仿真教学论文精选(九篇)

第1篇：仿真教学论文范文

1．1在实际操作前

首先将相关知识点及注意事项认真讲解，让学生以理论知识为指导开展实际操作。按照教学大纲要求及实验室现有条件，积极准备相关操作所需耗材。

1．2实施细则

每人一台多媒体仿头模拟操作系统，首先由实训教师串讲本次实训的教学内容，在实训过程中应注意的事项并示教，通过实时图像传输系统指导学生学习及实际操作修正，方便学生掌握模拟临床的操作过程。在仿头模型的口内按照医院实际临床接诊时做详细的口腔检查，这样能够让学生初步习得接诊的方法和医院口腔科室的工作内容与顺序，学习如何正确采集相关病史，系统的口腔检查，正确书写临床病历，最终做出正确诊断以及确定修复或治疗方案。带教老师通过教学电脑或实际观看，适时纠正不规范操作，并进行充分讲解，示范。加强学生间的交流，让学生反复多次操作，直到完全掌握为止。

2结果

此种教学方法最大的特点是利用口腔仿真人头模型的实体性、逼真性和方便的互动性，能够最大限度地帮助学生建立一个综合视觉多维系统知识体系，一些难以理解的抽象理论更加形象、具体的展示出来，增加了教学灌输量，提高了学生学习兴趣和学习效率。

3讨论

第2篇：仿真教学论文范文

对于教学安全主要是针对实践操作部分，机床作为机械结构，一旦出现事故，轻则机器损坏，重则出现伤亡事件，这样的事件已经给了我们血的教训。例如，某高校机械专业学生在企业实习期间由于操作失误，直接导致手臂被机械结构严重损伤，最终不得不截肢。如何避免机械事故发生是学生在实践操作部分最需要注意的问题，因此很多学校非常强调安全问题。传统教学中，由于学生在上机床实际操作之前并没有对机床的运动情况有很清楚的了解，很容易导致事故的发生，因此很多院校在进行数控实训操作的时候，多是恐惧危险的发生而走走形式，真正实际进行操作，并能够加工出零件的比较少，除非是学校为了让学生参加比赛而培训数量比较少的学生，难以达到教学计划中关于实践教学部分的实际要求。而采用计算机仿真技术的数控教学，可以在实际操作之前充分了解数控机床面板的操作和数控机床的运动运行规律，某种意义上说就是真正的数控机床操作的演习，为实习实训部分做好充分的准备工作，即使在仿真中出现操作错误或者操作失误，既不会导致机床的损坏，更不会导致人员的伤亡。

二、教学效果和效率

数控程序编写是数控类课程的主要教学内容之一，如何正确地编写数控程序也是数控类课程的重要任务。在传统课堂上，教师主要利用PPT课间插入动画、图片、文字等内容进行讲解，虽然利用了一些多媒体资源，但是并没有充分发挥多媒体最大的功用。在讲解过程中往往比较枯燥乏味，难以更加形象具体地表述数控代码控制刀具、机床主轴的运动情况。特别是对于一些比较复杂的循环指令只是通过这样的讲解方式往往很难准确地表达。虽然目前有些教师可以采用一些三维软件、动画软件制作一些比较详细的动画，但是这种动画往往就是固定设置好的动作，缺乏参数的变化，不能通过修改参数来观察刀具运动的变化。目前大多数计算机数控仿真数控系统都是模拟实际的数控机床操作，几乎完全和实际的数控机床操作相同。教师在授课过程中可以编写实际的数控程序，再输入到数控仿真系统中进行验证，在验证的过程中，可以随时改变数控程序中的参数，来讲解数控指令中参数控制刀具的运动规律，也可以改变数控程序中的程序指令，来讲解不同指令刀具的运行轨迹；这样就可以更加清楚形象地讲解数控编程中的各种程序指令和指令中各个参数的含义。在斯沃数控仿真系统模拟加工零件过程中，在操作界面的左侧显示编写的数控程序，仿真操作过程中根据刀具的运行轨迹，自动跳转相应的程序段，帮助学生理解程序中控制对象的运行情况，并且利用不同的颜色来展示不同刀具的运动轨迹，在直观地展示运动轨迹的同时也可以随时更改数控程序或程序中的参数来获取不同的轨迹。

三、数控工艺部分体现

第3篇：仿真教学论文范文

1.1教学模式落后

一些多媒体的技术开始被应用到电算化教学中，但在教学模式上依然采用传统的填鸭式教学模式，仅仅是由将过去的板书或者是书本转化成多媒体课件来展示，从本质上还是填鸭式教学，没有进行互动式教学，老师在课堂上完全是个人在讲述知识，而学生是被动地接受知识，对于时间性较强的会计电算化显然不利于教学效果的提升。

1.2教学目标不明确

会计电算化的教学目标不明确是目前教学方面所面临的最大问题，其主要表现一方面是完全遵循考证为原则进行教学，而且这种教学目标还具有典型性，很多院校都不同程度的使用了这种教学目标；另一方面，以完成教材中的教学内容为核心，并不联系当前社会的需要，忽略了科技应用实践能力的培养。

1.3理论不能够紧密联系实践

会计电算化教学最为关键的要素就是要让学生能够充分熟悉财务理论的基础上拥有一定的操作能力，这样才能够让学生很快在工作岗位上发挥作用。但目前在教学过程中，更多偏重的是理论上的教学，考核的内容也基本上是理论知识，导致了很多学生虽然考试分数高，但是实践操作能力差。

