提高《机电系统建模与仿真》课程教学质量的新探索
中图分类号：TP36 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0151-02
《机电系统建模与仿真》课程是我校本科机械电子工程专业机电一体化方向的专业必修课，承载着综合先修课程、培养学生综合素质的重任。该课程涉及的知识面广，且课程学习中涉及到的软件工具较多。为此，任课教师为该课程准备了大量的课内外阅读素材、案例、多媒体视频及其他学习资源。然而，培养计划中学时的压缩，使得该门课程的授课时间少与待讲授内容多之间的矛盾日渐突出；再加上，学生对先修课程内容掌握的程度悬殊，所以仅通过课堂教学（包括理论教学和实验教学）很难达到预期的教学效果。
为此，该文在完善现有教学内容、方法和手段的基础上，构建《机电系统建模与仿真》网络课程，利用网络技术，不仅将丰富的学习资源开放给学生，同时学生可将自己对课程内容的理解反馈给教师。通过这两大措施，不仅有利于培养学生的自学能力和沟通能力，同时有利于师生之间的交流和沟通，最终达到提高教学效果、培养学生综合能力的目的。因此，该论文的研究具有重要的实际意义。
1 《机电系统建模与仿真》课程的特点及现状
该校本科机电一体化方向对《机电系统建模与仿真》课程的基本要求是使学生掌握使用计算机进行控制系统仿真的基本方法，同时能够熟练根据仿真结果进行机电系统分析。因此，要求该课程的教学，必须既注重理论知识的传授，又加强实践、创新能力的培养。
1.1 内容繁杂，涉及知识面广
《机电系统建模与仿真》课程的主要内容有机电系统的基本组成、计算机仿真的相关概念、MATLAB程序设计与结果显示、SIMULINK建模与仿真以及相关典型机电系统的仿真等[1]。其中每一部分都包含涉及不同学科的诸多知识点。如电路的建模与仿真部分，包含的知识点有电路的基本组成、分类、矩阵方程的列写，以及建模与仿真求解方法等；涉及到的学科包括电工电子技术、线性代数、MATLAB程序设计或SIMULINK仿真等。
1.2 学时有限，内容更新快
该校本科专业由于其自身的特点，分配给《机电系统建模与仿真》的学时本身就较少，再加上近年来随着国家对人才需求的变化，修订后的教学培养计划几乎每门课程的教学时数都在减少[2]。另外，随着计算机技术的快速发展，教学内容需要不断的更新、补充。
1.3 选课人数较多，互动性差
由于选课人数较多，在课堂上要想通过检查课堂练习的情况检验知识掌握情况几乎不可能。另外，虽然已采用相关措施（如E-mail和QQ等）改善教学方式、增加教学内容，但仍然存在严重的互动性差且及时性差的问题。
通过上述分析可以看出，如何在有限的时间内将如此繁杂的内容高效传授给学生并培养他们的创新能力，成为提高《机电系统建模与仿真》课程教学质量的关键。为提高《机电系统建模与仿真》课程教学质量，该文从教学改革和网络资源建设两大方面入手展开研究。
2 教学改革
该文从教学内容和教学方法与手段两大方面提出一些有针对性的改革措施。
2.1 教学内容改革
2.1.1 紧扣教学大纲，精选教材，优化教学内容
选用经典教材是提高教学效果、改善教学质量的基础。该者在日常的教学过程中，选用王中鲜主编的《MATLAB建模与仿真应用》作为主要参考教材，且补充了相关计算机仿真技术及机电系统组成等方面的基础知识。在教学过程中，避开了传统教学进程且充分考虑学生对先验知识掌握程度不同，将繁杂的教学内容按相关性分解成若干个任务单元，每个任务单元设置涵盖其所有知识点的项目或综合练习。且执行时，采用先简后繁的思路，使得整个学习过程变成一个循序渐进积累知识的过程。
2.1.2 结合科研成果，及时更新教学内容
该研究者选用的教材虽然具有代表性，能达到触类旁通的效果，但其介绍实例毕竟有限。因此，在实际教学过程中，应在保证经典教学内容的同时，结合自己的科研成果，将跟机电系统仿真相关的内容及时融入课堂教学。这样不仅可以拓宽学生的视野，同时学生会感到学到的知识有真正的用武之地而学习兴趣大涨，进而发挥其学习主动性。
2.1.3 重视能力培养，加强实践教学环节
实践教学环节不仅是巩固理论教学的重要手段，同时也是培养学生动手能力和创新能力的重要途径[3]。该校《机电系统建模与仿真》课程通过如下方式来加强实践教学环节：一是开设紧扣理论教学内容的课内实验，这些实验均要求学生独立完成。通过课内实验，学生对课堂上所学到的计算机建模与仿真知识有更进一步的理解，同时也提高了他们的动手能力；二是开展内容丰富的工程实训。通过提供一些现有的机电系统，要求学生根据所学的知识进行建模仿真并分析系统的性能，旨在培养学生的动手能力和系统分析能力。
