王小林 田潤(rùn)豐

摘 要：本文針對(duì)《管理系統(tǒng)模擬》課程內(nèi)容理論涉及面寬、建模復(fù)雜導(dǎo)致課程教學(xué)效果不理想的問(wèn)題。作者在多年教學(xué)實(shí)踐與改進(jìn)的過(guò)程中，基于Anylogic軟件建模與仿真特點(diǎn)，將Anylogic作為《管理系統(tǒng)模擬》課程輔助教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了基于Anylogic軟件的課程教學(xué)體系，提出了基于Anylogic平臺(tái)的《管理系統(tǒng)模擬》課程教學(xué)方法，進(jìn)而總結(jié)了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為《管理系統(tǒng)模擬》教學(xué)模式改革提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：管理系統(tǒng)模擬;建模仿真;Anylogic軟件;教學(xué)模式

一、引言

《管理系統(tǒng)模擬》是經(jīng)濟(jì)管理與計(jì)算機(jī)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要目的是利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)經(jīng)濟(jì)管理和社科科學(xué)等問(wèn)題進(jìn)行建模仿真，從而提高本科生綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)管理理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[1]。這門課程的教學(xué)需要模擬語(yǔ)言和仿真軟件支撐，從現(xiàn)有《管理系統(tǒng)模擬》教材來(lái)看，使用的建模語(yǔ)言與仿真軟件輔助教學(xué)方式不同，如Excel、GPSS、GPSSWorld、Vinsim、Arena、Matlab和Anylogic等[2～6];不僅如此，課程的不同學(xué)習(xí)內(nèi)容，建模仿真的軟件也不同，例如離散事件模擬采用Arena、GPSS，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬采用Vinsim，多智能體建模采用Anylogic。然而這一門課程不超過(guò)60學(xué)時(shí)，學(xué)生在課堂上不僅需要學(xué)習(xí)基本的理論知識(shí)，而且要在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握不同的建模語(yǔ)言和仿真軟件，這給教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來(lái)的困難和挑戰(zhàn)。因此，選擇合適的建模語(yǔ)言和軟件，對(duì)這門課程實(shí)踐與改革具有重要的意義。

Anylogic作為一款功能強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真工具，具有建模方法靈活，建模語(yǔ)言簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。本文作者在多年的《管理系統(tǒng)與模擬》課程教學(xué)實(shí)踐中，從上述眾多的語(yǔ)言和建模軟件中選擇了Anylogic軟件，將其作為本門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。在教學(xué)過(guò)程中，采用建模理論與方法學(xué)習(xí)和Anylogic平臺(tái)上課程實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，克服了學(xué)生對(duì)本門課程學(xué)習(xí)的畏難情緒，加深了學(xué)生對(duì)本門課程理解深度，從而培養(yǎng)了獨(dú)立分析問(wèn)題和動(dòng)手實(shí)踐的能力，提升了建模仿真水平。因此，本文在介紹Anylogic平臺(tái)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，根據(jù)多年基于AnyLogic軟件的教學(xué)實(shí)踐，解析教學(xué)過(guò)程、總結(jié)教學(xué)過(guò)程中有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，希望為本課程教學(xué)改革提供借鑒。

二、AnyLogic軟件建模仿真特點(diǎn)

Anylogic軟件是第一款具基于智能體仿真環(huán)境的軟件，由anylogic公司設(shè)計(jì)開發(fā)于2000年首次對(duì)外發(fā)布，隨著不斷更新，軟件逐漸具有了行人庫(kù)、交通庫(kù)、行動(dòng)圖、集成GIS地圖，內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)、物料處理庫(kù)等功能，到目前為止已經(jīng)更新到了8.4版本。作為一款功能強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真工具，其首次將UML語(yǔ)言引入模型仿真領(lǐng)域，可以快速構(gòu)建仿真模型和設(shè)置外圍場(chǎng)景[7]。因其強(qiáng)大的建模仿真功能，在企業(yè)、社會(huì)、政府、軍事、經(jīng)濟(jì)和教育等諸多領(lǐng)域逐漸得到了廣泛應(yīng)用[8][9]。該軟件在建模仿真輔助教學(xué)中有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

