基于軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的課程教學(xué)模式的實(shí)踐研究

文章編號(hào)：1672-5913(2008)18-00023-02

摘要：本文提出了以實(shí)踐為中心的課程教學(xué)模式，以及基于軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外項(xiàng)目實(shí)踐模式。通過(guò)“系統(tǒng)工程”課程教學(xué)實(shí)踐證明，該教學(xué)模式增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解以及實(shí)踐動(dòng)手能力，特別是計(jì)算機(jī)編程與應(yīng)用能力的提高；激發(fā)了學(xué)生的求知欲望和創(chuàng)新精神，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

關(guān)鍵詞：軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；教學(xué)模式；實(shí)踐教學(xué)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

如何實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合是應(yīng)用性強(qiáng)的課程提高教學(xué)質(zhì)量的內(nèi)涵之一，也是任課教師一直研究的教學(xué)問(wèn)題。“系統(tǒng)工程”是高等學(xué)校管理科學(xué)與工程類專業(yè)的主干課程，同時(shí)也是一門尚在蓬勃發(fā)展中的新興交叉學(xué)科，涉及的知識(shí)面非常廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域眾多。目前該課程教學(xué)模式普遍存在兩個(gè)問(wèn)題：一是理論教學(xué)相對(duì)完善、但實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失，學(xué)生的求知欲望和探索精神沒(méi)有被充分激發(fā)，這也導(dǎo)致學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力不強(qiáng)；二是課程教學(xué)效果的評(píng)估和考核方式還沒(méi)有很理想的方法。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐和探索，我們提出以實(shí)踐為中心的課程教學(xué)、激勵(lì)考核模式。該模式的目標(biāo)就是要激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索精神，培養(yǎng)他們的動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力，能夠運(yùn)用所學(xué)的系統(tǒng)工程知識(shí)和方法綜合地分析、解決系統(tǒng)性的問(wèn)題，同時(shí)也有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

2以實(shí)踐為中心的課程教學(xué)激勵(lì)模式

以實(shí)踐為中心的課程教學(xué)激勵(lì)模式由課堂模擬案例教學(xué)、課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外多人合作項(xiàng)目(大作業(yè))以及激勵(lì)考核機(jī)制四個(gè)部分組成。

●課堂模擬案例教學(xué)就是通過(guò)精心設(shè)計(jì)的模擬應(yīng)用案例向?qū)W生傳授利用系統(tǒng)工程方法解決實(shí)際問(wèn)題的完整思考過(guò)程。例如我們?cè)诮榻B仿真方法時(shí)，從系統(tǒng)問(wèn)題的提出、系統(tǒng)仿真目的分析、系統(tǒng)仿真方法(模型)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真模型假設(shè)、系統(tǒng)仿真過(guò)程步驟到最后系統(tǒng)仿真結(jié)果分析這之中每一個(gè)環(huán)節(jié)都被設(shè)計(jì)在一個(gè)‘貨棧問(wèn)題’中，通過(guò)師生共同對(duì)這個(gè)應(yīng)用案例的分析、討論和解決來(lái)加深學(xué)生對(duì)仿真方法的理解。另外，課堂上學(xué)生在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)下不斷地積極思考也培養(yǎng)了其創(chuàng)造性思維。

●課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)的重要組成部分。系統(tǒng)工程方法具有大型、綜合特點(diǎn)，必須借助于計(jì)算機(jī)解決其算法，而學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平差異較大，在一次90分鐘的實(shí)驗(yàn)課中編程能力差的學(xué)生可能并不能完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為此我們研發(fā)了一套開(kāi)放式的“系統(tǒng)工程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)”計(jì)算機(jī)軟件來(lái)配合教學(xué)，在該平臺(tái)的支持下，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的可操作性大大增強(qiáng)。

