“计算机仿真”课程教学改革与实践

瞿 亮，王耀南，路晓庆

(湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082)

“计算机仿真”是一门理论与实践紧密结合的课程;其仿真原理及数学建模部分理论性强，仿真应用部分又与工程实践紧密相关。

电气类专业涉及的专业知识面广，一般包括自动控制系统、电气系统、电子电路和测控系统等。对于电气类专业讲授“计算机仿真”而言，学生需要一定前期的专业课程和编程软件的基础知识。在多年的教学实践中我们发现，如何利用有限的课时，让学生了解仿真的原理和方法，掌握仿真工具以解决电气类专业领域实际工程问题，是该课程授课的重点及难点所在[1]。

1 教学目标

本课程教学的主要目标是让学生了解仿真的基本原理和系统建模方法，掌握仿真工具的使用及针对电气类具体工程实例的仿真，为未来就读研究生及参加科研工作打下良好的基础[2]。目前我校电气大类并非所有专业都开设了本专业的仿真课。本课程授课对象为本校电气院四个专业:电气工程与自动化，控制理论与工程，电子技术及测控与仪表等，对相关的工程应用则应以适当课时进行介绍。

2 课程教学体系改革的内容

2.1 课程教学主线

依照教学目标，我们制定了一条课程教学主线，示于图1。由图可见，理论课时32，实验课时16。据此主线，可根据课时的多少进行相应扩充，在仿真应用部分针对每部分内容安排讨论专题课[3]。

本课程围绕教学主线，采用如下的具体内容及课时安排[4]。

图1 “计算机仿真”课程教学主线

(1)仿真原理部分:介绍计算机仿真原理及连续系统和离散系统的数学建模方法，4课时。

(2)仿真工具部分:介绍Matlab语法及Simuink工具箱，8课时。

(3)仿真应用部分:依据专业特点，针对工程应用实例，围绕建模、仿真实验与结果分析进行，结合已学的控制理论，电气系统原理进行讲解。包括控制系统仿真，电子及电力系统仿真及图像处理功能，最后简介相关工具箱的功能及控制系统解决方案集成平台，20课时。

2.2 侧重应用的教学方式

本课程教学的关键在于引导学生把握仿真的本质，培养学生对系统仿真问题的解决思路。在课堂上介绍基本理论知识的同时，我们还在计算机上演示一些具有代表性的工程应用实例，引导学生更深刻地理解各个环节的过程和意义，包括系统分析、参数优化、编程调试和结果分析等。

在实践教学环节突出培养学生对实际工程的认识以及解决问题的能力，实验课安排了一些有针对性的仿真习题。例如:直流电机的双闭环调速系统、温压控制系统、车牌识别系统等。训练学生正确有效使用Matlab/Simulink仿真软件，针对具体工程应用实例，建立仿真模型并进行结果分析，加深学生对计算机仿真原理的掌握和理解程度，从而使学生对这门课的广泛应用前景有进一步的了解。

2.3 教学手段与教学方法的改革

(1)多媒体和传统教学方式相结合

课堂讲授中Matlab编程及Simulink建模及仿真采用多媒体方式，能够使学生直观地看到仿真从编程(建模)到运行结果分析的全过程。而数学建模以及相关专业理论由于涉及一定的公式推导，采用黑板教学方式更利于对知识的详细描述。

(2)PPT课件和Matlab仿真的融合

我们的教学课件采用PowerPoint编写，而相关Matlab程序和Simulink模型事先写好，利用Matlab的Notebook功能，复制到Word文件中。授课时需调用相关程序时，可直接点击课件中的超级链接，打开源程序清单并看到运行结果。这样可以节省操作时间，使授课环节更加紧密连贯。

(3)适合课程教学主线的教材

笔者讲授该课程已有10年，依据本院教学计划主编了针对“控制系统仿真技术”课程的教材[4]及针对“计算机仿真技术”课程的教材[5]。自编教材使得授课内容和书本内容保持完全一致。

2.4 考核方式多元化

为克服应试教育带来的弊端，我们也改革了考试制度。考核方式采取笔试、课堂测试和实验等相结合的方式，提高课堂提问及实验考核的比重。课堂表现主要包括学生的出勤情况、回答问题和随堂测验等情况;实验考核主要从实验课出勤、实验操作和实验报告三方面进行考核;期末笔试中既包含仿真的一些理论知识也有仿真工具应用的相关试题。期末总成绩为:课堂表现占20% ，实验成绩占30%，期末考试占50%。

3 结语

笔者经过多年的教学实践，通过改革课程教学方法，明确教学主线，采用理论与实践相结合的教学方法以及考核方式的多元化，激发了学生的学习兴趣及对理论知识的感性认识，提高了实践动手能力，课堂讲授与实验上机相辅相成，培养了学生独立分析与解决问题的能力，取得了良好的效果。学生在课堂上能积极主动地进行思考和回答问题，独立完成仿真实验。

通过学生评教的反馈可见，教学效果显著提高，学生的创新能力得到很大提高。在近年的毕业设计中仿真技术的应用课题呈增长趋势，很多学生都利用所学计算机仿真的知识，开展相关课题的研究。真正做到学有所用，学有所长。为今后在研究生阶段进一步科研及走向工作岗位后的计算机仿真运用打下了坚实的基础。

[1]梅从立，廖志凌，刘国海控制系统计算机仿真教学改革与实践[J]南京:电气电子教学学报2009年12期，31(6):79-80

[2]金小峥，王忠石控制系统计算机仿真课程存在的教学问题与改革措施[J]沈阳:沈阳大学学报(社会科学版)2013年2期Vo1.15，No.1:78-79

[3]彭 平 计算机数字仿真课程的教学改革[J]广州:广东技术师范学院学报(自然科学)2010年第4期 No.4:54-55

[4]瞿亮 计算机仿真技术[M]北京:电子工业出版社2013.5

[5]瞿亮基于Matlab的控制系统仿真[M]北京:清华大学出版社2006.1