發(fā)布時(shí)間：2022-07-19 11:14:30
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)研究，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
摘要：在研究生的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)中，針對(duì)機(jī)械工程類研究生的專業(yè)方向、課程體系的設(shè)置以及工科研究生自身特點(diǎn)，為培養(yǎng)研究生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力以及增強(qiáng)其工程應(yīng)用意識(shí)，通過在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)積累，逐步探索出以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主要教學(xué)方法，通過實(shí)踐應(yīng)用，取得良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；計(jì)算機(jī)仿真；創(chuàng)新；實(shí)踐
一、前言
研究生教學(xué)有其突出的特點(diǎn)，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實(shí)，獲取書本知識(shí)能力強(qiáng)。但同時(shí)也存在創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點(diǎn)。本人通過十多年研究生教學(xué)的實(shí)踐，結(jié)合本學(xué)院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)如何在研究生教學(xué)改革中突出培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程應(yīng)用能力等問題進(jìn)行了一些改革創(chuàng)新。
二、課程定位及課程特點(diǎn)
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)研究的深入與計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學(xué)科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國(guó)防軍事、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實(shí)驗(yàn)并列的第三種認(rèn)識(shí)和改造客觀世界以及科學(xué)研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認(rèn)為是“使能”技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)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(xué)科交叉等特點(diǎn)。為了拓寬機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對(duì)象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)機(jī)械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計(jì)算機(jī)仿真知識(shí)與技能。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程是我校機(jī)械工程學(xué)院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐情況，課程目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)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(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)；另一方面，授課對(duì)象專業(yè)方向較多、授課學(xué)時(shí)有限等特點(diǎn)，如何解決在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改革探索和實(shí)踐，以達(dá)到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)目標(biāo)。
三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)方法的選擇
課程開設(shè)初期，由于只是機(jī)械電子工程專業(yè)方向的同學(xué)選修，所以所講內(nèi)容基本針對(duì)該專業(yè)方向進(jìn)行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學(xué)生所屬專業(yè)方向的擴(kuò)大，專業(yè)方向包括：機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、車輛工程、機(jī)械工程（專業(yè)學(xué)位）等，基本涵蓋了機(jī)械工程學(xué)院的所有專業(yè)方向。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及多個(gè)交叉學(xué)科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)編程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、高等數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)等課程。如何講出本課程的特點(diǎn)，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學(xué)內(nèi)容的選排上下功夫。項(xiàng)目教學(xué)法是一種以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、以項(xiàng)目為基本教學(xué)單元，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合在一起，強(qiáng)調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中的主體地位。因此，為了滿足各個(gè)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(xué)術(shù)論文和碩士學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)考核方法等不斷進(jìn)行調(diào)整和完善。1.采取項(xiàng)目專題方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學(xué)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(kuò)展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本來是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對(duì)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(gè)專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計(jì)若干個(gè)專題實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生將該門課程應(yīng)用于實(shí)際工程的能力。