《系統(tǒng)工程與決策分析》案例教學(xué)探索

董愛華

摘 要：該文在信息類專業(yè)《系統(tǒng)工程與決策分析》課程的教學(xué)實踐中，引入案例教學(xué)方法。通過面向信息專業(yè)特色、理論聯(lián)系實際和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等方式建設(shè)課程案例庫。文章還進行了案例教學(xué)引入和案例學(xué)習(xí)分析過程等教學(xué)方法的探討。課程實踐表明案例教學(xué)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提高解決復(fù)雜問題的能力。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué) 系統(tǒng)工程與決策分析 案例庫建設(shè)

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0165-02

長期以來，傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程教學(xué)方法以理論講授為主，忽視應(yīng)用系統(tǒng)工程方法進行實踐教學(xué)。另一方面，案例教學(xué)這種親驗型、參與型的學(xué)習(xí)方法對《系統(tǒng)工程與決策分析》有著不可替代的重要作用[1-3]。為改進傳統(tǒng)的教學(xué)方法，筆者及同仁在《系統(tǒng)工程與決策分析》課程的實踐中，引入案例教學(xué)，結(jié)合課堂研討活動開展案例教學(xué)，著重進行案例收集和案例庫建設(shè)，并進行案例教學(xué)引入和案例學(xué)習(xí)分析等教學(xué)方法的探討。

1 案例收集和案例庫建庫建設(shè)

案例收集和案例庫的建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，案例庫建設(shè)作為系統(tǒng)工程與決策分析的教學(xué)改革與實踐的重要環(huán)節(jié)，能夠有效地彌補現(xiàn)實教學(xué)中與實踐環(huán)節(jié)聯(lián)系不夠緊密的不足，有利于學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，更好地實現(xiàn)教學(xué)目的。

1.1 當(dāng)前案例教學(xué)與案例庫建設(shè)存在的問題

建設(shè)《系統(tǒng)工程與決策分析》課程的案例庫，需要解決數(shù)量和質(zhì)量的問題[4]。系統(tǒng)工程與決策分析的教學(xué)知識點較多，為幫助學(xué)生理解教學(xué)過程中的理論與方法，如果不建設(shè)一個數(shù)量充沛的案例庫，很多知識點無法找到與之相對應(yīng)的案例，教師在教學(xué)中只能夠通過自身對問題的理解向?qū)W生舉例說明，可能會導(dǎo)致教學(xué)效果不能達到預(yù)期。其次，案例的質(zhì)量亟待提高，從書籍和報刊網(wǎng)絡(luò)上找來的案例大多偏向于敘述性。更為重要的是現(xiàn)有的案例基本上是偏向于社會管理方向的，而所授課程的對象是電氣和控制方向的研究生，照搬這類案例的話會形成針對性不強，難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.2 案例收集和案例庫建設(shè)的途徑

在建設(shè)案例庫的過程中，建設(shè)途徑有以下幾個方面。一是教師在教學(xué)和科研中，將本專業(yè)的課程或課題中與系統(tǒng)工程相關(guān)的內(nèi)容整理成案例；其次是從各種電子資源中尋找合適的案例；另一個重要的途徑是在課程中安排了學(xué)生在老師的全程指導(dǎo)下進行案例學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，并以此作為案例庫的一個來源。經(jīng)過幾年的嘗試，通過發(fā)動學(xué)生自選課題，老師幫助篩選課題，師生共同探討解決問題的方法和模型，最后由學(xué)生經(jīng)過建模、分析，得到案例解決方案的過程是學(xué)生對案例學(xué)習(xí)的良好體會。與此同時，一些問題闡述清晰、模型結(jié)構(gòu)特征鮮明、方案選取有理有據(jù)的典型案例分析也被選取出來，為課程的持續(xù)改進充實了新鮮內(nèi)容。

1.3 結(jié)合專業(yè)特色，理論聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，建設(shè)案例庫

在案例收集和案例庫的建設(shè)過程中，著重關(guān)注了以下幾個問題。

首先，和專業(yè)相結(jié)合，盡量采納本專業(yè)課程或課題中所涉及的系統(tǒng)工程應(yīng)用的案例。引入本專業(yè)的相關(guān)項目和課題，將它們作為系統(tǒng)工程的應(yīng)用案例可以增強學(xué)生對課程內(nèi)容的體驗感，所以在案例庫的建設(shè)中強化了這方面的內(nèi)容。典型的案例包括應(yīng)用層次分析法、多元非線性回歸和深度學(xué)習(xí)算法等進行城市洪災(zāi)預(yù)測，應(yīng)用啟發(fā)式算法對某市的風(fēng)光蓄互補獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。以后者為例，在對系統(tǒng)建模后，研究者發(fā)現(xiàn)這是一個復(fù)雜優(yōu)化設(shè)計問題，需要進行多目標的優(yōu)化。優(yōu)化目標包括微網(wǎng)系統(tǒng)的總費用、能量過剩倍率、微網(wǎng)系統(tǒng)的清潔率，以及系統(tǒng)可靠性負載缺電概率等。進一步結(jié)合實際應(yīng)用場合，可將相對不重要的目標如負載缺電概率和微網(wǎng)系統(tǒng)的清潔率降級為約束條件。借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機制的隨機群體搜索策略，啟發(fā)式多目標遺傳算法在這里被用來解決復(fù)雜優(yōu)化設(shè)計問題。在Matlab環(huán)境中編程后，在最優(yōu)解集中找到系統(tǒng)的滿意解。

