提高《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)質(zhì)量的新探索

王紅茹

摘 要：通過深入剖析該校本科《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程的特點及現(xiàn)狀，完善現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，采用以“學(xué)習(xí)活動“為中心的思想構(gòu)建《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程網(wǎng)絡(luò)課程輔助教學(xué)。教學(xué)實踐表明，這些措施能很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、挖掘其學(xué)習(xí)潛力，達到了提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：機電系統(tǒng)建模與仿真 教學(xué)改革 網(wǎng)絡(luò)課程

中圖分類號：TP36 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0151-02

《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程是我校本科機械電子工程專業(yè)機電一體化方向的專業(yè)必修課，承載著綜合先修課程、培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重任。該課程涉及的知識面廣，且課程學(xué)習(xí)中涉及到的軟件工具較多。為此，任課教師為該課程準備了大量的課內(nèi)外閱讀素材、案例、多媒體視頻及其他學(xué)習(xí)資源。然而，培養(yǎng)計劃中學(xué)時的壓縮，使得該門課程的授課時間少與待講授內(nèi)容多之間的矛盾日漸突出；再加上，學(xué)生對先修課程內(nèi)容掌握的程度懸殊，所以僅通過課堂教學(xué)（包括理論教學(xué)和實驗教學(xué)）很難達到預(yù)期的教學(xué)效果。

為此，該文在完善現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的基礎(chǔ)上，構(gòu)建《機電系統(tǒng)建模與仿真》網(wǎng)絡(luò)課程，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅將豐富的學(xué)習(xí)資源開放給學(xué)生，同時學(xué)生可將自己對課程內(nèi)容的理解反饋給教師。通過這兩大措施，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和溝通能力，同時有利于師生之間的交流和溝通，最終達到提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。因此，該論文的研究具有重要的實際意義。

1 《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程的特點及現(xiàn)狀

該校本科機電一體化方向?qū)Α稒C電系統(tǒng)建模與仿真》課程的基本要求是使學(xué)生掌握使用計算機進行控制系統(tǒng)仿真的基本方法，同時能夠熟練根據(jù)仿真結(jié)果進行機電系統(tǒng)分析。因此，要求該課程的教學(xué)，必須既注重理論知識的傳授，又加強實踐、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.1 內(nèi)容繁雜，涉及知識面廣

《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程的主要內(nèi)容有機電系統(tǒng)的基本組成、計算機仿真的相關(guān)概念、MATLAB程序設(shè)計與結(jié)果顯示、SIMULINK建模與仿真以及相關(guān)典型機電系統(tǒng)的仿真等[1]。其中每一部分都包含涉及不同學(xué)科的諸多知識點。如電路的建模與仿真部分，包含的知識點有電路的基本組成、分類、矩陣方程的列寫，以及建模與仿真求解方法等；涉及到的學(xué)科包括電工電子技術(shù)、線性代數(shù)、MATLAB程序設(shè)計或SIMULINK仿真等。

1.2 學(xué)時有限，內(nèi)容更新快

該校本科專業(yè)由于其自身的特點，分配給《機電系統(tǒng)建模與仿真》的學(xué)時本身就較少，再加上近年來隨著國家對人才需求的變化，修訂后的教學(xué)培養(yǎng)計劃幾乎每門課程的教學(xué)時數(shù)都在減少[2]。另外，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容需要不斷的更新、補充。

1.3 選課人數(shù)較多，互動性差

由于選課人數(shù)較多，在課堂上要想通過檢查課堂練習(xí)的情況檢驗知識掌握情況幾乎不可能。另外，雖然已采用相關(guān)措施（如E-mail和QQ等）改善教學(xué)方式、增加教學(xué)內(nèi)容，但仍然存在嚴重的互動性差且及時性差的問題。

通過上述分析可以看出，如何在有限的時間內(nèi)將如此繁雜的內(nèi)容高效傳授給學(xué)生并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，成為提高《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。為提高《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)質(zhì)量，該文從教學(xué)改革和網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)兩大方面入手展開研究。

2 教學(xué)改革

該文從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與手段兩大方面提出一些有針對性的改革措施。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