4.采用多個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學(xué)生從生產(chǎn)實(shí)際認(rèn)知的研究對(duì)象，提升到理論高度的學(xué)習(xí)，應(yīng)用所學(xué)的各科理論知識(shí)和技術(shù)手段，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真建模的建立，并對(duì)模型求解以及特性進(jìn)行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終解決實(shí)際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)例問題的能力。5.結(jié)合學(xué)科前沿，進(jìn)行課堂討論。研究生在初步掌握了對(duì)系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計(jì)、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強(qiáng)化計(jì)算機(jī)仿真在實(shí)際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目形式，開展課程學(xué)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。利用各種平臺(tái)，擴(kuò)充計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)的科研課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。
四、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)效果
基于項(xiàng)目教學(xué)法計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的教學(xué)方法改革與實(shí)踐，滿足機(jī)械工程學(xué)院各個(gè)專業(yè)方向研究生的需求，教學(xué)方法和手段的完善，使研究生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進(jìn)一步的提高。計(jì)算機(jī)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(xué)生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學(xué)術(shù)論文和學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)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(rèn)同。本人指導(dǎo)的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學(xué)術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。
五、結(jié)束語
根據(jù)工科研究生自身特點(diǎn)、研究方向以及課程體系設(shè)置等情況，本文以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)為例，基于項(xiàng)目教學(xué)法為主要方法，對(duì)課程的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法實(shí)施等方面進(jìn)行了總結(jié)，達(dá)到本門課程的教學(xué)目的，滿足研究生的培養(yǎng)要求和培養(yǎng)目標(biāo)。
作者:羅艷蕾 羅瑜 劉會(huì)勇 單位:貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
（貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）
摘要：在研究生的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)中，針對(duì)機(jī)械工程類研究生的專業(yè)方向、課程體系的設(shè)置以及工科研究生自身特點(diǎn)，為培養(yǎng)研究生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力以及增強(qiáng)其工程應(yīng)用意識(shí)，通過在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)積累，逐步探索出以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主要教學(xué)方法，通過實(shí)踐應(yīng)用，取得良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；計(jì)算機(jī)仿真；創(chuàng)新；實(shí)踐
一、前言
研究生教學(xué)有其突出的特點(diǎn)，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實(shí)，獲取書本知識(shí)能力強(qiáng)。但同時(shí)也存在創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點(diǎn)。本人通過十多年研究生教學(xué)的實(shí)踐，結(jié)合本學(xué)院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)如何在研究生教學(xué)改革中突出培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程應(yīng)用能力等問題進(jìn)行了一些改革創(chuàng)新。
二、課程定位及課程特點(diǎn)
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)研究的深入與計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學(xué)科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國(guó)防軍事、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實(shí)驗(yàn)并列的第三種認(rèn)識(shí)和改造客觀世界以及科學(xué)研究的手段”，因此仿真技術(shù)
被認(rèn)為是“使能”技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)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(xué)科交叉等特點(diǎn)。
