金小崢，王忠石

（沈陽大學(xué)a．裝備制造綜合自動(dòng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b．信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110044））

“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”課程是信息、電氣及自動(dòng)化等專業(yè)的專業(yè)必修課，在控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)分析等諸多學(xué)科中，實(shí)踐性及綜合性較強(qiáng)，對這些學(xué)科的發(fā)展及應(yīng)用有著重要的作用。目前，探討該課程的教學(xué)形式［1］、教學(xué)體系、教學(xué)方式等方面的教改文章很多［2－3］。有人提出該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議［4］，將該課程的仿真技術(shù)應(yīng)用到電子技術(shù)教學(xué)課程中［5］，取得了良好教學(xué)效果。有人在一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)［6］，表明了該課程的教學(xué)應(yīng)用價(jià)值。該課程也可為許多學(xué)術(shù)研究類的仿真實(shí)驗(yàn)提供技術(shù)支持。沈陽大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”課程已經(jīng)有十多年的歷史。課程的主要內(nèi)容是介紹如何對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)。目前，課程的總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中包括10學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。所選教材為東北大學(xué)薛定宇教授編著的《控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（第2版）》。授課形式以講授和實(shí)驗(yàn)穿插進(jìn)行，考核形式為考察。通過學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生可以熟練掌握計(jì)算機(jī)仿真在控制系統(tǒng)中的建模方法及原理，培養(yǎng)學(xué)生編輯和調(diào)試不同仿真程序的基本技能。特別是掌握研究實(shí)際控制系統(tǒng)的方法和原則，及用數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行分析的方法，為今后從事計(jì)算機(jī)仿真工作打下基礎(chǔ)。本課程的目的在于：結(jié)合理論與實(shí)踐，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)教學(xué)幫助學(xué)生驗(yàn)證并鞏固所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，掌握基本的建模方法和仿真原理。訓(xùn)練學(xué)生正確使用MATLAB中的Simulink仿真軟件，提高學(xué)生分析、解決問題的能力以及實(shí)際動(dòng)手能力。

一、目前教學(xué)中存在的主要問題

1．理論與實(shí)踐教學(xué)未成一體

課堂教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐分開進(jìn)行的教學(xué)模式為現(xiàn)階段該課程的主要教學(xué)模式。在課堂教學(xué)中，教師按照教學(xué)計(jì)劃進(jìn)程講授理論知識(shí)，包括相關(guān)系統(tǒng)仿真的基本概念、離散和連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立，及其各種連續(xù)系統(tǒng)離散化和數(shù)值積分算法等。在講授理論知識(shí)的不同階段插入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生通過上機(jī)實(shí)踐，對理論知識(shí)加深理解并應(yīng)用。但由于授課與上機(jī)分開進(jìn)行，學(xué)生不能很快在上機(jī)時(shí)應(yīng)用課堂上所學(xué)到的理論知識(shí)，因而對本課程所學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握不利。

2．上機(jī)實(shí)踐中指導(dǎo)教師資源不足

計(jì)算機(jī)仿真是一門需要實(shí)踐應(yīng)用的課程，顯然僅憑課堂上講授是不夠的，課堂上枯燥的程序羅列和講述，既不能引起學(xué)生認(rèn)真聽講的興趣，也無法讓學(xué)生真正掌握技能、理解知識(shí)。因此本門課的最重要環(huán)節(jié)應(yīng)屬于該課程的上機(jī)實(shí)踐。然而由于上機(jī)實(shí)踐指導(dǎo)教師少，并且學(xué)生人數(shù)多，上機(jī)過程中教師無法很詳細(xì)地一一解答學(xué)生所遇到的問題。并且還造成組織及管理上的困難，難以保證每個(gè)學(xué)生都能獨(dú)立認(rèn)真地完成上機(jī)操作任務(wù)。

