以提高創(chuàng)新能力為目的《計(jì)算機(jī)仿真》課程教學(xué)改革探究

陳芙蓉　孫鐵軍　金哲永

【摘 要】本文以全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力為主要目的，通過(guò)對(duì)《計(jì)算機(jī)仿真》課程教學(xué)現(xiàn)狀的闡述，從理論、實(shí)踐教學(xué)以及考核形式等多維的角度論證了《計(jì)算機(jī)仿真》課程教學(xué)改革的必要性以及相關(guān)的改革措施，為科技創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了明確的教學(xué)實(shí)踐探索方向。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)仿真;創(chuàng)新能力;Matlab

中圖分類(lèi)號(hào)： O348.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）33-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.014

0 引言

面對(duì)市場(chǎng)需求的變化，面向日趨復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，培養(yǎng)可塑性好、創(chuàng)新思維能力突出、可從容應(yīng)對(duì)社會(huì)快速發(fā)展的高品質(zhì)工程技術(shù)人員，是我國(guó)增強(qiáng)綜合國(guó)力、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力、構(gòu)建“技術(shù)創(chuàng)新”型社會(huì)的必經(jīng)之路[1]。“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是教育部根據(jù)國(guó)家教育規(guī)劃政策和人才培養(yǎng)規(guī)劃政策而配套出臺(tái)的重大教育改革項(xiàng)目，企業(yè)和高校、科研機(jī)構(gòu)聯(lián)手培育工程技術(shù)人員的新機(jī)制，可以塑造出具有工業(yè)背景且專(zhuān)業(yè)化知識(shí)深厚的創(chuàng)新型專(zhuān)用人才[2]。

西方發(fā)達(dá)國(guó)家的本科和研究生教育已經(jīng)將《計(jì)算機(jī)仿真—基于Matlab的控制系統(tǒng)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《計(jì)算機(jī)仿真》）列為正式的教學(xué)計(jì)劃序列，它是面向工程技術(shù)人員和研究人員的一種廉價(jià)的、最具效率的工程應(yīng)用軟件，無(wú)論數(shù)據(jù)挖掘、算法設(shè)計(jì)亦或模型仿真，其均呈現(xiàn)出較為柔性的、可擴(kuò)展的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它將高級(jí)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)流、工程環(huán)境巧妙地整合在工作界面，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)值并行計(jì)算、復(fù)雜算法調(diào)試、數(shù)據(jù)圖像化、模型仿真等諸多功能，廣泛地應(yīng)用于控制系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)和仿真、信號(hào)的測(cè)試、測(cè)量及處理、通訊、圖像和圖形處理，甚至是金融工程和財(cái)務(wù)管理。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)本科院校的電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)，主要包括電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)等，均將《計(jì)算機(jī)仿真》列入正式的教學(xué)計(jì)劃[3]。

《計(jì)算機(jī)仿真》課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及工程應(yīng)用能力顯得愈發(fā)重要。因此如何提高學(xué)生對(duì)本課程的興趣和引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)本課程重要性的認(rèn)識(shí)是當(dāng)務(wù)之急[4]。本文從提高創(chuàng)新思維能力的角度，對(duì)《計(jì)算機(jī)仿真》課程的教學(xué)實(shí)際情況進(jìn)行了綜合性分析，并進(jìn)一步從課堂教學(xué)、上機(jī)實(shí)踐、考核方式的架構(gòu)等幾個(gè)方面提出了具有的改革措施。

1 課堂理論教學(xué)實(shí)際狀況分析

《計(jì)算機(jī)仿真》課程課堂教學(xué)的主要內(nèi)容主要包括：Matlab程序設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的建模及其相互轉(zhuǎn)換、Simulink-集成的動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境、連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真，目的是使學(xué)生能掌握Matlab的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)、相關(guān)控制語(yǔ)句的使用方法、繪圖功能，進(jìn)一步加深對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的理解及對(duì)其進(jìn)行仿真的重要性，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生邏輯思維能力的訓(xùn)練。該課程涵蓋的知識(shí)點(diǎn)跨度大，對(duì)動(dòng)手能力和邏輯思維能力的要求較高，在理論教學(xué)的講解中存在諸多難點(diǎn)，盡管一些高校已經(jīng)進(jìn)行了教學(xué)改革的嘗試和努力，也取得了卓有成效的效果，但目前仍然存在一些較為突出的弊端。

（1）課堂理論教學(xué)的主要授課方式為教師講解，大多數(shù)本科院校在教學(xué)計(jì)劃中將其設(shè)置為選修課，學(xué)時(shí)分配為40小時(shí)，其中包括8小時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，較少的實(shí)驗(yàn)課時(shí)限制了教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，使學(xué)生在對(duì)該課程相關(guān)知識(shí)的把控上效果不甚理想。一方面由于單一的授課形式缺乏立體感、直觀性，學(xué)生上課時(shí)缺乏主動(dòng)性，容易對(duì)該課程產(chǎn)生厭倦情緒，因此難以掌握該課程的內(nèi)涵。另一方面，從培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新思維能力的角度考慮，這種教學(xué)方式明顯是應(yīng)對(duì)措施不足。

