以仿真軟件為實驗平臺的自動化專業實驗課程體系改革與探索

[摘要] 實驗教學作為一種必不可少的教學手段已不僅僅是驗證知識和探索新技術的一種方法，還是培養學生多種實踐能力和創新意識的主要手段。運用先進的實驗教學手段，合理設置實驗教材內容，加強綜合型、創新型、探索型實驗，提高學生的學習興趣和學習積極性，增強學生實踐能力、創新能力和綜合素質。

[關鍵詞] 自動化專業 實驗課程 實驗改革 MATLAB仿真

高等學校實驗室承擔著培養高級專門人才，提高學生實踐能力、創新能力，實施素質教育的重要任務，是學校教學、科研工作的重要組成部分，是知識創新、技術開發的重要基地。創建高水平大學，建設一流學科，培養一流人才，必須有一流的實驗室予以支撐。

實驗教學作為一種必不可少的教學手段已不僅僅是驗證知識和探索新技術的一種方法，還是培養學生多種實踐能力和創新意識的主要手段。只有合理地運用這一教學手段，才能使其真正有效地服務于教學，達到培養高級應用型人才的目標。

一、自動化專業系列課程的特點

自動化專業包括的主要控制類課程有：自動控制原理、現代控制理論、過程控制工程基礎、微型計算機控制技術、自動控制系統及應用、信號與系統等，這些課程理論性強，抽象概念多，所涉及的數學基礎比較廣泛，探討的是控制過程的性能及其規律，具有很強的應用性及工程性，與基礎課程相比在研究方法和學習方法方面都有很大不同，因此，學生感到難學，教師覺得難教，教學過程容易枯燥。自動化專業系列課程的實驗教學，作為教學的重要手段顯現出不足，主要表現在以下幾個方面:（1)實驗教材選用單一，有一定局限性;(2)驗證性實驗多，設計性、綜合性和創新性實驗少;(3)運用先進的實驗教學手段不夠。(4)許多設計性、綜合性和創新性實驗由硬件電路難以實現。

針對這種情況，在實驗教學方法上需要進行相應的改革，加強實驗課程建設，以培養高素質應用性人才為宗旨，結合自動化專業課程的實際情況，提高學生的學習興趣和學習積極性，培養學生的創新意識。

二、實驗課程體系改革的探索

隨著微電子技術和計算機軟件技術的發展，計算機輔助設計方法已經開始逐漸進駐各領域，借助計算機仿真技術，可以彌補實驗器材缺乏的不足，減少實驗耗材，完成現有實驗設備難以實現的復雜實驗，縮短實驗時間，更加完整地分析實驗對象的系統性能指標，優化電路設計，具有高效、快速、直觀、完整的優勢。開展仿真實驗可充分利用現有實驗室條件，發揮計算機仿真技術的優勢，即提高了現有實驗設備的利用率又提高了學生對新型軟件的應用能力和科研創新能力。因此，仿真實驗越來越顯露出它的重要性。

MATLAB是控制系統計算機輔助分析與設計的一個卓越平臺，它為控制理論系列課程的教學和實驗提供了一個有實用價值的工具。利用MATLAB語言，可以培養學生的綜合分析能力和設計能力，完成由硬件設計難以實現的設計性、綜合性和創新性實驗，其中的Simulink仿真功能和控制系統工具箱為自動化專業系列課程實驗設計提供了極大的方便。通過實驗不僅幫助學生理解課堂所學理論，而且為學生今后使用MATLAB進行控制系統的分析和設計打下了基礎，有利于培養學生應用計算機輔助分析和設計控制系統的綜合能力。

三、改革的措施

1.調整驗證性實驗的時間

驗證性實驗是為了使學生鞏固理論知識而開設的基礎實驗，實驗內容單一，通過該類實驗可以使學生對實驗儀器的使用及注意事項有比較清楚的了解，培養學生的基本操作、數據處理和計算技能，使教材上的基本理論得到充分的驗證，加深學生對理論教學中各個知識點的理解。

2.增加綜合性、設計性實驗

綜合性、設計性實驗是在學生具有一定基礎知識和基本操作技能的基礎上運用某一課程或多門課程的綜合知識，對學生的綜合實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。其目的在于鍛煉學生對知識綜合應用的能力，培養學生分析和解決復雜問題的能力，在全部或部分驗證性實驗完成之后，適時安排綜合性實驗內容，以培養學生綜合應用能力和創新能力。

3.引入仿真技術，開設研究性實驗

隨著高校生源的增多，現有的實驗設備難以解決高校中學生大量的實驗要求，為了提高實驗教學的質量，解決實驗設備少、難維護、費用高等問題。使用仿真技術進行仿真實驗，學生可以利用計算機房完成實驗系統的設計及仿真，并且可以同時進行相關資料的查詢。利用仿真實驗，可以充分發揮學生的想像力，去實現自己的設計方案而不受實驗設備等方面的限制，同時也不必擔心實驗失敗會對相關設備造成的損壞，這無形中為學生創造力的發揮提供了十分廣闊的空間，這種方式是傳統實驗模式無法實現的，有利于對創造型人才和創新能力的培養，而且有利于降低實驗成本，減少實驗設備的維護與管理，使實驗室的建設進入一個良性發展的軌道。

開設實驗課程：

4.編寫實驗教材

合理設置實驗教材內容，編寫出適合自動化專業學生使用的包括驗證性實驗、綜合性實驗、仿真實驗的一整套專業課程實驗教材，實現實驗教材和課堂教材在時間上和內容上的有機結合，兩者相輔相成。

四、總結

實驗教學作為一種必不可少的教學手段不僅是驗證知識和探索新技術的一種方法，還是培養學生多種實踐能力和創新意識的主要手段。合理設置實驗內容，采用先進的實驗手段，充分發揮學生的想像力，培養學生的創新意識，提高學生的實踐能力和創新能力。以培養高素質應用性人才為宗旨，在先進的實驗教學理念指導下加強實驗室的建設，使自動化專業的實驗室成為優秀人才的培養場所。