●課外多人合作的實(shí)踐項(xiàng)目可以培養(yǎng)學(xué)生解決綜合性問(wèn)題的能力，包括問(wèn)題綜合分析、調(diào)研(文獻(xiàn)檢索、數(shù)據(jù)采集等)、數(shù)據(jù)處理(編程等)、結(jié)果分析、寫(xiě)作以及團(tuán)隊(duì)合作等。鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件解決模型方法計(jì)算問(wèn)題的能力，文字表達(dá)撰寫(xiě)論文的能力；增強(qiáng)學(xué)生們對(duì)問(wèn)題的感性認(rèn)識(shí)。通過(guò)實(shí)踐體驗(yàn)系統(tǒng)工程解決問(wèn)題的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

●考核激勵(lì)機(jī)制貫穿于整個(gè)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中。包括課程周期中的課堂表現(xiàn)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、課外項(xiàng)目表現(xiàn)都按比例計(jì)入學(xué)生的最終成績(jī)中，同時(shí)對(duì)學(xué)生采取多種獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰方法以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和熱情。例如鼓勵(lì)學(xué)生課堂提問(wèn)、加入討論，獎(jiǎng)勵(lì)通過(guò)編程解決系統(tǒng)工程算法，鼓勵(lì)學(xué)生利用互動(dòng)網(wǎng)站即時(shí)討論觀點(diǎn)、方法和提問(wèn)等等，這些分?jǐn)?shù)點(diǎn)最終計(jì)入課程總分。

綜上所述，以實(shí)踐為中心、激勵(lì)考核機(jī)制貫穿整個(gè)課程教學(xué)的“課程教學(xué)、激勵(lì)考核模式”示意圖如下圖1所示。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

為了更有效的配合實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)，我們開(kāi)發(fā)了用于系統(tǒng)工程課程實(shí)驗(yàn)之用的軟件平臺(tái)，該軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程課程領(lǐng)域的常用方法及相關(guān)算法，同時(shí)提供開(kāi)放式接口，方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)C/C++、VB等自己掌握的編程語(yǔ)言和工具調(diào)用軟件功能，加深對(duì)“系統(tǒng)工程”課程中評(píng)價(jià)方法、仿真模型等方法的理解。在“系統(tǒng)工程”課程的教學(xué)過(guò)程中， 本文得到上海工程技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目《系統(tǒng)工程差異化實(shí)驗(yàn)建設(shè)》資助，項(xiàng)目編號(hào)：SF0803002

教師不僅僅擔(dān)任教課任務(wù)，更要實(shí)現(xiàn)學(xué)生編程能力從“實(shí)驗(yàn)走向?qū)嵺`”的提升重任。在前面的幾次實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生以使用封閉式環(huán)境提供的功能為主，在后面的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生逐漸嘗試自己編程實(shí)現(xiàn)算法。可供選擇的編程環(huán)境包括Visual Basic、Visual C++、Borland C++Builder和Delphi等。同時(shí)學(xué)生也可以在Matlab環(huán)境中編程實(shí)現(xiàn)算法，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中進(jìn)行調(diào)用。“系統(tǒng)工程”課程教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的編程能力提高較快。

以實(shí)驗(yàn)“基于解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)的我校食堂擁擠問(wèn)題系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析”為例，該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生理解“解釋結(jié)構(gòu)模型法(Interpretative Structural Modeling，簡(jiǎn)稱ISM)”的原理，通過(guò)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，最后要求設(shè)計(jì)一個(gè)案例，并用ISM方法進(jìn)行分析。這是一個(gè)學(xué)習(xí)梯度從“理解->驗(yàn)證->設(shè)計(jì)”的實(shí)驗(yàn)。ISM方法能夠利用系統(tǒng)要素之間已知的零亂關(guān)系，分析復(fù)雜系統(tǒng)要素間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，并揭示出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該方法具有在矩陣的基礎(chǔ)上進(jìn)一步運(yùn)算、推導(dǎo)從而解釋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。但對(duì)于高維多階矩陣的運(yùn)算，如果依靠手工實(shí)現(xiàn)，不僅運(yùn)算速度慢，而且容易出錯(cuò)，要在課堂時(shí)間里進(jìn)行驗(yàn)證幾乎無(wú)法完成。

