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仿真教学论文

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仿真教学论文

仿真教学论文范文第1篇

1.1硬件基础

清华大学工业工程系人因工程实验室自行研制了多通道宽屏幕固定式驾驶仿真系统,见图1所示。该系统由真车改造,具有可用性、柔性、整体性好和成本低等特点。系统的多个模块具有可配置性,能灵活地运用于各种驾驶仿真任务的模拟,可随时根据实验任务和研究对象的变化对系统的各个软硬件进行调整,以适用不同研究课题或实验教学的设计需要。

通过驾驶仿真系统可以对驾驶员在驾驶过程中的行为、感知、认知、决策和态度进行观察、测量和分析,具有安全性、可控制性、可重复性、易于采集客观数据等特点。

1.2软件及仿真场景模型库

驾驶仿真系统的主要构成部分之一是虚拟驾驶场景的仿真,它基于虚拟现实技术,具有沉浸、交互、构想的特性,使驾驶员身临其境,与驾驶仿真的场景环境自然交互。驾驶场景的构建主要是根据科研或教学内容,构造交通场景的三维模型或再现真实的交通场景。可以采用MuhigenParadigm公司的Creator建模软件或常见的3DSMAX造型软件进行虚拟驾驶场景的建模,采用MuhigenParadigm公司Vega软件构建模拟驾驶的仿真平台。

我们目前已拥有具有一定素材,可用性强的仿真场景模型库,如图2所示,具有多种形象逼真的交通环境、车辆和行人模型,具备各种机动车辆等可配置交通模块,还具备模拟特殊天气下的交通环境,如雪天、雾天、夜间等驾驶环境。这些丰富的仿真场景设计元素大大增加了系统的柔性和可用性,方便研究人员及学生根据实验目的,设计和开展各种有关驾驶员行为的研究。

1.3知识基础

基于驾驶仿真的人因实验教学要求学生已经具备一定人因工程基础理论和方法的基础,例如反应时的测定、标识的设计理念、人因设计的基本思路及应用的方法等。另外,还需学生具备一定的计算机软件应用的基础和经验,以便能更快地学会相关模型软件的使用。

2人因实验教学的设计与实施

结合驾驶仿真所设计的人因教学实验,使学生的实践内容更加贴近实际应用,以培养学生的综合素质、创新精神和实践能力为目标,我们在设计实验时,主要着重于以下几个方面。

2.1发挥学生的自主性

以交通标志设计与评估实验为例,交通标牌的字体大小、图样设计,直至放置实施均由学生以团队的组织形式分工协作,独立完成。要求交通标牌设计合理,易于道路使用者识别;模型设计后,可以直接使用驾驶仿真系统进行实车、实路驾驶;对设计成果进行有效、合理的评估。学生在做实验的过程中充满了挑战性,因此大大地激发了学生的兴趣和主动性。

2.2实验的开放性

实验室仅提供驾驶仿真系统及配套模型软件,模型的设计以及对模型评估的方法和手段都由学生根据需要自行确定,这为学生的创造性思维发展提供了很大的自由度。例如,针对驾驶安全某个主题的研究,学生可以自行设计模型,自行设计调查问卷,组织实验的实施,并分析实验的结果。

2.3实验内容的综合性

实验的设计思想是让学生在课程学习的.同时,培养理论联系实际,灵活应用人因工程理论解决实际问题的思路及方法的能力。正如学生在实验报告里所说:“在整个实验中,从发现问题、提出问题到解决问题,我们都遵循了在人因学中起核心作用的以人为本的思想。实验中我们面对的是一个现实生活中的复杂问题,我们实践了一个完整的应用人因学原理到实际系统设计的全过程,即确定设计目标和绩效评价标准一系统定义一基本设计一界面设计一测试评估一方案改进的过程,课堂上学习到的理论知识在此得到了实践与巩固。”