2.1.1 緊扣教學(xué)大綱，精選教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

選用經(jīng)典教材是提高教學(xué)效果、改善教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。該者在日常的教學(xué)過程中，選用王中鮮主編的《MATLAB建模與仿真應(yīng)用》作為主要參考教材，且補充了相關(guān)計算機仿真技術(shù)及機電系統(tǒng)組成等方面的基礎(chǔ)知識。在教學(xué)過程中，避開了傳統(tǒng)教學(xué)進程且充分考慮學(xué)生對先驗知識掌握程度不同，將繁雜的教學(xué)內(nèi)容按相關(guān)性分解成若干個任務(wù)單元，每個任務(wù)單元設(shè)置涵蓋其所有知識點的項目或綜合練習(xí)。且執(zhí)行時，采用先簡后繁的思路，使得整個學(xué)習(xí)過程變成一個循序漸進積累知識的過程。

2.1.2 結(jié)合科研成果，及時更新教學(xué)內(nèi)容

該研究者選用的教材雖然具有代表性，能達到觸類旁通的效果，但其介紹實例畢竟有限。因此，在實際教學(xué)過程中，應(yīng)在保證經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容的同時，結(jié)合自己的科研成果，將跟機電系統(tǒng)仿真相關(guān)的內(nèi)容及時融入課堂教學(xué)。這樣不僅可以拓寬學(xué)生的視野，同時學(xué)生會感到學(xué)到的知識有真正的用武之地而學(xué)習(xí)興趣大漲，進而發(fā)揮其學(xué)習(xí)主動性。

2.1.3 重視能力培養(yǎng)，加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不僅是鞏固理論教學(xué)的重要手段，同時也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要途徑[3]。該校《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程通過如下方式來加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)：一是開設(shè)緊扣理論教學(xué)內(nèi)容的課內(nèi)實驗，這些實驗均要求學(xué)生獨立完成。通過課內(nèi)實驗，學(xué)生對課堂上所學(xué)到的計算機建模與仿真知識有更進一步的理解，同時也提高了他們的動手能力；二是開展內(nèi)容豐富的工程實訓(xùn)。通過提供一些現(xiàn)有的機電系統(tǒng)，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識進行建模仿真并分析系統(tǒng)的性能，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和系統(tǒng)分析能力。

2.2 教學(xué)方法與手段改革

教學(xué)方法與手段是影響教學(xué)質(zhì)量的重要因素。良好的教學(xué)方法與手段不僅能夠達到傳授知識的目的，更重要的是能培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力。

2.2.1 “教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的授課模式

在教學(xué)過程中，避注重學(xué)生參與課堂教學(xué)[4]，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式和互動式等靈活多變的教學(xué)方法。另外，倡導(dǎo)學(xué)術(shù)平等的思想，鼓勵學(xué)生課堂直接提出疑問，這些問題可以由學(xué)生或教師來解答；針對設(shè)計類的課堂思考題和課后習(xí)題，由于思路不同得到結(jié)果不盡相同，可通過組織學(xué)生分組討論，然后由小組代表當(dāng)堂分享其方法及方案，最后由任課教師進行總結(jié)。

2.2.2 靈活多變的教學(xué)手段

該研究者在教學(xué)過程中嘗試將多媒體教學(xué)[5]和板書式教學(xué)教學(xué)方式有機融合，認真分析每一部分任務(wù)，自制形式多樣的多媒體課件并認真準備板書內(nèi)容。另外，讓部分有濃厚興趣的學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新計劃，來完成教師科研項目中的部分內(nèi)容。

3 網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

為進一步提高教學(xué)效果、擴展學(xué)生視野，遵循以“學(xué)習(xí)活動”為中心的思想，構(gòu)建以“學(xué)前指導(dǎo)→課程學(xué)習(xí)→拓展學(xué)習(xí)→實踐應(yīng)用→測試反饋”為主線的《機電系統(tǒng)建模與仿真》網(wǎng)絡(luò)課程。

