提高《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程教學質(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)有教學內(nèi)容、方法和手段，采用以“學習活動“為中心的思想構(gòu)建《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程網(wǎng)絡課程輔助教學。教學實踐表明，這些措施能很大程度上激發(fā)學生的學習興趣、挖掘其學習潛力，達到了提高教學質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：機電系統(tǒng)建模與仿真 教學改革 網(wǎng)絡課程

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)學生綜合素質(zhì)的重任。該課程涉及的知識面廣，且課程學習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習資源。然而，培養(yǎng)計劃中學時的壓縮，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（包括理論教學和實驗教學）很難達到預期的教學效果。

為此，該文在完善現(xiàn)有教學內(nèi)容、方法和手段的基礎上，構(gòu)建《機電系統(tǒng)建模與仿真》網(wǎng)絡課程，利用網(wǎng)絡技術(shù)，不僅將豐富的學習資源開放給學生，同時學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)學生的自學能力和溝通能力，同時有利于師生之間的交流和溝通，最終達到提高教學效果、培養(yǎng)學生綜合能力的目的。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，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；涉及到的學科包括電工電子技術(shù)、線性代數(shù)、MATLAB程序設計或SIMULINK仿真等。

1.2 學時有限，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，修訂后的教學培養(yǎng)計劃幾乎每門課程的教學時數(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）改善教學方式、增加教學內(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》課程教學質(zhì)量的關(guān)鍵。為提高《機電系統(tǒng)建模與仿真》課程教學質(zhì)量，該文從教學改革和網(wǎng)絡資源建設兩大方面入手展開研究。

2 教學改革

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

2.1 教學內(nèi)容改革

2.1.1 緊扣教學大綱，精選教材，優(yōu)化教學內(nèi)容

選用經(jīng)典教材是提高教學效果、改善教學質(zhì)量的基礎。該者在日常的教學過程中，選用王中鮮主編的《MATLAB建模與仿真應用》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)組成等方面的基礎知識。在教學過程中，避開了傳統(tǒng)教學進程且充分考慮學生對先驗知識掌握程度不同，將繁雜的教學內(nèi)容按相關(guān)性分解成若干個任務單元，每個任務單元設置涵蓋其所有知識點的項目或綜合練習。且執(zhí)行時，采用先簡后繁的思路，使得整個學習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，在實際教學過程中，應在保證經(jīng)典教學內(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。這樣不僅可以拓寬學生的視野，同時學生會感到學到的知識有真正的用武之地而學習興趣大漲，進而發(fā)揮其學習主動性。

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

實踐教學環(huán)節(jié)不僅是鞏固理論教學的重要手段，同時也是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力的重要途徑[3]。該?！稒C電系統(tǒng)建模與仿真》課程通過如下方式來加強實踐教學環(huán)節(jié)：一是開設緊扣理論教學內(nèi)容的課內(nèi)實驗，這些實驗均要求學生獨立完成。通過課內(nèi)實驗，學生對課堂上所學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。通過提供一些現(xiàn)有的機電系統(tǒng)，要求學生根據(jù)所學的知識進行建模仿真并分析系統(tǒng)的性能，旨在培養(yǎng)學生的動手能力和系統(tǒng)分析能力。

2.2 教學方法與手段改革

教學方法與手段是影響教學質(zhì)量的重要因素。良好的教學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)學生的主動學習能力。

2.2.1 “教師主導，學生主體”的授課模式

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

2.2.2 靈活多變的教學手段

該研究者在教學過程中嘗試將多媒體教學[5]和板書式教學教學方式有機融合，認真分析每一部分任務，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生參與大學生創(chuàng)新計劃，來完成教師科研項目中的部分內(nèi)容。

3 網(wǎng)絡課程建設

為進一步提高教學效果、擴展學生視野，遵循以“學習活動”為中心的思想，構(gòu)建以“學前指導→課程學習→拓展學習→實踐應用→測試反饋”為主線的《機電系統(tǒng)建模與仿真》網(wǎng)絡課程。

根據(jù)教學需要，該網(wǎng)絡課程包括以下幾個專題。

3.1 課程信息

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

3.2 課程負責人

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

3.3 學習說明

主要介紹該門課程的學習方法以及學習時應該注意的一些問題。

3.4 立體化教學資源

主要包括圖書資源、網(wǎng)絡資源、參考資料、教學案例和習題庫。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，供學生課外借閱查看；網(wǎng)絡資源主要是給出免費提供機電系統(tǒng)仿真學術(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習效果和擴展該門課程知識范圍的文檔；教學案例給出體現(xiàn)所學知識點的真實科研實例，以鞏固學生所學知識，同時進一步激發(fā)其學習主動性；習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)的通知和自主學習情況的統(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)容設計的；后者是針對難點內(nèi)容及相關(guān)擴展內(nèi)容設計的）兩部分，且要求學生在線提交作業(yè)、教師在線批改；討論包括教學專題討論、難點分析、學習方法交流等，可以實現(xiàn)師生、生生之間的交流；答疑部分允許學生在線發(fā)帖提出問題，便于教師及時幫助學生解決問題。

4 教學實踐與效果

將上述教改內(nèi)容應用于《機電系統(tǒng)建模與仿真》的整個教學過程，同時輔助使用網(wǎng)絡課程，獲得了良好的效果。教學效果明顯改善，學生普遍認為使用計算機仿真技術(shù)進行機電系統(tǒng)設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)設計的初步能力。另外，還激發(fā)了部分學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。通過該課程的學習，學生對以前所學相關(guān)課程如線性代數(shù)、自動控制、機電系統(tǒng)設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的知識進行機電系統(tǒng)設計與分析的信心，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。

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)狀的基礎上，結(jié)合自己從事該課程教學的親身體會，改革教學內(nèi)容、教學方法與手段，同時輔以網(wǎng)絡課程。教學實踐表明，這些措施在很大程度上激發(fā)了學生的學習興趣、調(diào)動了其主觀能動性，提高了教學質(zhì)量，同時也培養(yǎng)了學生的專業(yè)綜合能力。

參考文獻

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