為了拓寬機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對(duì)象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)機(jī)械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計(jì)算機(jī)仿真知識(shí)與技能。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程是我校機(jī)械工程學(xué)院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐情況，課程目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)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(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。
一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)；另一方面，授課對(duì)象專業(yè)方向較多、授課學(xué)時(shí)有限等特點(diǎn)，如何解決在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改革探索和實(shí)踐，以達(dá)到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)目標(biāo)。
三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)方法的選擇
課程開設(shè)初期，由于只是機(jī)械電子工程專業(yè)方向的同學(xué)選修，所以所講內(nèi)容基本針對(duì)該專業(yè)方向進(jìn)行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學(xué)生所屬專業(yè)方向的擴(kuò)大，專業(yè)方向包括：機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、車輛工程、機(jī)械工程（專業(yè)學(xué)位）等，基本涵蓋了機(jī)械工程學(xué)院的所有專業(yè)方向。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及多個(gè)交叉學(xué)科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)編程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、高等數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)等課程。如何講出本課程的特點(diǎn)，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學(xué)內(nèi)容的選排上下功夫。
項(xiàng)目教學(xué)法是一種以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、以項(xiàng)目為基本教學(xué)單元，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合在一起，強(qiáng)調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中的主體地位。因此，為了滿足各個(gè)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(xué)術(shù)論文和碩士學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)考核方法等不斷進(jìn)行調(diào)整和完善。
1.采取項(xiàng)目專題方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學(xué)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(kuò)展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本來是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對(duì)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(gè)專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計(jì)若干個(gè)專題實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生將該門課程應(yīng)用于實(shí)際工程的能力。
4.采用多個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學(xué)生從生產(chǎn)實(shí)際認(rèn)知的研究對(duì)象，提升到理論高度的學(xué)習(xí)，應(yīng)用所學(xué)的各科理論知識(shí)和技術(shù)手段，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真建模的建立，并對(duì)模型求解以及特性進(jìn)行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終解決實(shí)際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)例問題的能力。
5.結(jié)合學(xué)科前沿，進(jìn)行課堂討論。研究生在初步掌握了對(duì)系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計(jì)、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強(qiáng)化計(jì)算機(jī)仿真在實(shí)際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目形式，開展課程學(xué)科前沿以及⒏妹趴緯逃胂執(zhí)技術(shù)融合等專題討論。
6.增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。利用各種平臺(tái)，擴(kuò)充計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)的科研課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。
四、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)效果
基于項(xiàng)目教學(xué)法計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的教學(xué)方法改革與實(shí)踐，滿足機(jī)械工程學(xué)院各個(gè)專業(yè)方向研究生的需求，教學(xué)方法和手段的完善，使研究生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進(jìn)一步的提高。
計(jì)算機(jī)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(xué)生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學(xué)術(shù)論文和學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)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(rèn)同。本人指導(dǎo)的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學(xué)術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。