1.4老师综合素质有待提升

当前，很多院校老师其理论知识认识程度较深，是这方面的专家，但是很多老师同样也缺乏具体的实践操作能力。也就是说，院校中那种双师型老师数量并不多。这无疑会影响到学生的实践能力的培养。另外，老师在考核和评价学生方面也不注重实践能力的考察，采用的教学软件也相对单一，这些都会严重制约教学效果的提升。

2提升实践应用能力的教学策略

2.1丰富教学内容提升实践层次

首先，增加财务链账务核算月份的内容，让学生能够掌握跨月或者跨年的财务核算能力。然后，要丰富相关财务软件的教学内容，特别要结合供应链来进行财务教学，实现学生能够充分掌握供应链和财务链的有效结合，这样就能够有效地帮助学生更好地将知识应用到实践。最后，在软件管理教学时，还需要增加分析预测决策等方面的教学，要知道会计电算化不仅有助于进行基层管理，而且也有助于高层决策的管理。

2.2科学选择软件并及时进行升级

由于当前社会上存在的软件种类很多，除了考证的专用软件用友之外，还有金蝶等应用都非常广泛，这些不同的财务软件在功能和操作等方面既有一定的雷同，也有一定的差异。因此，老师除了使用考证用的软件进行教学之外，还需要引入其他同行的软件进行分析对比教学，让学生充分了解不同软件之间的差异，从而有助于学生更加深入的理解财务知识，作为院校必须要对两套以上的财务软件进行对比教学，要保障软件的及时升级和更新，要与社会企业的应用保持同步。

2.3分阶段教学提升实践的仿真属性

会计电算化课时要科学合理增加，特别是要加大实践教学的课时量，并从软件操作和仿真模拟两个阶段进行实践教学。在软件操作阶段，主要的教学内容是让学生能够充分理解该软件所包含的财务管理思想以及具体的操作方法。而在仿真实践环节，就需要运用实践材料进行电算化的核算，模拟企业财务管理过程中的电算化核算工作，并创设相应的财务管理环境，让学生在这个过程中扮演相应的角色，从而结合具体的工程事项进行财务核算，并让学生能够明白自己的岗位职责和相关技能要求。通过这种类似真实的现场财务管理环境来进行仿真实践，就能够有效提升学生的实践应用能力。

2.4构建电算化实践基地，创新校企合作模式

由于目前很多院校在会计电算化实践应用能力方面和企业相比还是存有一定的差距，为了让院校的教学效果能够满足企业的需求，那么通过校企联合的方式，构建会计电算化的实践基地，这样就能够让学生更好地实现企业级应用的教学。对于学校来说，可以提供相应的理论知识的教学以及仿真教学材料。而对于企业来说则能够通过大量的实践应用人员的指导让学生能够更加熟练地掌握企业会计电算化的主要工作模式，或者组织学生进行参观学习，企业为学生提供相应的实习岗位，通过这种方式来消除教学和企业人才需求之间的差距。

2.5促进老师综合素质的提升

针对老师在实践应用能力相对较低的问题，院校应该从下面两点来进行解决：①要加强对老师的培训工作，选择一些专业的老师参加相关财务软件的培训，或者和财务软件企业进行合作，派老师到这些财务软件企业进行进修，并让老师参与企业的财务软件实施或者ERP实施工作，提升老师的实践应用能力；②通过利用寒暑假期间，引导老师到企业内部进行顶岗工作，通过具体的工作环境来提升老师的综合素质，从而为仿真实践教学提升必要的实践基础能力。

2.6完善会计电算化仿真模拟实践资料库

第4篇：仿真教学论文范文

关键词：卓越工程师教育培养计划 系统建模 系统仿真 MATLAB/SIMULINK

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0099-02

1 教学现状分析

自2010年起，为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》，教育部正式提出了“卓越工程师教育培养计划”。该计划旨在为现实和未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各种类型的优秀工程师后备军。该计划以及相关同类型的计划实施要求有关高校要转变办学理念、调整人才培养目标定位以及改革人才培养模式，强化培养学生的自主学习能力、创新意识和探索未知领域的兴趣，提高学生解决工程实际问题的综合能力。作为高校教师而言，在计划的理解与实施中就应当从课程内容、教学手段等入手进行改革，从而培养学生的创新和实践能力。

现行的国内各类各级高等院校开设的“系统建模与仿真”课程一般都包括系统建模与系统仿真两个基本的教学单元[2-3]。系统建模与系统仿真各自的大部分教学内容之间具有很密切的理论概念关联性和技术逻辑上的不可分性，这些特点使得两者的教学过程有必然联系。但两者又有各自所关注的问题，这使得两方面的教学方法与教学模式必然有一定区别。可以说，系统建模更关注问题的数理特性的理论表达，从而其结果表现得较为概念化、抽象化、数学公式化；与此相对，系统仿真则更关注解决所关心问题对应的理论结果的数值校验及其效果表示，从而表现得较为技术化、具象化、图表化。因此，授课教师如何有机地将二者结合起来，主动利用各自特性，将非常有助于该课程的教学。

特别地，对自动化专业的学生而言，在专业性工作中涉及的实际工程控制系统，往往需要依据性能指标要求设计控制器或对原有控制器进行校正。系统建模与仿真作为特殊的实践性科研步骤，为工程类控制系统的分析、计算、研究和控制器的综合设计提供了快速、经济、科学及有效的手段，它已成为现代工程技术人员应该掌握的基本技能之一。因此，在“系统建模与仿真”课程中做好理论传授和实践能力培养这两个环节变得尤为重要。

在系统仿真技术的发展中，MATLAB /SIMULINK作为一种有效的综合计算仿真软件，得到了越来越广泛的应用。本课程改革计划在“系统建模与仿真”课程教学过程中，以MATLAB/SIMULINK交互式仿真集成环境为平台，结合多种教学方法，通过对具体问题的分析、设计与仿真实验研究，提高学生独立分析问题，解决问题以及技术表现的能力。

