《计算机仿真技术》的多层次创新立体教学法研究

莫秋云黄美发冯其云周祖鹏

（1桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004；2桂林电子科技大学海洋信息工程学院广西北海536000）

《计算机仿真技术》的多层次创新立体教学法研究

莫秋云1，2黄美发1，2冯其云2周祖鹏1

（1桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004；2桂林电子科技大学海洋信息工程学院广西北海536000）

本文根据学生在机械工程学科的《计算机仿真技术》课程学习与应用过程中存在的问题，提出培养学生仿真应用研究能力和素质的实践做法。分析了计算机仿真技术在机械工程领域所涉及的基本内容、特点及基本要求，对影响学生创新能力和综合素质的几个关键问题进行了分析与阐述。通过学生的创新应用实践不断鼓励探索，形成了培养学生以及能力和素质的多层次立体化的创新教学方法，并已取得了较为显著的效果。

计算机仿真技术 教学方法 机械工程 创新

一、背景

《计算机仿真技术》是建立在系统科学、系统辨识、控制理论、计算方法和计算机技术等学科基础上的一门综合性很强的技术科学，是我校机械工程一级学科应用本科与研究生的连续通开课程。它以计算机和机械工程专业实验设备及平台为论证工具，以物理系统的数学模型为基础，通过数值计算的方法，对已经存在的或尚不存在的机械系统进行创新设计分析和研究。

目前，计算机仿真技术不但是科学研究的有力工具，也是分析、综合各类工程系统或非工程系统的一种有效研究方法和有力手段。由于在机械工程领域的许多前沿研究大多在研究初期需采用仿真技术实现初步的实验论证分析，给学生的课程学习也带来了必要性和紧迫性，学生的学习兴趣和对学习的要求都很高。近年来，素质教育尤其是如何培养和提高学生的创新实践能力成为各高校努力探索的课题。实践证明，教学内容中的授课内容的设计和创新实践教学环节可起到至关重要的作用，也是一种鼓励大学生从事科技创新活动、培养其能力和素质的有效方法。因此，本文探索并总结在机械工程学科的《计算机仿真技术》多层次创新教学过程中培养学生能力和素质的实践经验，为同类课程的教学中如何提高学生综合能力和素质的培养途径与方法提供借鉴作用。

二、课程内容从理论到实践至工程应用的逐层系统实现创造能力

《计算机仿真技术》课程的内容主要是由基本概念引出实现方法模型，再应用相应算法结合学科专业技术要求来实现工程应用实例的仿真研究。具体包括以下几大方面：⑴计算机仿真技术的基本术语和概念；⑵数学模型与仿真模型的构建与实现问题；⑶源自工程技术和科学管理的实际问题；⑷运用建模和计算机仿真获得正确的实验结果与分析结论。

《计算机仿真技术》课程实现的教学要求：⑴能够掌握机械工程应用中所研究问题的仿真方法，并进行明晰的技术性描述；⑵确保使用模型和仿真结果的正确性，仿真实验结果的有效性；⑶对所研究的机械工程问题仿真结果能够做出正确研究分析和结论，并提出深入专业研究的可能性与预期结果。

三、多层次理论与实践深度融合的课程体系构建

计算机仿真的知识的重点是仿真应用与机械科学技术方面结合应用等内容，其主要知识结构是仿真科学与机械工程技术公共的理论。在国内经过专家、学者的多次研讨，以及在机械工程学科教学中积累的经验，初步提出符合国内教学模式框架的以下理论体系，即相似理论、仿真方法论、建模理论、仿真系统理论、仿真可靠性理论及仿真应用的理论六个部分。这六部分理论分别属于仿真科学与技术的专业基础理论、专业理论和应用理论，知识体系层次。以上课程体系体现了从系统的数学建模到模型实现，以及仿真结果的分析应用的仿真技术应用过程的清晰脉络。

四、创新课程教学方法：

首先，构建《计算机仿真技术》课程教学结构合理、教学与教学改革经验丰富的高水平的教学团队。

其次，明确教学定位和工程技术应用型课程培养目标：培养在机械工程设计创新等问题的设计分析过程中，可熟练应用计算机仿真工具完成有效实验分析和工程创新的高级人才。在明确的目标指导下，积极探索教学内容和教学方法的改革，通过循序渐近综合提高的理论和实践学习，培养学生掌握仿真的理念与应用技术，包括仿真的特点、步骤、方法、模型的建立转化和实现等问题；建立重点突出的知识模块并在规定学时内合理分配授课时间，围绕仿真技术核心建立数学建模模块、模型转化模块、系统分析与设计模块，以实现内容体系完整详略合理的教学布局。作为应用技术型课程，如何进行各模块与机械工程实践问题和各模块之间的有效衔接是教学难点，我们通过构建立体化的教学环境，采用现代教学方法突出教学中的重点难点解决方法，加强难点部分内容的教学互动；采用软、硬件的实验手段提高学生直观认识和实践能力；采用多层次逐步提高能力的实践教学活动：基础实验层为理论课程的课内实验、综合应用实验层为开放性综合实验、解决工程问题实验层为科研训练实验。

第三，改革教学方法及手段。探索并应用现代教学技术与方法：⑴在教学内容上注重知识体系的构建与优化，实现整体性与完整性的统一；⑵在教学过程中采用多媒体与黑板教学相结合、课程教学与网络教学相结合、理论教学与实践交叉式教学，形成三维立体式教学模式；⑶在教学过程中积极采用仿真平台“MATLAB”组合教学法和机械工程实例教学法，实现教学过程互动交流，提高教学质量。

五、结论

在长期的《计算机仿真技术》课程的教学实践中，“三维立体式”多层教学模式的提出与构建，形成了理论与实验学习为基础，工程实例的练习为训练提高，解决工程应用实际问题为终极目标的三维立体式全方位的学习架构。在不断探索和打造具有现代教育思想和专业素质的师资队伍为依托的基础上，课程组在教学过程中采用理论与实践互通，教学与科研结合，案例与工程创新设计升华的教学框架模式，组建既能承担理论课程又能承担实验课程，以及从事科学研究的专业教学队伍。学生连年在省部级相关领域竞赛中斩获佳绩。主讲教师学生评教保持在90分以上，课程效果学生评教良好。

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莫秋云（1971-），女，山东夏津人，教授，工学博士。

2014年广西高等教育教学改革项目（2014JGA141），《计算机仿真技术》精品课程