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摘 要：计算机仿真技术是电子与信息专业中重要的专业学科.该文结合教学实践,阐明了电子与信息专业学生掌握计算机仿真技术的重要性.重点研究了计算机仿真技术教学的方法,详细分析了项目教学法、基于MATLAB进行计算机仿真技术的教学改革措施,也探讨了新时代下计算机仿真技术在电子与信息专业中拓展教学的经验和手段,并提出了一些新的教学考核方法.
关 键 词：计算机仿真技术；项目教学法；MATLAB
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)18-4453-02
随着现代工业的发展,科学研究的深入与计算机软、硬件的发展,计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统,特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具,计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门[1].为了拓宽电子与信息专业基础,提高培养对象的整体素质,更好地适应社会对电子与信息专业人才的需求,高校电子与信息类专业的学生应掌握一定的计算机仿真知识与技能.计算机仿真技术课程是我校电信学院面向建筑电气专业的学生开设的一项重要的专业课程,考虑专业应用需求并结合教学实践情况,应逐步推广到电子技术专业与通信专业.我院开设计算机仿真技术课程,目的就是通过本课程的学习,要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论,基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具,以便能灵活应用所学的仿真技术为本专业工作服务.
但是,建筑电气专业开设的计算机仿真技术教学目前还存在很多问题,如仿真实验设备缺乏和实践教学的不足之间的矛盾[1]；新的计算机仿真技术和理论与教材内容所形成的矛盾；如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容的问题[2]；传统教学与多媒体教学的矛盾等.为了达到计算机仿真技术教学的目标,提高建筑电气专业学生的专业素养,本人基于计算机仿真技术方法较多,实践性强的特点,在教学方面做了以下一些探索和实践,取得了一定的经验.
1基于计算机仿真技术特点的项目教学法
“计算机仿真技术”课程的主要内容包括仿真数值计算、仿真模型与仿真算法、优化问题求解方法等基础理论,以及MATLAB仿真工具的使用.其中,仿真技术涉及的原理枯燥难懂,仿真算法复杂,要求学生对高等数学、自动控制理论和计算机编程有较深的了解.因此在教学中发现学生普遍有学习主动性差、畏难等情况.如何激发学生在课堂上的兴趣,提高课堂教学的实效性,是计算机仿真技术教学必须解决的问题.
“项目教学法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动,旨在把学生融入有意义的任务完成的过程中,让学生积极地学习,自主地进行知识的构建,在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的创造潜能,提高学生解决实际问题的综合能力.项目教学法的核心在于针对项目要求积极获取必要的学习资料,进而解决问题.
根据院系教学任务的统一规划,计算机仿真技术这门重要的专业课程课时数仅为24个学时.同时,由于大多数建筑电气的毕业生在计算机仿真技术方面认知能力差,解决应用与开发的能力以及创新能力不强,尤其是动手和实践能力相对较差,这就要求建筑电气专业的学生能够在项目教学法的指导下积极参与计算机仿真实习锻炼.相对于传统的灌输式理论教学模式,教师将需要解决的问题以项目的形式交给学生.在教师的指导下,以小组工作方式,由学生自己按照实际工作的完整程序.这种项目教学模式让学生更加容易掌握仿真技术,更易了解工程实践中计算机仿真技术的发展水平和状况,弥补了理论和实践脱节的缺陷.因此,这种教学方式不仅提升了人才培养质量,实现教学理论与实践有机结合,而且对促进专兼结合的双师型教学队伍建设具有重要的现实意义.
2MATLAB仿真工具在教学中的应用
我院将该课程安排在本科生三年级第二学期或四年级第一学期,这时学生面临着考研与找工作两项压力.如果还是停留在黑板上进行数学推导、算法分析,将难以把学生的注意力留在课堂上,而采用基于MATLAB的多媒体教学,强调仿真技术应用,可以激发学生学习兴趣.在教学中教师应始终围绕要解决的仿真问题和要讲授的仿真理论,适当引用编程实例,突出工具包的使用,拓展最新的仿真应用,引导学生通过实践、分析来选择深入学习的内容.通过多媒体的应用,讲解与演示相结合,信息量大,图文并茂,有具体感性的操作步骤与典型应用实例,可最大程度的激发学生的学习兴趣.通过本人的教学实践发现,MATLAB工具的引入对提高学生掌握计算机仿真技术的应用能力有明显效果,同时对学生的计算机应用水平和技能也取得了较大的提高.但这种教学模式要求专业教师熟悉仿真技术发展现状,及时掌握仿真技术在各个工程领域的最新应用,为学生提供适合、有效的仿真技术资料.
3教学内容的合理整合
以计算机仿真技术教学大纲中规定的基本内容为主线,增加工程实例与专题讲座等环节,目的是使学生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后,强化计算机仿真在实际工程的应用概念.在此基础上,还可根据具体进度进行相应扩充,例如可以开展半实物仿真、刚性系统仿真、现代优化技术等讨论专题.
计算机仿真技术教学关键在于包括引导学生掌握仿真理论基础,培养学生对系统仿真问题的解决思路[4].我们的做法是：
1）理论部分教学采用启发式方法,充分调动学生的思维能力,鼓励学生发现问题,提出问题,勇于对书上的方法做进一步的思考和推广.如在介绍数值积分方法时,讲解过欧拉法和其改进方法后,提示学生是否有可能从几何意义上找到提高精度的其他算法,并在后续的线性多步法中做出对比,从而很好的激发了学生的课堂参与意识,提高了学习兴趣.
2）在上述的项目教学法环境下加强学生独立解决问题的能力.利用学校提供的网络平台为学生收集详实的计算机仿真技术资料,介绍相关理论与技术的发展现状与发展趋势,提供最新的仿真案例,让学生掌握利用网络资源获取更多仿真知识的能力.
3）在完成了教学主线规定内容后,尽可能的给学生讲解计算机仿真技术的科研课题,如仿真技术在工业过程控制中的应用等.
4总结
上述教学方法和经验是经过多年的计算机仿真技术教学探索、实践与研究后取得的一些成果.实践表明,合理的应用先进教学理论,结合科学的教学方法,就可以有效地提高学生的学习兴趣和理解程度,从而保证了建筑电气专业计算机仿真技术教学的先进性和实用性.