以仿真軟件為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系改革與探索

[摘要] 實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種必不可少的教學(xué)手段已不僅僅是驗(yàn)證知識(shí)和探索新技術(shù)的一種方法，還是培養(yǎng)學(xué)生多種實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的主要手段。運(yùn)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容，加強(qiáng)綜合型、創(chuàng)新型、探索型實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞] 自動(dòng)化專業(yè) 實(shí)驗(yàn)課程 實(shí)驗(yàn)改革 MATLAB仿真

高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著培養(yǎng)高級(jí)專門人才，提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，實(shí)施素質(zhì)教育的重要任務(wù)，是學(xué)校教學(xué)、科研工作的重要組成部分，是知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)的重要基地。創(chuàng)建高水平大學(xué)，建設(shè)一流學(xué)科，培養(yǎng)一流人才，必須有一流的實(shí)驗(yàn)室予以支撐。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種必不可少的教學(xué)手段已不僅僅是驗(yàn)證知識(shí)和探索新技術(shù)的一種方法，還是培養(yǎng)學(xué)生多種實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的主要手段。只有合理地運(yùn)用這一教學(xué)手段，才能使其真正有效地服務(wù)于教學(xué)，達(dá)到培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

一、自動(dòng)化專業(yè)系列課程的特點(diǎn)

自動(dòng)化專業(yè)包括的主要控制類課程有：自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、過程控制工程基礎(chǔ)、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)等，這些課程理論性強(qiáng)，抽象概念多，所涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較廣泛，探討的是控制過程的性能及其規(guī)律，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性及工程性，與基礎(chǔ)課程相比在研究方法和學(xué)習(xí)方法方面都有很大不同，因此，學(xué)生感到難學(xué)，教師覺得難教，教學(xué)過程容易枯燥。自動(dòng)化專業(yè)系列課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，作為教學(xué)的重要手段顯現(xiàn)出不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1)實(shí)驗(yàn)教材選用單一，有一定局限性;(2)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少;(3)運(yùn)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段不夠。(4)許多設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)由硬件電路難以實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)這種情況，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上需要進(jìn)行相應(yīng)的改革，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用性人才為宗旨，結(jié)合自動(dòng)化專業(yè)課程的實(shí)際情況，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)課程體系改革的探索

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法已經(jīng)開始逐漸進(jìn)駐各領(lǐng)域，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)器材缺乏的不足，減少實(shí)驗(yàn)耗材，完成現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，更加完整地分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象的系統(tǒng)性能指標(biāo)，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，具有高效、快速、直觀、完整的優(yōu)勢(shì)。開展仿真實(shí)驗(yàn)可充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件，發(fā)揮計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，即提高了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率又提高了學(xué)生對(duì)新型軟件的應(yīng)用能力和科研創(chuàng)新能力。因此，仿真實(shí)驗(yàn)越來越顯露出它的重要性。

MATLAB是控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)的一個(gè)卓越平臺(tái)，它為控制理論系列課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的工具。利用MATLAB語言，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和設(shè)計(jì)能力，完成由硬件設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，其中的Simulink仿真功能和控制系統(tǒng)工具箱為自動(dòng)化專業(yè)系列課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了極大的方便。通過實(shí)驗(yàn)不僅幫助學(xué)生理解課堂所學(xué)理論，而且為學(xué)生今后使用MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的綜合能力。

三、改革的措施

1.調(diào)整驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的時(shí)間

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是為了使學(xué)生鞏固理論知識(shí)而開設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，通過該類實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用及注意事項(xiàng)有比較清楚的了解，培養(yǎng)學(xué)生的基本操作、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算技能，使教材上的基本理論得到充分的驗(yàn)證，加深學(xué)生對(duì)理論教學(xué)中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。

2.增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上運(yùn)用某一課程或多門課程的綜合知識(shí)，對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)。其目的在于鍛煉學(xué)生對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用的能力，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜問題的能力，在全部或部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)完成之后，適時(shí)安排綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

3.引入仿真技術(shù)，開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn)

隨著高校生源的增多，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以解決高校中學(xué)生大量的實(shí)驗(yàn)要求，為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備少、難維護(hù)、費(fèi)用高等問題。使用仿真技術(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)房完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真，并且可以同時(shí)進(jìn)行相關(guān)資料的查詢。利用仿真實(shí)驗(yàn)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的想像力，去實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)方案而不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面的限制，同時(shí)也不必?fù)?dān)心實(shí)驗(yàn)失敗會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)備造成的損壞，這無形中為學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮提供了十分廣闊的空間，這種方式是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綗o法實(shí)現(xiàn)的，有利于對(duì)創(chuàng)造型人才和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而且有利于降低實(shí)驗(yàn)成本，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)與管理，使實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)入一個(gè)良性發(fā)展的軌道。

開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程：

4.編寫實(shí)驗(yàn)教材

合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容，編寫出適合自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生使用的包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)的一整套專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教材，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教材和課堂教材在時(shí)間上和內(nèi)容上的有機(jī)結(jié)合，兩者相輔相成。

四、總結(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種必不可少的教學(xué)手段不僅是驗(yàn)證知識(shí)和探索新技術(shù)的一種方法，還是培養(yǎng)學(xué)生多種實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的主要手段。合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，充分發(fā)揮學(xué)生的想像力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用性人才為宗旨，在先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念指導(dǎo)下加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，使自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室成為優(yōu)秀人才的培養(yǎng)場所。