2.4实验教学模式的创新性

我们应用驾驶仿真系统的相关软件和硬件,给予学生全新的集成体验,加深理论知识的学习,并感知复杂的系统和理论。使学生的方案设计和改进措施更加符合实际,利于学生的实践实施,使学生对实验充满兴趣和积极性。学生在实验报告中说到:“我们体会到了虚拟现实技术在系统研究中的巨大作用。就这次实验来说,我们利用现有的模型,屏幕上谈兵,就完成了系统的分析以及再设计。虚拟现实技术已经成为现在我们研究现实世界的有力工具。我们学习到了很多应用案例,也更加深入地理解了人因课上所讲到的一些理论与原则性的知识。理论结合实践,是学习知识的最佳方式。不过,我们的实践,不是传统意义上的实践,而是在虚拟的现实世界中进行的实践。”

我们针对不同的教学需求,可以开设如下不同类型、不同形式的人因教学实验。

(1)体验式教学。可以把复杂的难于理解的人因工程理论通过驾驶交互体验来领会和学习。

(2)研究型教学。学生自主设计实验场景或测试方案,开展针对特定理论或者原则的实验研究。例如,有准备的反应模式与无准备的反应模式区别,有分神或者无分神的反应模式区别,疲劳和正常精神状态下的反应模式区别等。

(3)专题教学。例如:交通险情专题实验主要针对险情反应模式、反应时间的测定,学生也可进行交通险情的体验;交通标识专题实验可以对交通路标进行主观、客观的评估。

3实验教学效果

基于驾驶仿真,我们已经开设了人机系统仿真体验式实验、汽车贴膜研究型实验和以北京西直门为案例开展了交通标志设计与评估的专题实验等。这些实验贴近生活实际的应用,培养了学生综合应用理论知识分析和解决实际问题的能力。教学实验很好地达到了预期效果,受到了学生的肯定与好评。

(1)学生感受到人因理论方法与技术在实际生活中的重要地位,真正理解了人因工程的内涵,有助于学生在实践中加深对理论知识的理解和运用,加强了对所学知识的感性认识。

(2)利于创新能力的培养,提高了学生的创新意识和创造性解决问题的能力。

(3)培养了团队协作能力。实验需要学生合理分工,相互协作,进行有效的团队沟通,共同解决问题,才能成功地完成。

(4)提高了学习的兴趣。实践教学内容目的性强,贴近实际应用,给学生充分的自由度,学生学习热情高,自主、积极地查阅资料,确定解决方法。

(5)提高了实践教学效果。利用驾驶仿真系统使教学环境生动、逼真、安全,学生能够多方体验,吸引了学生学习和研究的兴趣,也有利于学生对方案结果的检验和评估。

4结束语

基于驾驶仿真,我们开设了多种类型的自主性、综合性、开放型的实验,并得以顺利实施让学生有机会尝试、体验、研究并解决人因工程的实际问题,受到了学生的广泛赞誉。实验锻炼了学生综合运用理论和方法解决实际项目问题的能力,为他们后续的学习和去企业实习打下了良好的基础。

今后,我们还将不断总结实验教学的经验,不断地完善和提高实验教学的水平,不断丰富实验教学内容,为培养创新型、综合型高素质人才而服务。

参考文献:

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[2]YingWang,EndongZhang,WeiZhang.Developmentofalowcodrivingsimulationsystemforsafetystudyandtraining[c]//PrceedingofDrivingSimulationConferenceAsia/Pacific.TsukubaJapan,2006.

[3]严京滨,林亨,张伟.人因工程实验室的建设[J].实验技术与管理,2005,22(6):l3-l5.

[4]王力威.培养大学生主动性和独立性之思考[J].江苏工业学院学报,2007,8(4):83-85.

[5]张劲.利用虚拟现实技术创建教学新模式[J].常州工程职业技术学院学报,2007,3(53):26.28.

[6]北京市交通安全教育学校.机动车驾驶员交通法规与相关知识[M].北京:群众出版社,2004.

[7]裴玉龙,王炜.道路交通事故成因及预防对策[M].北京:科学出版社,2004.

