基于“個(gè)體差異自主學(xué)習(xí)”模式的控制系統(tǒng)仿真課程改革

張俊紅 王亞慧 陳一民

摘要：針對(duì)控制系統(tǒng)仿真課程具有專業(yè)性、綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)中普遍存在的個(gè)體差異，提出了基于“個(gè)體差異自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式改革。通過(guò)在授課中增加實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)，實(shí)踐采取分層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、編寫適應(yīng)本專業(yè)特色的教材、提供多元的學(xué)習(xí)方式、完善教學(xué)資源、改革考核模式等方法，突出學(xué)生的主題地位，在實(shí)踐中推進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)仿真;個(gè)體差異;自主學(xué)習(xí);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）46-0092-02

一、引言

《控制系統(tǒng)仿真》是一門講授數(shù)字仿真的基本原理、算法和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的課程，目的是指導(dǎo)學(xué)生掌握解決控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的一種有效的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合解決問(wèn)題的能力。為了使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)盡快掌握所學(xué)知識(shí)，提高控制系統(tǒng)理論分析與實(shí)踐仿真兩個(gè)方面的能力，我院《控制系統(tǒng)仿真》課題組老師在長(zhǎng)期理論教學(xué)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)課程的內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)方式進(jìn)行了一些探索研究與實(shí)踐。

二、《控制系統(tǒng)仿真》課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前《控制系統(tǒng)仿真》教學(xué)中主要存在的問(wèn)題：作為綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在理論上用的課時(shí)太多，實(shí)踐課時(shí)較少，很難培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置單一，并且多為驗(yàn)證性的內(nèi)容，沒有考慮不同層次學(xué)生的不同訓(xùn)練需求，無(wú)益于綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而且教學(xué)內(nèi)容沒有充分結(jié)合建筑類院校自動(dòng)化特色專業(yè)的辦學(xué)特色和學(xué)生的實(shí)際需要，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也缺乏針對(duì)性。授課形式單一，沒有健全的考核和激勵(lì)機(jī)制，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，學(xué)習(xí)積極性不高。為此，我們從教材的選用、教學(xué)課時(shí)設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)方法的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)以及考核辦法的規(guī)定等方面對(duì)該課程進(jìn)行了全面的改革，并逐步應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)當(dāng)中，取得了明顯的效果。

三、授課形式的改革

1.授課計(jì)劃的調(diào)整。重新制定了教學(xué)大綱和授課計(jì)劃。將理論授課定為8學(xué)時(shí)，重點(diǎn)講授基本概念和理論方法;上機(jī)實(shí)驗(yàn)為24學(xué)時(shí)，結(jié)合前期相關(guān)課程的授課情況，采用分層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。

2.編寫全新教材。針對(duì)學(xué)院院先期開設(shè)的課程《自動(dòng)控制原理》、《現(xiàn)代控制理論》、《集散控制系統(tǒng)》等課程的授課情況，編寫了新的《基于MATLAB控制系統(tǒng)仿真及其應(yīng)用》教材，該書在結(jié)構(gòu)上采用了系統(tǒng)仿真理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的方式，反應(yīng)現(xiàn)代仿真技術(shù)的最新發(fā)展，注重理論聯(lián)系實(shí)際，密切結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，特別是面向建筑行業(yè)的工程實(shí)例比較多，出發(fā)點(diǎn)在于建筑領(lǐng)域內(nèi)的自動(dòng)化仿真需求越來(lái)越多，與本專業(yè)的特色相呼應(yīng)。

3.完善教學(xué)資源。通過(guò)開設(shè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂，增加和學(xué)生的互動(dòng)和交流。學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載課件、實(shí)驗(yàn)選題、習(xí)題練習(xí)和答疑。并展示相關(guān)科研成果和科研課題，鼓勵(lì)學(xué)生參加課題實(shí)踐，做到學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