基于上述认识与理解，结合“卓越工程师教育培养计划”的主旨[1，4]，通过强化系统仿真在整个课程中的地位与作用，有利于实现计划所期待的高水平工程类人才的培养。本文正是依据这样的想法提出面向卓越工程师培养计划的，具有交互教学过程的教改方案，以期完善和提高“系统建模与仿真”课程的教学效果。

2 教学内容的调整与安排上的考虑

目前的“系统建模与仿真”课程，在教学过程中分别就建模与仿真两个方面的问题进行讲授。建模部分通常注重传授控制系统的数学模型类型、系统的建模方法步骤以及典型控制系统的建模，相关的模型简化处理方法等。在仿真部分则侧重于基本数学运算的算法理论和算法流程实现等。我们从教学实践中得到的感性认识是，这种教学模式下学生通常对两部分的相关理论知识掌握得较好，而两部分之间的概念/操作对应，理论/实际（指仿真程序或实验组件）关联能力没有得到培养，少有达到教学预期效果的。

应当指出的是，系统建模与仿真的课程教学不仅需要学生掌握该技术本身的基本理论与方法，更要使之成为自动控制理论、计算机控制、课程设计和毕业设计等后续课程的学习和实践中验证或判断理论结论正确性、有效性的数值检验工具。换而言之，系统建模与仿真的教学需要特别注重理论与实践关联性等内容的教学环节，培养学生形成独立地、创造性地的思维能力和工作能力。另一方面，由于课程改革压缩了MATLAB导论课程的课时，使得学生在学习MATLAB的过程中有可能不能充分地学习SIMULINK交互式仿真集成环境。因此，有必要在系统建模与仿真的仿真教学部分精准而深入地介绍基于MATLAB/SIMULINK的控制系统模型搭建方法。

3 教学方法改革的若干讨论

3.1 以仿真实验问题探究为出发点的系统建模教学法

该提法的本质是问题探究型教学法的确立。为调动学生的学习参与性和积极性，在教学过程中可以以探究解决实际问题为出发点，动员学生主动探求学习，实现系统建模与仿真的交叉教学。即教师依据所教授的系统建模理论知识和教学内容要点，给出相对应的仿真实验课题让学生先行进行分组探讨，而后参与教师主导的实验仿真，并由学生对完成情况进行观察说明，归纳总结对所观察对象建模的必要性，着眼点乃至建模的基本步骤。现有的“系统建模与仿真”课程中的系统建模部分的教学过程仅仅包含课堂教学部分，因此，在此次教学改革中，将融合仿真实验教学部分的交叉，让学生走进实验室，观察具体的控制系统，并在计算机上进行仿真控制，然后走出实验室，归纳实验室工作感受，体会系统模型数理对系统仿真结果理解的意义与价值，推断出系统建模具有工程实践基础意义的理论本质。这样既能使教师在系统建模的教学中更好的了解教学效果，调整教学内容，改善教学方法；又能引起学生的学习兴趣，加强学生对授课内容的理论与技术双面性的深刻理解；更能培养学生自主学习、自主分析解决问题的能力。这种课堂与实验室教学相结合的方法，不仅为学生提供了自主发展的空间，也提供了培养创新性思维的机会。

3.2 基于案例的系统建模与系统仿真的交叉/交互教学法

案例教学法是各类工程技术学科在教学实践过程中常用而行之有效的教学方法之一。该教学法的基本做法是，教师通常会在教学过程中选取一些与学生专业方向相关的内容作为案例，如果案例有很恰当的工程形象性和技术实际意义，如此的教学活动将非常吸引学生的关注力，这样不仅可以简单地激发学生的学习兴趣，更可以促进学生自启性地进一步探究与了解本专业知识。卓越工程师教育培养计划要求培养出来的“卓越工程师们”除了具有良好的理论素养外，更需要具有自我推动下运用专业知识研究、解决各种工程实践问题的实际动手能力和创新思维能力。因此，在“系统建模与仿真”课程的教学过程中，应结合实际案例的讲解展开，有针对性地将建模过程和仿真方法之间的交互作用与影响导入教学过程中，用教学过程本身的进展诠释系统建模与系统仿真的本质。

例如，在拟定的教学活动中我们考虑以如图1所示的单级行车倒立摆系统为案例，围绕行车倒立摆系统的建模与仿真方法，完成本节标题意义的教学改革。单级行车倒立摆系统的形象直观，结构简单，构件组成参数和形状易于测量和改变，所加控制律的控制效果可以通过其摆杆运动平衡态数理特征的稳定性/收敛性等直观地体现，也可以通过摆杆角度、小车位移和稳态时间等的物理特性的度量来刻画，其作为控制系统的仿真实验平台校验效果的直观性、客观性已经得到普遍认可。

在系统建模与仿真的交互教学过程中，在进行到连续型动态学系统建模示例说明时，其中的一个案例即选定为单级行车倒立摆。具体步骤如下（图1）。

（1）（仿真实验教学）组织学生进入实验室做观摩型教学，使学生接触和认识固高科技有限公司的单级倒立摆实验平台（GLIP2001）及其相关设备，教师简要介绍倒立摆的工程对象由来，倒立摆系统的常用控制方法等，然后让学生观察基于双闭环PID控制作用下的倒立摆控制系统的摆杆垂直平衡控制问题的实验过程。

（2）（建模课堂教学）基于实验过程观察与实验结果向学生提问，该系统的运动平衡控制问题中的物理特征与目标是什么，该物理特征和目标的数学意义是什么，相应数学意义如何利用物理定律公式化表现，进而逆溯出对行车倒立摆系统实施控制的建模必要性问题。

