基于计算机仿真技术的大学生创新能力培养研究

中图分类号：G640.2 文献标识码：A

计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，在特定的实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，目前已成为系统分析、设计优化、运行管理、体系评价等领域的重要工具。

随着科学技术的迅速发展，计算机仿真技术已广泛应用于军事、航空、航天、化工、电力、制造等各个工程领域以及生态环境、社会、医学、经济等非工程领域 [1]，计算机仿真技术也已成为现代工程师必须掌握的基本技能之一。本文从教学内容、教学方式入手，以提高学生创新能力为目标，对该课程的改革进行了探索研究 [2]。

1 原课程体系所存在的问题

1.1 理论教学与实践教学脱离

原课程体系的教学方法基本沿用课堂教学与上机实践分开进行的模式。由于授课与上机分开进行，使得学生在课堂上所学到的理论知识不能很快的在上机时加以应用，从而也就不利于学生对本课程所学理论知识的深入理解。

1.2 实验题目布置滞后、数量少、工程背景不明确

虽然在训练的初期教师就把实验题目发给了学生，但对于题目的真正讲解是在理论知识介绍完之后。由于学生在理论学习不能针对所要达到的目标去学习，所以学生在学习理论知识时缺乏动力，不仅对理论知识的掌握效果不好，也限制了理论对实践的指导，阻碍了对学生创新能力的培养。

同时，设计的实验题目数量偏少，多人同组同题的现象较为严重。因此，易使部分学生产生依赖思想，导致抄袭现象的发生。

另外，大多数实验题目工程背景不明确，对象多为一般的通用数学模型。因此，学会用Matlab 分析解决实际工程问题的课程教学目标难以实现。

2 课程体系改革

为了在较少的学时内，尽快引导学生掌握计算机仿真理论知识，并在学生实践技能培养中发挥作用，为后续的其他课程及毕业设计奠定基础。在综合分析原课程体系不足的基础上，对原课程进行了改革，将其更改为一门独立课程。采用的具体措施如下：

2.1 侧重应用的教学内容

木课程的教学目标是培养学生计算机仿真的工程应用能力，能够针对系统仿真的工程问题给出解决方法。在课堂上，除了介绍基本理论知识，还需在计算机上演示一些具有代表性的工程应用案例，引导学生更深刻地理解系统仿真的各个环节及其意义，包括系统建模、系统分析、参数优化、编程调试和仿真结果分析等 [3]。

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应用前景有进一步的了解。

2.2 教学方式与教学手段的改革

(1) 多媒体教学方式和传统教学方式相结合

在课堂讲授过程中，Matlab 编程和 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模型提前写好，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，使授课环节更加紧凑连贯。

2.3 鼓励学生学以致用

“计算机仿真”技术在工程中有广泛的应用，在教学过程中鼓励学生从课程学习中走出去，将学到的知识应用到工程实践中，解决实际问题。网络上也兴起很多 MATLAB 技术论坛和计算机仿真论坛，因此要求学生经常在网上浏览

这类论坛，了解该技术领域的新发展和新变化。鼓励学生发贴，解决论坛上出现的技术难题，让学生在解决问题的过程中找到学习的乐趣 [4]。

提高学生分析问题和解决问题能力是一个长期的过程，只要学生能够走出第一步，就能体会到计算机仿真技术的魅力，积极地投入到研究工作中，同时也能增强自信心，形成良性循环。

3 教学改革成效

（1）学生的学习热情和学习效果得到了提高

通过在“计算机仿真”课程教学中引入的改革尝试，学生在课堂上能够积极主动地进行思考和回答问题，对计算机仿真技术充满了兴趣。学生在学习过程中能够提出问题，并主动查阅参考书或从网上寻求解决办法，能够在教师的指导下对较复杂系统建立仿真模型。在实践过程中，大多数学生能够主动地完成基本的实验内容和题目，甚至有些学生能更为深入地与教师探讨，改进实验的程序和完成难度更高的实验。

（2）学生的协作和沟通能力得到了增强

合作学习作为现代教学理论与学习策略之一，已经被广大教育工作者广泛使用，并起到了积极作用。它创造性地应用互动理论，促进了学生之间相互交流和共同进步，使学生体验到人与人协作的必要性和重要性，增强学生之间的交流沟通能力。在合作的过程中需要容忍别人的不同意见，接纳他人的观点，形成既充满竟争又愉快合作的氛围，从而培养了学生容纳型人格。容纳型人格表现为学生具有一种兼容并蓄的态度，对人、对事不存偏见，宽容大度，能接受和正视自己的缺点，也能接受别人的意见，正确评价他人。大家通过认真听取和体验同学们解决问题的思维过程，分享合作学习成功的喜悦，从而使自己受到启发，得到提高。

（3）学生的创新能力得到了提高

部分学生经过半年的努力成为网络论坛专业版的版主，负责协调处理版务的疑难问题。很多学生将计算机仿真技术的知识进一步深化，在毕业设计中，融合使用了计算机仿真的知识，真正做到学有所用，学有所长。

4 结论

笔者经过多年的教学实践，明确教学主线，通过课程改革，采用理论与实践相结合的教学方法，激发了学生的学习兴趣，增加了学生对理论知识的深刻理解，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。

参考文献：

[1] 候彦庆. 计算机仿真技术的应用与发展趋势[J]. 信息通信,2016.

[2] 李海侠. 中国高校本科教育发展问题及对策[J]. 中国电力教育,2014.

[3] 李杰，徐杨 .Matlab 仿真在电子技术教学中的应用 [J]. 重庆电力高等专科学校学报，2023.

[4] 刘丽萱 , 张萍 , 钱步仁 , 魏学良 .MATLAB 在电力电子技术教学中的应用 [J]. 大学教育 ,2014.

基金项目：河北省社会实践一流课程—创新与实践教育（KC2020004S）；北华航天工业学院课程思政教育教学改革项目（JY2025009）