仿真教学论文范文第2篇

目前国内部分职业院校开展了护理仿真模拟教学,但多集中在本科高职层次,如郎雪南等发现通过ESC,本科护理学生能够形成“Learningfromyourownmistakes”人性化学习模式[2]。向燕卿等对高职护生开展了高级综合模拟人(ESC)仿真教学与传统案例讲解教学对比研究,运用OSCE考核比较发现仿真教学能显著提高护理评估、技能操作和评判性思维[3]。而中职院校护理专业运用仿真教学较少,或虽引入器材却缺乏有效的教学方式方法,或开展仿真训练却未结合实际深入研究,教学实效不高。究其原因是未能很好的分析探讨护理仿真教学的切入点和落脚点。中职护理专业学生基础差、理论知识掌握不牢固是实施仿真教学的阻碍首因。无论是使用ESC还是创设更为复杂的仿真教学情境,其基础条件就是学生能够扎实的掌握仿真教学过程和内容所涉及的护理学相关基础理论知识,结合传统课堂教学把握仿真训练要点,但中职护理专业传统教学还存在相当的问题未能有效的解决,进一步实施仿真训练收效必定甚微,因此解决理论到实践的过渡问题是第一切入点。大多数研究指出护理仿真训练中的情境设置多采用分组开展、讨论和反思的流程,对中职学生而言,团队配合意识还有不足,在学生日常行为养成教育中还缺乏团队文化的塑造。因此,培养学生团队合作理念是第二切入点。对于仿真训练的效果而言,目前最为流行的是使用OSCE模式进行综合评价,但大多数中职教师由于工作繁重,并没有机会接受相关培训,因此在组织开展仿真训练后缺乏对学生有效的指导和评价,解决该问题是第三个切入点。

2.严谨规划中职护理教育实施仿真教学的流程

从以上分析的切入点入手,应当尊重教学规律,体现“精、广、准”三个字。精,就是在实现理论学习向实践学习的过程中,案例准备精致典型,能够充分将课堂理论与临床实际相贴近,内容不模糊、数据准确无误;仿真情境设置要精细,不是一间训练室,放置训练假人让护生操作,应该按照医学病房要求建造和装修,有标准病房有标准病房、护理站、治疗室、重症监护室等;分组训练要精心,培养团队意识,达到头脑风暴的效果,在护生分组与指导教师配合上,应当注重性格互补、行为统一等要求。广,就是让学生在仿真实训中能够形成提高批判性思维,一个仿真实训的项目要突出相关理论、实践内容的衍生,在设置案例、提供器具时,要把在理论教学中的交叉点、混淆点提供给学生,在教师的引导下,学生学会认识-理解-发现-批判-掌握。准,体现教学、学习的评价流程、评价反馈中,开展对教师组织教学和学生综合实践能力的双向考察评价,制订科学合理的“综合能力考核评价表”,包括教学环节中的课堂气氛、知识面覆盖等,学习环节中的与病患沟通能力、学习兴趣、团队意识、批判性思维等等,这些指标都应量化,有相应的心理行为佐证,并记录备案,体现形成性。

3.精心开发中职护理教育实施仿真教学的外设功能

仿真教学论文范文第3篇

电力电子技术课程内容量大、知识点多、既有理论分析又有实际电路应用。以我校自动化专业为例,采用王兆安老师主编的《电力电子技术》第五版教材,课程内容将涉及电力电子器件、电力电子电路(AC-DC整流电路、DC-AC逆变电路、DC-DC直流-直流变流电路、AC-AC交流-交流变流电路)及电路控制技术(PWM、软开关),课时安排为56学时,其中8学时为实验教学。在48学时的理论教学内容中,除绪论、习题课和总复习占4学时外,电力电子器件占4学时,电力电子电路占34学时,PWM控制与软开关技术占6学时。由上可见,电力电子电路占理论教学学时的70%,但是该部分的实际教学内容非常多,以整流电路部分为例,将主要涉及到两大类(单相整流、三相整流)、四小类(单相半波整流、单相桥式整流、三相半波整流、三相桥式整流)、三种负载(电阻性、阻感性、反电动势)及多种电路变换形式(如带续流二极管),其中每种电路还要分析不同触发角(如30度、60度、90度、120度等)控制下的电路工作原理、电压和电流波形图(如负载直流电压、负载直流电流、晶闸管承受电压、晶闸管流过电流、交流电流等)、电量参数计算(如直流平均值、交流有效值)。如此复杂的电路教学过程,若仅靠传统黑板板书及幻灯片教学模式进行讲解,将不能在有限的课时时间内,既完成教学内容,又让学生深入理解各种电路的工作过程,其结果是学生没能抓住电力电子电路学习的根本,不具有分析和设计电力电子电路的能力。电力电子技术的仿真教学改革就是要改变上述由于教学内容多、课程内容复杂、课时分配少而带来的教学和学习问题,其改革的内容就是在有效的教学时间内,通过仿真软件搭建电力电子电路并进行仿真波形分析与工作原理讲解的教学模式,该模式不仅能把教学基本内容讲授清楚,同时能大大提高学生对课程教学重点与教学难点的理解和把握,达到事半功倍的效果。仿真教学改革中采用MATLAB仿真软件,其中的电力系统模型库包含电源模块库、电器元件模块库、电机模块库、电力电子元件模块库、连接件模块库、测量仪器模块库和其他电气模块库。通过使用Simulink模块库组成电力电子控制电路,使用电力系统模块库组成电力电子主电路和驱动电路,可以较为容易的分析和设计更为复杂的电力电子电路,可以深入的研究和观察电力电子电路的动态响应和稳态响应。