2.2 教学方法与手段改革
教学方法与手段是影响教学质量的重要因素。良好的教学方法与手段不仅能够达到传授知识的目的，更重要的是能培养学生的主动学习能力。
2.2.1 “教师主导，学生主体”的授课模式
在教学过程中，避注重学生参与课堂教学[4]，采用启发式、引导式和互动式等灵活多变的教学方法。另外，倡导学术平等的思想，鼓励学生课堂直接提出疑问，这些问题可以由学生或教师来解答；针对设计类的课堂思考题和课后习题，由于思路不同得到结果不尽相同，可通过组织学生分组讨论，然后由小组代表当堂分享其方法及方案，最后由任课教师进行总结。 2.2.2 灵活多变的教学手段
该研究者在教学过程中尝试将多媒体教学[5]和板书式教学教学方式有机融合，认真分析每一部分任务，自制形式多样的多媒体课件并认真准备板书内容。另外，让部分有浓厚兴趣的学生参与大学生创新计划，来完成教师科研项目中的部分内容。
3 网络课程建设
为进一步提高教学效果、扩展学生视野，遵循以“学习活动”为中心的思想，构建以“学前指导→课程学习→拓展学习→实践应用→测试反馈”为主线的《机电系统建模与仿真》网络课程。
根据教学需要，该网络课程包括以下几个专题。
3.1 课程信息
该专题包括课程导引短片、教学大纲和课件与教案等。其中，课程导引短片采用flash形式展示使用该门课程的相关技术进行产品设计与系统分析的全过程，使学生在学习这门课程清楚该门课程的用武之地，以激发其学习兴趣；教学大纲给出课程性质、教学目标、章节的进度安排以及重难点等，利于学生明确课程的学习目标和学时安排，便于其更有针对性的学习；教案是按照教学大纲要求编写的，包括教学目的、要求、课堂教学内容及学时数分配等，为学生提供了明确的学习目标和必要的自学建议与指导，使其在学习过程中能够有的放矢；多媒体课件内容紧扣教学大纲和教学教案要求，突出重点和难点，提纲挈领，且对一些难点内容采用动画形式展示，便于学生查缺补漏和自学。
3.2 课程负责人
主要介绍教学团队的整体情况，课程负责人、主讲教师的教学及科研方向，提供教师的个人信息和练习方式，便于学生遇到学习问题时及时联系老师。
3.3 学习说明
主要介绍该门课程的学习方法以及学习时应该注意的一些问题。
3.4 立体化教学资源
主要包括图书资源、网络资源、参考资料、教学案例和习题库。其中，图书资源给出除了教材以外的、校图书馆藏有的其他典型书籍，供学生课外借阅查看；网络资源主要是给出免费提供机电系统仿真学术论文、软件工具使用技巧及技术交流的网站网址；参考资料给出提高该门课程学习效果和扩展该门课程知识范围的文档；教学案例给出体现所学知识点的真实科研实例，以巩固学生所学知识，同时进一步激发其学习主动性；习题库按章给出包含所有知识点同时突出重点内容的题目。
3.5 助学模块
主要包括公告，作业、讨论、答疑等。其中，公告发布课程相关的通知和自主学习情况的统计结果；作业包括必做和选做（前者是针对重点内容和部分难点、但必须掌握的内容设计的；后者是针对难点内容及相关扩展内容设计的）两部分，且要求学生在线提交作业、教师在线批改；讨论包括教学专题讨论、难点分析、学习方法交流等，可以实现师生、生生之间的交流；答疑部分允许学生在线发帖提出问题，便于教师及时帮助学生解决问题。
4 教学实践与效果
将上述教改内容应用于《机电系统建模与仿真》的整个教学过程，同时辅助使用网络课程，获得了良好的效果。教学效果明显改善，学生普遍认为使用计算机仿真技术进行机电系统设计与仿真分析并非遥不可及，且对课程内容理解较为深刻，绝大部分学生能自主完成典型机电系统的仿真分析并具备了利用仿真技术进行机电系统设计的初步能力。另外，还激发了部分学生对计算机建模与仿真相关领域进行更深入研究的兴趣。通过该课程的学习，学生对以前所学相关课程如线性代数、自动控制、机电系统设计及电工电子等课程有了更深层次的理解，增强了他们运用所学的知识进行机电系统设计与分析的信心，同时也为他们今后机电相关领域的工作奠定了一定的基础。
5 结语
该文在深入研究该校本科专业《机电系统建模与反震》课程的特点及现状的基础上，结合自己从事该课程教学的亲身体会，改革教学内容、教学方法与手段，同时辅以网络课程。教学实践表明，这些措施在很大程度上激发了学生的学习兴趣、调动了其主观能动性，提高了教学质量，同时也培养了学生的专业综合能力。