（3）（建模课堂教学）在接下来的建模教学中，基于实验案例的运动学物理定理定律，建立出案例系统的一次理论模型，分析该模型所具有的数学模型基本特征（如线性/非线性，时变/时不变，平衡点/稳定性等），讨论数学模型理论特征与实验观察结果的运动学物理意义的一致性，完善学生对所建数学模型工程技术价值与作用的理解。

（4）（仿真实验教学）基于行车倒立摆系统的一次理论模型，由学生在MATLAB/SIMULINK平台上搭建以一次理论模型定义的仿真模型，通过仿真模型微分方程数值求解反演单级倒立摆控制系统的摆杆运动的平衡态邻域内的动态过程，并由此判断所建一次理论模型的数值有效性，即模型的数值特性与运动学特性是否相互吻合。通过这一环节，让学生理解系统仿真是系统建模合理性的检验手段之一。

（5）（建模课堂教学）在课堂教学中讨论基于一次理论模型进行控制器设计的问题，提出通过简化、变形、变换等将一次模型转换为更便于控制器设计理论工具展开的二次理论模型的思想，提示一次理论模型后处理的必要性和现实性，介绍实现建模后处理的主要基本技术，如线性化、模型降阶、平均化近似等。

（6）（仿真实验教学）要求学生借助MATLAB/SIMULINK实验平台，自主实现基于既成的双闭环PID控制作用下倒立摆系统的摆杆垂直平衡控制的数字仿真实验，由教师讲解控制器设计的二次理论模型背景，使学生体会简化控制器设计的二次模型建立的必要性和优势。

（7）（建模与仿真融合教学环节）对想进一步探究建模与仿真相互关系的同学，建议其建立各种意义下的二次理论模型并基于此模型自主进行双闭环PID控制器参数调整，观察对倒立摆系统平衡控制效果的影响。

4 结语

该文围绕卓越工程师培养计划的主旨培养目标，即为未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各种类型的优秀工程师后备军，尝试以“系统建模与仿真”课程为培养平台，通过调整教学内容，结合多种交互式教学方法，致力于培养学生的学术理论的融会贯通能力，技术创新思维能力和实践动手能力。

参考文献

[1]张安富，刘兴凤.实施“卓越工程司教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59.

[2]张晓华.系统建模与仿真[M].北京：清华大学出版社，2013.

第5篇：仿真教学论文范文

关键词：电力电子；MATLAB；教学改革

作者简介：王宇（1984-），男，山西太原人，山西大学工程学院，助教。（山西 太原 030013）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0055-02

一、课程特点

“电力电子技术”就是应用于电力领域的电子技术，着重于研究利用电力电子器件对电能进行控制和变换。[1，2]“电力电子技术”是电气工程及相关专业课程体系中一门重要的专业课。该课程一般以“电路”、“数字电子技术”、“模拟电子技术”为先修课程，同时开设的课程有“自动控制理论”、“电机学”等。作为一门联系电子学、电力学、控制理论的交叉学科课程，其知识涵盖范围广，更新速度快，理论抽象，学生普遍反映理解及掌握难度较大。然而也正是由于上述特点，使得该课程成为电气工程专业众多课程中联系“弱电”与“强电”的一条纽带。如何使学生更清晰地建立起“电力电子系统”的概念，并深刻理解“电力电子系统”的运行原理及过程，是广大教师普遍关心的重要问题。笔者针对教学方式的改革进行了一定的探索和研究。

二、课程教学方法改革

该课程的主要内容包括电力电子器件、主要的电力电子变流电路、控制方法三部分，为了在授课中突出重点，理论与实践并重，在课程教学内容上进行了一定整合，由于仿真环节的加入以及原有实验环节的保留，需要对原有的课时编排做出调整。

1.课程主要内容安排

课程为48学时，按照教学环节分为课堂理论教学、机房仿真教学、实验。

课堂理论教学占用32学时，主要包括：电力电子器件、整流电路、逆变电路、直-直变流电路、交-交变流电路、PWM控制技术，共6章。主要讲述每种变流电路的工作原理、参数计算、性能特点，为仿真环节打下基础。

机房仿真教学占用10学时，安排5次，每次2学时。内容分别为：MATLAB/simulink基础知识；整流电路仿真；逆变电路仿真；直-直变流电路仿真；交-交变流电路仿真。仿真环节在各章对应的理论教学完成后进行，在学生具备了一定的理论知识基础上，并且在教师的讲述和引导下，独立完成相应的仿真题目设置。

实验占用6学时，安排3次，每次2学时。根据理论教学及仿真教学效果选择学生较难理解的3种变流电路进行实验研究。

2.课程考核方式改革

传统的考核方式通常以“期末考试成绩”或“期末成绩+平时成绩”为考核办法。引入计算机仿真教学后可以将学生仿真题目的完成情况作为考核内容的一部分，再加入实验成绩，最终形成“期末考试成绩+仿真题目成绩+实验成绩”的综合考核方式。

三、仿真软件介绍

MATLAB是美国Math Works公司于1976年开发的Matrix Laboratory（矩阵实验室）软件的简称。[3]其最初定位于解决繁重的数学运算问题，后经过逐年不断的扩充和更新，涵盖了系统建模、自动控制、语言处理、信号分析、图像处理、电力系统分析、机械系统分析等诸多方面，成为了一款集工程应用和理论研究于一体的综合性软件。而simulink仿真软件包则是其实用性最强的部分，simulink仿真包具有自动控制系统、电力系统、机械系统诸多分支模块，针对“电力电子技术”课程，主要应用simpowersystem模块组进行仿真模型的搭建。目前，MATLAB的最新版本为2013b，笔者采用的版本为2009a，两者差别微小，具备向下兼容功能。

