以提高创新能力为目的《计算机仿真》课程教学改革探究

陈芙蓉　孙铁军　金哲永

【摘 要】本文以全面提升学生的创新能力为主要目的，通过对《计算机仿真》课程教学现状的阐述，从理论、实践教学以及考核形式等多维的角度论证了《计算机仿真》课程教学改革的必要性以及相关的改革措施，为科技创新型人才的培养提供了明确的教学实践探索方向。

【关键词】计算机仿真;创新能力;Matlab

中图分类号： O348.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）33-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.014

0 引言

面对市场需求的变化，面向日趋复杂的工业环境，培养可塑性好、创新思维能力突出、可从容应对社会快速发展的高品质工程技术人员，是我国增强综合国力、提升核心竞争力、构建“技术创新”型社会的必经之路[1]。“卓越工程师教育培养计划”是教育部根据国家教育规划政策和人才培养规划政策而配套出台的重大教育改革项目，企业和高校、科研机构联手培育工程技术人员的新机制，可以塑造出具有工业背景且专业化知识深厚的创新型专用人才[2]。

西方发达国家的本科和研究生教育已经将《计算机仿真—基于Matlab的控制系统》（以下简称《计算机仿真》）列为正式的教学计划序列，它是面向工程技术人员和研究人员的一种廉价的、最具效率的工程应用软件，无论数据挖掘、算法设计亦或模型仿真，其均呈现出较为柔性的、可扩展的开发环境，它将高级语言、数据流、工程环境巧妙地整合在工作界面，可实现数据挖掘、数值并行计算、复杂算法调试、数据图像化、模型仿真等诸多功能，广泛地应用于控制系统模型的设计和仿真、信号的测试、测量及处理、通讯、图像和图形处理，甚至是金融工程和财务管理。国内绝大多数本科院校的电气类专业，主要包括电气工程及其自动化专业、自动化专业等，均将《计算机仿真》列入正式的教学计划[3]。

《计算机仿真》课程对于培养学生的创新能力及工程应用能力显得愈发重要。因此如何提高学生对本课程的兴趣和引导学生加强对本课程重要性的认识是当务之急[4]。本文从提高创新思维能力的角度，对《计算机仿真》课程的教学实际情况进行了综合性分析，并进一步从课堂教学、上机实践、考核方式的架构等几个方面提出了具有的改革措施。

1 课堂理论教学实际状况分析

《计算机仿真》课程课堂教学的主要内容主要包括：Matlab程序设计指令系统、控制系统的建模及其相互转换、Simulink-集成的动态仿真环境、连续控制系统的数字仿真，目的是使学生能掌握Matlab的语言结构、相关控制语句的使用方法、绘图功能，进一步加深对控制系统数学模型的理解及对其进行仿真的重要性，强化对学生逻辑思维能力的训练。该课程涵盖的知识点跨度大，对动手能力和逻辑思维能力的要求较高，在理论教学的讲解中存在诸多难点，尽管一些高校已经进行了教学改革的尝试和努力，也取得了卓有成效的效果，但目前仍然存在一些较为突出的弊端。

（1）课堂理论教学的主要授课方式为教师讲解，大多数本科院校在教学计划中将其设置为选修课，学时分配为40小时，其中包括8小时实验课时，较少的实验课时限制了教学内容的深度和广度，使学生在对该课程相关知识的把控上效果不甚理想。一方面由于单一的授课形式缺乏立体感、直观性，学生上课时缺乏主动性，容易对该课程产生厌倦情绪，因此难以掌握该课程的内涵。另一方面，从培养学生的独立思考能力、创新思维能力的角度考虑，这种教学方式明显是应对措施不足。

（2）目前该课程的实验教学主要是以验证性实验为主要内容，重点放在了对Matlab的软件基本操作上，忽略了在实践中对学生创新逻辑思维能力的训练。实验内容多以线性控制系统典型环节的动态响应以及稳定性分析、根轨迹分析、频域分析等内容为主，这些基本的、验证性实验不足以开拓学生的专业视野，达不到提高实际工程应用能力和创新能力的目的。

