第1章系统仿真基本理论教案

项目	内容
课程名称与性质	交通运输系统仿真（Transportation System Simulation）；交通运输专业本科专业必修课（理论课）
课程编号·学分·学时	0030108805 · 2学分 · 32学时；第V学期；每课次2学时（2×45分钟=90分钟）
授课对象	交通运输专业2023级（2025秋，选课122人，随机分为30组，每组4~5人）
授课教师	李季涛（交通工程学院交通运输系）
使用教材	李季涛编《交通运输系统仿真——使用AnyLogic》，中国铁道出版社，2025
对应课件	课件01《系统仿真基本理论》（交通运输系统仿真课程课件-2025-01，共70页）
对应大纲模块与课程目标	知识模块C1；支撑O1（离散事件仿真基本原理、方法与一般过程）、O5（国际发展趋势与研究热点）；对应毕业要求指标点6.1、11.2
本章学时	8学时（4个课次）：课次1–3为大纲C1建议的6学时，另含进度表课次8"案例讨论"2学时

课程教学进度安排

课次	周次	教学内容（对应课件页码范围）	学时
第1课次（进度表课次1）	第10周	课程导学（课件1–10）；1.1 仿真的本质和适用范围：仿真的本质、何时适用/不适用、应用领域与发展（课件11–21）	2
第2课次（进度表课次2）	第10周	1.2 系统、模型、仿真（课件22–42）；手工仿真——投针实验（课件43–45）；仿真研究的实施过程（课件55–59）	2
第3课次（进度表课次3）	第11周	仿真实现方式与仿真软件：编程语言、仿真语言、高层仿真器（课件46–54）；仿真建模常用方法：抽象层级与三种方法、本讲总结（课件60–69）	2
第4课次（进度表课次8）	第13周	案例讨论：学生讲解当前仿真研究焦点（回扣课件20–21、54、56–59、66–68），与作业1衔接	2
合计			8

编号对照：进度表的"1.3.2仿真研究的一般过程""1.4仿真建模常用方法"，在课件中分别是"1.4仿真研究的实施过程""1.5仿真建模常用方法"；课件的"1.3.2–1.3.6"（编程语言、仿真语言、软件）进度表未单列，并入第3课次。

教学目标与重点难点

教学目标

知识：说出仿真的本质及适用/不适用条件；区分系统、模型、仿真三者关系，以及物理模型、数学模型（解析解与数值方法）、仿真模型。
知识：概述仿真研究的一般过程（理解系统→明确目标→建立规范模型→数据收集→实现→检验→验证→实验设计与运行→分析结果→建立文档）；辨别抽象层级及系统动力学、离散事件、基于智能体三种建模方法。
能力：针对给定的铁路运输场景，判断是否适用仿真并陈述理由；识别系统的实体、属性、活动、状态、事件与输入输出，并按静态/动态、连续/离散、确定/随机归类。
能力：通过投针实验手工完成一次蒙特卡罗估计，用重复性与随机误差解释估计值的波动；把研究问题拆解为仿真研究的各步骤。
素养：用仿真研究一般过程拆解一篇WSC论文并作课堂陈述，养成检索文献、批判性阅读与规范表达的习惯，了解仿真前沿趋势。

教学重点

仿真的本质、优缺点及适用范围（课件13–18）。
系统要素、模型类型、仿真模型分类，"系统—模型—仿真"三要素（课件23–41）。
仿真研究的一般过程（课件56–59），它是作业1、作业4的方法主线。
仿真建模的抽象层级与常用方法（课件61–68）。