五、結(jié)束語
根據(jù)工科研究生自身特點(diǎn)、研究方向以及課程體系設(shè)置等情況，本文以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程教學(xué)為例，基于項(xiàng)目教學(xué)法為主要方法，對(duì)課程的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法實(shí)施等方面進(jìn)行了總結(jié)，達(dá)到本門課程的教學(xué)目的，滿足研究生的培養(yǎng)要求和培養(yǎng)目標(biāo)。
摘要：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的重要分支，具有綜合性、多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。本文針對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本科課程的特點(diǎn)和現(xiàn)行課程教學(xué)的不足，對(duì)該課程進(jìn)行了教學(xué)改革探索與實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了改革實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果表明優(yōu)化和提高了教學(xué)效果，為計(jì)算機(jī)仿真課程改革提供了參考。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；教學(xué)方法；教學(xué)改革；實(shí)踐
一、引言
仿真技術(shù)已經(jīng)在國(guó)防軍事、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實(shí)驗(yàn)并列的第三種認(rèn)識(shí)和改造客觀世界以及科學(xué)研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認(rèn)為是“使能”技術(shù)。
仿真科學(xué)與技術(shù)雖然尚未成為一級(jí)學(xué)科，但國(guó)內(nèi)多個(gè)軍隊(duì)院校已經(jīng)開始設(shè)置仿真專業(yè)和仿真工程二級(jí)學(xué)科，已經(jīng)培養(yǎng)了數(shù)千名仿真工程技術(shù)人才。我校從2005年起開始在測(cè)控工程本科專業(yè)開設(shè)《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》課程，30學(xué)時(shí)，每年選課人數(shù)近150人，主要目的是讓學(xué)員建立起計(jì)算機(jī)仿真的概念，掌握計(jì)算機(jī)仿真的基本方法并能夠?qū)B續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行初步的仿真研究，為今后從事導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)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(xué)科交叉等特點(diǎn)。因此，學(xué)員普遍反應(yīng)該課程難學(xué)、難懂。為提高教學(xué)效果，針對(duì)課程特點(diǎn)和現(xiàn)行課程教學(xué)的不足，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法手段、教學(xué)資源和實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了課程改革和實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果，為計(jì)算機(jī)仿真課程的教學(xué)改革提供了實(shí)踐基礎(chǔ)和案例參考。
二、現(xiàn)行課程教學(xué)的不足
1.課程定位不明確。由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在本校是第一次開設(shè)，對(duì)于課程應(yīng)該達(dá)到什么樣的目標(biāo)定位并不明確。現(xiàn)行的課程標(biāo)準(zhǔn)將目標(biāo)定位為掌握連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散事件系統(tǒng)建模與仿真方法，并能夠?qū)唧w的連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。事實(shí)證明這種要求目前是達(dá)不到的，特別是在有限的學(xué)時(shí)限制之下。另外，課程的定位也和測(cè)控工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)不盡相符。同時(shí)，本校應(yīng)屆畢業(yè)的研究生反映，本科階段已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，碩士階段還得重新學(xué)一遍，甚至到了博士階段，也有部分重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)。這說明目前對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本科課程、乃至整個(gè)仿真課群的設(shè)置與定位是不明確的。
2.教學(xué)內(nèi)容與其他課程重疊。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容與《現(xiàn)代控制理論》等課程的內(nèi)容有所交叉和重疊。連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及相互轉(zhuǎn)化等內(nèi)容在《現(xiàn)代控制理論》中已經(jīng)講授過。而有關(guān)“數(shù)值積分法”的內(nèi)容和《計(jì)算方法》的內(nèi)容有交叉。教學(xué)內(nèi)容交叉和重疊現(xiàn)象令學(xué)生無法準(zhǔn)確界定、無法準(zhǔn)確區(qū)分課程內(nèi)容，也令教學(xué)督導(dǎo)專家詬病，當(dāng)然也就不利于學(xué)員的系統(tǒng)學(xué)習(xí)了。
3.教學(xué)方法手段單一。該課程的教學(xué)方法還主要停留在傳統(tǒng)的講授為主的教學(xué)理念上，只采用單一的教學(xué)方法和手段。教學(xué)內(nèi)容文字性公式居多，直觀性材料、多媒體材料、應(yīng)用型材料偏少，學(xué)員學(xué)完后不知道如何應(yīng)用、如何解決實(shí)際問題，總認(rèn)為計(jì)算機(jī)仿真就是一種數(shù)值游戲、一種計(jì)算機(jī)游戲。
4.缺乏必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本來是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對(duì)控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。現(xiàn)行的教學(xué)模式缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)員難以了解仿真技術(shù)具體是如何應(yīng)用解決實(shí)際問題的，缺乏感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，不知道在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)分析中有何用處。