二、改革措施與實(shí)踐

1．改進(jìn)教學(xué)方式

（1）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)的聯(lián)系。在機(jī)房條件允許的情況下，利用機(jī)房多媒體授課替代教室授課，爭取學(xué)生每人一臺(tái)電腦，跟隨老師授課的思路及進(jìn)度，講授完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)即練習(xí)該知識(shí)點(diǎn)，這樣必然會(huì)大大提高學(xué)習(xí)效率，解決上機(jī)實(shí)踐與課堂教學(xué)分開進(jìn)行這一授課模式的弊端。但如果機(jī)房條件不足，也最好在多媒體教室講授理論教學(xué)部分，并及時(shí)分組安排相應(yīng)的局部上機(jī)仿真實(shí)踐。這樣即便沒有親自動(dòng)手嘗試，學(xué)生們通過教師在上面的逐步演示，觀察教師的操作步驟及仿真結(jié)果演示，對他們的感官認(rèn)識(shí)也定會(huì)起到積極有益的作用；而及時(shí)的上機(jī)實(shí)踐，將更有助于學(xué)生迅速地掌握實(shí)踐技能，并深刻理解理論知識(shí)。

（2）增強(qiáng)上機(jī)指導(dǎo)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)效果。由于學(xué)生偏多，機(jī)房資源和指導(dǎo)教師有限，難免存在教師指導(dǎo)不到位和難于管理的現(xiàn)狀。為了易于管理，并且保證學(xué)生能夠得到周到、細(xì)致的講解，師生指導(dǎo)比為1∶20比較合適。從而在客觀上盡可能地給學(xué)生提供充分的學(xué)習(xí)指導(dǎo)資源。

2．豐富教學(xué)內(nèi)容

教師除了在上課時(shí)介紹基本的理論知識(shí)外，還應(yīng)在計(jì)算機(jī)上演示一些具有代表性的綜合性內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生更深刻地理解綜合各個(gè)環(huán)節(jié)的過程和意義，包括系統(tǒng)分析、參數(shù)優(yōu)化、編程調(diào)試、結(jié)果分析等。以便自己更加規(guī)范、獨(dú)立、科學(xué)地完成課題設(shè)計(jì)。此外，為督促學(xué)生上機(jī)實(shí)踐時(shí)正確操作，需要安排一些有針對性的仿真習(xí)題。結(jié)合理論與實(shí)踐，訓(xùn)練學(xué)生正確有效使用 MATLAB和simulink仿真軟件，加深學(xué)生對計(jì)算機(jī)仿真原理的掌握和理解程度，從而使學(xué)生對這門課的廣泛應(yīng)用前景有進(jìn)一步的了解。

3．規(guī)范管理，嚴(yán)格要求

良好的學(xué)習(xí)環(huán)境是提高教學(xué)質(zhì)量的重要條件，制度上的規(guī)范管理及教師的嚴(yán)格要求是提高教學(xué)質(zhì)量的必要因素。這里的規(guī)范管理和嚴(yán)格要求包括兩方面，即教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)過程的規(guī)范管理和嚴(yán)格要求。針對教學(xué)目標(biāo)的規(guī)范管理與嚴(yán)格要求，要按規(guī)范嚴(yán)格地審核仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告，組織答辯。答辯是嚴(yán)格管理的一道重要關(guān)口，答辯方式的應(yīng)用既可以保證學(xué)生在平時(shí)的訓(xùn)練過程中加倍認(rèn)真學(xué)習(xí)，取得好的答辯成績，又可以清楚全面地了解學(xué)生對課程的掌握和學(xué)習(xí)應(yīng)用情況。學(xué)生對好成績的要求和渴望是提高課程教學(xué)質(zhì)量的一大因素。它是對學(xué)生知識(shí)掌握程度的總體評價(jià)，所以必須做到公正、公平、合理。為督促學(xué)生重視各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，保證教學(xué)效果，最終的考核成績可由實(shí)驗(yàn)報(bào)告、平時(shí)上機(jī)情況和試卷三種形式綜合評定，依次占20%、20%及60%。仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：正確編制程序，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)收獲等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫工整。這里最重要的應(yīng)是學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與體會(huì)，因?yàn)樗苷嬲w現(xiàn)學(xué)生對知識(shí)理解和掌握的程度，教師對此處要特別重視。針對過程的規(guī)范管理與嚴(yán)格要求是指在理論學(xué)習(xí)與上機(jī)實(shí)踐的整個(gè)過程中，教師都要以認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，高度的責(zé)任感嚴(yán)格要求學(xué)生，正確引導(dǎo)個(gè)別不認(rèn)真的學(xué)生，按預(yù)先的規(guī)定給出與上機(jī)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果相應(yīng)的平時(shí)考核成績。

