李麗宏+華國光

（河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038）

摘要：“系統(tǒng)建模與計算機仿真”課程具有多學(xué)科交叉、理論與實踐并重的特點，且此課程系統(tǒng)建模部分概念抽象不易掌握，為了培養(yǎng)專業(yè)學(xué)位研究生的科學(xué)與職業(yè)素養(yǎng)，本課程探討了以案例教學(xué)與學(xué)術(shù)職業(yè)兼?zhèn)涞膶W(xué)習(xí)方式，以“跟蹤學(xué)科前沿、拓展教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)”為教學(xué)理念，對系統(tǒng)建模、算法實現(xiàn)與仿真等教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考試方式進行了配套改革。

關(guān)鍵詞：專業(yè)學(xué)位研究生；教學(xué)改革；職業(yè)教育；案例教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0114-02

一、專業(yè)學(xué)位研究生“系統(tǒng)建模與計算機仿真”課程改革的必要性

“系統(tǒng)建模與計算機仿真”課程是電子信息類專業(yè)學(xué)位研究生一門學(xué)科選修專業(yè)課，是面向工程實際的應(yīng)用型課程，主要內(nèi)容包括：實驗數(shù)據(jù)分析與圖形可視化、最優(yōu)化技術(shù)建模與仿真、信號建模分析與仿真、現(xiàn)代建模方法及仿真等。

該課程在教學(xué)方式與課程內(nèi)容方面，存在如下問題：

1.課程內(nèi)容抽象與學(xué)生靈活運用能力低。該課程涉及內(nèi)容廣泛，教學(xué)內(nèi)容較多但教學(xué)學(xué)時較少，概念、模型、算法抽象嚴(yán)謹(jǐn)。在前面教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，一部分學(xué)生感到該課程枯燥無味，難于理解，因此學(xué)不進去；另外一部分同學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好，對概念、模型、算法能學(xué)懂，但是遇到具體問題，不能靈活運用。

2.課程目標(biāo)定位不夠清晰，內(nèi)容與實際聯(lián)系較弱。該課程基本或完全運用學(xué)術(shù)學(xué)位研究生的課程教學(xué)，不能體現(xiàn)專業(yè)性研究生課程的“實踐”內(nèi)容，缺失“專業(yè)性”的職業(yè)教育。

3.課堂教學(xué)效果有待加強，尤其要改進教學(xué)方式方法。教學(xué)方式枯燥、單一，“滿堂灌”的教學(xué)方式弱化了研究生的學(xué)習(xí)興趣；以課堂為中心，以教師為中心，以理論為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)效果不理想。

4.專業(yè)性研究生教育的實踐教學(xué)部分比重不大。課程內(nèi)容重理論輕實踐，不利于專業(yè)研究生實現(xiàn)科研創(chuàng)新及今后在職業(yè)生涯中的發(fā)展。

5.教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新意識不強，課程內(nèi)容陳舊，不能與最新科研發(fā)展同步。

二、課程教學(xué)內(nèi)容改革

1.將MATLAB仿真軟件引入課題教學(xué)。MATLAB是美國MathWorks公司出品的數(shù)學(xué)軟件，是Matrix Laboratory兩個詞的組合，即矩陣實驗室，主要是面對科學(xué)計算，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言，它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，同時提供多個專業(yè)領(lǐng)域功能強大的工具箱與模塊集，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。將MATLAB語言與系統(tǒng)建模理論相結(jié)合，使抽象的理論模型可視化、直觀化，便于學(xué)生理解掌握，同時熟悉了MATLAB軟件的使用方法。在系統(tǒng)建模與分析中，需要繪制較多仿真曲線，對于大型復(fù)雜系統(tǒng)的建模，如果采用人工繪圖，不僅浪費時間且仿真曲線不精確，利用MATLAB較強的計算與可視化功能，可較容易地繪制仿真曲線，且能動態(tài)地仿真數(shù)學(xué)模型。由于本課程學(xué)時較少，因此要求專碩研究生課下自學(xué)MATLAB基本函數(shù)和語法。在課堂上講解系統(tǒng)建模的相關(guān)理論與分析方法，簡要介紹MATLAB工具箱中相關(guān)函數(shù)使用方法，課后作業(yè)分為兩部分，一部分系統(tǒng)建模理論知識分析，二是要求使用MATLAB進行求解與仿真。