二、仿真教学过程实例分析

由于电力电子技术课程中的各种电路形式复杂多样,因此以三相桥式全控整流电路为例,来说明电力电子技术的仿真教学过程。三相桥式全控整流电路在工业生产中具有重要位置,大量用于电解、电镀、直流电机传动、励磁等场合,因此该电路是电力电子技术课程的重点内容。三相桥式全控整流电路为如上所述教材的3.2.2节内容,主要包括电路原理图、电阻性负载、阻感性负载工作情况三部分内容。该节课程的知识目标定位于掌握三相桥式全控整流电路的组成、特点及应用,理解三相桥式全控整流电路的工作原理;能力目标定位于能够根据电路图搭建相应电路并进行测量,同时能够根据任务要求开展相关实验。该节课程的仿真教学过程中首先让学生掌握电路结构,然后针对不同负载情况下,让学生理解工作原理并学会波形分析及参数定量计算,最后结合“自动控制原理”及“电机学”课程相关内容,给出仿真实验任务,目的让学生逐步进入状态,逐步掌握学习这门课的方法,下面给出仿真教学中需要注意的教学重点,其它教学部分可参考相应教材,这里不再赘述。

1.三相桥式全控整流电路结构该部分首先介绍三相桥式全控整流电路是目前应用最广泛的整流电路,它区别于单相整流与三相半波整流,具有功率大、直流脉动小等优点,同时采用幻灯片播放实际应用案例的形式,来增强学生对该部分内容的感性认识,并提高学生的学习兴趣。其次,介绍该电路中包含六个晶闸管元件,是目前学习中器件最多的电路,需要学生们认真理解六个晶闸管器件的触发工作过程。再次,采用MATLAB仿真软件搭建三相桥式全控整流电路原理图,如图1所示。搭建的过程中,一定要强调以下几点:①晶闸管器件编号务必为共阴极组内VT1、VT3、VT5,共阳极组内VT4、VT6、VT2;②晶闸管门极触发脉冲顺序务必为VT1-VT6;③晶闸管触发脉冲相位间隔60度。

2.带电阻性负载情况分析前面讲解完三相桥式全控整流电路搭建后,真正进入到电路工作原理、波形分析及定量计算部分。进一步完善上面仿真电路原理图,将负载选择为电阻性负载,并增加若干示波器观察点,其中三相电源设置为幅值100V、频率50Hz,电阻负载2Ω,仿真参数设置为仿真起始时间0.0s,结束时间0.1s,算法选择ode23tb。带电阻性负载情况下的教学重点为:①不同触发角下的波形分析;②负载电流的连续与断续分析;③晶闸管的单触发脉冲与双触发脉冲形式。其中难点内容为连续与断续状态下的脉冲形式。首先通过仿真详细讲解30度触发角时的波形情况,要求学生在给定电源条件下能够正确理解触发脉冲、直流负载电压、直流负载电流、晶闸管承受电压和交流电源电流的波形。讲授过程中需要注意:①触发角的触发时刻,由于三相整流电路的自然换相点对应A相电压波形的30度位置,因此30度触发角情况下的晶闸管VT1触发时刻为60度位置,换算成时间为0.0033s;②将整个电源周期分成6段,每段先确定6个晶闸管的导通与关断状态,再分析其他电量;③特别注意强调线电压波形及波形画法。然后,利用仿真教学的优势进一步讲解如上教学重点要求,如图3所示为60度和90度触发角下的晶闸管触发脉冲情况和直流输出电压波形情况。图中可以清楚的看到60度触发角为负载电压和电流连续与断续的临界点,90度触发角时清楚的看到负载电流为断续状态,同时各个触发脉冲为保证电流断续下正常工作而变成双触发脉冲形式。为了让学生能够更深入的理解电阻性负载时的工作情况,在仿真教学过程中,可以采取更小的脉冲角度间隔对多个触发角进行多次仿真,这样更能深入理解随着触发角的增加,直流负载电压不断降低的过程。

