“計算機仿真”教學中引入合作創新的改革嘗試

摘要：指出了“計算機仿真”課程的現行教學模式的特點和存在的問題，探討了這門課程改革的方法，提出在不增加教學課時的前提下，引入合作創新的改革思路和操作模式，這種教學改革不僅有效地提高了教學質量和學生的設計能力，而且極大地激發了學生的創新熱情。

關鍵詞：計算機仿真；教學改革；合作創新

作者簡介：華民剛（1980-），男，江蘇無錫人，河海大學常州校區計算機與信息學院，講師；陳俊風（1979-），女，江蘇句容人，河海大學常州校區計算機與信息學院，講師。（江蘇 常州 213022）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）31-0082-02

計算機仿真技術的應用已經滲透到工程技術的各個領域。最近幾年高校紛紛開設計算機仿真類課程，由于此類課程開設的時間尚短，名稱和內容也不統一，如“計算機仿真”，“控制系統計算機仿真”，“建模與仿真”等，一般大類歸屬于電子信息類，小類歸屬于不同專業，如自動化專業、電子信息專業、測控專業和通信專業等。[1-4]因此針對不同的專業，“計算機仿真”課程的內容需有所側重，要突出專業特點和專業知識的連貫性。該課程課時短，理論性強，且需一定前續的專業課程和高級編程語言的基礎知識，在多年的教學實踐中發現，計算機仿真技術入門難，學生學習熱情不高，且現行的課堂教學模式制約了“計算機仿真”課程的發展。由此認識到，要適應時代發展的需要，從根本上提高教學質量和學生仿真設計的能力，做到學以致用，所以有必要在“計算機仿真”教學中引入合作創新。

一、現行教學模式存在的問題

“計算機仿真”課程教學的主要目標使學生了解仿真技術的發展與應用，能建立系統的仿真模型，學會用MATLAB進行系統仿真，對相關學科有進一步的認識或拓寬知識面，為從事電類不同專業技術的分析與設計和后續課程提供必要的仿真實驗技能。

1.教學模式與仿真課程獨特性之間的矛盾

（1）要想學好“計算機仿真”課程，學生必須具備扎實的基礎知識。“計算機仿真”課程內容包括：仿真的基本概念和基本流程；仿真模型的建立以及相互之間的轉換；連續系統和離散系統仿真的基本算法與方法；建模與仿真的常用計算機軟件，并能聯系專業特色，解決具體問題。這其中涉及應用數學、仿真高級語言（典型如C++，MATLAB）和要仿真的對象的相關專業知識等多門交叉課程。計算機仿真技術離開這些基礎知識，就成了無源之水，無本之木。目前學生基礎參差不齊，普遍存在偏科和厭學的現象，因此在學生一無所知的情形下，講解“計算機仿真”課程就更是費時、費力，且效果差。

（2）學習“計算機仿真”課程需要充分發揮出計算機仿真的實踐性。計算機仿真的學習過程也是應用程序使用的訓練過程。僅僅以課堂講解為主，輔以較少的實驗教學，理論生澀枯燥，難以激發學生學習興趣，更無法充分發揮學生的學習主觀能動性。課堂講解教學無法訓練學生的操作動手能力，也無法使學生理論聯系實際，應用課本中的理論知識來解決實際操作問題。

（3）現在的考核方式難以考核學生的學習情況。現在的考試方法偏重基本知識的測試，而忽視能力的考核，單純以期末考試分數作為學生水平高低的評價標準，不但嚴重扼殺了學生的創新能力，而且不能全面反映學生的學習情況。

2.理論教學與實踐教學難以協調[5，6]

目前“計算機仿真”課程基本上采用課堂教學與上機實踐分開進行的模式。以課堂講解為主，輔以較少的實驗教學。教師會根據自身的具體情況先進行理論知識的講授，而一般上機實踐的機會比較少。與此同時，由于授課與上機是分開進行的，學生在課堂上學到的理論知識不能馬上在上機時加以應用；此外，上機實踐中一般學生多教師少，學生在上機過程中所遇到的問題，教師無法一一解答，很難保證每個學生都認真獨立地完成上機任務。