教学难点

解析模型与仿真模型的区别（课件33–35：解析方法是"求解"，数值方法是"运行"）。突破策略：以投针实验作桥梁——公式 $p=\frac{2l}{\pi d}$ 可解析推出，却靠"运行"随机实验估计 $\pi$ ，让学生亲眼看到输出是带误差的"估计"；再对照课件35的图：输入 $X_1\sim X_4$ 进入"可执行的"仿真模型，输出 $Y_1\sim Y_4$ 是沿时间轨迹"观察到的"结果，而不是公式解出的一个答案。
何时该用、何时不该用仿真（课件17–18）。突破策略：给出6个铁路场景，逐条对照课件条款判断，错判时回到具体条款讲解。
随机性与重复性（课件41、45）。突破策略：全班30组各投一批针，把"组内一次结果"与"全班汇总结果"并列比较。
抽象层级的取舍（课件61–65）。突破策略：先用课件62的三幅图（同一人物的油画、素描、简笔画）感受"同一对象、细节量不同"，再对照课件63–65的分层图为各类系统定位，并以"车站接发列车"为例，让学生分别写出微观、中观、宏观需要模拟的内容。
按一般过程拆解论文（作业1）。突破策略：第2课次先用"自动售票机"案例演练10步，第4课次汇报时用统一的"过程对照表"检查。

思政目标

S01：仿真让人在"无风险环境"中试错（课件14–15、25）。结合铁路编组站沙盘（课件28）、模拟失重训练水槽（课件31，我国2015年研制）等，体会"安全第一、预防为主"的工程责任和科技自立自强；仿真优化交通流以减少拥堵与污染，也是技术人员的社会责任（大纲思政要求）。
S02：仿真"何时不适用"（课件17–18）与"成功的仿真研究是达到决策者目标"（课件56）。培养实事求是的工程观：数据不足、时间不够、预期不合理时不盲目上马，也不为"做出模型"而伪造数据、夸大结论。
S03：WSC论文研读与课堂讨论（课件20、作业1）。培养学术诚信（论文翻译须标明出处、不得抄袭）、团队协作与国际视野，尊重不同研究范式与文化，对应毕业要求11.2。

教学方式与媒体资源

主要教学方式

讲授与提问结合：用课件图示、定义、案例讲清概念，每个知识块后设即时提问。
案例/情景判断：用铁路车站、编组站、客运站场景完成适用性判断与要素识别。
课堂手工仿真：投针实验（课件44–45），小组分工投针、记录、汇总。
小组研讨与同伴互评：GPSS程序读码、抽象层级分组讨论、WSC论文汇报与提问（第4课次）。

使用媒体资源

课件01：第1–10页课程导学（第5–7页教材与参考书封面，第9页软件与WSC下载页）；第13页仿真与仿真模型定义，第14页"真实世界—模型世界"示意图；第16、19页实训室与驾驶模拟舱照片；第25–26、32–33页"研究系统的方法"树图，第35页数值方法示意图；第27–31页物理模型实例；第38、40页三要素图与连续/离散曲线；第44–45页投针实验流程图；第48页GPSS系统流程图、程序块图与单服务台程序；第50页Arena层次结构图，第51–53页Arena、Simio、AnyLogic界面；第57–59页研究过程流程图；第61–68页抽象与抽象层级图。
工具：Excel（RAND函数汇总投针结果，可选）；AnyLogic个人学习版（课件9下载页选Personal Learning Edition，第3课次演示界面，选做）；WSC论文库 informs-sim.org；课程微信群、课程网站（发布课件与作业）。
实物：A4纸（画等距平行线）、牙签或等长火柴/铅笔（每组一套）；评分用的"过程对照表"和"同伴评议表"（教师自制，第4课次）。

参考书与参考资料

[1] 李季涛. 交通运输系统仿真——使用AnyLogic. 中国铁道出版社，2025.
[2] Jerry Banks 著，王谦译. 离散事件系统仿真（原书第5版）. 机械工业出版社，2019.（课件6标注：侧重理论，系统全面）
[3] Averill M. Law 著，范文慧等译. 仿真建模与分析（原书第5版）. 机械工业出版社，2017.（课件6标注：侧重理论，较难）
[4] 刘亮. 复杂系统仿真的AnyLogic实践（第2版）. 清华大学出版社，2023.
[5] Andrei Borshchev. The Big Book of Simulation Modeling. AnyLogic North America, 2013.（课件7标注：AnyLogic建模大全，高阶、英文）
[6] W. David Kelton 等著，周泓等译. 仿真：使用Arena软件（原书第3版）. 机械工业出版社.（课件6标注：理论结合实践，适合入门但较老）
[7] The Big Book of Simulation Modeling：中文案例精选（课件7标注：AnyLogic案例模型，中阶）；Ilya Grigoryev. AnyLogic in Three Days（课件7标注：AnyLogic快速入门，初阶、英文）。
网络资源：冬季仿真会议（WSC）历年论文 informs-sim.org；WSC信息 www.wintersim.org。