其次，以案例提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將一些比較枯燥的理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為有趣的案例應(yīng)用。例如，在講解解析結(jié)構(gòu)模型時，把一個足球隊員人數(shù)之謎的智力游戲用解析結(jié)構(gòu)的傳遞關(guān)系來表述，應(yīng)用解析結(jié)構(gòu)的矩陣表達式對足球隊員的站位順序和站位高度建模，這樣，解析結(jié)構(gòu)的遞階關(guān)系就給出了足球隊員從11人轉(zhuǎn)化為10人的解。解析結(jié)構(gòu)模型的理論學(xué)習(xí)因其對矩陣的定義和復(fù)雜分析而略顯枯燥。將其應(yīng)用在足球隊員人數(shù)之謎的案例中，既能加深對解析結(jié)構(gòu)模型理論學(xué)習(xí)的理解，又增強了課堂的活躍度。另一個案例則是將學(xué)生的興趣愛好結(jié)合到課堂中來。不少學(xué)生是NBA聯(lián)賽的忠實觀眾。為此，在案例庫中增加了一個分析評價NBA常規(guī)賽賽程安排對各球隊的有利程度的案例。通過收集2012—2013賽季的前半程的比賽時間間隔、背靠背次數(shù)、對手實力、區(qū)域因素、主客場因素，建立了基于模糊綜合評價的分析模型，并應(yīng)用該模型對賽季的后半賽程進行預(yù)測。

最后，聯(lián)系實際生活，將學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中遇到的決策問題應(yīng)用系統(tǒng)工程的分析方法來解決。這些案例包括圖像采集系統(tǒng)的綜合決策問題（系統(tǒng)平臺、以太網(wǎng)芯、CPU芯片、圖像傳感器等的選取），組合投資理財規(guī)劃，旅游路線的策劃等。這些決策和規(guī)劃問題實際上并沒有唯一正確的答案。但是可以幫助同學(xué)在解決實際問題的同時，對系統(tǒng)工程的各個知識點進行充分的理解。

2 案例教學(xué)的引入與案例學(xué)習(xí)的分析過程

案例庫的建設(shè)是案例教學(xué)的一個重要方面，將案例在課堂教學(xué)中正確引入，在學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)系統(tǒng)工程的方法論同樣重要。為此，在案例教學(xué)中特別強調(diào)了案例教學(xué)的引入和案例學(xué)習(xí)的分析過程。

2.1 案例教學(xué)的引入

案例教學(xué)的引入主要是針對教師的講課過程。教師在講述一些復(fù)雜的概念時（比如說前文所述的解析結(jié)構(gòu)模型），先給出足球隊員人數(shù)之謎，從而引出問題，然后通過理論學(xué)習(xí)，講述解析結(jié)構(gòu)模型的原理，再回歸到案例來講解并解決問題。另外，一些綜合案例還被用以回顧整章知識，使案例教學(xué)貫串于教學(xué)的過程。通過收集案例，組織案例，并在合適的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中引入案例，能使學(xué)生深入學(xué)習(xí)知識點，從而把案例教學(xué)引向深入。

2.2 案例學(xué)習(xí)的分析

案例學(xué)習(xí)不以求得最好的決策方案作為評價指標，而是強調(diào)分析問題和解決問題的全過程，即體現(xiàn)系統(tǒng)工程的方法論。案例學(xué)習(xí)以學(xué)生為中心，分成若干小組，時間貫穿整個學(xué)期。選題，剖析問題和選擇模型時教師為其參謀。一旦確立問題和方法后，就完全由學(xué)生獨立進行。最后，每個小組在課堂上進行展示，包括闡述問題、收集數(shù)據(jù)、建立模型、求解方法，分析結(jié)果并做出方案決策，其他同學(xué)和教師進行討論和評價。最后，教師來進行統(tǒng)一的講解、分析并評價。由此，將系統(tǒng)分析的全過程體現(xiàn)在小組的案例學(xué)習(xí)過程中，強調(diào)對問題的定義以及分析問題，解決問題的過程。我們也欣喜地發(fā)現(xiàn)，在小組的案例學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力得到了培養(yǎng)，其合作精神、表達能力、思辨能力等各方面都得到了長足的進步。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，案例教學(xué)使學(xué)生主動地將課堂上學(xué)到的理論知識與實際問題結(jié)合，提高了學(xué)習(xí)的積極性。在信息類《系統(tǒng)工程與決策分析》課程中引入案例教學(xué)，應(yīng)用各種方法建立富有專業(yè)特色的案例庫，精心組織案例教學(xué)的引入途徑和案例學(xué)習(xí)的分析過程，切實做到了以學(xué)生為中心，幫助他們將所學(xué)各類知識進行融會貫通，提高解決復(fù)雜問題的能力。

參考文獻

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