因此“計算機仿真”僅通過課堂講授是不能達到教學效果的，這樣既吸引不了學生的興趣，也無法讓學生真正理解知識、掌握相關技能。“上機實踐是學習“計算機仿真”課程的重要環節，如何做好兩者之間的銜接，是目前急需解決的問題。

3.專業特色不突出，工程背景不足

“計算機仿真”與不同專業的典型課程都有聯系，如“現代控制理論”、“電力電子技術”、“電機與電力拖動基礎”、“通信原理”、“信號分析與處理”、“過程控制系統”、“電力系統分析”、“自動控制原理”，結合專業課程進行仿真訓練，選擇上述課程的一些內容作為教學例題。然而目前在講解“計算機仿真”課程時，未能結合專業特點，沒有體現出專業特色。

此外“計算機仿真”課程的實踐題目絕大多數都是工程背景不是很明確，題目數量也比較少，對象多為通用的數學模型。因此，要想讓學生學會用MATLAB分析和解決實際工程問題，很難實現。

二、“計算機仿真”教學改革方案

1.理論與實踐相結合教學方式

（1）在“計算機仿真”課程里選用MATLAB語言。該語言簡單易用，有友好的工作平臺和編程環境，具有強大的科學計算機數據處理能力和出色的圖形處理功能。更值得一提的是，MATLAB的應用范圍非常廣泛，應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等各個領域。

（2）將“計算機仿真”課程移至機房，每個學生一臺計算機，邊講邊練。這不但方便學生消化新知識，現場練習，也便于教師現場指導。通過對課程內容和授課地點的調整，學生更能快速地掌握計算機仿真設計的基本思想，并加深對電類學科專業知識的理解，對提高學生分析問題和解決問題的能力，進一步培養學生的科研能力，具有很好的效果。

（3）實行知識與能力并重，理論與實踐結合，重點測試學生理解、掌握、靈活運用所學知識的能力和實踐動手能力的考試方法。采取筆試、綜合答辯、大作業、科研論文等相結合的方式，做到既考知識，又考能力和綜合素質。

2.合作創新的學習方式[7，8]

合作精神與創新能力是現代人才必備的素質之一，傳統的教學模式是以教師為中心，以課堂為中心，學習只是被動地接受學習，長此以往學生的積極性得不到發揮和表現，直接影響了學生的合作精神和創新能力的培養。因此，在“計算機仿真”課程的教學中提出開放的學習過程，培養學生合作創新的學習方式。學生自由分組，3～5人成立學習小組，小組成員之間互動，全面、多樣的自身主體實踐活動，促進他們主體精神、實踐能力和多方面素質的發展。

合作創新的學習方式要面向全體學生，同時注重個體差異，及時收集、處理反饋信息。有一部分學生可能缺乏主觀性，依賴其他學生，在活動中并沒有提出自己的意見。因此在進行課后布置任務時，教師要明確學習任務，布置作業或實驗題目時，同一內容分為基礎篇、提高篇和選做篇。采取小組組長負責制，讓每個小組成員都有事干，使全體學生真正積極主動地參與到活動中來。

3.鼓勵學生對知識的學以致用

鼓勵學生從課程上走出去，將學到的知識用到實處，解決實際問題。“計算機仿真”技術有廣泛的應用，網絡上也興起很多MATLAB技術論壇和計算機仿真論壇，因此要求學生經常在網上瀏覽這類論壇，了解該技術領域的新發展和新變化。鼓勵學生發帖，解決論壇上出現的技術難題，讓學生在解決問題的過程中找到學習的樂趣。此外，培養學生分析問題和解決問題的能力是一項基本功，只要學生能走出第一步，就能了解計算機仿真技術的魅力，同時也能增強自己的自信心。