四、基于“個(gè)體差異的自主學(xué)習(xí)”教學(xué)模式改革

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的大幅增加主要是考慮到《控制系統(tǒng)仿真》課程的實(shí)踐性和綜合性，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間和創(chuàng)新空間。然而，不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)（即存在差異）的學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容需求也不相同，老師應(yīng)該正視這種差異，使得部分程度較好的學(xué)生在上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上選擇創(chuàng)新性和拓展性的項(xiàng)目，充分發(fā)揮他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性，而部分基礎(chǔ)較弱的學(xué)生老師應(yīng)該積極地加以引導(dǎo)，使他們能自覺地確定該課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使不同程度的學(xué)生發(fā)揮最大潛能，更加突出學(xué)生的主體地位。

1.提供多元的學(xué)習(xí)方式。除了課堂授課、上機(jī)實(shí)驗(yàn)外，針對(duì)所學(xué)知識(shí)，老師在網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂上傳一些實(shí)際項(xiàng)目的案例、制作過(guò)程，并對(duì)老師的一些研究課題讓大家參與、思考和討論。使學(xué)生可以通過(guò)多渠道多種途徑獲得自己所需要的信息，達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.利用合作學(xué)習(xí)將差異資源化。采用實(shí)驗(yàn)分組制（自選組和指定組），指定組必須要完成老師給定的任務(wù)，自選組中可以根據(jù)自己的興趣、學(xué)習(xí)程度和其他不同認(rèn)知風(fēng)格的學(xué)生組成實(shí)驗(yàn)組合，通過(guò)合作學(xué)習(xí)將學(xué)生差異轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)資源，以便實(shí)現(xiàn)學(xué)生間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

3.合理調(diào)控，適時(shí)指導(dǎo)。在加強(qiáng)不同認(rèn)知風(fēng)格學(xué)生之間交流的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生間矛盾的產(chǎn)生，或者出現(xiàn)一個(gè)組中有的學(xué)生完全依賴他人的情況。這時(shí)，教師必須深入到各學(xué)習(xí)小組中去，對(duì)各組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察、適當(dāng)介入，了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和所遇到的問(wèn)題，并給予及時(shí)、具體的指導(dǎo)。

五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和考核方式的改革

實(shí)踐環(huán)節(jié)中將“基于個(gè)體差異的自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式引入到實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，內(nèi)容分層次、分主題進(jìn)行，既有理論驗(yàn)證性、擴(kuò)展性、綜合性內(nèi)容，又有與實(shí)際控制應(yīng)用相結(jié)合的開發(fā)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇適合自己能力的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?，F(xiàn)場(chǎng)展示和回答老師問(wèn)題方式，進(jìn)行計(jì)分、考核。這一舉措使原來(lái)不肯動(dòng)手、動(dòng)腦的學(xué)生也必須選擇自己力所能及的內(nèi)容積極完成實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了學(xué)生的能動(dòng)性，讓學(xué)生不斷積累自主學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主程度。

1.《控制系統(tǒng)仿真》實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

2.考核要求?？己擞蓛刹糠纸M成：理論和實(shí)驗(yàn)考核。理論部分要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的連續(xù)控制系統(tǒng)，并給出仿真結(jié)果;實(shí)驗(yàn)分為必做實(shí)驗(yàn)（基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)）和選做實(shí)驗(yàn)（綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)）。必做實(shí)驗(yàn)為一人一組，選做實(shí)驗(yàn)為2～3人一組。根據(jù)必做實(shí)驗(yàn)的完成質(zhì)量和選做實(shí)驗(yàn)的難度，現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)和驗(yàn)證的方式給定成績(jī)。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用新編的教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并將基于“個(gè)體差異的自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式引入《控制系統(tǒng)仿真》課程，經(jīng)過(guò)兩屆學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生普遍感覺教學(xué)方式新穎，實(shí)驗(yàn)壓力變大，對(duì)課程的重視程度加大，在課堂上與老師有很好的交流，課下能獲得知識(shí)拓展和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)了與老師之間的互動(dòng)，收到了良好的教學(xué)效果。

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