“控制系統CAD及仿真”課程教學改革探討

摘 要:為了進一步提高自動化本科學生的系統設計及應用能力，提高教學質量效果，結合作者的教學實踐經驗，從課程的教學目的，面臨問題，教學實驗以及課程考核方式等方面對“控制系統計算機仿真”課程進行探討。

關鍵詞:控制系統 仿真 教學改革

中圖分類號:G420 文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0180-01

1 課程教學目的

“控制系統CAD及仿真”課程是電氣與電子工程系自動化專業方向的一門專業選修課，課程主要通過Matlab仿真軟件的學習，對控制系統設計進行分析和仿真，為系統工程實現打好理論堅實基礎。

本課程將向學生傳授“仿真技術”這一利器，并要使學生清楚:隨著新技術的不斷發展，將會不斷地產生更有效、更實用的“仿真工具”，應該不斷地學習與掌握之，以使自己能夠“與時俱進”。為學生講明“仿真技術”中所涉及的基本原理、基本概念與基本方法，因為它是能夠有效運用“仿真工具”的理論基礎。為學生提出一些“生動有趣、啟迪思想”的工程實際問題，努力創造一個“自由暢想、激發創造”的空間，以使大家從中體會到:“仿真技術”是學習、科研以及生活中不可缺少的“有力工具”。

2 課程教學面臨問題

仿真技術對于自動化工程技術人員來說意義重大，如何將這種前沿技術引入仿真技術類課程的教學中來，并提高學生的學習興趣，激發學生的創造意識，開闊他們的思維視野，是本課程面臨的重要問題之一。

2.1 教學方式的多樣性問題

與“電路理論”等理論性專業基礎課有所不同，計算機的飛速發展、新的仿真技術不斷出現，要求“仿真技術”類課程的教學方式應該與時俱進。目前，大多數院校都具備多媒體教學條件，應該改進傳統的教學模式，充分利用多媒體教學條件，應用現代化的教學手段，加深學生對問題的理解，反映最新的技術，從而達到教學效果的目的。可以結合仿真實例，以動畫、視頻及軟件演示的方式，讓學生獲取知識的方式更加直觀和生動。

2.2 能力的培養與訓練

仿真技術類課程應該將能力培養放在第一位，學生掌握基本原理、概念和方法是最低層次，這些在前面的專業基礎課里面都應該已經掌握，仿真類課程不是對這些知識的復習;應該充分利用仿真工具，使學生加深理解所學課程與知識內容，培養學生獨立分析和解決問題的能力，激發學生的創造意識，訓練學生的思維方法，是仿真技術類課程教學所面臨的深層次問題。

3 教學實驗改革

該課程目的和性質決定，學生需要有較多的實踐動手機會，所以在新的課程體系中，實驗學時由原來的8學時增至18學時，進一步補充綜合設計性實驗，并且及時更新實驗內容。

3.1 結合實驗教學情況，完成實驗教學內容的改革

原有實驗教學大綱相對比較落后，偏重于基礎操作和驗證性，而所選用的教材《控制系統數字仿真與CAD》(張曉華編寫)從例題到課后習題提供了大量的結合工程的實際問題，如一階直線倒立擺小車位置伺服控制問題、水箱液位控制問題、龍門起重機重物防擺伺服控制問題、燃煤熱水鍋爐水溫控制問題等。選取兩到三個題目作為實驗的新內容，通過對這些問題的分析、設計與仿真實驗研究，有助于提高學生獨立分析與解決問題的能力，同時為畢業生畢業設計的選題打下基礎。

3.2 重視實驗報告的撰寫，實現學生綜合實踐能力的評價

每次實驗結束，要求認真完成實驗報告，通過報告的質量給予學生能力的評價。為了培養學生獨立分析解決問題的能力，提前把實驗內容通知給學生，學生在上機前做好預習，提前查閱相關資料，實驗過程中要求每人一臺計算機。實驗結束后認真整理實驗報告，實驗結果采用打印出來，并且將仿真文件發到電子郵箱里面，不得有復制現象，發現同時打回重做。實驗要求有詳細的結果分析，結合自己上機過程中遇到的問題進行分析。實驗成績作為同學們平時成績的重要一部分，約占平時成績的60%。

4 課程考核方式改革

本課程總學時36學時，其中上機實踐為18學時。本課程內容綜合設計性較強，對理論和實踐要求都比較高。特別是綜合性實驗對同學們的要求比較高，一般上課安排的實驗學時明顯不夠，需要同學們在下面自己上機練習。

4.1 考核方式

鑒于課程的實踐性及應用性比較強的特點，課程結業考核評定以撰寫“課程報告”的形式進行，其重在培養學生自主學習能力與獨立思考能力，檢查學生綜合運用所學知識與基本技能情況，鍛煉學生的書面表達力，鍛煉學生書寫科技論文的能力。如果采用傳統出試卷考試的方式，學生的上機實驗能力無法考核，而且綜合性的設計不易在試卷中體現出來。因此，課程結業考核評定以撰寫“課程報告”的形式進行;其重在培養學生自主學習能力與獨立思考能力，檢查學生綜合運用所學知識與基本技能情況，鍛煉學生的書面表達能力。

4.2 關于“課程報告”的選題及格式要求

“課程報告”包括如下兩部分內容:

(1)必做題:“雙閉環直流調速系統的建模與仿真實驗研究”(參見教材第六章第一節內容)。(2)選做題:在“課程報告”選題一覽中任選一題(參見教材中的相關內容)。

“課程報告”的格式要求:“課程報告”要求按科技論文的格式進行撰寫，要求正文至少包括五部分的內容，即:引言、原理/建模、設計/分析/論述、仿真實驗/結果分析、結論。建議學生參閱“中國電機工程學報”、“控制與決策”、“自動化學報”、“控制理論與應用”雜志上的文章格式進行撰寫。

5 結語

以上是作者在本課程幾年教學過程中，針對課程特點、上機教學實踐、考核方式等提出的一些改進設想，目的是提高學生的綜合應用及設計能力，提高實踐動手能力，并且重點考核學生“解決實際問題的能力”、“歸納總結能力”以及“科技論文的撰寫能力”。目前，作者已在所帶班級教學過程中逐漸實施，學生反映效果較好，極大調動學生的學習積極性和主動性，各方面能力都得到了明顯的提高，從而獲得較好的教學效果。

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