课前准备

教师准备

备课件1–70页，把图形页（第14、25–26、32–33、35、38、40、44、48、50、57、61–68页）的图示与对应文字衔接好，提前设计板书。
准备分组小程序和30组名单；备好投针实验材料（平行线纸、牙签）与汇总表（Excel）。
设计6个适用性判断情景、自动售票机要素识别表、10步研究过程排序卡、GPSS读码单、三种方法辨析题（见各课次）。
第4课次前：第12周完成汇报抽签、收齐各组PPT/译文/分析报告，准备"过程对照表"和"同伴评议表"。

学生准备

第1课次前：加入课程微信群（昵称改为学号+姓名），准备好纸笔。
第1课次后：下载安装AnyLogic个人学习版，浏览WSC网站，开始检索论文。
第2课次前：预习课件11–42，带上尺子；每组备牙签/火柴若干。
第4课次前：以小组为单位完成论文选定、翻译、分析报告与PPT，并预读其他组的论文标题。

教学过程

第1课次（第10周）课程导学与仿真的本质、适用范围

环节与时间	教学内容（课件页）	教师活动	学生活动	设计意图 / 学习证据
课程导学（0–22分钟）	课件1–10：课程性质与5项目标、四讲内容、教师与答疑时间（周三14:00–16:00、周六10:00–12:00，实验馆617(A)）、微信群、教材与参考书（课件5–7，参考书按难度标注）、分组、学习网址、考核方式	用一页纸概括"入门—理论—实践—进阶"四讲；运行分组程序现场随机分组（122人、30组、每组4~5人，不得私自换组），要求组长自选；重点讲考核表（课件10）：作业1占10分、课堂表现5分，作业1对应O5	加入微信群并改昵称；与新组员认识、推选组长；记录作业与考核要求	明确目标与规则；证据：分组名单、群昵称规范率
导入与仿真的本质（22–36分钟）	课件11–14：第1讲目录；1.1.1仿真的本质——仿真与仿真模型的定义（课件13：对真实系统"随时间运行"的模仿，用来回答"如果……，就会……"的问题）；"无风险环境"（课件14：真实世界的"问题"与"解决方案"之间禁止直接试验，改走"模型—模型层次上的解决方案"）；仿真是过程改善者、参数优化者、变化分析者、风险缓和者	提问："要评估某客运站新增一个检票口，能否直接在运营中试？"引出真实试验代价高、风险大；对照课件14示意图讲清"问题→模型→在模型世界求解→回到真实世界"的路线；讲解仿真模型既可作分析工具、也可作设计工具（课件13）。融入S01	小组两分钟讨论"真实试验的三种代价"（费用、安全、停运影响），派代表回答	从铁路运输场景进入；证据：各组关键词清单
何时适用与不适用（36–62分钟）	课件15–18：1.1.2何时适用（共10条：探索"如果这样或那样做会怎样"、模拟信息/组织/环境变更、增加对系统的洞察、识别关键输入变量并了解其相互作用、新设计或策略实施前先实验；对比不同设备能力、验证解析解、教学训练、动画可视化、复杂系统）；1.1.3何时不适用（共10条：普通方法或解析模型可解、直接实验更简便、成本超过节省、资源不足；时间不足、数据不足、检验与验证需迭代、预期不合理、系统太复杂不可定义）	先讲适用（课件15–16，第16页的实训室照片是"教学训练、动画可视化"的实例），再讲不适用（课件17–18）；出示6个教师自设情景让学生举牌判断：①单窗口平均排队用已知公式可算；②新建编组站在多种到达模式下的能力评估；③三天内要结论且无任何到发数据；④闸机参数现场改一下就能试；⑤大型客运站突发大客流疏散评估；⑥要求仿真给出"唯一精确"的未来客流。对错判者追问对应条款。融入S02	每组举牌"适用/不适用"并说出对应课件条款；纠错后修正答案	突破难点"何时适用"；证据：6题正确率与理由是否引用条款
应用领域与发展趋势（62–78分钟）	课件19–21：仿真是理论、实验之外的第三种认识手段；人在回路与专业技术两类应用（课件19配车站控制界面与动车司机室驾驶模拟舱照片）；WSC及应用趋势（风险分析、复杂系统自底向上、大系统、大数据与AI结合）；未来发展（大尺度跨学科、实时数据驱动、云化）	讲两类应用，打开informs-sim.org演示如何检索WSC论文；突出"数据建模挖掘→态势仿真推演→未来状态呈现→反馈优化修正"的数据驱动仿真范式及智能铁路热点，布置作业1的由来	在手机或电脑上试检索一篇交通运输/物流/数字孪生方向论文，记下标题	建立对O5的第一印象；证据：学生检索到的论文标题
小结与布置（78–90分钟）	回扣课件13–21；作业1启动	小结"本质—适用—不适用—应用趋势"四点；布置作业1第一步：下载一篇WSC论文（建议2021年以后，交通运输/物流/供应链/环境/AI/数字孪生等），下次课带来选题；预告第2课次	记录作业要求；用一句话写出"仿真最适合解决什么问题"交给助教	证据：一分钟小结卡；检查学习目标1、S01、S02

