面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》課程教學(xué)改革探究

裴惠琴 賴(lài)強(qiáng)

摘要：本文以創(chuàng)新思維能力的人才培養(yǎng)為目標(biāo)，著重闡述《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核模式等方面提出《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》教學(xué)課程的改革措施。通過(guò)探索和總結(jié)以推動(dòng)該課程改革建設(shè)有效提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）39-0105-02

一、引言

面向工業(yè)界、面向未來(lái)，培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強(qiáng)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，對(duì)于構(gòu)建創(chuàng)新型國(guó)家以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)我國(guó)核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力。2010—2020年教育部實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”項(xiàng)目正是為了培養(yǎng)創(chuàng)新能力和強(qiáng)化工程能力人才而開(kāi)展的，高等院校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才新機(jī)制，亦而有效造就更多具備專(zhuān)業(yè)化相關(guān)知識(shí)和工程背景的工業(yè)化發(fā)展所需的創(chuàng)新力強(qiáng)的應(yīng)用型人才。

Matlab和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件，美國(guó)和歐洲的大學(xué)將Matlab已正式列入本科和研究生教育階段的教學(xué)計(jì)劃，它是面向工程師和科學(xué)家的最簡(jiǎn)單和最具生產(chǎn)力的軟件，無(wú)論分析數(shù)據(jù)、開(kāi)發(fā)算法還是創(chuàng)建模型，其提供了鼓勵(lì)探索發(fā)展的環(huán)境，它可將高級(jí)語(yǔ)言與迭代式工程和科學(xué)工作流進(jìn)行調(diào)整的桌面環(huán)境相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)值計(jì)算、算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)可視化、建模仿真等功能，廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理和測(cè)試/量、圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程、管理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算（運(yùn)籌學(xué)）、計(jì)算生物學(xué)等。國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)高校電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)（包括自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程等）均開(kāi)設(shè)了Matlab課程[1]。這里，《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》課程內(nèi)容包含Matlab語(yǔ)言基礎(chǔ)和控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)及相應(yīng)的仿真，主要適用于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生。

《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》課程作為教學(xué)計(jì)劃課程對(duì)于“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力和工程能力的人才顯得尤為重要。因此怎樣教授該課程促使學(xué)生對(duì)這門(mén)語(yǔ)言真正感興趣并且學(xué)有所用有著重要的意義。本文從創(chuàng)新能力角度出發(fā)，對(duì)《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》教學(xué)現(xiàn)狀綜合分析，進(jìn)而從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核模式這三個(gè)方面探究該教學(xué)課程的改革措施。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》旨在傳授Matlab程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言基礎(chǔ)、控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)、Simulink交互式仿真環(huán)境、線性控制系統(tǒng)的分析與仿真、最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生能夠掌握程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言基本知識(shí)、編程方法、Simulink建模仿真，加深理解和掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，培養(yǎng)綜合性分析和解決問(wèn)題的能力。該課程涵蓋內(nèi)容深廣，實(shí)踐能力和邏輯思維能力要求比較強(qiáng)，因此教學(xué)中存在一定難度，國(guó)內(nèi)高校多年來(lái)已有不少顯有成效的改革和嘗試[2-6]，但依然存在一些突出問(wèn)題。

1.課堂教學(xué)中主要以教師講解為主，該課程教學(xué)計(jì)劃中大多數(shù)高等院校都定為選修課，一般學(xué)時(shí)分配數(shù)為32學(xué)時(shí)，理論課時(shí)16學(xué)時(shí)，較少的課時(shí)數(shù)完成繁重的教學(xué)內(nèi)容，以至于授課時(shí)追求內(nèi)容的量，如此使得學(xué)生深入地理解和掌握所要求的學(xué)習(xí)內(nèi)容將存在一定的弊端。一方面灌輸式的授課模式缺乏直觀性，難于真正理解掌握知識(shí)，容易使得學(xué)生缺乏上課的積極主動(dòng)性，對(duì)課程學(xué)習(xí)興趣不足。另一方面該種教學(xué)方式對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性、創(chuàng)新思維能力和工作能力明顯不足。