根據(jù)教學(xué)需要，該網(wǎng)絡(luò)課程包括以下幾個專題。

3.1 課程信息

該專題包括課程導(dǎo)引短片、教學(xué)大綱和課件與教案等。其中，課程導(dǎo)引短片采用flash形式展示使用該門課程的相關(guān)技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計與系統(tǒng)分析的全過程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程清楚該門課程的用武之地，以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣；教學(xué)大綱給出課程性質(zhì)、教學(xué)目標、章節(jié)的進度安排以及重難點等，利于學(xué)生明確課程的學(xué)習(xí)目標和學(xué)時安排，便于其更有針對性的學(xué)習(xí)；教案是按照教學(xué)大綱要求編寫的，包括教學(xué)目的、要求、課堂教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時數(shù)分配等，為學(xué)生提供了明確的學(xué)習(xí)目標和必要的自學(xué)建議與指導(dǎo)，使其在學(xué)習(xí)過程中能夠有的放矢；多媒體課件內(nèi)容緊扣教學(xué)大綱和教學(xué)教案要求，突出重點和難點，提綱挈領(lǐng)，且對一些難點內(nèi)容采用動畫形式展示，便于學(xué)生查缺補漏和自學(xué)。

3.2 課程負責(zé)人

主要介紹教學(xué)團隊的整體情況，課程負責(zé)人、主講教師的教學(xué)及科研方向，提供教師的個人信息和練習(xí)方式，便于學(xué)生遇到學(xué)習(xí)問題時及時聯(lián)系老師。

3.3 學(xué)習(xí)說明

主要介紹該門課程的學(xué)習(xí)方法以及學(xué)習(xí)時應(yīng)該注意的一些問題。

3.4 立體化教學(xué)資源

主要包括圖書資源、網(wǎng)絡(luò)資源、參考資料、教學(xué)案例和習(xí)題庫。其中，圖書資源給出除了教材以外的、校圖書館藏有的其他典型書籍，供學(xué)生課外借閱查看；網(wǎng)絡(luò)資源主要是給出免費提供機電系統(tǒng)仿真學(xué)術(shù)論文、軟件工具使用技巧及技術(shù)交流的網(wǎng)站網(wǎng)址；參考資料給出提高該門課程學(xué)習(xí)效果和擴展該門課程知識范圍的文檔；教學(xué)案例給出體現(xiàn)所學(xué)知識點的真實科研實例，以鞏固學(xué)生所學(xué)知識，同時進一步激發(fā)其學(xué)習(xí)主動性；習(xí)題庫按章給出包含所有知識點同時突出重點內(nèi)容的題目。

3.5 助學(xué)模塊

主要包括公告，作業(yè)、討論、答疑等。其中，公告發(fā)布課程相關(guān)的通知和自主學(xué)習(xí)情況的統(tǒng)計結(jié)果；作業(yè)包括必做和選做（前者是針對重點內(nèi)容和部分難點、但必須掌握的內(nèi)容設(shè)計的；后者是針對難點內(nèi)容及相關(guān)擴展內(nèi)容設(shè)計的）兩部分，且要求學(xué)生在線提交作業(yè)、教師在線批改；討論包括教學(xué)專題討論、難點分析、學(xué)習(xí)方法交流等，可以實現(xiàn)師生、生生之間的交流；答疑部分允許學(xué)生在線發(fā)帖提出問題，便于教師及時幫助學(xué)生解決問題。

4 教學(xué)實踐與效果

將上述教改內(nèi)容應(yīng)用于《機電系統(tǒng)建模與仿真》的整個教學(xué)過程，同時輔助使用網(wǎng)絡(luò)課程，獲得了良好的效果。教學(xué)效果明顯改善，學(xué)生普遍認為使用計算機仿真技術(shù)進行機電系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析并非遙不可及，且對課程內(nèi)容理解較為深刻，絕大部分學(xué)生能自主完成典型機電系統(tǒng)的仿真分析并具備了利用仿真技術(shù)進行機電系統(tǒng)設(shè)計的初步能力。另外，還激發(fā)了部分學(xué)生對計算機建模與仿真相關(guān)領(lǐng)域進行更深入研究的興趣。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對以前所學(xué)相關(guān)課程如線性代數(shù)、自動控制、機電系統(tǒng)設(shè)計及電工電子等課程有了更深層次的理解，增強了他們運用所學(xué)的知識進行機電系統(tǒng)設(shè)計與分析的信心，同時也為他們今后機電相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

該文在深入研究該校本科專業(yè)《機電系統(tǒng)建模與反震》課程的特點及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己從事該課程教學(xué)的親身體會，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段，同時輔以網(wǎng)絡(luò)課程。教學(xué)實踐表明，這些措施在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動了其主觀能動性，提高了教學(xué)質(zhì)量，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)綜合能力。

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