《計算機仿真技術》的多層次創新立體教學法研究

莫秋云黃美發馮其云周祖鵬

（1桂林電子科技大學機電工程學院廣西桂林541004；2桂林電子科技大學海洋信息工程學院廣西北海536000）

《計算機仿真技術》的多層次創新立體教學法研究

莫秋云1，2黃美發1，2馮其云2周祖鵬1

（1桂林電子科技大學機電工程學院廣西桂林541004；2桂林電子科技大學海洋信息工程學院廣西北海536000）

本文根據學生在機械工程學科的《計算機仿真技術》課程學習與應用過程中存在的問題，提出培養學生仿真應用研究能力和素質的實踐做法。分析了計算機仿真技術在機械工程領域所涉及的基本內容、特點及基本要求，對影響學生創新能力和綜合素質的幾個關鍵問題進行了分析與闡述。通過學生的創新應用實踐不斷鼓勵探索，形成了培養學生以及能力和素質的多層次立體化的創新教學方法，并已取得了較為顯著的效果。

計算機仿真技術 教學方法 機械工程 創新

一、背景

《計算機仿真技術》是建立在系統科學、系統辨識、控制理論、計算方法和計算機技術等學科基礎上的一門綜合性很強的技術科學，是我校機械工程一級學科應用本科與研究生的連續通開課程。它以計算機和機械工程專業實驗設備及平臺為論證工具，以物理系統的數學模型為基礎，通過數值計算的方法，對已經存在的或尚不存在的機械系統進行創新設計分析和研究。

目前，計算機仿真技術不但是科學研究的有力工具，也是分析、綜合各類工程系統或非工程系統的一種有效研究方法和有力手段。由于在機械工程領域的許多前沿研究大多在研究初期需采用仿真技術實現初步的實驗論證分析，給學生的課程學習也帶來了必要性和緊迫性，學生的學習興趣和對學習的要求都很高。近年來，素質教育尤其是如何培養和提高學生的創新實踐能力成為各高校努力探索的課題。實踐證明，教學內容中的授課內容的設計和創新實踐教學環節可起到至關重要的作用，也是一種鼓勵大學生從事科技創新活動、培養其能力和素質的有效方法。因此，本文探索并總結在機械工程學科的《計算機仿真技術》多層次創新教學過程中培養學生能力和素質的實踐經驗，為同類課程的教學中如何提高學生綜合能力和素質的培養途徑與方法提供借鑒作用。

二、課程內容從理論到實踐至工程應用的逐層系統實現創造能力

《計算機仿真技術》課程的內容主要是由基本概念引出實現方法模型，再應用相應算法結合學科專業技術要求來實現工程應用實例的仿真研究。具體包括以下幾大方面：⑴計算機仿真技術的基本術語和概念；⑵數學模型與仿真模型的構建與實現問題；⑶源自工程技術和科學管理的實際問題；⑷運用建模和計算機仿真獲得正確的實驗結果與分析結論。

《計算機仿真技術》課程實現的教學要求：⑴能夠掌握機械工程應用中所研究問題的仿真方法，并進行明晰的技術性描述；⑵確保使用模型和仿真結果的正確性，仿真實驗結果的有效性；⑶對所研究的機械工程問題仿真結果能夠做出正確研究分析和結論，并提出深入專業研究的可能性與預期結果。

三、多層次理論與實踐深度融合的課程體系構建

計算機仿真的知識的重點是仿真應用與機械科學技術方面結合應用等內容，其主要知識結構是仿真科學與機械工程技術公共的理論。在國內經過專家、學者的多次研討，以及在機械工程學科教學中積累的經驗，初步提出符合國內教學模式框架的以下理論體系，即相似理論、仿真方法論、建模理論、仿真系統理論、仿真可靠性理論及仿真應用的理論六個部分。這六部分理論分別屬于仿真科學與技術的專業基礎理論、專業理論和應用理論，知識體系層次。以上課程體系體現了從系統的數學建模到模型實現，以及仿真結果的分析應用的仿真技術應用過程的清晰脈絡。

四、創新課程教學方法：

首先，構建《計算機仿真技術》課程教學結構合理、教學與教學改革經驗豐富的高水平的教學團隊。

其次，明確教學定位和工程技術應用型課程培養目標：培養在機械工程設計創新等問題的設計分析過程中，可熟練應用計算機仿真工具完成有效實驗分析和工程創新的高級人才。在明確的目標指導下，積極探索教學內容和教學方法的改革，通過循序漸近綜合提高的理論和實踐學習，培養學生掌握仿真的理念與應用技術，包括仿真的特點、步驟、方法、模型的建立轉化和實現等問題；建立重點突出的知識模塊并在規定學時內合理分配授課時間，圍繞仿真技術核心建立數學建模模塊、模型轉化模塊、系統分析與設計模塊，以實現內容體系完整詳略合理的教學布局。作為應用技術型課程，如何進行各模塊與機械工程實踐問題和各模塊之間的有效銜接是教學難點，我們通過構建立體化的教學環境，采用現代教學方法突出教學中的重點難點解決方法，加強難點部分內容的教學互動；采用軟、硬件的實驗手段提高學生直觀認識和實踐能力；采用多層次逐步提高能力的實踐教學活動：基礎實驗層為理論課程的課內實驗、綜合應用實驗層為開放性綜合實驗、解決工程問題實驗層為科研訓練實驗。

第三，改革教學方法及手段。探索并應用現代教學技術與方法：⑴在教學內容上注重知識體系的構建與優化，實現整體性與完整性的統一；⑵在教學過程中采用多媒體與黑板教學相結合、課程教學與網絡教學相結合、理論教學與實踐交叉式教學，形成三維立體式教學模式；⑶在教學過程中積極采用仿真平臺“MATLAB”組合教學法和機械工程實例教學法，實現教學過程互動交流，提高教學質量。

五、結論

在長期的《計算機仿真技術》課程的教學實踐中，“三維立體式”多層教學模式的提出與構建，形成了理論與實驗學習為基礎，工程實例的練習為訓練提高，解決工程應用實際問題為終極目標的三維立體式全方位的學習架構。在不斷探索和打造具有現代教育思想和專業素質的師資隊伍為依托的基礎上，課程組在教學過程中采用理論與實踐互通，教學與科研結合，案例與工程創新設計升華的教學框架模式，組建既能承擔理論課程又能承擔實驗課程，以及從事科學研究的專業教學隊伍。學生連年在省部級相關領域競賽中斬獲佳績。主講教師學生評教保持在90分以上，課程效果學生評教良好。

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莫秋云（1971-），女，山東夏津人，教授，工學博士。

2014年廣西高等教育教學改革項目（2014JGA141），《計算機仿真技術》精品課程