第2课次（第10周）系统、模型、仿真与仿真研究过程

环节与时间	教学内容（课件页）	教师活动	学生活动	设计意图 / 学习证据
回顾与导入（0–5分钟）	课件22：1.2系统、模型、仿真	回顾上次要点；提问"系统、模型、仿真各指什么"，让学生先凭印象回答，课末回头对照	个别学生口头作答	摸底；证据：学生原有概念
系统及其要素（5–22分钟）	课件23–25：系统与环境、边界；实体、属性、活动、状态、事件（内生/外生）、输入与输出；研究系统的方法（课件25树图：系统→用实际系统做实验／用系统模型做实验→物理模型／数学模型→解析解／仿真）与"用模型替代实际系统"	讲清定义，强调边界取决于研究目的；用课件25树图说明用实际系统做实验开销大、可能危险，因此需要模型替代（该树图在课件26、32、33上逐级圈出物理模型、数学模型、解析解，板书沿用）；用"铁路车站自动售票系统"（第4课次引例的预告）示范，把要素表留给学生填写：实体、属性、活动、状态、事件（内生/外生）、输入、输出。注意区分"活动（有持续时间）"与"事件（瞬间发生）"	小组填表：旅客、售票机是什么；"旅客到达""购票完成"各属于哪类事件；系统输出可取什么指标	证据：要素表。教师核对"到达事件由环境产生、属外生事件"
模型与解析/数值方法（22–42分钟）	课件26–35：模型是替代、抽象和简化；物理模型实例（飞行模拟器1910年、阿波罗13模拟器1970年、编组站沙盘、汽车风洞与飞机风洞——仅标准机8.5%的模型机、京冀示范区顺义基地、失重训练水槽）；数学模型（课件32：运输问题线性规划模型、牛顿法迭代）；解析解；数值方法（课件35：输入 $X_1\sim X_4$ →仿真模型→沿时间展开的输出 $Y_1\sim Y_4$ ）；仿真模型"运行"而非"求解"	物理模型实例用5分钟快速展示，重点看沙盘（实验馆219）；在黑板画解析方法与数值方法对比表（求解/运行，输出精确/输出观察，一个答案/一条轨迹）；强调课件33中"能解析求解就不用仿真"。融入S01	记笔记，补充对比表；回答"沙盘属于哪类模型""满足什么条件才不用仿真"	突破难点"解析与仿真的区别"。证据：对比表
仿真的定义、三要素与分类（42–55分钟）	课件36–42：仿真定义的演变（Morgenthater 1961、Korn 1978、Spriet 1982、Oren 1984、美国国防部2007、中国仿真学会2014、White&Ingalls 2020）；系统、模型、计算机和物理效用设备三要素，及其间的系统建模（系统→模型）、仿真建模（模型→计算机和物理效用设备）、仿真实验（计算机和物理效用设备→系统）三基本活动（课件38三角图）；静态/动态（课件39配Excel版"铁路车站自动售票机排队系统仿真（实验）"截图：实验80次，平均等待时间均值4.28、中位数3.84；另一幅为大型动态模型截图）、连续/离散（课件40：卡车行驶速度为连续曲线，排队等待旅客数为阶梯曲线）、确定/随机；交通系统仿真的概念（课件42以信号交叉口车辆逗留时间仿真为例）	强调各定义的共同点"仿真基于模型"；对照课件38三角图让学生说出三条边各对应哪项基本活动；用课件40的两条曲线区分连续与离散，联系"售票机前排队人数随旅客到达、离开而阶跃变化"；讲三个二分维度，指出本课程的模型"离散、动态、随机"；让学生对自动售票系统归类并说明依据	回到要素表，对售票系统归类（动态、离散、随机）并说出理由	证据：归类结果与理由。教师纠正"离散"与"随机"的混淆