（3）由于该课程的教学定位为考查课，考核方式为平时成绩10%+实验成绩40%+考试成绩50%，学生们通常会产生一种轻视的心理，认为在其所处的专业领域该课程的地位不重要，在时间上付出较少，在学习侧重点上倾向性不足，成绩合格足矣。因此，考核方式架构的不合理性使其没有起到鼓励、督促学生学好本课程的作用。

2 课程教学应采取的改革举措

基于走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人才强国的国家重大战略部署的大背景下[5]，在教育部“卓越工程师教育培养计划”的大环境下，以全面提高学生的创新思维能力和实践动手能力为宗旨，针对目前《计算机仿真技术》课程的理论授课方式、实验教学的内容、考核方式的构架所存在的弊端，有针对性地提出了几点改革举措。

（1）引入“平面、立体穿插式”课堂理论教学方法。所谓“平面”，是以教师的讲解为主线，重点在于讲解Matlab软件的基本出发点、相关的理念和所采取的方法，通过文字叙述和图形演示的方式，深入浅出的讲解控制系统的构成原理和演示相关工具箱的使用方法。所谓“立体”，在于学生在课堂上的整体表现，将理论知识和实际的模型结合在一起，以实际工程背景下的控制系统模型为实例，将全班分为若干个小组进行实际案例的效果分析，并进行评比活动。通过此类教学模式，可激发学生的求知欲望，调动其学习的主动性，强化其逻辑思维能力的培养。

（2）注重本课程涵盖的知识点跨度大的特点，将实验内容根据“柔性切入”的特点进行设计，恰如其分引入工程实际环境，引导学生深入思考相关课题，带着自己的思路和问题在实验室进行相关的模型搭建和功能仿真测试，更深刻的理解本专业的本质问题，提高对专业知识的把控力度。另外，应支持和鼓励学生参加相应级别（国家级、省级）的科技竞赛活动，激发、引导团队合作、协调能力和竞争意识。

（3）考核方式的构架应进行合理的、相应的调整，拟采取“平时成绩+课程设计+理论考试”的形式，其中平时成绩占20%，课程设计占40%，期末考试占40%。课程设计的物理环境为Matlab数字仿真平台+实验挂件相结合，题目由教师指定或学生自由选题（创新设计型实验），学生根据工作量可二至三人或独立完成相关课题。

3 结束语

本文依据教育部提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力的人才培养模式[6]，针对本科院校《计算机仿真》课程教学目前存在的弊端和不足之处，提出了如下改革举措：引入“平面、立体穿插式”课堂理论教学方法;将实验内容根据“柔性切入”的特点进行设计，恰如其分引入工程实际环境以及对考核方式的构架进行了合理的、相应的调整。以上措施在具体的实践中取得了一定的效果，提高了学生对该课程重要性的认识和学习的主动性，强化了学生创新思维能力了训练，提升了学生的团队合作、协同能力，有利于改善学生毕业后的专业适应能力和提高社会竞争力。

【参考文献】

[1]张建化，王树臣，陈跃.MATLAB软件在《控制工程基础》 课程教学中的应用研究[J].软件导刊，2015，14（12）：202-205.

[2]林卿.《控制工程基础》课程教学方法的改革[J].机电产品开发与创新，2015（4）：144-146.

[3]李辉，姜一波，鄢煜力，等.应用型本科“控制工程基础”教学改革与实践[J].常州工学院学报，2018（2018年02）：93-96.

[4]尚锐，王宏祥，戴晓春.基于MATLAB的機械控制工程基础实验研究[J].实验室科学，2018（2018年02）：84-87.

[5]彭国晋.“MATLAB程序设计与应用”教学改革与实践[J].科教导刊（电子版），2017（25）：82-82.

[6]龚智强，杨胡坤，胡健，等.基于“卓越工程师”培养计划的 “机器人技术”课程教学模式探讨[J].巢湖学院学报，2018， 20（6）：144-147.