四、仿真教学实例

在仿真教学开始以前，务必确保已经完成了本章的课堂理论教学任务，学生已经初步掌握了所要仿真内容的基本知识。选定1～2个已学习过的变流电路带领学生集体完成仿真模型的搭建并进行仿真运算分析，解决仿真过程中的问题，指导学生观察仿真波形，从而加深对此种变流电路工作原理的理解。最后提出一种变流电路让学生自己完成仿真，对结果进行验收与评价，将此作为其仿真成绩。

下面以三相桥式全控整流电路为例，介绍MATLAB/simulink的仿真教学过程。三相桥式全控整流电路在中频炉感应加热、发电机励磁、自动控制、交通运输、电力系统等领域有着广泛应用，其主要结构包括：三相交流电源、6个晶闸管组成的3相整流桥、脉冲发生电路、负载。

1.仿真模型的建立

在MATLAB环境中打开simulink软件包，新建MDL文件，利用simpowersystem模块组搭建三相桥式全控整流电路。三相电源模型采用三个单相交流电压源接成星型接法；整流桥选用Universal Bridge模块，将三相电压对应接入；控制电路采用同步6脉冲发生器Synchronized 6-Pulse Generator模块，时钟从0时刻开始，触发延迟角，并将三个线电压对应接入；通过Multimeter万用表模块测量每个晶闸管的电压；通过电压测量模块与电流测量模块接入示波器，测量相应的电压与电流波形；最后在仿真模型中加入powergui模块，此模块为电力系统仿真所独有，无此模块仿真无法运行，当系统不太复杂时可以设置powergui为continuous模式。建立好的仿真模型如图1所示。

2.仿真结果分析

设置交流电源峰值220V，负载电阻，仿真时间0.1s，求解器为ode23tb，取消示波器点数限制，点击“运行”按钮，所得整流输出电压和电流波形如图2所示。

将负载更改为阻感负载，，，仿真时间0.2s，所得结果如图3所示。

在触发延迟角的情况下，无论是电阻负载还是阻感负载，整流输出电压波形都是连续的，且平均值都是。电阻负载时，整流输出电流的平均值为，且波形与电压完全相同；阻感负载时，整流输出电流的平均值为，且由于时间常数较大，需要经过0.15s的上升时间才能过渡为稳态值。

除的情况外，引导学生改变触发延迟角，分别观察，60°，90°，120°时，整流输出电压和电流波形。与课堂教学知识相联系，提出问题让学生解释为什么会产生相应的波形。

3.仿真结果后处理

powergui模块中有众多后处理功能，而FFT分析是电力电子仿真最为关心的问题，下面以时整流电压的FFT分析为例。选择基波为50Hz，采样周期为1，开始时间0.04s，FFT分析结果如图4所示，可以看输出，除直流分量外，主要含有的谐波次数为6，12，18……，即6k次，（k=1，2，3……），验证了理论教学结论。

4.仿真扩展

在引导学生完成上述问题的分析后，提出新的仿真题目，例如：将已经掌握的三相桥式整流电路仿真模型加以发展，实现12脉波多重化整流电路的仿真分析。将此作业布置下去，完成情况记入仿真成绩中。

五、结束语

结合MATLAB仿真软件进行的“电力电子技术”课程教学方式增强了学生的动手能力和分析能力，加深了学生对具体电路工作原理的理解，使教学环节更加生动化，提高了学生的学习兴趣和学习效率。仿真环节与实验环节的相互支撑更强化了学生知识掌握的扎实度。成绩考核方式的改变也引导学生的学习方法从一味“啃书本”转变为“理论联系实际”。随着不断的调整与完善，这种教学方式也可以推广到更多的专业课教学中。

参考文献：

[1]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]孟庆波，王辉.电力电子技术[M].北京：北京师范大学出版社，

2008.

第6篇：仿真教学论文范文

【关键词】光电子技术；教学方法；仿真教学

【Abstract】With the rapid development of science and technology， the optoelectronic technology， as the most cutting-edge scientific fields， promotes the progress of information technology. Based on the characteristics of optoelectronic technology course and simulation teaching， the feasibility and significance of simulation teaching are discussed in the teaching of optoelectronic technology course.

【Key words】Optoelectronic technology； Teaching method； Simulation teaching

0 引言

1960年，世界上第一台红宝石激光器的诞生推动了光电子技术的长足发展。在这50多年间，从红宝石激光器的发明到半导体激光器及低损耗光纤的问世；从各种无源器件的小规模应用到系统集成实用化阶段，光电子技术在国防、工农业生产、光纤通信、医学、精密测量、地质、天文等领域获得了广泛的应用。我国政府将光电子技术列入国家战略性产业结构调整的重点领域。因此，光电子技术受到了研究所及企业的广泛关注，促使很多高校在物理、电子、通信、材料等专业纷纷开设光电子技术这门课程[1]。

如何培养专业知识强、综合素质高、实践能力优异的人才是当前光电子技术课程教学的热点话题。因此，在光电子技术课程教学过程中，很多教师以教学内容、教学手段和教学方法的改革为重点，优化教学内容，制定合理的理论与实验教学计划。同时，建立科学的教学管理制度以及严密的教学质量反馈系统，以此确保教学质量。随着计算机技术的不断提高，仿真技术为人们提供了一种有效的教学手段[2]。基于仿真技术完成的课程教学具有成本低、维护简单、使用方便等特点，所以很多课程的教学纷纷采用仿真教学，然而目前关于光电子技术课程仿真教学的探讨还非常少。本文主要研究光电子技术课程及仿真教学的特点，得出仿真教学在光电子技术课程教学中的可行性。分析表明，仿真教学是提高光电子技术课程教学质量的一种有效的方法。

