面向創新能力培養的《Matlab與控制系統仿真》課程教學改革探究

裴惠琴 賴強

摘要：本文以創新思維能力的人才培養為目標，著重闡述《Matlab與控制系統仿真》教學現狀的基礎之上，從理論教學、實踐教學、考核模式等方面提出《Matlab與控制系統仿真》教學課程的改革措施。通過探索和總結以推動該課程改革建設有效提高教學質量。

關鍵詞：《Matlab與控制系統仿真》；創新能力；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0105-02

一、引言

面向工業界、面向未來，培養造就創新能力強，適應經濟社會發展所需的高質量工程技術人才，對于構建創新型國家以實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源優勢增強我國核心競爭力和綜合國力。2010—2020年教育部實施“卓越工程師教育培養計劃”項目正是為了培養創新能力和強化工程能力人才而開展的，高等院校與行業企業聯合培養人才新機制，亦而有效造就更多具備專業化相關知識和工程背景的工業化發展所需的創新力強的應用型人才。

Matlab和Mathematica、Maple并稱為三大數學軟件，美國和歐洲的大學將Matlab已正式列入本科和研究生教育階段的教學計劃，它是面向工程師和科學家的最簡單和最具生產力的軟件，無論分析數據、開發算法還是創建模型，其提供了鼓勵探索發展的環境，它可將高級語言與迭代式工程和科學工作流進行調整的桌面環境相結合，可實現數據分析、數值計算、算法設計、數據可視化、建模仿真等功能，廣泛應用于信號處理和測試/量、圖像處理、通訊、控制系統設計與仿真、財務與金融工程、管理與調度優化計算（運籌學）、計算生物學等。國內目前大多數高校電氣類專業（包括自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程等）均開設了Matlab課程[1]。這里，《Matlab與控制系統仿真》課程內容包含Matlab語言基礎和控制系統基礎知識及相應的仿真，主要適用于自動化專業的本科生和研究生。

《Matlab與控制系統仿真》課程作為教學計劃課程對于“卓越計劃”培養具有較強創新能力和工程能力的人才顯得尤為重要。因此怎樣教授該課程促使學生對這門語言真正感興趣并且學有所用有著重要的意義。本文從創新能力角度出發，對《Matlab與控制系統仿真》教學現狀綜合分析，進而從理論教學、實踐教學、考核模式這三個方面探究該教學課程的改革措施。

二、課程教學現狀分析

《Matlab與控制系統仿真》旨在傳授Matlab程序設計語言基礎、控制系統理論基礎、Simulink交互式仿真環境、線性控制系統的分析與仿真、最優控制系統設計及仿真的相關內容，使學生能夠掌握程序設計語言基本知識、編程方法、Simulink建模仿真，加深理解和掌握控制系統設計和仿真，培養綜合性分析和解決問題的能力。該課程涵蓋內容深廣，實踐能力和邏輯思維能力要求比較強，因此教學中存在一定難度，國內高校多年來已有不少顯有成效的改革和嘗試[2-6]，但依然存在一些突出問題。

1.課堂教學中主要以教師講解為主，該課程教學計劃中大多數高等院校都定為選修課，一般學時分配數為32學時，理論課時16學時，較少的課時數完成繁重的教學內容，以至于授課時追求內容的量，如此使得學生深入地理解和掌握所要求的學習內容將存在一定的弊端。一方面灌輸式的授課模式缺乏直觀性，難于真正理解掌握知識，容易使得學生缺乏上課的積極主動性，對課程學習興趣不足。另一方面該種教學方式對于培養學生的獨立性、創新思維能力和工作能力明顯不足。

2.目前實驗教學大多偏向傳統的驗證性實驗，偏重操作Matlab軟件的學習，對于培養學生創新思維能力方顯不足。《Matlab與控制系統仿真》所開設實驗課一般為控制系統的Matlab典型環節的研究、控制系統的Matlab瞬態響應和穩定性、控制系統的頻率特性、控制系統的Matlab頻域分析以及最優控制系統設計，這些基本實驗不足以引導學生開拓視野，強化創新性思維能力和實踐動手能力的培養。

3.該課程基本定位是考查課，大部分考核方式平時成績40%+期末考試成績60%，學生將會產生一種忽視的心理，認知該課在所學專業領域的地位比較低，不認真對待課程重要知識的學習，認為只需要最終考核成績基本過關足矣。總之，該種考核模式具有單一性、固執性不能夠督促學生較好的開展學習。

三、課程教學改革措施

根據《Matlab與控制系統仿真》課程當前的教學模式不利于培養具有創新力和實踐動手能力相對較強的學生。現有開展的教學模式普遍存在一定缺陷，對此本文在教育部“卓越計劃”大背景下，面向創新力和實踐力培養為宗旨，針對理論教學、實踐教學、考核模式不足之處，相應地提出以下幾點改革措施。

1.引入“縱橫交叉式”課堂教學模式，縱向，在于教師課堂上的引導作用，著重讓學生清楚Matlab程序設計的最基本思想、理念和方法，采用圖文并茂方式，深入講解控制系統各種常用工具箱原理和使用。橫向，在于學生課堂上的主體展現，理論與實際相結合模式，以工程實際控制系統為例，分3—5人小組展開課堂分析討論評比積分活動，若教學課時數甚少，則將這一項布置為課后討論題。這種模式可以激發學生的興趣，增強積極主動性，培養學生的創新邏輯思維能力。

2.注重多學科之間的交融性，依據課程內容“柔性機制”設計實驗，引出實際工程問題，使得學生深入思考課題，有想法和帶著問題進入實驗室進行討論與建模和設計仿真，進一步掌握控制系統核心知識，達到融會貫通，促使提高學生的獨立思考和創新能力。此外，積極促使學生參加國家級/省級各類競賽活動，激發團隊協調協作能力和競爭能力。

3.本科教學該課程定位是考查課，考核模式可合理調整，采用“平時成績積分制+課程設計”，平時成績占30%，課程設計70%，課程設計基于硬件實驗裝置和Matlab仿真平臺相結合方式，由教師選題或者自行選題（設計性），學生獨立或者不多于三人搭檔完成控制系統綜合設計實踐。研究生教學則完全著重控制系統的建模、控制器設計、控制系統校正設計強化創新能力和獨立思考研究能力的實戰鍛煉。

四、結束語

本文依據目前教育部人才培養機制，以創新能力和實踐能力培養為目標，針對《Matlab與控制系統仿真》現有教學所存在的一般性不足之處，教學過程中引入“縱橫交叉式”課堂教學模式，基于課程內容“柔性機制”設計實驗以及考核方式課程設計為主，初步實施取得了一定的成績，有效鍛煉和提高了學生上課的積極主動性和創新性的邏輯思維能力以及團隊協同能力，以促使學生行之有效的解決實踐問題，有利于學生今后就業和較快的適應社會工作。

參考文獻：

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[2]林峰.Matlab與系統仿真”課程的教學改革[J].電氣電子教學學報，2015，37（3）：12-14.

[3]劉政，趙振華.應用型自動化類專業Matlab實驗教學應用研究[J].教育教學論壇，2015，（22）：227-228.

[4]王玉芳，葉小嶺，陳逸菲.電氣信息類專業Matlab課程教學改革探討[J].軟件導刊，2016，15（11）：218-220.

[5]闞秀，李媛媛，羅曉，等.Matlab在控制系統教學中的應用探討[J].科教導刊（中旬刊），2017，（8）：048.

[6]賴強，楊靜.創新創業背景下自動化實踐教學改革[J].教育教學論壇，2017，（43）：105-106.