2.目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多偏向傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，偏重操作Matlab軟件的學(xué)習(xí)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力方顯不足?！禡atlab與控制系統(tǒng)仿真》所開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課一般為控制系統(tǒng)的Matlab典型環(huán)節(jié)的研究、控制系統(tǒng)的Matlab瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)的頻率特性、控制系統(tǒng)的Matlab頻域分析以及最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這些基本實(shí)驗(yàn)不足以引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)拓視野，強(qiáng)化創(chuàng)新性思維能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.該課程基本定位是考查課，大部分考核方式平時(shí)成績(jī)40%+期末考試成績(jī)60%，學(xué)生將會(huì)產(chǎn)生一種忽視的心理，認(rèn)知該課在所學(xué)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的地位比較低，不認(rèn)真對(duì)待課程重要知識(shí)的學(xué)習(xí)，認(rèn)為只需要最終考核成績(jī)基本過(guò)關(guān)足矣?？傊?，該種考核模式具有單一性、固執(zhí)性不能夠督促學(xué)生較好的開(kāi)展學(xué)習(xí)。

三、課程教學(xué)改革措施

根據(jù)《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》課程當(dāng)前的教學(xué)模式不利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新力和實(shí)踐動(dòng)手能力相對(duì)較強(qiáng)的學(xué)生?，F(xiàn)有開(kāi)展的教學(xué)模式普遍存在一定缺陷，對(duì)此本文在教育部“卓越計(jì)劃”大背景下，面向創(chuàng)新力和實(shí)踐力培養(yǎng)為宗旨，針對(duì)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核模式不足之處，相應(yīng)地提出以下幾點(diǎn)改革措施。

1.引入“縱橫交叉式”課堂教學(xué)模式，縱向，在于教師課堂上的引導(dǎo)作用，著重讓學(xué)生清楚Matlab程序設(shè)計(jì)的最基本思想、理念和方法，采用圖文并茂方式，深入講解控制系統(tǒng)各種常用工具箱原理和使用。橫向，在于學(xué)生課堂上的主體展現(xiàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合模式，以工程實(shí)際控制系統(tǒng)為例，分3—5人小組展開(kāi)課堂分析討論評(píng)比積分活動(dòng)，若教學(xué)課時(shí)數(shù)甚少，則將這一項(xiàng)布置為課后討論題。這種模式可以激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)積極主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新邏輯思維能力。

2.注重多學(xué)科之間的交融性，依據(jù)課程內(nèi)容“柔性機(jī)制”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引出實(shí)際工程問(wèn)題，使得學(xué)生深入思考課題，有想法和帶著問(wèn)題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行討論與建模和設(shè)計(jì)仿真，進(jìn)一步掌握控制系統(tǒng)核心知識(shí)，達(dá)到融會(huì)貫通，促使提高學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。此外，積極促使學(xué)生參加國(guó)家級(jí)/省級(jí)各類(lèi)競(jìng)賽活動(dòng)，激發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)協(xié)作能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

3.本科教學(xué)該課程定位是考查課，考核模式可合理調(diào)整，采用“平時(shí)成績(jī)積分制+課程設(shè)計(jì)”，平時(shí)成績(jī)占30%，課程設(shè)計(jì)70%，課程設(shè)計(jì)基于硬件實(shí)驗(yàn)裝置和Matlab仿真平臺(tái)相結(jié)合方式，由教師選題或者自行選題（設(shè)計(jì)性），學(xué)生獨(dú)立或者不多于三人搭檔完成控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐。研究生教學(xué)則完全著重控制系統(tǒng)的建模、控制器設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)強(qiáng)化創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考研究能力的實(shí)戰(zhàn)鍛煉。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)目前教育部人才培養(yǎng)機(jī)制，以創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，針對(duì)《Matlab與控制系統(tǒng)仿真》現(xiàn)有教學(xué)所存在的一般性不足之處，教學(xué)過(guò)程中引入“縱橫交叉式”課堂教學(xué)模式，基于課程內(nèi)容“柔性機(jī)制”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及考核方式課程設(shè)計(jì)為主，初步實(shí)施取得了一定的成績(jī)，有效鍛煉和提高了學(xué)生上課的積極主動(dòng)性和創(chuàng)新性的邏輯思維能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)同能力，以促使學(xué)生行之有效的解決實(shí)踐問(wèn)題，有利于學(xué)生今后就業(yè)和較快的適應(yīng)社會(huì)工作。

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