（2）目前該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容，重點(diǎn)放在了對(duì)Matlab的軟件基本操作上，忽略了在實(shí)踐中對(duì)學(xué)生創(chuàng)新邏輯思維能力的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以線性控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及穩(wěn)定性分析、根軌跡分析、頻域分析等內(nèi)容為主，這些基本的、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不足以開(kāi)拓學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野，達(dá)不到提高實(shí)際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的目的。

（3）由于該課程的教學(xué)定位為考查課，考核方式為平時(shí)成績(jī)10%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)40%+考試成績(jī)50%，學(xué)生們通常會(huì)產(chǎn)生一種輕視的心理，認(rèn)為在其所處的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域該課程的地位不重要，在時(shí)間上付出較少，在學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)上傾向性不足，成績(jī)合格足矣。因此，考核方式架構(gòu)的不合理性使其沒(méi)有起到鼓勵(lì)、督促學(xué)生學(xué)好本課程的作用。

2 課程教學(xué)應(yīng)采取的改革舉措

基于走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、建設(shè)人才強(qiáng)國(guó)的國(guó)家重大戰(zhàn)略部署的大背景下[5]，在教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的大環(huán)境下，以全面提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐動(dòng)手能力為宗旨，針對(duì)目前《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》課程的理論授課方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、考核方式的構(gòu)架所存在的弊端，有針對(duì)性地提出了幾點(diǎn)改革舉措。

（1）引入“平面、立體穿插式”課堂理論教學(xué)方法。所謂“平面”，是以教師的講解為主線，重點(diǎn)在于講解Matlab軟件的基本出發(fā)點(diǎn)、相關(guān)的理念和所采取的方法，通過(guò)文字?jǐn)⑹龊蛨D形演示的方式，深入淺出的講解控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理和演示相關(guān)工具箱的使用方法。所謂“立體”，在于學(xué)生在課堂上的整體表現(xiàn)，將理論知識(shí)和實(shí)際的模型結(jié)合在一起，以實(shí)際工程背景下的控制系統(tǒng)模型為實(shí)例，將全班分為若干個(gè)小組進(jìn)行實(shí)際案例的效果分析，并進(jìn)行評(píng)比活動(dòng)。通過(guò)此類(lèi)教學(xué)模式，可激發(fā)學(xué)生的求知欲望，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，強(qiáng)化其邏輯思維能力的培養(yǎng)。

（2）注重本課程涵蓋的知識(shí)點(diǎn)跨度大的特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)“柔性切入”的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，恰如其分引入工程實(shí)際環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生深入思考相關(guān)課題，帶著自己的思路和問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的模型搭建和功能仿真測(cè)試，更深刻的理解本專(zhuān)業(yè)的本質(zhì)問(wèn)題，提高對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的把控力度。另外，應(yīng)支持和鼓勵(lì)學(xué)生參加相應(yīng)級(jí)別（國(guó)家級(jí)、省級(jí)）的科技競(jìng)賽活動(dòng)，激發(fā)、引導(dǎo)團(tuán)隊(duì)合作、協(xié)調(diào)能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

（3）考核方式的構(gòu)架應(yīng)進(jìn)行合理的、相應(yīng)的調(diào)整，擬采取“平時(shí)成績(jī)+課程設(shè)計(jì)+理論考試”的形式，其中平時(shí)成績(jī)占20%，課程設(shè)計(jì)占40%，期末考試占40%。課程設(shè)計(jì)的物理環(huán)境為Matlab數(shù)字仿真平臺(tái)+實(shí)驗(yàn)掛件相結(jié)合，題目由教師指定或?qū)W生自由選題（創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)），學(xué)生根據(jù)工作量可二至三人或獨(dú)立完成相關(guān)課題。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)教育部提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的人才培養(yǎng)模式[6]，針對(duì)本科院校《計(jì)算機(jī)仿真》課程教學(xué)目前存在的弊端和不足之處，提出了如下改革舉措：引入“平面、立體穿插式”課堂理論教學(xué)方法;將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)“柔性切入”的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，恰如其分引入工程實(shí)際環(huán)境以及對(duì)考核方式的構(gòu)架進(jìn)行了合理的、相應(yīng)的調(diào)整。以上措施在具體的實(shí)踐中取得了一定的效果，提高了學(xué)生對(duì)該課程重要性的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，強(qiáng)化了學(xué)生創(chuàng)新思維能力了訓(xùn)練，提升了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、協(xié)同能力，有利于改善學(xué)生畢業(yè)后的專(zhuān)業(yè)適應(yīng)能力和提高社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

【參考文獻(xiàn)】

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