1 仿真教学

仿真教学是仿真技术应用的一个重要方面。仿真教学就是利用计算机创设虚拟环境来模拟真实环境，并结合真实环境中的情况在虚拟环境中进行设计、操作、运行、验证等的教学方式[2，3]。

目前，仿真教学的使用越来越广泛。教师可将精心设计的教学内容融合在这个虚拟仿真环境中，并通过各种手段和方法将仿真教学中的情境呈现出来，这是仿真技术应用在教学中的一大进展。结合自己的实践和他人丰富的教学经验，总结出仿真教学有以下特征：

1）成本低，使用率高。购买所需实验设备的费用一般比较高，是很多高校不能承受的。如果采用仿真教学，那么只需购买软件和建设机房，这样就可以大大降低费用，并且设备的使用率也非常高。

2）维护简单，更新方便。仪器设备的不当操作和长时间运行使其容易损坏，而仪器维护费用也非常高。仪器购买的时间久了，就需要自己进行更新设计，有的甚至需直接购买新的设备仪器。仿真教学只需对计算机、教学软件进行维护和升级，而且仿真软件一般自带有软件升级功能。

3）使用方便，提高学习效率。光电子技术所需的仪器设备一般比较笨重，不容易搬动，而且学生只能在特定的实验室完成实验项目。在仿真教学中，学生可以利用计算机方便地进行自主探讨和摸索学习，发挥学生的学习积极性，进而提高学习效率。

4）实验安全，提高教学效率。在教学中，实验有时需要高温、高压、强腐蚀等环境条件，操作失误或实验仪器故障都有可能对学生的人身安全构成威胁。在仿真教学实验中，学生不仅可以随意设置实验条件，而且可以高效、安全地完成实验。通常完成实验的时间一般很长，而利用仿真教学可以将实验的时间缩减，明显地提高教学效率。

2 仿真教学在“光电子技术”课程教学中的可行性和重要性

光电子技术是电子学和光子学相结合而产生的综合叉学科，并成为现代信息科学技术的重要组成部分[4-6]。课程的特点如下：

1）知识面宽。光电子技术课程是电子、通信、光电材料等专业的核心课程，内容包括半导体发光、固体激光器、光纤、非线性光学、光调制、光探测及光电显示方面的材料及器件，涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识，对学生的基础提出了较高的要求。

2）知识更新快。随着信息技术的不断发展，光电子技术已取得了令人瞩目的成就，并将不断影响人类社会的方方面面。在实际应用需求的引导下，各类新型的微纳光子器件与材料的研究突飞猛进，如光子晶体、等离子体、超材料等领域，其相关研究为光子器件的微型化奠定基础。

3）理论性强，而实践内容较少。大多光电子技术课程教材过于注重理论知识讲解和公式推导，对其应用及相关设计性实验开展的非常少，导致学生不了解这门课的用途，从而感觉光电子技术课程枯燥乏味，难以理解。

4）仪器较贵。为了让学生更好地理解、掌握所学内容，需开展相关的实验，但是相关仪器设备比较贵，一般的高校很难承受相关的费用，导致他们不得不减少实验课，从而不能使学生获得有效的指导，最终降低了教学效果。

基于仿真教学和光电子技术课程的上述特点，低成本的仿真教学可以解决光电子技术课程教学中仪器设备价格昂贵的问题。基于仿真教学中使用和更新方便的特点，教师可以根据最新科研进展，拓宽教学内容，更新实验软件，从而可以让学生自主学习、掌握新的科研成果，认识各类新型光电子信息材料和器件的属性及用途。众所周知，掌握光电子技术课程中涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识是非常重要的，因为理论教学是专业课程学习的基础。为了能使学生理解相关的理论知识和公式推导，将仿真教学融于课堂教学中，让学生体会计算机模拟的结果，然后再进行理论推导，这样有助于加深学生对系统知识的理解，使枯燥的理论教学生动有趣。同时，学生可利用仿真实验室进行探索式学习，提高自学能力，最终提升光电子技术课程的教学质量。

3 结论

总之，随着计算机技术的不断进步，仿真技术已经成为人们工作的重要手段，被广泛用于科学研究、教育、军事、医疗等领域。基于仿真教学和光电子技术课程的特点，探讨了仿真教学在光电子技术课程教学中的可行性和重要性，提出了仿真教学可促进学生自主学习新的科研成果，认识各类新型光电子信息材料和器件的属性及用途，从而有助于加深学生对系统知识的理解，使枯燥的理论教学生动有趣，最终提高光电子技术课程教学的质量。

【参考文献】

[1]马冰，任芊.光电子信息材料的发展浅论[J].光学技术，1995，06：36-39.

[2]刘建高.基于自主学习的仿真教学研究与实践[D].南昌大学，2011.

[3].仿真教学在高等职业教育中应用研究[D].山东师范大学，2008.

[4]林若波，彭燕标，陈炳文，方春城.虚拟仿真技术在“电力电子技术”课程教学中的应用[J].云南民族大学学报：自然科学版，2013，22（5）：378-381.