三、課程教學(xué)的改革實(shí)踐
根據(jù)作者的教學(xué)實(shí)踐和實(shí)際科研工作經(jīng)歷，提出并實(shí)踐了如下改革思路。
1.教學(xué)內(nèi)容改革。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及多個(gè)交叉學(xué)科，緊密相關(guān)的課程包括計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論等課程。如何講出本課程的特點(diǎn)同時(shí)又避免與其他課程雷同是必須解決的問題，因此必須在教學(xué)內(nèi)容的編排上下功夫。
經(jīng)過分析與調(diào)研，最終將本課程的主要內(nèi)容選定為連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真方法上（占總學(xué)時(shí)的40%），而對(duì)連續(xù)系統(tǒng)的建模及模型表示、相互轉(zhuǎn)換則不作過多講述，避免與自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論重復(fù)。而對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的離散事件系統(tǒng)仿真（占總學(xué)時(shí)的25%）則僅作原理性講述，因?yàn)榻?jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)員在現(xiàn)階段還體會(huì)不到離散事件系統(tǒng)仿真建模的精髓，還不能夠從離散事件仿真建模過程抽象出解決實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)的建模與仿真方法，而這正是離散事件系統(tǒng)仿真的優(yōu)秀思想和應(yīng)用目的所在。剩余的學(xué)時(shí)則主要講述計(jì)算機(jī)仿真的基本概念、步驟與發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用等內(nèi)容。
授課內(nèi)容調(diào)整后，課程主題內(nèi)容分明，有利于將連續(xù)系統(tǒng)仿真方法講深、講透，增進(jìn)學(xué)員的理解。
2.基于比較教學(xué)的教學(xué)方法實(shí)踐。為了加深學(xué)員對(duì)內(nèi)容的理解，在教學(xué)過程中廣泛采用了比較教學(xué)方法[1]。
一是連續(xù)系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)仿真方法的比較。仿真的本質(zhì)是在計(jì)算機(jī)上對(duì)模型進(jìn)行試驗(yàn)，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移計(jì)算。連續(xù)系統(tǒng)仿真模型的建立主要是從數(shù)學(xué)模型出發(fā)，建立適合計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行模型。因此連續(xù)系統(tǒng)仿真推進(jìn)時(shí)鐘時(shí)，以為增量進(jìn)行推進(jìn)，采用差分方程實(shí)現(xiàn)狀態(tài)推進(jìn)。因而連續(xù)系統(tǒng)其仿真方法明確，好理解，在計(jì)算機(jī)上求解微分方程即可，重點(diǎn)放在如何選取微分方程的數(shù)值解法上。
而離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)變化是由于隨機(jī)發(fā)生的事件而引起的，如何進(jìn)行離散事件系統(tǒng)的仿真時(shí)鐘推進(jìn)和狀態(tài)變遷就成為離散事件系統(tǒng)仿真的優(yōu)秀問題。離散事件仿真的基本思想就是將事件序列模擬出來，記錄事件引起的狀態(tài)變化并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后得到感興趣的系統(tǒng)性能參數(shù)。時(shí)鐘推進(jìn)方法根據(jù)仿真粒度分別可采用事件調(diào)度法、互動(dòng)掃描法和進(jìn)程交互法，其中事件調(diào)度法是基礎(chǔ)，體現(xiàn)了離散事件系統(tǒng)演化的特點(diǎn)。
離散事件系統(tǒng)只能根據(jù)其系統(tǒng)特點(diǎn)，將由事件驅(qū)動(dòng)引起的狀態(tài)變化通過簡(jiǎn)化在計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)出來，從而進(jìn)行仿真研究。這種思路大部分學(xué)員開始時(shí)不理解，甚至認(rèn)為是“很笨的方法”，沒有什么特別之處。然而，這種方法卻是對(duì)離散事件系統(tǒng)甚至復(fù)雜混雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真的唯一有效方法。
通過建立連續(xù)系統(tǒng)和離散事件系統(tǒng)仿真比較表（如下表所示）進(jìn)行比較教學(xué)，學(xué)員對(duì)兩種系統(tǒng)的仿真方法理解得更透徹。
二是數(shù)值積分法、替換法和離散相似法的比較教學(xué)，后面兩者都是從仿真的快速性出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
數(shù)值積分方法是從求解微分方程的角度發(fā)展而來的，思路嚴(yán)謹(jǐn)，方法體系完整，是主流的連續(xù)系統(tǒng)仿真方法，其主要過程是建立差分方程。替換法是應(yīng)用z與s的映射得到離散脈沖傳遞函數(shù)，再由Z反變換求得差分方程的方法。替換法相當(dāng)于數(shù)值積分法的多步法，簡(jiǎn)單替換法可以歐拉方法一致的精度，雙線性替換法可得到和梯形法一致的精度，但計(jì)算過程相比歐拉積分方法和梯形法快。但缺點(diǎn)也很明顯，替換法要求對(duì)系統(tǒng)先進(jìn)行線性化，因而只對(duì)線性系統(tǒng)有效，而且替換法其理論依據(jù)不嚴(yán)格，誤差大小也沒有定量的結(jié)論。
離散相似法是一種快速仿真方法，其基本思想是簡(jiǎn)化系統(tǒng)的輸入。由于實(shí)際系統(tǒng)輸入經(jīng)常選擇階躍信號(hào)，對(duì)輸入采用零階保持器的簡(jiǎn)化措施沒有引入誤差，可以獲得更高的仿真精度。而歐拉方法要求狀態(tài)變量的導(dǎo)數(shù)為階躍信號(hào)時(shí)，才沒有系統(tǒng)誤差，這在實(shí)際中是很難滿足的。因此對(duì)于階躍信號(hào)輸入，采用零階保持器的離散相似法可以獲得沒有系統(tǒng)誤差的仿真結(jié)果，這不僅優(yōu)于歐拉方法，還優(yōu)于其他的高階數(shù)值積分算法。
但離散相似法的局限也是很明顯的：即要求系統(tǒng)必須是線性的。非線性系統(tǒng)要采用離散相似法，首先要進(jìn)行線性化，但線性化過程已經(jīng)引入了誤差，自然會(huì)影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性；另外系統(tǒng)的階次和“病態(tài)”屬性的存在使得計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣很復(fù)雜甚至不收斂，將帶來較大的截?cái)嗾`差。因此對(duì)于線性系統(tǒng)，離散相似法將系統(tǒng)拆分為一系列低階環(huán)節(jié)，再針對(duì)每個(gè)低階環(huán)節(jié)應(yīng)用離散相似法，但此時(shí)這些低階環(huán)節(jié)的“輸入”已不再是階躍信號(hào)了，因此采用離散相似法同樣帶來了誤差。
