科学教育与职业教育双重视野下“系统建模与计算机仿真”课程教学改革

（河北工程大学，河北 邯郸 056038）

摘要：“系统建模与计算机仿真”课程具有多学科交叉、理论与实践并重的特点，且此课程系统建模部分概念抽象不易掌握，为了培养专业学位研究生的科学与职业素养，本课程探讨了以案例教学与学术职业兼备的学习方式，以“跟踪学科前沿、拓展教学内容、改革教学方法、倡导自主学习”为教学理念，对系统建模、算法实现与仿真等教学内容、教学手段、考试方式进行了配套改革。

关键词：专业学位研究生；教学改革；职业教育；案例教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0114-02

一、专业学位研究生“系统建模与计算机仿真”课程改革的必要性

“系统建模与计算机仿真”课程是电子信息类专业学位研究生一门学科选修专业课，是面向工程实际的应用型课程，主要内容包括：实验数据分析与图形可视化、最优化技术建模与仿真、信号建模分析与仿真、现代建模方法及仿真等。

该课程在教学方式与课程内容方面，存在如下问题：

1.课程内容抽象与学生灵活运用能力低。该课程涉及内容广泛，教学内容较多但教学学时较少，概念、模型、算法抽象严谨。在前面教学过程中发现，一部分学生感到该课程枯燥无味，难于理解，因此学不进去；另外一部分同学数学基础较好，对概念、模型、算法能学懂，但是遇到具体问题，不能灵活运用。

2.课程目标定位不够清晰，内容与实际联系较弱。该课程基本或完全运用学术学位研究生的课程教学，不能体现专业性研究生课程的“实践”内容，缺失“专业性”的职业教育。

3.课堂教学效果有待加强，尤其要改进教学方式方法。教学方式枯燥、单一，“满堂灌”的教学方式弱化了研究生的学习兴趣；以课堂为中心，以教师为中心，以理论为中心的传统教学模式，教学效果不理想。

4.专业性研究生教育的实践教学部分比重不大。课程内容重理论轻实践，不利于专业研究生实现科研创新及今后在职业生涯中的发展。

5.教学内容创新意识不强，课程内容陈旧，不能与最新科研发展同步。

二、课程教学内容改革

1.将MATLAB仿真软件引入课题教学。MATLAB是美国MathWorks公司出品的数学软件，是Matrix Laboratory两个词的组合，即矩阵实验室，主要是面对科学计算，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，同时提供多个专业领域功能强大的工具箱与模块集，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。将MATLAB语言与系统建模理论相结合，使抽象的理论模型可视化、直观化，便于学生理解掌握，同时熟悉了MATLAB软件的使用方法。在系统建模与分析中，需要绘制较多仿真曲线，对于大型复杂系统的建模，如果采用人工绘图，不仅浪费时间且仿真曲线不精确，利用MATLAB较强的计算与可视化功能，可较容易地绘制仿真曲线，且能动态地仿真数学模型。由于本课程学时较少，因此要求专硕研究生课下自学MATLAB基本函数和语法。在课堂上讲解系统建模的相关理论与分析方法，简要介绍MATLAB工具箱中相关函数使用方法，课后作业分为两部分，一部分系统建模理论知识分析，二是要求使用MATLAB进行求解与仿真。

2.教学中引入工程案例。应用型高层次人才是专业学位研究生培养的目标，他们毕业后，可以独立负责某项技术及其科学研究，这也是专业学位研究生与高职职业性的区别。因此专业学位研究生的案例教学有别于本科的案例教学，不仅要考虑学生的兴趣，更要注重案例内容的理论层次性与创新性。根据电子信息类专业学位研究生的特点，案例教学分为四模块：实验数据分析与图形可视化、现代建模方法及仿真、信号建模分析与仿真、最优化技术建模与仿真。实验数据分析与图形可视化：研究生阶段，每位研究生都会做很多实验得出较多数据并进行处理，为了更直观地表达数据与分析数据，需要使用数学软件Matlab进行仿真，因此在授课时，针对典型二维图像、三维图形等进行了案例教学，同时，由于课堂时间的限制，课后也为同学们布置了多个典型数据可视化习题进行练习，为后续课题的深入研究与仿真奠定了坚实基础。现代建模方法及仿真：针对电子信息类专业学位研究生，本部分在课堂上安排了以下案例：形似及演绎推理建模案例、系统辨识案例、基于模糊集建模案例、基于神经网络建模案例和基于智能技术建模案例。在各类模型理论知识讲解的基础上，利用Matlab语言进行仿真，从而深入理解掌握各种建模方法。信号建模分析与仿真：列举了信号在时域、频域、空间域中信号分析与处理的相关案例，同时讲解了其在声音信号（一维信号）与图像信号（二维信号）中的应用；学生能系统深入理解信号处理的原理，同时仿真结果由工具软件Matlab形象表现。

三、课程教学方式改革

专业学位研究生教育属于研究生教育层次，因此其教育是职业教育与学术教育的综合，“职业性和学术性，两者兼备”，即需对学生开展学术与职业型教育。

1.以案例教学为主，重视运用团队学习、案例分析、模拟训练等方法，案例作为一个主要载体来实现整个教学过程，完成专业学位研究生的理论学术性教育学习，同时充分调动学生学习的主动性，组建学习团队，课外时间对教师所留题目进行模拟训练，同时使用Matlab软件对实践题目进行仿真，有条件的同学，可以将其运用于实习单位课题上面，实现职业性教育学习。

2.跟踪学科前沿，拓展教学内容，课堂授课时，将科研课题相关模块制作为案例，将最新进展引入课堂，使得课堂教学内容及时更新，从而突破教材的束缚，完成研究生教学与科研相结合，使教学内容更富有活力。

3.改革教学方法，倡导自主学习，在上述教学过程中实施开放式教学，转变教师与研究生在教学活动中的角色，教师不再是知识的传输者而是指导者，研究生不再是知识的被动接受者，而是成为知识的主动建构者，以研究生的“学”为主，教师的“教”为辅，充分挖掘研究生潜能，使其积极主动地参与到学习中去。

四、考评方式

为了更好地评价研究生学习效果，同时也为了鼓励后续研究生的学习，对此课程的评价体系也进行了改革，其评价标准综合考虑了对知识的理解、运用能力和综合素质，

为了更好地衡量对知识的理解、运用能力和综合素质，引入项目设计环节，增加理论与实践应用相结合的方式，项目设计在考核成绩中所占比重为50%，研究生可将其创新性思维在项目设计中得体体现并加以验证，平时成绩和课堂表现占总成绩的20%，期末试卷占总成绩的30%，因此，这种考核方式充分体现了“职业”教育参与其中。

参考文献：

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收稿日期：2016-11-18

基金项目：河北工程大学研究生教育教学改革项目

作者简介：李丽宏（1974-），女，河北无极人，副教授，博士，从事图像处理与仿真等方面研究。

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