理院校重視，許多教材相繼出版，為管理類專業(yè)學生的培養(yǎng)提供了豐富的教學參考［2～5］。盡管如此，但本科生在學習過程中仍然面臨諸多困難，主要是不能將管理系統(tǒng)模擬的理論、方法和軟件結(jié)合起來解決具體管理問題，其主要原因有2點，一是課程所涉及的理論較多且沒有連續(xù)性；二是用于管理系統(tǒng)模擬的軟件較多，學生不容易在短時間內(nèi)熟悉與掌握。因此，如何科學選擇和組織管理系統(tǒng)模擬課程內(nèi)容，改革現(xiàn)有教學模式，實施有效的教學方式改革，提高學生建模仿真能力與水平，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與能力，成為該課程急需解決的問題。

《管理系統(tǒng)模擬》涉及的理論、建模方法和模擬軟件被廣泛應用于科學研究，解決了大量的經(jīng)濟管理問題［6～8］。同時，盡管現(xiàn)有教材各有差異和特點，但均是圍繞經(jīng)濟管理問題展開對系統(tǒng)模擬的概念、理論、方法以及模擬工具的論述［9～11］。由此可見，對問題研究的需求推動了管理系統(tǒng)模擬理論、方法和技術(shù)的發(fā)展，也成為了這門課程展開論述的主要脈絡(luò)和切入點。目前有關(guān)《管理系統(tǒng)模擬》課程教學研究文獻尚不多見，課程改革可以借鑒的經(jīng)驗也不豐富。問題 （或任務(wù)驅(qū)動）教學方法與模式被逐漸引入到教學實踐中，起到了良好的教學效果［12，13］。問題驅(qū)動教學模式改變了“教師講、學生聽”的傳統(tǒng)教學模式，形成了以學定教、學生主動參與、自主合作和探索創(chuàng)新的新型學習方式，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力、動手實踐能力和獨立分析并解決問題的能力。為此，筆者結(jié)合多年的教學實踐，以問題驅(qū)動的角度對《管理系統(tǒng)模擬》的教學內(nèi)容與組織和教學模式進行剖析與總結(jié)，旨在為該課程的教學改革提供借鑒。

1 教學內(nèi)容選擇與組織

“問題驅(qū)動”實質(zhì)上是結(jié)合課堂教學實際，通過創(chuàng)設(shè)問題，引發(fā)學生思考，促使學生思維形態(tài)發(fā)生改變，幫助學生建立相應的圖式結(jié)構(gòu)，逐步提高學生綜合素養(yǎng)的過程。然而，現(xiàn)有教材對內(nèi)容組織大多按照傳統(tǒng)教學方式來設(shè)計的，即“系統(tǒng)模擬概念－理論－模擬模型建立－軟件應用和模擬”。具體而言，首先闡述管理、系統(tǒng)、模型、模擬、管理系統(tǒng)、系統(tǒng)模擬和管理系統(tǒng)模擬等基礎(chǔ)概念和理論；然后講解管理系統(tǒng)模擬所要涉及的系統(tǒng)類型、系統(tǒng)模型種類、系統(tǒng)模擬技術(shù)和工具；其次，在此基礎(chǔ)上使學生較為完整地掌握模擬模型的建立、輸入數(shù)據(jù)分析、輸出數(shù)據(jù)分析；最后，選擇合適模擬技術(shù)與軟件進行模擬試驗。這一內(nèi)容安排往往導致學生對理論、建模與軟件運用環(huán)節(jié)的認識不能有效銜接，難以整體上理解和把握整個建模和模擬過程。因而，管理系統(tǒng)模擬教學應以經(jīng)濟管理問題為驅(qū)動，從基本概念理論、建模過程和方法以及建模軟件運用這3個維度進行組織 （見圖1），形成以問題提出、問題分析和問題解決為主軸的問題驅(qū)動的三維教學模式。其內(nèi)容選擇與組織過程可以按照“問題類型識別與選擇——系統(tǒng)分析與建模——模擬結(jié)果分析與評價”這一內(nèi)在邏輯進行。