3.带阻感性负载情况分析当三相桥式全控整流电路带阻感性负载工作时,其特点就是能保证负载电流续流而不出现断续的状态,因此该部分的教学重点为:①让学生能够清楚的理解整个移相范围内负载电流总是连续的工作状态;②由于电感的作用,负载电压会出现负的部分;③大电感状态下,负载电流近似为一条直线。图4为触发角为90度时三相桥式全控整流电路的波形情况,与图3中触发角为90度情况进行对比,可以清楚的看出阻感性负载时的直流负载电压波形既有正向波形,又有负向波形,负载电流波形始终处于连续状态,同时还可以通过仿真教学清楚的展示电感为5mH和200mH时的直流电流波形,其中5mH时电流波形脉动较大,而200mH时电流波形脉动较小,近似为一条直线,这也充分说明当电感值为200mH时,感抗相对于阻抗来说充分大。

4.仿真实验任务:直流电机闭环调速系统完成如上规定的仿真教学任务后,可以给学生布置相应的仿真实验任务,结合直流电机原理和闭环控制原理,安排直流电机闭环调速系统的仿真实验,可以安排在实验课中完成或课后自行完成。仿真实验任务如下:(1)仿真参数设置:仿真起始时间0.0s,结束时间5s,算法选择ode23tb。(2)系统要求跟踪恒值速度给定500r/min。(3)转速调节器设定为比例控制,要求分析不同负载转矩、不同转速比例调节下的电机电压、电流和转速波形。这里给出用于教学参考的系统仿真结构图及电机电压和电流波形,如图5和图6所示。由于直流电机为阻感性负载,因此通过仿真实验可以更深入的认识阻感性负载下的三相桥式全控整流电路的工作过程,直流负载电压即电机供电电压有正负波形,直流负载电流即电机电枢电流为连续状态且近似为一条直线,转速波形由学生在仿真实验中自行观察。

三、结论

仿真教学论文范文第4篇

论文关键词:双元制,高职,数字印刷教学,实践

 

近年来,我国印刷工业以年增长率高于10%的速度发展,约占我国国民生产总值(GDP)2%。印刷业总的发展趋势是:数字化、网络化、多样化、快捷化。政府已经确立了印刷业今后的发展目标:第一步是力争在2010年把中国建设成为全球重要的印刷生产基地之一,第二步是到2020年,实现从印刷大国到印刷强国的转变,加入世界先进印刷国家的行列。

数码印刷作为一项科技含量颇重的新技术,其在中国刚刚结束了其概念普及推广期。因此,数码印刷技术的专业人才基本上处于空白。“十一五”时期,国家把发展职业教育摆在突出的位置教育教学论文,明确指出职业教育“以服务为宗旨,以就业为导向”,实现从计划培养向市场驱动的转变、从政府直接管理向宏观引导的转变、从传统的以升学为导向向以就业为导向的转变。现代制造业的迅速发展,需要大批素质优良的高技能人才。但是,国内目前的高职教育仍然不能满足需要。特别是在湖北中部个东部地区,新型工业化加速发展,现代制造业所需要的人才成为紧缺人才。国家新闻出版总署制定了“十一五”期间印刷技术人才培养的具体目标:“三个一百,两个一千”,人才目标全部指向了高技能人才。