如對(duì)我校食堂擁擠問(wèn)題的ISM系統(tǒng)分析，根據(jù)“去食堂吃飯的師生人數(shù)，食堂服務(wù)人員的工作質(zhì)量，食堂的開(kāi)放時(shí)間，學(xué)校食堂的管理，食堂的地理位置，環(huán)境衛(wèi)生狀況，飯菜的衛(wèi)生狀況、廚房衛(wèi)生，同時(shí)滿足上海和外地師生，飯菜的花色翻新速度，價(jià)格是否合理，大家對(duì)食堂伙食等的評(píng)價(jià)”這十一個(gè)因素的調(diào)研，建立如下表1所示的鄰接矩陣。

如果手工計(jì)算求可達(dá)矩陣，并對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行分級(jí)劃分，再畫(huà)圖建立解釋結(jié)構(gòu)模型，不僅容易出錯(cuò)，而且在課堂內(nèi)也無(wú)法完成。另一方面學(xué)生編程能力參差不齊，即使能力較強(qiáng)的同學(xué)，也未必能在課堂內(nèi)完全了解算法。為了避免編程水平的限制影響系統(tǒng)工程的學(xué)習(xí)，可以利用開(kāi)發(fā)的“系統(tǒng)工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，很容易地進(jìn)行驗(yàn)證。下圖2可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)軟件中提供了“系統(tǒng)工程”課程的常用算法，可以方便地調(diào)用。

對(duì)于食堂擁擠問(wèn)題的ISM系統(tǒng)分析這一實(shí)例，可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)軟件中創(chuàng)建11×11矩陣，輸入以上鄰接矩陣，系統(tǒng)運(yùn)算后，會(huì)以圖形的方式給出分析結(jié)果(如下圖3所示)。

以上只是完成驗(yàn)證，即課堂模擬案例教學(xué)這一環(huán)節(jié)，對(duì)于課內(nèi)上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)以開(kāi)放式模塊設(shè)計(jì)功能提供用戶非常自由的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，以數(shù)據(jù)文件為共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)封閉式算法、開(kāi)放式模塊與Matlab等工具軟件在數(shù)據(jù)上的通訊。學(xué)生可以可以采用VB，VC，Delphi，Borland C++ Builder，PowerBuilder等主流開(kāi)發(fā)工具，調(diào)用我們提供的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，實(shí)現(xiàn)自己的算法，體現(xiàn)自己的創(chuàng)造性思維。

通過(guò)以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅對(duì)ISM方法有了深刻理解，而且編程能力也有很大提高，在最后的課外多人合作項(xiàng)目(大作業(yè))中，要求學(xué)生設(shè)計(jì)案例，用所學(xué)的ISM方法進(jìn)行分析，更為重要的是，需要學(xué)生自己編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的算法。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐，選擇不少具有新意的案例，如基于ISM方法的影響大學(xué)生就業(yè)要素的系統(tǒng)分析、大學(xué)生考試作弊現(xiàn)象分析、校園自行車亂停放現(xiàn)象系統(tǒng)分析、大學(xué)生考研熱理性系統(tǒng)分析、素質(zhì)教育制約因素系統(tǒng)分析、學(xué)生考試成績(jī)制約因素研究、大學(xué)生學(xué)風(fēng)建設(shè)模糊綜合評(píng)價(jià)等。通過(guò)對(duì)這些案例的分析，學(xué)生真正掌握了系統(tǒng)工程的有關(guān)理論。這種教學(xué)模式不僅提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)也激發(fā)了他們的潛能與創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

4結(jié)束語(yǔ)

課程教學(xué)激勵(lì)模式在“系統(tǒng)工程”課程教學(xué)中的應(yīng)用結(jié)果顯示，課程教學(xué)激勵(lì)模式具有增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)-實(shí)踐創(chuàng)新能力和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)生的求知欲望和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。值得指出的是本教學(xué)模式具有一定的普遍性。

參 考 文 獻(xiàn)

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