鼓勵優秀的學生參加數學建模、計算機仿真大賽等省內和全國的比賽，讓學生和全國優秀的人才交流，培養學生的工程實踐能力和創新意識，同時也能進一步加強高等學校創新人才的培養，推動高等學校的教學改革工作。

三、“計算機仿真”教學改革成效

1.學生的學習熱情和學習效果得到了很大的提高

通過在“計算機仿真”課程教學中引入合作創新的改革嘗試，學生在課堂上會積極主動地進行思考和回答問題，對計算機仿真技術充滿了興趣，能夠在教師的引導下對系統建立仿真模型，主動查閱參考書目且提出相關疑難問題。在實踐過程中，大多數學生能夠主動地完成基本的實驗內容和題目，甚至有些學生能更為深入地與教師探討，改進實驗的程序和完成難度更高的實驗。同時學生的期末大作業選題范圍不再局限于課堂內容，而是更貼合于專業，如自動化專業的學生，選用雙容水槽液位控制系統、汽車動力調速系統、無刷直流電機系統、流量跟蹤的溫壓控制系統、倒立擺系統等課題，涉及過程控制系統和運動控制課程的內容。學生可以通過查找相關文獻，初步掌握系統的建模、仿真和結果分析這一流程，從而進行一次比較系統的計算機仿真建模方法的訓練。學生在查找相關文獻和完成任務的過程中，不但可以鞏固課堂和教材上的內容，還可以掌握其他課程或參考文獻中的知識，例如可以運用模糊控制的PID方法來改進無刷直流電機系統的轉速控制，或用線性二次型最優控制的方法來改進倒立擺系統等等。

2.學生的協作和溝通能力得到了增強

合作學習作為現代教學理論與學習策略之一，正在被廣大教育工作者廣泛使用，并起到了積極的推動作用。它創造性地應用互動理論，促進了學生之間相互交流和共同發展，使學生體驗到人與人協作的必要性和重要性，增強學生之間的交流能力，調動所有學生學習“計算機仿真”課程的熱情，培養學生的合作精神和創新能力。學生在小組合作學習中學會容忍別人的不同意見，接納他人的觀點，形成既充滿竟爭又愉快合作的氛圍，從而培養了學生容納型人格。容納型人格表現為學生具有一種兼容并蓄的態度，對人、對事不存偏見，寬容大度，能接受和正視自己的缺點，也能接受別人的意見，正確評價他人。在小組實踐報告會上，很多小組分工明確，領導結構井然有序，完成出高質量的提高題和選做題。大家通過認真聽取和體驗同學們解決問題的思維過程，分享合作學習成功的喜悅，從而使自己受到啟發，得到提高。

3.學生的創新能力得到了很大提高

多數學生經過半年的努力成為網絡論壇專業版的版主，負責協調處理版務的疑難問題。很多學生將計算機仿真技術的知識進一步深化，在畢業設計中，融合使用了計算機仿真的知識，真正做到學有所用，學有所長。

四、結論

通過在“計算機仿真”課程教學中引入合作創新的改革嘗試，教師深深體會到：大學生擁有著旺盛精力、充滿著創新激情、蘊含著無限潛力，思維活躍，容易產生創新的火花，關鍵是如何挖掘和耐心引導他們。對于學生邁開創新的第一步，應該多做積極正面的鼓勵，保護他們的創新熱情，只要引導得法，學生會產生足夠的信心。此外，要引導學生深入思考知識間的內在聯系，提高學生用所學知識解決實際問題的能力。在“計算機仿真”教學中引入合作創新可以培養學生創造能力，在解決問題的過程培養中學生的科學創造力，實際上也是學生重新發現的過程，也是學生創造性地運用所學知識的過程。同時也要培養大學生的合作精神競爭意識，這樣可以提高學習的動力。

參考文獻：

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（責任編輯：劉輝）