1.1 問題類型識別與選擇

選擇合適問題是問題驅(qū)動教學的關(guān)鍵。現(xiàn)有管理系統(tǒng)模擬主要包括離散系統(tǒng)模擬、連續(xù)系統(tǒng)模擬和復雜系統(tǒng)模擬這3大內(nèi)容，因而需要從眾多的經(jīng)濟管理問題中識別與選擇適合該課程教學的問題作為研究對象，避免系統(tǒng)復雜或與本課程內(nèi)容聯(lián)系不緊密的問題出現(xiàn)在教學內(nèi)容中。選擇問題的時候也需要注意和學生的專業(yè)相關(guān)，這樣容易引起學生的興趣和好奇心，同時也能和學生已有的知識積累銜接。

對離散系統(tǒng)而言，這部分是進入管理系統(tǒng)模擬的基礎(chǔ)，所選問題要簡單，便于將數(shù)據(jù)、信息、知識、系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和系統(tǒng)特征等基本概念闡述清楚。一般來說，選擇《運籌學》中的排隊論問題作為分析對象，圍繞排隊論這一問題具有的特點，論述隨機數(shù)的分布、生成和檢驗，以及事件、活動和進程的關(guān)系等。

對連續(xù)系統(tǒng)模擬而言，可以選擇市場擴散問題 （如Micosoft和Intel市場分額百分比）或銀行利率與儲蓄問題進行研究。因為這2個問題系統(tǒng)構(gòu)成比較簡單，主要探討市場中2個公司之間的產(chǎn)品關(guān)系或利率與儲蓄相互作用關(guān)系。由此，以展開對連續(xù)系統(tǒng)特點、數(shù)學理論以及反饋原理進行闡述。

對復雜系統(tǒng)而言，可以選擇病毒擴散問題或產(chǎn)品生命周期問題進行分析，圍繞智能體、多智能體以及智能體的特點概念進行闡述，加深學生對管理系統(tǒng)復雜性的理解。

因此，選擇合適的經(jīng)濟管理問題，圍繞問題的類型與特點進行分析，逐次引導學生由淺入深了解系統(tǒng)以及系統(tǒng)模擬概念，提高學生對實際經(jīng)濟管理問題的識別與判斷能力。

圖1 《管理系統(tǒng)模擬》課程內(nèi)容組織模式

1.2 系統(tǒng)分析與建模

管理系統(tǒng)分析與建模是課程講授的重點與難點，主要涉及建模理論和建模過程，而建模過程又與模擬軟件緊密聯(lián)系。因此，需要對問題進行解構(gòu)，引導學生深入剖析系統(tǒng)內(nèi)部組成元素、結(jié)構(gòu)、層次和元素之間的相互作用關(guān)系等；通過模擬軟件按照這些層次與作用關(guān)系或規(guī)則對組成元素進行聚合，從而在計算機上形成對問題的完整描述，完成建模過程。這樣就能讓學生深入洞察管理系統(tǒng)建模的每一個環(huán)節(jié)，達到對系統(tǒng)模擬過程的整體認識。如可以先對排隊論的業(yè)務(wù)流程進行解構(gòu)，分析服務(wù)的流程與規(guī)則以及顧客到達和服務(wù)事件的分布概率，再選擇Arena軟件作為模擬工具將系統(tǒng)的各部分在此軟件上聚合，形成可視化模擬模型。對于連續(xù)系統(tǒng)模擬，主要是將其分解為反饋系統(tǒng)中的9種基模，通過系統(tǒng)動力學軟件Vensim Ple可視化聚合，形成系統(tǒng)動力學模擬模型。對復雜系統(tǒng)模擬，是基于積木塊假設(shè)和“bottom－to－up”建模方法，將復雜系統(tǒng)解構(gòu)為多個相互作用且具有層次性的主體 （Agent），在Swarm、Anylogic和Repast軟件等基礎(chǔ)進行二次開發(fā)后聚合。