第一、Anylogic建模仿真具有靈活性，可以與現(xiàn)有主要軟件兼容。Anylogic軟件支持離散、連續(xù)和多主體系統(tǒng)建模，可以通過(guò)不同建模方法來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，如埃菲爾鐵塔人群擁擠問(wèn)題，法蘭克福機(jī)場(chǎng)旅客流、莫斯科環(huán)線鐵路傳輸樞紐客流仿真，勒阿弗爾港內(nèi)部鐵路物流模擬、冶煉廠電爐熔煉車間仿真，阿根廷電信市場(chǎng)收費(fèi)模型模型、甚至“蜂群”作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)分析演示等。同時(shí)，留有數(shù)據(jù)通信接口，方便和C++、Vinsim、Matlab、autoCAD、GIS軟件建立的模型兼容。因此，其可以支持管理系統(tǒng)模擬課程內(nèi)容涉及到的所有建模仿真方法，解決了學(xué)生面臨不同語(yǔ)言建立模型之間互不兼容的矛盾，減少了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的難度。

第二、Anylogic建模過(guò)程簡(jiǎn)潔，減少了建模編程工作量。Anylogic完全基于Java語(yǔ)言開發(fā)，構(gòu)建Anylogic模型的主要模塊是Java類的活動(dòng)對(duì)象，可以繼承、重載。因此，Anylogic模型可以進(jìn)行等級(jí)化分解和結(jié)構(gòu)分解，從而很方便定義與設(shè)計(jì)活動(dòng)對(duì)象類以及它們之間的關(guān)系。具有初步Java基礎(chǔ)的學(xué)生，不用學(xué)習(xí)新語(yǔ)言，降低課程學(xué)習(xí)難度。同時(shí)，Anylogic有豐富插件庫(kù)，方便學(xué)生針對(duì)不同問(wèn)題進(jìn)行模型創(chuàng)建分析，例如關(guān)于離散事件的流程建模庫(kù)、行人庫(kù)、軌道交通庫(kù)等。這不僅簡(jiǎn)化了編程，減少學(xué)生負(fù)擔(dān)，更容易以問(wèn)題導(dǎo)向指導(dǎo)學(xué)生管理模擬的課程實(shí)踐。

第三、Anylogic可視化功能強(qiáng)，模型展示豐富。Anylogic具有創(chuàng)建真實(shí)動(dòng)態(tài)模型的可視化工具，支持面向?qū)ο蟮哪Ｊ皆O(shè)計(jì)范式，簡(jiǎn)潔豐富不需要編程就可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)畫功能，同時(shí)支持三維展示，為模型提供了豐富的開發(fā)環(huán)境。Anylogic具有強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)框架，可以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、比較運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)、敏感性分析實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生可以通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)也可以獲取準(zhǔn)確的結(jié)果。Anylogic自帶的條形圖、折線圖等統(tǒng)計(jì)圖表以及各種控件都不需要大量編程只需要拖拽就可以使用。這些功能都減少了學(xué)生的工作量，同時(shí)增強(qiáng)了仿真模型的展現(xiàn)形式。

第四、Anylogic具有豐富的示例模型庫(kù)，為教學(xué)提供了案例分析和建模仿真提供了參考。Anylogic軟件本身自帶100多個(gè)示例模型，從內(nèi)容上看，包括了供應(yīng)鏈、物流、醫(yī)療、制造業(yè)、交通、資產(chǎn)管理、社會(huì)和生態(tài)動(dòng)力學(xué)多個(gè)方面;從建模方法上看，有離散事件建模、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模、多Agent建模，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與多Agent混合建模等模型。在授課時(shí)，通過(guò)解析示例模型，讓學(xué)生更好地理解課程內(nèi)容。例如，以二級(jí)急救中心模型和MEGA購(gòu)物中心模型為案例，結(jié)合建模過(guò)程，詳細(xì)剖析模型的構(gòu)架、流程和數(shù)據(jù)處理的理論與方法，讓學(xué)生深入理解離散事件建模的內(nèi)在邏輯。