只有在離散相似法選擇的典型環(huán)節(jié)是積分環(huán)節(jié)時(shí)，離散相似法（零階保持）等價(jià)于歐拉方法。
通過以上比較教學(xué)，學(xué)員對(duì)連續(xù)系統(tǒng)的仿真方法理解就很透徹了。
3.輔助教學(xué)資源開發(fā)。學(xué)員通過比較教學(xué)，雖然對(duì)連續(xù)系統(tǒng)的仿真方法已經(jīng)很理解的，但是對(duì)其如何使用仍然是模糊的。為此，我們利用Matlab語言開發(fā)了連續(xù)系統(tǒng)仿真算法輔助教學(xué)演示軟件。
軟件的主要功能包括：（1）對(duì)常用的數(shù)值積分法進(jìn)行Matlab實(shí)現(xiàn)，寫出各種數(shù)值積分法的遞推疊代公式，顯示出每步計(jì)算結(jié)果；（2）連續(xù)系統(tǒng)包括典型的一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)和三階系統(tǒng)；（3）可對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果和系統(tǒng)精確解進(jìn)行列表比較和圖形比較；（4）對(duì)病態(tài)系統(tǒng)采用不同的仿真方法進(jìn)行仿真演示，比較方法的異同和計(jì)算精度；（5）一個(gè)魚雷攻擊移動(dòng)目標(biāo)系統(tǒng)（6階系統(tǒng)）進(jìn)行具體應(yīng)用，演示如何對(duì)具體連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。
教學(xué)過程中，涉及到相關(guān)算法時(shí)，利用輔助教學(xué)軟件進(jìn)行教學(xué)演示，對(duì)計(jì)算公式的推導(dǎo)、每步計(jì)算過程和結(jié)果都進(jìn)行演示，并最終演示仿真結(jié)果及與真實(shí)解、其他算法之間的差異，從而班組學(xué)員理解算法的計(jì)算過程。
4.增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于教學(xué)過程中，只能采用較簡(jiǎn)單的對(duì)象進(jìn)行講授和演示，學(xué)員對(duì)于如何采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)解決導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的定量分析與精度評(píng)定等應(yīng)用仍然沒有概念。鑒于學(xué)時(shí)的限制和實(shí)驗(yàn)條件的限制，目前尚不具備讓學(xué)員動(dòng)手進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證的條件。因此依托戰(zhàn)略導(dǎo)彈控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)科研條件，讓學(xué)員參觀、體驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在大型導(dǎo)彈連續(xù)系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用這一實(shí)踐環(huán)節(jié)，感受半實(shí)物仿真試驗(yàn)過程和數(shù)字仿真、可視化仿真過程，從而增強(qiáng)了學(xué)員理解仿真技術(shù)應(yīng)用的直觀性，使學(xué)員的實(shí)踐能力得到全面鍛煉和提高。
四、教學(xué)效果
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程在我校開設(shè)了7屆，前幾屆學(xué)員普遍反映難學(xué)，抓不住重點(diǎn)和思路，不知道如何應(yīng)用。經(jīng)過近3年的教學(xué)改革與實(shí)踐，教學(xué)效果明顯改善，具體教學(xué)效果如下。
1.課堂和實(shí)踐教學(xué)效果。通過以上教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐，學(xué)員在課堂上能夠積極主動(dòng)地思考和回答問題，對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程充滿了興趣，能夠在教員的引導(dǎo)下主動(dòng)對(duì)具體連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模與分析，主動(dòng)閱讀參考文獻(xiàn)提出問題。實(shí)踐環(huán)節(jié)中，多數(shù)同學(xué)能夠從總體上理解半實(shí)物仿真系統(tǒng)的組成及工作原理、過程，有些學(xué)員甚至與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教員探討，提出半實(shí)物仿真、數(shù)學(xué)仿真、可視化仿真的改進(jìn)措施。總體來說，課堂和實(shí)踐教學(xué)效果較好。
2.大作業(yè)反饋教學(xué)效果。從近幾年大作業(yè)完成情況看，學(xué)員對(duì)連續(xù)系統(tǒng)的仿真算法掌握較好，對(duì)于算法在一階微分方程中的應(yīng)用基本能夠掌握，通過文獻(xiàn)的參考和指導(dǎo)，初步掌握了對(duì)連續(xù)系統(tǒng)建模、模型轉(zhuǎn)換、仿真建模、仿真實(shí)現(xiàn)這一過程。大部分同學(xué)也能對(duì)高階系統(tǒng)進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換和仿真分析，這表明大部分學(xué)員已經(jīng)掌握了對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析的能力。
總之，通過教學(xué)改革和實(shí)踐，學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮了主體作用，提高了綜合分析能力和知識(shí)運(yùn)用能力，教學(xué)效果顯著提高。
五、結(jié)束語
本文針對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程特點(diǎn)和現(xiàn)行教學(xué)模式存在的課程定位不明確、教學(xué)內(nèi)容交叉重疊、教學(xué)方法手段單一、缺乏必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)等不足，結(jié)合作者多年的教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，提出并實(shí)踐了一些該課程教學(xué)改革的具體思路，相信對(duì)于該課程的后續(xù)教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量和效果具有一定的參考意義。這種教學(xué)改革的實(shí)踐表明，不僅增加了教學(xué)的趣味性，學(xué)員也普遍反應(yīng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明顯的教學(xué)效果。
作者簡(jiǎn)介：廖守億（1974-），博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)彈精確制導(dǎo)與控制。