1.3 模擬結(jié)果分析與評價

課程內(nèi)容組織往往容易忽視模擬結(jié)果分析和評價，其原因可能是已有教材囿于篇幅限制，僅呈現(xiàn)建模與模擬過程。然而，結(jié)果分析與評價是對管理系統(tǒng)模擬過程的回溯與再認識，能有效提升學生對管理系統(tǒng)模擬理論、方法和建模的認識能力 （見圖2）。在內(nèi)容組織中，可以設(shè)置不同模擬情景，分析與評價不同的模擬結(jié)果，激發(fā)學生的興趣與關(guān)注度，加深對管理系統(tǒng)模擬解決問題的再認識，進而培養(yǎng)創(chuàng)新意識與能力。如可以改變顧客到達時間或服務(wù)時間的分布參數(shù)，分析這些參數(shù)對系統(tǒng)最優(yōu)結(jié)果的影響；也可以分析不同利率水平下銀行儲蓄的變化。通過對這些經(jīng)濟管理問題模擬結(jié)果的分析，既提高了學生綜合運用專業(yè)知識、管理科學理論和計算機技術(shù)能力，也克服了他們學習管理系統(tǒng)模擬的畏難心理。

圖2 管理系統(tǒng)模擬建模分析路徑

2 課堂教學模式

《管理系統(tǒng)模擬》教學內(nèi)容涉及的知識面廣、理論較深、實踐難度大，而總的授課學時一般在48～64學時。在如此短的教學時間內(nèi)，以教師為中心的教學模式難以激發(fā)學生興趣、提高學生的建模和認知能力。問題驅(qū)動式的課堂教學是以學生為課堂學習主體的教學方式，教師針對實際情況提出問題，引導學生認識和明確問題，通過分析提出解決問題的方案。為此，可以將課堂教學分為情景教學、專題報告和案例分析3部分，實施問題驅(qū)動式教學。

2.1 情景教學

情景教學就是通過對一個具體情景的描述，引導學生對這些特殊情景進行討論并尋求解決問題的方法的“親驗式”教學方法。因此，可以在課堂上按照“問題導入－學生討論－理論講解與建模演示－模型模擬－情景模擬分析－學生討論與總結(jié)”的路徑實施教學。以離散系統(tǒng)模擬內(nèi)容講解為例，首先，結(jié)合學生熟悉的食堂就餐擁擠現(xiàn)象導入排隊問題，學生結(jié)合自身就餐的觀察進行討論，形成對排隊問題業(yè)務(wù)流程以及等待和服務(wù)事件分布概率的認識；其次，教師通過Arena軟件詳細分析問題與建模，并模擬出結(jié)果；再其次，通過模擬得出早餐、中餐和晚餐的學生就餐最優(yōu)等待時間和服務(wù)窗口數(shù)；最后，引導學生對不同情景下的結(jié)果進行討論與總結(jié)。通過實施這一“親驗式”教學過程，讓老師和學生在課堂上形成良好的互動，學生始終圍繞問題進行思考和探索，從而潛移默化的加深對所學管理系統(tǒng)模擬概念和理論的理解，熟悉數(shù)據(jù)采集、輸入輸出分析、建模工具運用技術(shù)。

2.2 專題報告

大多數(shù)經(jīng)濟管理類專業(yè)將《管理系統(tǒng)模擬》課程設(shè)置在大學三年級下學期或四年級上學期，此時學生均有了豐富的專業(yè)知識積累和較強的運用能力。因而，可以用2～3學時作專題報告，講解管理系統(tǒng)模擬在經(jīng)濟管理方面應用和作用，拓展學生的視野。報告選題要結(jié)合學生的專業(yè)和緊扣教學內(nèi)容，可以結(jié)合教師自己的科研項目和課題，也可以圍繞Arena、Vensim和Repast等軟件在不同經(jīng)濟管理領(lǐng)域應用。

2.3 案例分析教學

案例分析教學主要是學生結(jié)合專業(yè)選擇簡單易于解決的管理問題，建立模擬模型，撰寫分析報告，從而提高學生運用模擬軟件解決實際問題的能力?？梢詫⑦@一教學環(huán)節(jié)安排在實驗課程，實驗課程一般設(shè)置為總學時的25% （12～16學時）。將實驗教學和案例分析教學融合，避免實驗課程上機操作與要解決的管理問題脫節(jié)，整個過程分為4個階段。