三、教學(xué)實(shí)踐與效果

（一）課程教學(xué)體系設(shè)計(jì)

作者授課對(duì)象是信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的大學(xué)三年級(jí)學(xué)生，學(xué)生經(jīng)過(guò)兩年的基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步掌握的本門課程所需要的理論知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括高等數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Java等?！豆芾硐到y(tǒng)模擬》課程教學(xué)體系設(shè)置遵循以應(yīng)用為目標(biāo)、實(shí)踐為主線、能力為中心的理念，將課程教學(xué)、上機(jī)實(shí)踐和課程考核融為一個(gè)有機(jī)整體。為了達(dá)到這一個(gè)目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了《管理系統(tǒng)模擬》教學(xué)框架（如圖1所示），將Anylogic軟件平臺(tái)功能和教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，突出模擬仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)。

從課程教學(xué)框架的設(shè)計(jì)來(lái)看，整個(gè)教學(xué)體系分為四層：第一層為基礎(chǔ)理論課程，是本課程教學(xué)的基礎(chǔ)支撐;第二層為課堂教學(xué)，是課程的模型和方法支撐;第三層為上機(jī)實(shí)踐，是課程的技術(shù)支撐;第四層為課程考核，是課程教學(xué)的目標(biāo)支撐。這四層不是彼此隔離的，在整個(gè)教學(xué)、實(shí)踐和考核環(huán)節(jié)相互聯(lián)系，形成了課程教學(xué)的有機(jī)整體。

課程教學(xué)分為課堂理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)。這門課程共計(jì)48學(xué)時(shí)，鑒于課程的實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，將其分為課堂理論講解24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室上機(jī)24學(xué)時(shí)，而且上機(jī)實(shí)踐和課堂教學(xué)同時(shí)進(jìn)行。理論教學(xué)內(nèi)容包括：管理系統(tǒng)模擬簡(jiǎn)介、基本的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)識(shí)回顧，管理系統(tǒng)模擬的本質(zhì)和流程，離散系統(tǒng)模擬原理、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬、多智能體模擬和元胞自動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模擬等。上機(jī)實(shí)踐分為兩部分，一是Anylogic軟件學(xué)習(xí)，主要包括行人庫(kù)、交通庫(kù)、狀態(tài)圖、參數(shù)設(shè)置。二是建模仿真過(guò)程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)流程為問(wèn)題選擇、模型設(shè)計(jì)與構(gòu)建、模型實(shí)現(xiàn)、仿真結(jié)果分析。

課程考核為小組合作仿真建模，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，考核環(huán)節(jié)分步驟進(jìn)行，緊密圍繞教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)。（1）課題分組。按照班級(jí)實(shí)際情況，一般分為十個(gè)小組，同時(shí)將計(jì)算機(jī)編程能力強(qiáng)的學(xué)生分散到各個(gè)小組，實(shí)現(xiàn)小組內(nèi)部建模分析的合理分工;（2）課程報(bào)告選題。以理論教學(xué)為理論依據(jù)，為仿真模型設(shè)計(jì)提供背景。在此階段，由于學(xué)生剛接觸課程，選題較為盲目，引導(dǎo)學(xué)生從Anylogic平臺(tái)示例庫(kù)的典型案例出發(fā)，尋找與之大致相符經(jīng)濟(jì)管理問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn);（3）開題報(bào)告。對(duì)項(xiàng)目組選題進(jìn)行可行性分析，每一小組在課堂上向全班匯報(bào)仿真模型設(shè)計(jì)的意義、內(nèi)容和實(shí)施步驟，并由此論證選題可行性。開題方式不僅有利于各組完善模型，同時(shí)也有利于拓展學(xué)生研究的視野;（4）課題答辯與課程報(bào)告撰寫。上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)完成后，進(jìn)入課題答辯環(huán)節(jié)，答辯以組為單位匯報(bào)研究成果;通過(guò)答辯后，小組提交一份完整的課程報(bào)告，同時(shí)每一學(xué)生提交工作總結(jié)報(bào)告。

（二）教學(xué)實(shí)踐改進(jìn)