第7篇：仿真教学论文范文

论文中所提仿真实验平台主要指应用仿真软件进行仿真实验的软件仿真实验和基于驾驶模拟器硬件在环实验台实验两部分。应用汽车系统动力学仿真软件进行仿真实验和驾驶模拟器硬件在环试验台进行仿真试验，操作容易，不受时间地点限制，对增强学生对汽车基本理论和性能分析方面的能力具有良好作用。将仿真软件和驾驶模拟器硬件在环试验台引入到汽车理论教学实践中，通过理论分析与仿真实验，加强教学实践环节，从而使学生在有限的学时中能够尽快入门。目前，国内一些有车辆工程专业的高校也已经开始展开了应用仿真工具进行汽车理论仿实践教学改革方面的研究。北京理工大学包凡彪提出了以Matlab/Simulink为核心仿真工具进行汽车基本原理、性能分析的汽车理论实验教学改革，使学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和实践创新能力[7]。重庆交通大学隗寒冰提出了应用Cruise软件进行汽车理论实验教学研究：将整车动力学仿真软件Crusie引入到实验教学活动中，通过搭建整车动力传动系统模型（包括FCV/EV/HEV），进行动力学性、经济性、操纵稳定性仿真实验，加深对汽车理论知识的理解[8]。湖北汽车工业学院黄兵锋提出了将Matlab软件应用于汽车理论的教学实践，利用Matlab软件强大的计算和分析功能，加深了学生对概念的理解，极大地提高了学生学习的兴趣和积极性[9]。云南交通职业技术学院杨学松提出了基于MATLAB之下Simulink和Simdriveline仿真软件来辅助课堂教学，通过搭建仿真平台，从而有利于学生的理解,提高课程的教学效果[10]。通过仿真平台进行仿真实验是弥补实车实验不足的有效手段，也是提高汽车理论教学效果的重要方法，是当前汽车理论实验教学改革研究的一个主要趋势。

二、基于仿真平台的汽车理论课程实验教学改革

方案通过增加仿真实验学时，设计基于CarSim与Matlab/Simulink的软件仿真实验和基于驾驶模拟器硬件在环仿真实验，进行基于仿真平台的汽车理论课程实验教学改革。

（一）增加仿真实验学时

目前我校《汽车理论》实验主要包括汽车动力性实车实验2学时、制动性实车实验2学时、平顺性实车实验2学时。汽车动力性实验主要包括汽车滑行实验、加速实验，制动实验主要是进行某一车速下的制动到停车的实验，平顺性实验要选择随机路面进行汽车随机振动测试、数据处理和评价。汽车动力性实验、制动性实验、平顺性实验目前学校实验场地、实车、测试设备能够满足要求，而汽车操纵稳定性实验和一些极限工况实验（如低附着路面急加速实验、低附着路面高速制动实验和紧急双移线实验）由于受实验场地、实验设备和实验人员限制，实车实验无法进行。这对于学生学习汽车操纵稳定性理论非常不利。汽车操纵稳定性这部分理论较为抽象，学生学习过后又没有实验进行验证和增加感性认识，难以达到真正理解的目的。软件仿真实验和驾驶模拟器硬件在环实验台仿真实验不受时间、场地、实验设备等因素的影响，实验内容全面、重复性好、效率高，因此通过增加仿真实验学时弥补实车实验的不足。此外，对于实车动力性实验和制动性实验两个实验如果进行合理安排，完全可以整合为2个学时完成整合成两个实验，而增加软件仿真实验2学时和驾驶模拟器硬件在环实验台实验2学时。增加的仿真学时可主要偏重于汽车操纵稳定性实验和一些极限工况实验，能够有效解决实验场地和实验设备不足的情况。

（二）基于CarSim与Matlab/Simulink的软件仿真实验

汽车仿真软件中，CarSim软件作为车辆系统动力学商业化软件相对于其他软件具有使用方便、易于理解、难度适中、仿真速度快的优势。Matlab/Simulink软件是目前最常用的数据计算和分析处理、控制系统建模的软件。CarSim软件能够与Matlab/Simulink进行联合仿真。整个教学过程中，教师教会学生熟练掌握两种软件的使用。学生能够在CarSim仿真软件里确定车型、设计仿真实验工况进行仿真分析，应用Matlab软件自己编程计算汽车的几大性能，根据汽车的参数，绘制汽车性能曲线，并分析不同因素与参数对汽车性能的影响。教师根据教学需要设计实验题目，在实验课让学生利用两种软件进行仿真实验。教师给定某一车型基本参数，要求学生根据所学汽车理论知识应用软件对该车型的各种性能通过建模、工况仿真进行分析与评价。为了让学生理解制动防抱死ABS对汽车制动性能的影响，教师引导学生应用两种软件的联合仿真实验对比无ABS控制和有ABS控制汽车在同一制动工况下的差异。再如对于汽车操纵稳定性试验，可采用CarSim软件进行汽车操纵稳定性蛇形试验、转向盘角阶跃输入试验、转向盘角脉冲试验、转向回正性能试验、转向轻便性试验、稳态回转试验6个国标实验。学生按照国标要求进行车辆参数设置、工况设置、测试数据选取。仿真实验结束后，按照国标实验要求对实验数据进行编程处理和分析，继而对该车的汽车操纵稳定性进行评价。通过这样的仿真分析与评价，学生能够深刻理解汽车操纵稳定性评价指标和评价方法，使抽象的理论教学变得形象、生动，提高了教学效果。仿真实验课程上可设计多个实验项目，学生们能同时进行同一实验项目，每个人都能利用计算机进行各自的仿真实验，每个人都有实验机会。仿真实验效率高，实验内容全面，能够激发学生实验兴趣，提高实验效果。