手工仿真：投针实验（55–72分钟）	课件44–45：Leclerc（即布丰）投针估计 $\pi$ ，课件44流程图（准备针并画间隔为 $d$ 的平行线→决定投针次数 $n$ →计数器置0→重复 $n$ 次：随机投针，相交则计数器加1→计算相交比例 $p$ →若 $p>0$ ， $\pi$ 的估计值为 $2l/(pd)$ ）；史料：沃尔夫（1850年，5000多次，3.1596）、拉兹瑞尼（1901年，3408次，3.1415929）；目的是估计、随机性、重复性、实验序列、蒙特卡罗方法（课件39：静态模型通常称蒙特卡洛仿真）	对照课件44流程图，讲述相交概率 $p=\frac{2l}{\pi d}$ （ $l\le d$ ），令 $d=l$ 时 $p=\frac{2}{\pi}\approx 0.637$ ；以相交比例 $\hat p=\frac{k}{n}$ （ $n$ 为投针数， $k$ 为相交数）代入，得估计式 $\hat\pi=\frac{2l}{\hat p\,d}=\frac{2ln}{dk}$ （要求 $k>0$ ）；每组投20针，记录并计算本组 $\hat\pi$ ，汇总到黑板/Excel（30组共600针）；提示 $p$ 的标准误差 $\sqrt{p(1-p)/n}$ ， $n=20$ 时约0.11， $n=600$ 时约0.02；提示拉兹瑞尼3408次的结果好得异常（按标准误差估算，典型偏差约0.04–0.05），只作史料，不作精度示范	一人投针、一人判相交、一人记录、一人计算；上报 $k$ 与 $\hat\pi$	突破难点"随机性与重复性"。证据：全班汇总表；各组差异大于汇总值差异，直观显示 $n$ 增大误差变小
仿真研究的一般过程（72–86分钟）	课件56–59：什么是成功的仿真研究；理解系统、明确目标、建立规范形式的模型、数据收集、实现模型、模型检验、模型验证、实验设计与运行、分析结果、建立文档；课件57–59流程图：理解系统→明确目标→（建立规范形式的模型与数据收集并行）→实现模型→模型检验→模型验证（不通过则返回修改模型、补充数据）→实验设计→实验运行→分析结果→是否再运行→生成文档报告→实施	先讲"成功标准是达到决策者目标"；再把10步及流程图中的回环（验证不通过返回模型与数据、结果不足再运行）标在黑板；让各组为"是否给某车站增加一台自动售票机"拟一条仿真研究技术路线（每步一句话，如目标指标、需要的数据、对比方案），并指出检验和验证区别	小组填写10步技术路线草表并交换审阅	为作业1、作业4打基础。证据：10步路线草表
小结与布置（86–90分钟）	课件44–59	用板书回顾"三要素—分类—投针—10步"；布置课程设计选题（进度表课次2）；提示作业1选定论文的截止时间	记录作业；写出选题意向	对照开课时的概念理解；证据：选题意向