第1階段為管理問題選擇，學生依據(jù)專業(yè)選擇合適的管理問題，同時教師對選擇的問題進行可行性分析，避免管理問題出現(xiàn)系統(tǒng)復雜、建模過程較難、數(shù)據(jù)收集與處理難度較大等問題。

第2階段為系統(tǒng)分析與建模，首先在對管理系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，判斷管理系統(tǒng)模擬類型 （離散系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)）、選擇合適的建模軟件；其次，熟悉軟件基本操作和功能；最后完成數(shù)據(jù)采集與分析和模擬模型的建立。

第3階段為模擬結(jié)果和分析，學生運行模擬模型得到不同情境下的模擬結(jié)果，分析不同結(jié)果產(chǎn)生的原因，提出管理建議。

第4階段為學生撰寫報告與答辯，研究報告和答辯是整個實驗教學的一個重要環(huán)節(jié)，將其作為學生總成績的一部分，起到激勵與監(jiān)督學生的作用，使整個實驗課堂教學目的得到落實。

3 結(jié)語

針對《管理系統(tǒng)模擬》教學中學生難以將管理系統(tǒng)模擬的理論、方法和軟件結(jié)合解決具體管理問題等困難，從教學內(nèi)容組織與選擇和課堂教學模式2個方面對《管理系統(tǒng)模擬》課程教學模式的改革進行了較為深入的分析和探討，提出了問題驅(qū)動教學模式下《管理系統(tǒng)模擬》教學內(nèi)容選擇與組織的基本范式和課堂教學的主要路徑。從教學效果來看，問題驅(qū)動模式有利于《管理系統(tǒng)模擬》課程教學中形成學生為中心的“親驗式”教學方法，從而將管理模擬的理論傳授與學生的模擬實踐有效融合，提高學生綜合運用專業(yè)知識與計算機知識解決問題的能力。

［1］ 張征 .基于GPSS語言的《管理系統(tǒng)模擬 》課程教學初探 ［J］.江蘇大學學報 （高教研究版 ），2006，28（2）：86～88.

［2］ 姜海虹，于本海，張媛媛，等 .管理系統(tǒng)模擬與GPSS［M］.第2版 .北京：清華大學出版社，2013.

［3］ 肖人彬，胡斌，龔曉光 .管理系統(tǒng)模擬 ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［4］ 衛(wèi)強，陳國清 .管理系統(tǒng)模擬 ［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［5］ 蔡建峰 .管理系統(tǒng)模擬 ［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［6］ 周偉，吳善剛，肖英杰，等 .基于Arena軟件的LNG船舶通航組織仿真 ［J］.上海海事大學學報，2014，35（2）：6～10.

［7］ 宋金波，宋丹榮，付亞楠 .垃圾焚燒發(fā)電BOT項目收益的系統(tǒng)動力學模型 ［J］.管理評論，2015，27（3）：67～74.

［8］ 孫科 .基于Repast平臺銀行網(wǎng)點布局優(yōu)化仿真的實現(xiàn) ［J］.通訊技術(shù)，2014，47（12）：1409～1414.

［9］ 黎志成，胡斌，傅小華，等 .管理系統(tǒng)定性模擬的理論與應用 ［M］.北京：科學出版社，2005.

［10］ 胡斌，蔣國銀 .管理系統(tǒng)集成模擬原理與應用 ［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［11］ 龔曉光，肖人彬 .管理系統(tǒng)模擬應用：以供應鏈為背景 ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［12］ 崔貫勛，王勇，潘瑜，等 .基于任務(wù)驅(qū)動的實踐課程教學改革與探索 ［J］.實驗技術(shù)與管理，2010，27（6）：164～166.

［13］ 陳犖，吳秋云，熊偉，等 .基于建構(gòu)主義的新生研討課教學探索 ［J］.高等教育研究學報，2014，37（4）：76～79.