控制系统计算机仿真课程教学改革的cdio实践

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1、控制系统计算机仿真课程教学改革的CDIO实践-计算机论文控制系统计算机仿真课程教学改革的CDIO实践申忠利，左毅，谢七月（长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南长沙410114）摘要：本文从教育创新大背景出发，以CDIO理念为指导，提出“仿真是一种基于模型的CDIO活动”，进而在此理念指导下调整教学内容，改革教学方式，在三年来的教学实践中取得了良好的效果。关键词：计算机仿真；CDIO；控制系统；教学改革中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）18-0101-02

2、基金项目：本文系长沙理工大学教学改革研究项目（项目编号：JG1133）的研究成果作者简介：申忠利（1976-），男，湖南邵东人，长沙理工大学能源与动力工程学院，讲师，研究方向为复杂对象建模与控制。计算机仿真技术在众多领域不同层面都获得了大量研究和成功应用，而有关教学工作却不尽如人意，从教材、教学内容到教学方法都存在诸多不足，亟待研究和改进。为了培养新形势下符合专业技术发展需求的本科毕业生，本文从教育创新大背景出发，以长沙理工大学热工过程自动化专业为例，介绍CDIO理念下《控制系统计算机仿真技术》课

3、程教学改革的有关实践和成果。一、教育创新大背景下的CDIO1.竞争全球化视野下创新型人才培养面临巨大挑战。长期以来，我国高等教育受前苏联模式的影响，以及人才匮乏、教学资源紧缺的现实，存在着偏重理论知识的传授而忽视学生独立动手能力、综合分析问题和解决问题能力的问题，统一培养口径、重“学”轻“术”、偏重课堂教学、忽视实践锻炼等做法，使得我们培养出的人才实践能力严重不足，创新能力严重欠缺。当今世界，各主要国家无不把竞争与创新上升到国家战略高度。美国从2004年推出了创新型人才培养的国家战略，强调将仿真作

4、为核心技术手段，推动国家技术进步。也是从2004年起，我国政府把自主创新从一般性号召提升到国家战略高度，也非常重视仿真技术的研究与应用，创立了若干与仿真有关的国家级实验室与工程技术中心，以响应科技发展需求。以创新型国家战略目标为衡量标准，就必须关注高校教育的创新问题[1]。2.CDIO理念成为教育创新的最佳模式。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate，构思—设计—实现—运行）是一个新型的工程教育模式，它由美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、

5、瑞典皇家技术学院等4所工程大学发起，全球23所大学参与，合作开发的一个国际工程教育合作项目[2]。CDIO在当前得到了国际高等工程教育的共识，这种人才培养模式的理念主要体现在以下4个方面：具有国际先进性、具有实践可操作性、具有全面系统性及具有普遍适应性。二、基于CDIO理念的仿真新概念的提出1.仿真的基本定义。1961年，G.W.Morgenthater首次将“仿真”定义为“在实际系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现”。这一定义忽略了实际系统存在时仍然需要做仿真的情形，对此，Korn在其1

6、978年出版的著作《连续系统仿真》中，将“仿真”定义修正为“用能代表所研究的系统的模型做实验”。这一概念从研究角度强调了仿真是一种类型的实验。Spriet认为模型是仿真的基础，于1982年将“仿真”定义为“所有支持模型建立与模型分析的活动即为仿真活动”。考虑到仿真已广泛应用于产品开发与技能培训等众多方面，Oren于1984年建立了仿真的基本概念框架“建模-实验-分析”，并在此基础上定义“仿真是一种基于模型的活动”，并从此开创了现代仿真技术。但是，如果将所有基于模型的活动都定义为仿真，而不对“活动”

7、加以界定，则难免忽略了仿真过程的完整性，比如，不能认为“基于模型的评估活动”为仿真，那只是仿真过程中的一个阶段。2.仿真新概念的提出。我国教育工作者引入CDIO以来，取得了诸多成果。本文作者参照CDIO“构思-设计-实现-运行”这一主线，认为仿真首先要“构思”目的、手段、步骤及结果的分析等，然后有针对性地“设计”某项活动，并按照设计要求，为活动的“实现”做好充分准备，并按一定的步骤和方法实施活动，继而“运行”所实现的模型系统，对获得的结果进行分析，研究是否达到了仿真目的，如果达到了，则仿真成功，如

8、果没有达到，则重新进行一个新的CDIO过程。基于上述分析，本位提出“仿真是一种基于模型的CDIO活动”，该概念将仿真和CDIO紧密结合起来了，既适应于实验，又适应于技能培训等其他活动，而且突出了仿真的过程特性，具有鲜明的指导意义，优点明显。三、仿真新概念的教学实践1.控制系统计算机仿真技术教学面临的问题。（1）教学内容问题。该课程现行的教学内容主要包括系统的数学模型、连续系统仿真、离散事件系统仿真、仿真工具介绍及仿真的应用等，相关内容与《自动控制原理》、《现代控制理论》、《数值计算