第3课次（第11周）仿真实现方式与建模方法

环节与时间	教学内容（课件页）	教师活动	学生活动	设计意图 / 学习证据
回顾与导入（0–6分钟）	课件56–59	回顾10步；提问"投针靠手，复杂系统怎么办？"，引出编程语言、仿真语言和软件的演进	口头回答，指出手工仿真的局限	承上启下。证据：学生回答
编程语言与仿真语言（6–26分钟）	课件46–48：通用语言（C、FORTRAN、Java）；Java仿真模型公用成分（时钟、初始化、最近时间事件、事件函数、随机变量生成器、主程序、报告生成器）；GPSS/H（块图、事务流经块；建模三步：系统抽象为流程图→用程序块实现功能模块→按程序块写出语句）；GPSS单服务台程序（课件48：系统流程图、程序块图与程序）	先讲灵活但枯燥易错、专用语言要学语法；逐行解释程序：Generate 20,6（到达一个顾客：间隔均值20、半幅6，即在14～26间均匀分布）、Queue WAIT与Depart WAIT（进入、离开队列WAIT）、Seize SERV与Release SERV（占用、释放服务台SERV）、Advance 15,3（服务：均值15、半幅3，即在12～18间均匀分布）、Terminate 1（一个顾客离开系统，终止计数减1）、Start 100（终止计数初值100，处理完100个顾客后结束）；Simulate与End为控制语句	用GPSS读码单逐行写出每条语句含义，并估算服务台忙的比例（15/20约75%）	把单服务台排队系统首次具体化；证据：读码单与估算，后续作业2再对照
高层仿真器与仿真软件（26–38分钟）	课件49–54：高层仿真器；Simio、AnyLogic、Simul8、Arena；软件框架（课件50的Arena六层结构，自上而下为用户建立的模板、应用求解模板、基本操作面板、高等操作与高等运送面板、操作块与构模元素面板（SIMAN）、用户编写的Visual Basic/Java/C/C++代码，层次越低灵活性越高；AnyLogic基于Java，可嵌入Java/VB/C++）；常用软件（课件51–53：Arena、Simio、AnyLogic界面截图）；仿真软件的发展趋势	说明易用与灵活的权衡（课件50：任何建模层次下都用同一个图形用户界面）；对照课件51–53的界面：Arena、Simio的示例都是"旅客到达→售票→离开"的单服务台流程，可与GPSS程序对照；AnyLogic界面由工程和面板、菜单栏、工具栏、图形化编辑器、属性视图组成；演示打开AnyLogic个人学习版的界面（选做，约3分钟）；讲发展趋势（"装配式"建模、与控制软件结合、基于网页访问、协作化）	记录四种软件的特点；说出为什么课程选用AnyLogic（基于Java、可嵌入代码）	对应大纲"仿真软件"。证据：简表
抽象与抽象层级（38–56分钟）	课件61–65：抽象、第一级抽象（现实世界→生物感知系统）与第二级抽象（生物感知系统→人造感知系统）；抽象层级（课件62：同一人物的油画、素描、简笔画）；宏观、中观、微观层次（课件63–65分层图：宏观/战略层如社会系统、生态系统、经济、市场与竞争；中观/战术层如供应链、运输、呼叫中心、仓库、机场、编组站；微观/操作层如行人移动、微观交通、计算机硬件、控制系统），车站接发列车例	解释"抽象层级是主观地包含在模型范围内的信息和细节的数量"，用课件62三幅图说明细节由多到少，用课件63–65分层图说明宏观层关注总量、反馈和高层影响，微观层关注个体对象、精确尺寸、速度和距离；以车站接发列车为例，让学生各写出微观、中观、宏观需要模拟什么（课件指出中观模拟技术作业过程的顺序与时长，而非进路排列的操作过程）	小组3分钟讨论并写出三层各一条；各组汇报	突破难点"层级取舍"。证据：三层对照表
三种建模方法（56–72分钟）	课件66–68：系统动力学（反馈、内部结构）；离散事件（事件改变状态变量）；基于智能体（自底向上、涌现）；三页共用一张分层图，标出三种方法的位置：系统动力学位于高抽象层级，离散事件（以过程为中心）位于中到低层级，基于智能体跨越从微观到较高的层级	对比三者的核心思想，并按课件66–68分层图对比各自的抽象层级范围；出4道辨析题：①客流增长—运能—服务水平—吸引力的反馈；②售票机前的排队；③站台行人的乘降与避让；④自选一个交通问题选方法；说明本课程以离散事件为主	举牌选择方法并陈述理由；完成④	证据：4题结果及理由；检查O1相关概念
本讲总结（72–82分钟）	课件69：主要内容与基本要求	总结四点"本质与适用范围—概念与分类—研究过程—语言软件与方法"；出3道小测：①解析与仿真的区别；②10步中检验与验证的区别；③选一个层级写出理由	独立作答，互评	检验O1概念掌握，证据：小测卡
布置作业1（82–90分钟）	作业1要求（学业评价要求）；课件9	说明作业1：翻译论文，分析研究目的、现状、建模方法、数据、模型、性能指标、验证、实验及结论，并按课件1.4节10步分析其研究过程；提交原文PDF、Word分析报告、PPT，文件命名为"第**小组-第1次作业-原文/分析/演示"；强调译文需标明出处、不得抄袭（S03）	确认论文选题，分配组内任务（每项任务落实到人）	对应O5。证据：各组选题确认表

