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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)方向的研究生開設的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,考慮專業(yè)應用需求并結(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,以便能靈活應用所學的計算機仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務。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)容的設置和教學方法的選擇
課程開設初期,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)化設計、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設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)學生將該門課程應用于實際工程的能力。4.采用多個工程應用實例進行教學,從系統(tǒng)應用、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,設計實驗項目,培養(yǎng)研究生工程實際應用能力。
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