4．設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

作為這門課的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的許多重要方法和概念需要通過實(shí)驗(yàn)更好地掌握。由于這門課存在學(xué)時(shí)少等客觀因素，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)就顯得十分重要。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的在于使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，了解系統(tǒng)仿真在實(shí)際控制系統(tǒng)應(yīng)用的意義，能夠具有編輯、修改仿真程序的能力，熟練掌握用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行分析及研究實(shí)際控制系統(tǒng)的方法。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)關(guān)鍵在于教師和學(xué)生之間的配合。在上課之前，學(xué)生必須認(rèn)真預(yù)習(xí)要學(xué)習(xí)的課程，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、原理步驟及注意事項(xiàng)。學(xué)生還必須保證實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立性，一般為一人一組，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生除了認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)，還需要做好記錄，根據(jù)記錄總結(jié)實(shí)驗(yàn)。在這過程中，教師需要從旁指導(dǎo)，配合學(xué)生，把握學(xué)生實(shí)驗(yàn)大方向，嚴(yán)格把關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

一般實(shí)驗(yàn)結(jié)果以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式形成，學(xué)生要整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師要認(rèn)真批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，給出成績并簽名。合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫工整，采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙，并有實(shí)驗(yàn)中繪制的曲線結(jié)果，寫出實(shí)驗(yàn)體會(huì)、收獲等。以上內(nèi)容對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)，或應(yīng)用都有十分重要的幫助。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核主要看對實(shí)驗(yàn)的操作和基于操作形成的報(bào)告，考核成績可占期末總成績的20%，以提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的重視。在考核過程中，可以設(shè)計(jì)幾個(gè)具有代表性的典型實(shí)驗(yàn)，如線性系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真實(shí)驗(yàn)、線性系統(tǒng)響應(yīng)性能仿真實(shí)驗(yàn)和有不確定性的線性系統(tǒng)穩(wěn)定仿真實(shí)驗(yàn)。由于這些實(shí)驗(yàn)基本涵蓋了課程涉及到的基本理論知識(shí)，學(xué)生綜合利用所學(xué)習(xí)知識(shí)的能力得到了鍛煉。

總之，針對“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”課程中所存在的問題，營造一種注重效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的教學(xué)氛圍，對于提高學(xué)生從理論意義學(xué)習(xí)到仿真結(jié)果驗(yàn)證，提高實(shí)際動(dòng)手應(yīng)用的能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生獲取知識(shí)的積極性和主動(dòng)性，取得優(yōu)秀的教學(xué)效果具有重要意義。從而為學(xué)生從事畢業(yè)設(shè)計(jì)以及畢業(yè)后步入工作崗位運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］ 毛海杰，李煒，劉微容，等．“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”課程教學(xué)探討［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005（S1）：14－148，169．

［2］ 梅從立，廖志凌，劉國海．“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”教學(xué)改革與實(shí)踐［J］．電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（5）：79－80．

［3］ 陳昊，姜建國．“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”課程教學(xué)改革［J］．煤炭高等教育，2001（2）：80－81．

［4］ 王雪松，程玉虎，馬小平，等．“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［J］．中國電力教育，2006（5）：38－41．

［5］ 時(shí)昆．計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)課程中的應(yīng)用探析［J］．才智，2012（2）：72．

［6］ 胡曉波，李琰，王艷芳．計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007（2）：121－122，124．