IT工程師數位筆記本

摘要：從教學內容、教學環節、教學方式結合課程目標，以應用和問卷調查為導向進行自動控制系統數字仿真課程的教學模式改革；采用多元化考核方式，使教學與考核相結合，促進學生綜合能力的培養；對其他類似課程有良好的借鑒作用。

　　關鍵詞：數字仿真；學和考試模式改革；例引導教學；元化考核方式
　　中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0126-02
　　一、引言
　　控制系統計算機仿真是講授仿真的基本概念、原理、算法和計算機實現的課程，是自動化專業課程體系中重要的專業課。本課程原有教學模式是以課堂講解為主，上機實驗為輔；原有考核模式也是以卷面成績為主，平時成績為輔，這讓學生形成了一種傳統的語言課程學習的機械式方法，且考試方式單一，理論考試多，應用測試少，很難滿足以應用為目的的學習。為此，本文結合教學實踐改革，采用教與考相結合的方式，注重學習和動手能力的培養。
　　二、教學模式改革
　　1.教學內容改革。（1）制定課程教學主線。在教學內容上把握一條主線、兩個應用：以自動控制系統仿真基礎知識、實現方法、結果分析為依據，始終貫穿控制系統仿真過程；以實踐應用和實例應用為目標，通過主線，將理論和實踐有機結合。具體如圖1所示。（2）調整教學內容。課程內容在Simulink基本仿真的基礎上加入一些高級編程，如Simulink和MATLAB交互編程，S函數的用法以及實用的工具，擴展學生仿真的工具和手段，為仿真實際應用做好準備。
　　2.教學環節改革。（1）實踐應用改革。在實踐應用中擴充了原有的實驗內容，由原來的6個實驗改為10個，細化了實驗目標，制定了新的實驗手冊。（2）實例應用改革。在實例部分由簡到繁，結合學生目前自動控制原理課程學習的進度和理解程度，選擇具有代表性和學生感興趣的控制系統完成以下實例仿真過程：①電力牽引電機控制；②磁盤驅動讀取系統；③海底隧道鉆機控制系統；④哈勃太空望遠鏡指向控制；⑤火星漫游車轉向控制；⑥自動平衡秤系統；⑦自動焊接頭控制；⑧轉子繞線機控制系統。
　　重點講解了磁盤驅動讀取系統，由簡化圖逐步深入具體結構，控制指標由粗到細，控制器由簡到繁，層層分解，步步深入，從常見PID控制到現代控制理論、智能控制理論。
　　3.教學方式改革。（1）采用實例引導教學方法，激發學生的應用能力。學生通過學習已掌握了控制理論的基本知識和控制系統的基本設計及分析。為突出仿真的應用意義，在應用一節的講授環節中加入科研工程實例，利用MATLAB/SIMULINK進行仿真、分析和設計，通過多媒體向學生展示，可以激發學習的興趣，加強學習的目的性。另外，對每次實驗課的題目進行由簡到繁的系統性設置，引導學生獨立思考，以幫助學生在解決簡單問題之后有興趣解決復雜問題，并鍛煉分析問題的能力。（2）利用問卷調查調動學生參與教學的主動性。為及時掌握學生對于教學改革的意見和建議，本學期進行問卷調查2次，共設立20個問題，為發揮學生的主動性以開放式問卷為主，分別從課程的設置、教學目標、教學內容、團隊合作能力和溝通能力等方面進行調研，并及時分析、回饋與學生交流。問卷中有代表性的兩個問題如下。
　　①你對這門課教學內容的感興趣程度，在下表適當的選項中選擇（劃√，可多選）。
　　②如果現在需要你和其他同學合作完成研究任務，你希望承擔何工作？
　　A.數據計算（ ） B.理論設計（ ）
　　C.算法實現（ ） D.結果分析（ ）
　　其他（請具體寫明）
　　三、考試模式改革
　　1.考試模式構成。本學期考試成績按百分制計算，其中大作業（含答辯）（70%），實驗（20%），卷面（10%）。卷面作為閉卷考試，時間2小時，按百分制給定，實驗成績由實驗報告成績按百分制給定。大作業分為答辯和紙質作業兩部分；具體評分標準為：報告得分90分+答辯/特色加分10分。
　　2.大作業考核具體步驟。（1）分組。結合問卷調查結果將學生分組，每組4個學生，設組長1名；每組共同完成一道題目，同組4人可按橫向也可按縱向劃分任務，任務根據問卷調查表并結合個人情況分配，組員協商由組長統一意見。（2）布置大作業內容。每組一題，涉及選題自動控制系統的控制器設計與分析，包括：①MANUEC器人；②NASA的衛星回收機械手；③星際探索的系統；④無人機；⑤天線指向控制系統；⑥機械臂控制系統；⑦熱軋機控制系統；⑧液壓伺服控制系統。（3）給出作業基本結構和例子。考慮到學生初次完成大作業，不僅給出了大作業的要求內容，同時給出了參考格式，并給出了2份實例作業，供學生進一步參考、了解研究思路和步驟。（4）答辯。為了解學生紙質作業以外的情況，同時也為鍛煉學生的學習能力和語言表達能力，針對大作業設立了答辯環節。答辯過程中按劃分小組進行，學生制作5～8分鐘的PPT，由教師擔任答辯委員，并進行提問和現場評價。
　　四、改革的收獲與思考
　　1.答辯效果的直接回饋。在每個學生和每組答辯結束后都進行了分析和評價，讓學生及時了解個人的優點和不足；也知道本組在分工、研究過程中的優勢與問題。學生及時了解考試中存在的問題，教師能夠與學生進行反饋與一對一的直接交流。
　　2.新多元化考核模式的推廣。所采用的多元化考核方式使學習過程中始終穿插著考核的過程，明顯提高了學生對課程學習的重視程度。另外，理論考核在總成績中比例的減小，實驗考核與大作業考核、答辯在總成績中比例的增加，也明確了學習態度的重要性及實踐技能的重要性。
　　3.推進雙語教學。雙語教學是我校創建世界一流大學過程中十分重要的一項教學改革措施。通過雙語教學，能夠較好地幫助學生掌握本學科的專業英語術語以及本專業的最新國際發展動態，開闊學生視野，培養學生探索新知識的興趣，增強學生進行國際學術交流的能力。
　　4.大作業自主選題。在選題上進一步發揮學生的主觀能動性，鼓勵進行自主、寬范圍選題，可結合自動控制原理課程接觸的實際系統，如雙容水槽系統、汽車調速系統、直流電機系統、溫壓控制系統、倒立擺系統；也可結合各自感興趣的其他領域選題。
　　5.構建課程綜合教學平臺。課程建設是教學的重要組成內容，是提高專業建設水平的有效途徑，所以結合控制系統數字仿真課程特點，充分利用各種資源，使課程教學系統化，加強實踐教學，改革教學模式，開發、整合、匯聚優質教學資源，系統建設控制系統數字仿真綜合教學平臺將是本課程的長期目標。
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