目前国内开设数字印刷专业的高职院校只有3所,且其他院校大都以传统印刷技术为主,很少涉及到数字快印技术。在数字印刷人才的培养上,大都以基本理论和仿真训练为主,缺乏真实的职业环境培养和真实的操作锻炼,毕业后不能真正适应社会及行业的认可。 而 “双元制”的教学模式正好弥补了教学与实践脱节的现象。“双元制”,是指学生既在企业里接受职业技能和与之相关的专业知识培训,又在职业学校接受职业专业理论和普通文化知识教育。学校和企业分别是“双元制”职业教育中的“一元”中国学术期刊网。“双元制”职业教育模式下职业院校主要负责学生的专业理论教育,企业负责学生的实践与技能操作。

一、高职数字印刷专业人才培养模式。

(1)围绕校内基地,建设以“双元制教学、‘2+1’订单式”的教学模式为特征的人才培养方式。

该模式即第一、二学年学生在校学习教育教学论文,学习内容的基础课和专业理论基础课为主,基础课由学校负责,专业理论基础课由企业负责,第三学年学生在企业学习专业技能,并安排顶岗实习。学习方式为:理论+实训+实习+顶岗。使师生在实训基地中接受企业化管理,在真实职业环境中学习实践,培养学生职业能力。

(2)重构“项目式、情境式”课程体系。

围绕工学结合的人才培养模式,依据工作过程系统化课程体系开发的理论,以国家精品课程标准为依据,召开实践专家座谈会,分析典型工作任务,确定岗位能力、素质要求,结合国家职业技能鉴定标准,校企合作,制定学习领域和教学内容,构建“项目式、情境式”课程体系。如下图1。

 

情境1

实践项目与流程

检查

教学目标与项目

分析

仿真教学论文范文第5篇

“系统动力学基础”是国防科学技术大学系统工程专业本科学员的专业选修课。系统动力学可以为复杂非线性系统的系统分析、系统规划和系统预测提供一种基于因果关系的定性与定量相结合的理论和方法。课程有助于提高学员系统思维、整体思维、因果思维能力,以及利用建模仿真方法和工具解决实际问题的能力。课程主要教材为王其藩著的《系统动力学》,总计30学时,其中讲授24学时,实践4学时,考核2学时。

2“系统动力学基础”课程教学准备

2.1了解授课对象的基本情况

想要上好一门课,首先必须了解授课对象的专业、人数、学科背景,以及专业的培养方案、课程体系等基本情况。可以采用集体座谈、个别交流等方式到学员队进行前期调研,了解学员对课程的预期时间精力投入情况,对课程的期望和需求以及学员的个性、情感等基本情况。明确本课程在人才培养体系中的地位、作用,梳理学科知识网络,明确本课程相关的先导课程和后续相关课程。例如,与本课程密切相关的预修课程包括高等数学、计算方法、计算机程序设计、自动控制原理、系统工程原理。通过与学员前期交流,可以了解学员现有知识体系以及对先导课程的掌握情况,这样在课程设计和讲授时就能够有的放矢,因材施教。

2.2教材选取

教材选取是前期准备的重要环节。系统动力学有一些国内外相关教材专著,其中王其藩的经典教材《系统动力学》内容充实,基础理论方法阐述较全面系统,引入较新的Vensim系统动力学图形化建模仿真软件,理论实践结合较好,比较适合作为基本教材。钟永光等人编著的“十一五”国家级规划教材侧重培养系统思维主线,弱化微分方程式等数学知识,对动态系统的行为模式与结构、因果回路图和存量流量图的绘制原则,复杂系统基模等概念阐述较为清晰,是对基本教材的有益补充。其他相关教材可作为课程课外读物,例如《系统动力学与计算机仿真》虽然教材内容和实验软件比较陈旧,但是教学实例非常丰富。《系统思考和系统动力学的理论与实践》《社会系统动力学:政策研究的原理、方法和应用》《环境模拟:环境系统的系统动力学模型导论》《第五项修炼:学习型组织的艺术与实务》《增长的极限》等教材阐述了系统动力学在不同领域的应用实例,有利于开拓学员的视野。