2.教學(xué)中引入工程案例。應(yīng)用型高層次人才是專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)的目標(biāo)，他們畢業(yè)后，可以獨立負責(zé)某項技術(shù)及其科學(xué)研究，這也是專業(yè)學(xué)位研究生與高職職業(yè)性的區(qū)別。因此專業(yè)學(xué)位研究生的案例教學(xué)有別于本科的案例教學(xué)，不僅要考慮學(xué)生的興趣，更要注重案例內(nèi)容的理論層次性與創(chuàng)新性。根據(jù)電子信息類專業(yè)學(xué)位研究生的特點，案例教學(xué)分為四模塊：實驗數(shù)據(jù)分析與圖形可視化、現(xiàn)代建模方法及仿真、信號建模分析與仿真、最優(yōu)化技術(shù)建模與仿真。實驗數(shù)據(jù)分析與圖形可視化：研究生階段，每位研究生都會做很多實驗得出較多數(shù)據(jù)并進行處理，為了更直觀地表達數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)，需要使用數(shù)學(xué)軟件Matlab進行仿真，因此在授課時，針對典型二維圖像、三維圖形等進行了案例教學(xué)，同時，由于課堂時間的限制，課后也為同學(xué)們布置了多個典型數(shù)據(jù)可視化習(xí)題進行練習(xí)，為后續(xù)課題的深入研究與仿真奠定了堅實基礎(chǔ)。現(xiàn)代建模方法及仿真：針對電子信息類專業(yè)學(xué)位研究生，本部分在課堂上安排了以下案例：形似及演繹推理建模案例、系統(tǒng)辨識案例、基于模糊集建模案例、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模案例和基于智能技術(shù)建模案例。在各類模型理論知識講解的基礎(chǔ)上，利用Matlab語言進行仿真，從而深入理解掌握各種建模方法。信號建模分析與仿真：列舉了信號在時域、頻域、空間域中信號分析與處理的相關(guān)案例，同時講解了其在聲音信號（一維信號）與圖像信號（二維信號）中的應(yīng)用；學(xué)生能系統(tǒng)深入理解信號處理的原理，同時仿真結(jié)果由工具軟件Matlab形象表現(xiàn)。

三、課程教學(xué)方式改革

專業(yè)學(xué)位研究生教育屬于研究生教育層次，因此其教育是職業(yè)教育與學(xué)術(shù)教育的綜合，“職業(yè)性和學(xué)術(shù)性，兩者兼?zhèn)洹?，即需對學(xué)生開展學(xué)術(shù)與職業(yè)型教育。

1.以案例教學(xué)為主，重視運用團隊學(xué)習(xí)、案例分析、模擬訓(xùn)練等方法，案例作為一個主要載體來實現(xiàn)整個教學(xué)過程，完成專業(yè)學(xué)位研究生的理論學(xué)術(shù)性教育學(xué)習(xí)，同時充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，組建學(xué)習(xí)團隊，課外時間對教師所留題目進行模擬訓(xùn)練，同時使用Matlab軟件對實踐題目進行仿真，有條件的同學(xué)，可以將其運用于實習(xí)單位課題上面，實現(xiàn)職業(yè)性教育學(xué)習(xí)。

2.跟蹤學(xué)科前沿，拓展教學(xué)內(nèi)容，課堂授課時，將科研課題相關(guān)模塊制作為案例，將最新進展引入課堂，使得課堂教學(xué)內(nèi)容及時更新，從而突破教材的束縛，完成研究生教學(xué)與科研相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更富有活力。

3.改革教學(xué)方法，倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，在上述教學(xué)過程中實施開放式教學(xué)，轉(zhuǎn)變教師與研究生在教學(xué)活動中的角色，教師不再是知識的傳輸者而是指導(dǎo)者，研究生不再是知識的被動接受者，而是成為知識的主動建構(gòu)者，以研究生的“學(xué)”為主，教師的“教”為輔，充分挖掘研究生潛能，使其積極主動地參與到學(xué)習(xí)中去。

四、考評方式

為了更好地評價研究生學(xué)習(xí)效果，同時也為了鼓勵后續(xù)研究生的學(xué)習(xí)，對此課程的評價體系也進行了改革，其評價標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮了對知識的理解、運用能力和綜合素質(zhì)，

為了更好地衡量對知識的理解、運用能力和綜合素質(zhì)，引入項目設(shè)計環(huán)節(jié)，增加理論與實踐應(yīng)用相結(jié)合的方式，項目設(shè)計在考核成績中所占比重為50%，研究生可將其創(chuàng)新性思維在項目設(shè)計中得體體現(xiàn)并加以驗證，平時成績和課堂表現(xiàn)占總成績的20%，期末試卷占總成績的30%，因此，這種考核方式充分體現(xiàn)了“職業(yè)”教育參與其中。

參考文獻：

[1]李艷杰，于艷秋.“現(xiàn)代控制理論”課程研究型教學(xué)實踐與探討[J].中國電力教育，2010，（15）：53-54.

[2]李娜.科學(xué)教育與職業(yè)教育雙重視野下的我國專業(yè)學(xué)位研究生教育[D].西安：西安電子科技大學(xué)碩士論文，2010.

[3]貝紹軼.碩士專業(yè)學(xué)位研究生校企聯(lián)合培養(yǎng)的探索與實踐——以車輛工程為例[J].高教學(xué)刊，2016，（21）：19-21.

[4]生龍，馬曉雨，郭云飛，等.研究生《人工智能》課程教學(xué)方法改革淺析[J].教育教學(xué)論壇，2016，（6）：98-99.

[5]劉春生，張紹杰，王晶.“最優(yōu)控制理論”研究生課程教學(xué)的探索與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2015，37（3）：30-32.

收稿日期：2016-11-18

基金項目：河北工程大學(xué)研究生教育教學(xué)改革項目

作者簡介：李麗宏（1974-），女，河北無極人，副教授，博士，從事圖像處理與仿真等方面研究。