第4课次（第13周）案例讨论：学生讲解当前仿真研究焦点

环节与时间	教学内容（课件页）	教师活动	学生活动	设计意图 / 学习证据
导入与规则（0–8分钟）	课件20–21、56–59	公布抽签顺序；说明每组汇报7分钟、提问3分钟；汇报须含论文来源与研究问题、建模方法与抽象层级、10步过程对照、性能指标与结论、局限、一条前沿趋势；出示评分要点（研究内容归纳、研究过程分析、陈述与PPT）	明确规则；非汇报组领取"同伴评议表"，每组至少准备一个问题	评价标准前置。证据：评议表分发
汇报一（8–38分钟）	学生PPT；对照课件56–59、66–68	计时、记录；在黑板"过程对照表"中同步标记各组覆盖的步骤；必要时用课件概念追问（如"这篇论文属于哪种建模方法？抽象层级？"）	前3组汇报；其他组听讲、记录并提问	证据：对照表、评议表、提问记录
中场点评（38–45分钟）	课件56–59	针对前3组点评：研究过程分析是否准确、方法判断是否有依据、有无忽视局限；点出共性问题	前3组记录改进；后3组调整汇报	即时反馈，证据：点评要点板书
汇报二（45–75分钟）	学生PPT；对照课件20–21、54	同上；注意第二批组汇报时关注与"数据驱动、数字孪生、AI结合"相关的趋势	后3组汇报与互评	证据同上
总结讨论（75–85分钟）	课件20–21、54、66–68	归纳6篇论文反映的研究焦点、方法与领域，对照课件的趋势（风险分析、复杂系统自底向上、大数据与AI、实时数据驱动、云化）；点评优缺点，提示最新建模方法；融入S03	小组讨论"哪篇论文的做法可借鉴到作业4"，派代表发言	对应O5。证据：趋势归纳、课堂发言记录
提交与布置（85–90分钟）	作业1提交要求	收齐PPT、译文与分析报告；说明未现场汇报的组的评阅方式；预告第9课次排队系统建模	补交材料，整理改进意见	证据：三份文件提交清单