依據(jù)作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)認(rèn)為，《管理系統(tǒng)模擬》教學(xué)方式和方法是一個(gè)改進(jìn)和認(rèn)識(shí)提高的過(guò)程。將這一個(gè)過(guò)程可以歸結(jié)為如下三個(gè)階段。

第一階段以課程理論教學(xué)為主，課堂軟件展示為輔。采取以授課為主，讓學(xué)生理解每章知識(shí)的意義與原理;課堂上演示Arena、Vinsim、Repast、Swarm和Anylogic軟件解決離散系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和多智能體模型建模過(guò)程，讓學(xué)生簡(jiǎn)單了解仿真建模過(guò)程。課程考核以筆試為主，課堂表現(xiàn)為輔的方式。但是，這種教學(xué)方式割裂了課程各章之間內(nèi)容的連續(xù)性。雖然學(xué)生在課上理解了課程內(nèi)容，但是缺少上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)配合，學(xué)生難以從理論上理解模型內(nèi)涵。

第二階段以Anylogic軟件學(xué)習(xí)為主，課堂理論教學(xué)為輔。鑒于第一階段教學(xué)存在的問(wèn)題，筆者改變了教學(xué)學(xué)時(shí)的分配，選擇了24學(xué)時(shí)課堂授課，24學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)踐。在授課時(shí)依舊采取之前的方式，讓學(xué)生逐步理解課程內(nèi)容。教學(xué)重心轉(zhuǎn)移到上機(jī)實(shí)踐，過(guò)多強(qiáng)調(diào)Anlogic軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，試圖通過(guò)學(xué)生建模仿真的充分實(shí)踐，加深對(duì)課程內(nèi)容理論、模型和方法的理解。但是出現(xiàn)了理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，具體表現(xiàn)為：第一，學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研，建立了面向問(wèn)題的仿真模型，但是缺乏理論支撐，缺乏理論層面的深入探究，出現(xiàn)了為了做模型而做模型的問(wèn)題;第二，大多數(shù)小組做的模型都是利用Anylogic自帶的插件庫(kù)如行人庫(kù)、軌道交通庫(kù)來(lái)建模，但是對(duì)課程內(nèi)容涉及到的理論與模型理解不透徹，導(dǎo)致對(duì)Anylogic軟件提供的模型設(shè)計(jì)與構(gòu)建的流程了解不清晰。

第三階段是課程理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐并重。通過(guò)前兩個(gè)階段的教學(xué)效果對(duì)比與總結(jié)，對(duì)課堂授課和上機(jī)實(shí)踐進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)。在授課時(shí)，結(jié)合Anylogic軟件提供的模型與案例有針對(duì)性的講解每一章內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)。在上機(jī)實(shí)踐中，更強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生建模仿真的全過(guò)程跟蹤與指導(dǎo)。課程教學(xué)方式改進(jìn)后，學(xué)生不僅深刻理解了課程理論與方法，而且熟練掌握Anylogic建模流程、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)《管理系統(tǒng)模擬》教學(xué)中理論涉及面寬、方法多樣無(wú)法與課程有效結(jié)合的問(wèn)題，在多年教學(xué)實(shí)踐與改進(jìn)的過(guò)程中，提出了基于Anylogic平臺(tái)的課程教學(xué)模式。這一教學(xué)方式的改進(jìn)，不僅降低了教學(xué)的難度，更調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)《管理系統(tǒng)模擬》課程的積極性，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。本文歸納如下幾點(diǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為這門課程的教學(xué)改革提供借鑒。第一、Anylogic軟件可以為系統(tǒng)管理模擬教學(xué)提供有效支撐。第二、理論講解與上機(jī)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，豐富教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高了教學(xué)效果。第三、采用課程答辯與課程報(bào)告相結(jié)合的考核方式，確保教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。第四、鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)地調(diào)研，貼近社會(huì)，增長(zhǎng)見識(shí);閱讀文獻(xiàn)，豐富理論基礎(chǔ)。第五、創(chuàng)建師生交流平臺(tái)，通過(guò)不斷的交流與經(jīng)驗(yàn)更新教學(xué)方法。

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