計算機仿真技術(shù)課程教學中的應(yīng)用

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摘要：在研究生的計算機仿真技術(shù)課程教學中，針對機械工程類研究生的專業(yè)方向、課程體系的設(shè)置以及工科研究生自身特點，為培養(yǎng)研究生的自主學習能力、創(chuàng)新能力以及增強其工程應(yīng)用意識，通過在計算機仿真技術(shù)課程教學的經(jīng)驗積累，逐步探索出以項目驅(qū)動為主要教學方法，通過實踐應(yīng)用，取得良好的教學效果。

關(guān)鍵詞：項目教學法；計算機仿真；創(chuàng)新；實踐

一、前言

研究生教學有其突出的特點，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實，獲取書本知識能力強。但同時也存在創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點。本人通過十多年研究生教學的實踐，結(jié)合本學院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對性強等特點，對如何在研究生教學改革中突出培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力，增強學生的創(chuàng)新意識與工程應(yīng)用能力等問題進行了一些改革創(chuàng)新。

二、課程定位及課程特點

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學研究的深入與計算機軟、硬件的發(fā)展，計算機仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具，計算機仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國防軍事、國民經(jīng)濟、社會生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)外眾多學者認為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認為是“使能”技術(shù)。計算機仿真技術(shù)是仿真科學與技術(shù)涉及到的有關(guān)具體仿真技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。為了拓寬機械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會對機械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計算機仿真知識與技能。計算機仿真技術(shù)課程是我校機械工程學院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學實踐情況，課程目的是通過本課程的學習，要求學生掌握計算機仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統(tǒng)或非工程系統(tǒng)提供一種有力的工具，以便能靈活應(yīng)用所學的計算機仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實踐性強的特點；另一方面，授課對象專業(yè)方向較多、授課學時有限等特點，如何解決在有限的教學課時內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對計算機仿真技術(shù)課程進行教學方法和手段的改革探索和實踐，以達到計算機仿真技術(shù)教學目標。

三、教學內(nèi)容的設(shè)置和教學方法的選擇

課程開設(shè)初期，由于只是機械電子工程專業(yè)方向的同學選修，所以所講內(nèi)容基本針對該專業(yè)方向進行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學生所屬專業(yè)方向的擴大，專業(yè)方向包括：機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設(shè)計及理論、車輛工程、機械工程（專業(yè)學位）等，基本涵蓋了機械工程學院的所有專業(yè)方向。計算機仿真技術(shù)課程涉及多個交叉學科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計算方法、計算機編程、計算機圖形學、高等數(shù)學、自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計等課程。如何講出本課程的特點，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學內(nèi)容的選排上下功夫。項目教學法是一種以任務(wù)驅(qū)動、以項目為基本教學單元，將理論教學和實踐教學有機融合在一起，強調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學生在整個教學過程中的主體地位。因此，為了滿足各個專業(yè)方向?qū)W生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的學術(shù)論文和碩士學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對教學內(nèi)容、教學手段和教學考核方法等不斷進行調(diào)整和完善。1.采取項目專題方式進行教學內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學方法使課程主題內(nèi)容分明，有利于將仿真方法講深、講透。2.擴展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計算、優(yōu)化設(shè)計、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計以及與外部軟件的接口等內(nèi)容，以滿足各專業(yè)方向?qū)W生的需求。3.增加與課程相結(jié)合的實驗教學內(nèi)容。計算機仿真技術(shù)本來是實踐性很強的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。因此并結(jié)合各個專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計若干個專題實驗，使學生學以致用，培養(yǎng)學生將該門課程應(yīng)用于實際工程的能力。4.采用多個工程應(yīng)用實例進行教學，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學生從生產(chǎn)實際認知的研究對象，提升到理論高度的學習，應(yīng)用所學的各科理論知識和技術(shù)手段，進行數(shù)學建模、仿真建模的建立，并對模型求解以及特性進行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學生學習興趣，最終解決實際工程問題，培養(yǎng)學生解決工程實例問題的能力。5.結(jié)合學科前沿，進行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強化計算機仿真在實際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項目形式，開展課程學科前沿以及將該門課程與現(xiàn)代技術(shù)融合等專題討論。6.增加實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實際應(yīng)用能力。利用各種平臺，擴充計算機仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學團隊的科研課題，設(shè)計實驗項目，培養(yǎng)研究生工程實際應(yīng)用能力。

四、項目教學法的教學效果

基于項目教學法計算機仿真技術(shù)課程的教學方法改革與實踐，滿足機械工程學院各個專業(yè)方向研究生的需求，教學方法和手段的完善，使研究生自主學習能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進一步的提高。計算機仿真技術(shù)作為工科研究生的必備研究手段和技術(shù)，使學生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學術(shù)論文和學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業(yè)方向研究生的普遍認同。本人指導的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計算機仿真技術(shù)。

五、結(jié)束語

根據(jù)工科研究生自身特點、研究方向以及課程體系設(shè)置等情況，本文以計算機仿真技術(shù)課程教學為例，基于項目教學法為主要方法，對課程的特點、教學內(nèi)容設(shè)置、教學方法實施等方面進行了總結(jié)，達到本門課程的教學目的，滿足研究生的培養(yǎng)要求和培養(yǎng)目標。

作者:羅艷蕾 羅瑜 劉會勇 單位:貴州大學機械工程學院