《系統工程與決策分析》案例教學探索

董愛華

摘 要：該文在信息類專業《系統工程與決策分析》課程的教學實踐中，引入案例教學方法。通過面向信息專業特色、理論聯系實際和激發學習興趣等方式建設課程案例庫。文章還進行了案例教學引入和案例學習分析過程等教學方法的探討。課程實踐表明案例教學能激發學生學習主動性，提高解決復雜問題的能力。

關鍵詞：案例教學 系統工程與決策分析 案例庫建設

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

1 案例收集和案例庫建庫建設

案例收集和案例庫的建設是一項復雜的系統工程，案例庫建設作為系統工程與決策分析的教學改革與實踐的重要環節，能夠有效地彌補現實教學中與實踐環節聯系不夠緊密的不足，有利于學生進行自主學習，更好地實現教學目的。

1.1 當前案例教學與案例庫建設存在的問題

建設《系統工程與決策分析》課程的案例庫，需要解決數量和質量的問題[4]。系統工程與決策分析的教學知識點較多，為幫助學生理解教學過程中的理論與方法，如果不建設一個數量充沛的案例庫，很多知識點無法找到與之相對應的案例，教師在教學中只能夠通過自身對問題的理解向學生舉例說明，可能會導致教學效果不能達到預期。其次，案例的質量亟待提高，從書籍和報刊網絡上找來的案例大多偏向于敘述性。更為重要的是現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，難以調動學生的學習積極性。

1.2 案例收集和案例庫建設的途徑

在建設案例庫的過程中，建設途徑有以下幾個方面。一是教師在教學和科研中，將本專業的課程或課題中與系統工程相關的內容整理成案例；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生在老師的全程指導下進行案例學習環節，并以此作為案例庫的一個來源。經過幾年的嘗試，通過發動學生自選課題，老師幫助篩選課題，師生共同探討解決問題的方法和模型，最后由學生經過建模、分析，得到案例解決方案的過程是學生對案例學習的良好體會。與此同時，一些問題闡述清晰、模型結構特征鮮明、方案選取有理有據的典型案例分析也被選取出來，為課程的持續改進充實了新鮮內容。

1.3 結合專業特色，理論聯系實際，激發學習興趣，建設案例庫

在案例收集和案例庫的建設過程中，著重關注了以下幾個問題。

首先，和專業相結合，盡量采納本專業課程或課題中所涉及的系統工程應用的案例。引入本專業的相關項目和課題，將它們作為系統工程的應用案例可以增強學生對課程內容的體驗感，所以在案例庫的建設中強化了這方面的內容。典型的案例包括應用層次分析法、多元非線性回歸和深度學習算法等進行城市洪災預測，應用啟發式算法對某市的風光蓄互補獨立微電網系統進行優化設計。以后者為例，在對系統建模后，研究者發現這是一個復雜優化設計問題，需要進行多目標的優化。優化目標包括微網系統的總費用、能量過剩倍率、微網系統的清潔率，以及系統可靠性負載缺電概率等。進一步結合實際應用場合，可將相對不重要的目標如負載缺電概率和微網系統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，啟發式多目標遺傳算法在這里被用來解決復雜優化設計問題。在Matlab環境中編程后，在最優解集中找到系統的滿意解。

其次，以案例提高學生的學習興趣，將一些比較枯燥的理論學習轉換為有趣的案例應用。例如，在講解解析結構模型時，把一個足球隊員人數之謎的智力游戲用解析結構的傳遞關系來表述，應用解析結構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，解析結構的遞階關系就給出了足球隊員從11人轉化為10人的解。解析結構模型的理論學習因其對矩陣的定義和復雜分析而略顯枯燥。將其應用在足球隊員人數之謎的案例中，既能加深對解析結構模型理論學習的理解，又增強了課堂的活躍度。另一個案例則是將學生的興趣愛好結合到課堂中來。不少學生是NBA聯賽的忠實觀眾。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、對手實力、區域因素、主客場因素，建立了基于模糊綜合評價的分析模型，并應用該模型對賽季的后半賽程進行預測。

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

2 案例教學的引入與案例學習的分析過程

案例庫的建設是案例教學的一個重要方面，將案例在課堂教學中正確引入，在學習過程中體現系統工程的方法論同樣重要。為此，在案例教學中特別強調了案例教學的引入和案例學習的分析過程。

2.1 案例教學的引入

案例教學的引入主要是針對教師的講課過程。教師在講述一些復雜的概念時（比如說前文所述的解析結構模型），先給出足球隊員人數之謎，從而引出問題，然后通過理論學習，講述解析結構模型的原理，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，使案例教學貫串于教學的過程。通過收集案例，組織案例，并在合適的課堂教學環節中引入案例，能使學生深入學習知識點，從而把案例教學引向深入。

2.2 案例學習的分析

案例學習不以求得最好的決策方案作為評價指標，而是強調分析問題和解決問題的全過程，即體現系統工程的方法論。案例學習以學生為中心，分成若干小組，時間貫穿整個學期。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、收集數據、建立模型、求解方法，分析結果并做出方案決策，其他同學和教師進行討論和評價。最后，教師來進行統一的講解、分析并評價。由此，將系統分析的全過程體現在小組的案例學習過程中，強調對問題的定義以及分析問題，解決問題的過程。我們也欣喜地發現，在小組的案例學習過程中，學生自主學習的能力得到了培養，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 結語

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

參考文獻

[1] 管梅，趙娟.運籌與優化模塊教學中案例教學的探討[J].科技視界，2016（13）：116-117.

[2] 李龍振，蔡洙一，崔義洙，等.運籌學案例教學探討[J].延邊大學學報，1999，25（4）：294-296.

[3] 喻瑛.面向電力類的《系統工程導論》案例法教學[J].科技信息，2012（36）：529-532.

[4] 袁鷹，賀筱媛，吳善明，等.系統工程案例庫建設與實踐[J].中國管理信息化，2016，19（5）：234-235.