2.3教学交流

教学交流是进行课程准备、提高教学水平的重要途径。想上好本课程需要与学科和课程建设负责人、承担相关学科方向(特别是系统工程、管理科学与工程、仿真工程)课程任务的老师、教学岗老师、教学督导专家等进行交流研讨。作为新教员更需要积极参加各种教学培训、教学观摩活动,向有经验的老师虚心请教。此外,还可以通过观看国家视频公开课、MOOC、与国内外一流大学的同类课程(例如美国MIT的系统动力学课程)进行对比分析,充分借鉴国内外优秀课程的先进理念、经验,借鉴先进的建设成果。除了课前以外,整个教学过程中以及教学结束后都可以通过积极参加各类教学比赛、课件大赛、教学督导、撰写教学论文、申报教学成果奖等方式与教育教学界同行进行教学交流。

3“系统动力学基础”课程设计

3.1顶层设计

要想全面把握和上好一门课,需要从战略上对课程进行整体设计,需要非常用心地按照系统工程的原理和思想进行系统动力学课程的顶层设计。本课程面向系统工程、仿真工程、管理科学与工程专业本科生,重点突出系统动力学的理论与方法、建模和应用。课程涵盖系统动力学中的系统分析、建模、仿真、实验分析各个环节。目的是培养学员采用系统动力学方法分析和解决问题的能力,使其能够理解系统动力学的基本思想、建模原理、建模过程,能够应用系统动力学建模方法及仿真环境建立宏观层次的系统动力学模型,并通过仿真实验解决宏观层次的系统分析问题,从而提高学员解决实际问题的能力。在课程过程和方法设计上,除了进行基本概念方法讲授外,还需要展示系统动力学在社会、经济、生态、军事等特定领域中的应用,加强学员对系统动力学应用的直观认识。在此基础上结合具体应用问题,组织学员从系统动力学和科学实验角度认识世界和改造世界,形成科学的世界观和方法论,并采用系统动力学建模仿真软件开发相关的仿真模型,进行仿真实验和分析,从而培养和提高学员分析和解决实际问题的动手能力。

3.2教学内容

在教学内容选取上,应根据学科之间的内在联系、本课程在整个专业知识网络中的地位作用和学员的认知规律,科学论证和选取课程核心内容和知识点、设计教学实践环节等。需要特别注意与其他相关课程的联系、呼应、分工、衔接。例如,一阶负反馈的基本概念在以前的自动控制原理等课程讲授过,本课程中就需要从系统动力学因果分析、定性定量建模、Vensim建模仿真实验分析全新的角度进行讲授。教学内容力求做到基础性、系统性、科学性、实用性和先进性的统一。本课程理论教学内容包括:系统动力学基本概念、建模原理和步骤;系统动力学建模技术(因果回路图、存量流量图、状态、速率、辅助变量和常数、参数、方程);系统动力学分析技术(简单和复杂系统结构和行为分析、振荡、延迟、基模、灵敏度与强壮性分析、模型精炼与重构、政策/决策分析)。本课程实践教学内容包括:系统动力学仿真实验技术(Vensim软件、函数、输入输出分析);一阶系统建模仿真实验、二阶系统建模仿真实验、应用系统动力学分析解决复杂军事问题。

3.3课程特色

每门课程都有其特殊性和独有的特点,本课程需要重点把握以下两个特点:一是突出理论与实践相结合的“双螺旋”主线。与一般的理论课或实验课不同,本课程是一门理论性与实践性结合非常紧密的课程。课程主要按照“案例引入—原理推导—软件实验—综合应用”的思路展开。因此,教学方法侧重于理论讲解与应用案例结合、抽象的理论知识与Vensim系统动力学软件实现相结合、培养学员综合解决现实应用问题的兴趣和能力。二是突出课程的系统特征、因果特征和动力学特征。通过课程学习,使学员能够建立系统辩证观,强调系统、整体的观点,通过对因果特征和动力学特征的讲解,使学员掌握联系、运动与发展的辩证观点。系统动力学与物理学中的动力学具有相似性,系统的结构相当于物理学中的“力”,系统状态随时间发展变化的系统行为相当于物理学中的“运动”。系统内部结构和反馈机制决定了复杂系统的行为模式和动态特征。系统动力学非常适合研究复杂系统随时间变化的问题,例如人口、经济、社会随时间的发展、兴盛与衰亡等。因此在课堂讲授时可以适当采用具有多媒体动画,仿真实验时特别需要展示系统随时间变化的动态特性。

4结语