课堂练习与课后作业

课堂练习：第1课次6个适用性判断情景；第2课次自动售票机要素识别表、投针实验、10步技术路线草表；第3课次GPSS读码单、抽象层级对照表、方法辨析题与小测；第4课次论文汇报与同伴评议。
课后作业——对应大纲作业1（应用案例讨论，团队合作，10分，支撑O5）：检索一篇近期WSC论文（建议2021年以后），翻译并按研究目的、现状、方法、数据、模型、指标、验证、实验、结论分析，再按课件1.4节的10步分析其研究过程；提交原文PDF、分析报告、演示PPT。进度表要求：第1课次布置检索，第3课次布置翻译与分析，第4课次（进度表课次8）提交并课堂陈述。
课程设计：第2课次提示选题，与后续作业4（AnyLogic，30分）的技术路线衔接，作业4要求依据课件1.4节提出技术路线。

教学评价

评价证据	对应目标	评价要点
第1课次6题情景判断、课程小结卡	O1（基本原理）、O5（认识趋势）	能引用课件条款说明适用或不适用理由
第2课次要素识别表、归类结果、投针汇总表	O1	要素分类准确；能用重复性与随机误差解释估计值的差异
第2课次10步技术路线草表	O1，为O4铺垫	每步有具体内容，区分检验与验证
第3课次GPSS读码单、层级对照表、方法辨析、小测	O1	程序含义正确；能为问题选择层级与方法并说明理由
作业1三份文件与课堂陈述（10分，等级优秀≥9至不及格<6）	O5	研究内容归纳正确、研究过程分析正确、陈述清晰、PPT质量
课堂表现（5分，教学记录）	综合	出勤、纪律、参与互动

本章内容不直接承担O2、O3、O4的考核，但"仿真研究10步""单服务台排队的GPSS示例"为作业2–4提供方法铺垫。O1最终由期末闭卷考试考核，本章只提供形成性证据。

板书设计

第1章 系统仿真基本理论
├─ 第1课次  本质与适用
│    本质：无风险环境 → 过程改善 / 参数优化 / 变化分析 / 风险缓和
│    适用 vs 不适用：解析可解？直接实验？成本？资源/时间/数据？预期？复杂度？
│    应用与趋势：风险分析 · 复杂系统 · 大数据+AI · 实时数据驱动
├─ 第2课次  系统—模型—仿真
│    系统：实体 属性 活动 状态 事件(内生/外生) 输入/输出
│    解析（求解）  vs  数值（运行）
│    分类：静/动 · 连续/离散 · 确定/随机   → 本课程：离散、动态、随机
│    投针：p=2l/(πd)；p̂=k/n → π̂=2l/(p̂d) · 随机性 · 重复性
│    10步：理解系统→目标→概念模型→数据→实现→检验→验证→实验→分析→文档
│         （验证不通过回到模型/数据；结果不足再运行）
├─ 第3课次  实现与方法
│    语言演进：通用语言 → GPSS → 高层仿真器 → 仿真软件(AnyLogic)
│    抽象层级：微观 / 中观 / 宏观
│    三方法：系统动力学 · 离散事件 · 智能体
└─ 第4课次  案例讨论
     过程对照表（6组 × 10步）  ·  趋势归纳  ·  可借鉴点

教学反思（课后填写）

学生能否准确区分"解析求解"与"仿真运行"？投针实验后，哪些学生仍把仿真输出当作精确值？
第2课次的内容密度（要素、模型、分类、投针、10步）是否超出90分钟的承受能力？哪些环节需要压缩、移到课后，或追加到后续课次？
第4课次的论文汇报中，学生按10步分析研究过程的准确度如何？未能现场汇报的组如何补充反馈？下一轮作业1的选题范围和评分量表要否调整？

交通运输系统仿真

第1章 系统仿真基本理论 教案

课程教学进度安排

教学目标与重点难点

教学目标

教学重点

教学难点

思政目标

教学方式与媒体资源

主要教学方式

使用媒体资源

参考书与参考资料

课前准备

教师准备

学生准备

教学过程

第1课次（第10周）课程导学与仿真的本质、适用范围

第2课次（第10周）系统、模型、仿真与仿真研究过程

第3课次（第11周）仿真实现方式与建模方法

第4课次（第13周）案例讨论：学生讲解当前仿真研究焦点

课堂练习与课后作业

教学评价

板书设计

教学反思（课后填写）

第1章系统仿真基本理论教案