（三）驾驶模拟器硬件在环仿真实验

我校已搭建基于CarSim仿真软件的驾驶模拟器硬件在环试验台。该实验台包括驾驶模拟器、电第3期李刚等：汽车理论课程实验教学改革方案研究137控转向实验台、电控制动实验台三部分，每一部分可独立使用，也可联合使用。驾驶模拟器主要由实车驾驶舱、各种传感器、投影仪、环形屏幕、计算机、实时仿真系统、音响设备组成。电控转向实验台、电控制动实验台由实车转向系统、制动系统硬件和相应控制器组成，能够模拟实车转向和制动系统部件实际工作情况。实验时驾驶员在驾驶舱内根据环形屏幕显示的实验工况场景，操纵方向盘控制汽车转向，踩加速、制动踏板控制车速，音响设备车发出发动机工作声音、制动过程轮胎与地面摩擦等声音，整个实验模拟过程生动直观。汽车操纵稳定性实验，如稳态圆周实验、方向盘角脉冲、方向盘角阶跃输入实验、蛇形实验、转向回正实验等实验均可在驾驶模拟器硬件在环实验台上进行实验。除此之外，一些危险工况实验,如低附着路面、对开路面急加速和制动实验、紧急双移线实验都可以在驾驶模拟器硬件在环实验台上进行实验。教师根据教学需要，选择合适的实验项目指导学生实验。实验过程中，教师需要教会学生熟练使用实验台，使学生做到能够自己选取车型和修改车型参数、设计实验方案、通过软件和数据采集系统能够实时显示实验数据、保存所需数据。驾驶模拟器实验操作简便，不受场地、实验设备及人员要求限制，可以随时进行、重复进行，每个学生都可以亲自进行实验，实验本身没有任何危险，但是却能收到良好的实验效果。如对于汽车操纵稳定性实验和一些极限工况实验均可通过驾驶模拟器仿真实验完成，能够进一步增加学生的感性认识和理解。此外，驾驶模拟器教学硬件在环实验平台还可以进行汽车电控系统控制算法的实验验证，给学生提供一个进一步扩展空间，使学生深入理解与掌握汽车理论知识。

（四）开放实验室

开放驾驶模拟器硬件在环实验台，对于学生在学习汽车理论过程中遇到的一些问题或者关于汽车性能分析、汽车控制方面的问题研究，可通过探究性实验设计在驾驶模拟器硬件在环实验台上进行验证。开放实验室形式，符合对于学生进行创新能力培养的要求，学生在进行探究性实验过程中提高了自己的创新思维能力和动手实践能力。探究性实验包括一般问题的分析实验和创新性实验两部分。实验设计通过以学习者为中心的学习方式，激发学生的学习兴趣，启发学生进行思考和讨论，提升实践创新能力，拓展学习过程的开放性。如针对我校大学生方程式赛车开发，一名本科毕业设计学生在驾驶模拟器实验台搭建了基于CarSim的大学生方程式赛车模型并选取车手在实验台上进行各种工况实验，对所开发的赛车进行分析与修正。在这一过程中，该生研究兴趣浓厚，对汽车理论有了更深的认识。该生的毕业论文评为优秀毕业论文，毕业论文整理出两篇小论文，分别发表在《辽宁工业大学学报》和《农业装备和车辆工程》学术期刊上。通过开放实验室，激发了学生学习汽车理论的热情，为他们的创新思维提供了一个良好的实验平台。

三、结论

第8篇：仿真教学论文范文

1ProtelDXP仿真软件进行电路仿真

1.1进行原理图绘制ProtelDXP仿真软件进行运行，在主窗口菜单中点击【File】菜单选项，进行项目文件与原理图文件的建立与保存。在两个图建立之后，在元件库中找到需要的元件，同时对相关元件的属性进行编辑，之后用连线工作进行原理图的绘制工作。原理图如图1所示。

1.2负反馈对电路的影响在图1中的引入了电流串联负反馈，其反馈电阻为R，对电路的影响主要包括两个方面：第一，使电路放大电压的放大倍数有所降低，引入负反馈之后，电压放大倍数表示。其中，AuF代表未引入反馈的电压放大倍数，Au代表引入反馈以后的电压放大倍数，F代表反馈电路的反馈系数。第二，在引入负反馈之后，电路的通频带变得更宽。

2ProtelDXP仿真软件仿真分析

2.1ProtelDXP仿真软件瞬态分析对式（2）与式（3）进行对比之后可以验证：引入负反馈之后，电路电压放大倍数有所降低。

2.2ProtelDXP仿真软件交流小信号分析对交流小信号进行分析，可以得到电路的频率响应特性曲线。在仿真的过程中，假设三极管各级之间的电容与导线的电容忽略不计，得到电路的上限频率fH为无穷大，fL值就是通频带宽度。通过计算可知，引入负反馈之后放大电路的通频带变宽。

3模拟电子技术教学体会

3.1调整好学生的学习心态ProtelDXP仿真软件是ProtelTechnology公司推出的电子CAD软件，该软件是的界面语言为英文，导致很多学生在运用的过程中存在一定的困难，而该软件界面语言转化为中文之后，会对其中的某些功能造成不良影响。因此，在运用的过程中要明确ProtelDXP仿真软件中的功能。在进行教学的过程中，首先让学生对一些比较基础的教学内容进行学习，让学生在学习的过程中产生轻松感与成就感，从而消除学生学习ProtelDXP仿真软件过程中出现的畏难情绪。在此基础上实现教学内容与教学难度的增加。

3.2ProtelDXP仿真软件绘图方法的掌握在ProtelDXP仿真软件运用的过程中要常用常练，对实际产品的电路原理图进行分析，从而更好地掌握ProtelDXP仿真软件的相关操作知识与技巧，提高学生理论联系实际的能力。在模拟电子技术教学的过程中，要选取能够运用ProtelDXP仿真软件的教学内容，让学生能够通过ProtelDXP仿真更好地掌握模拟电子教学内容与知识。在将PCB导入数据的过程中，应该采用手动布局的方式，依据原理图将相同的元件归到一起，在布局的过程中应该将元件在多个方向进行尝试，选择创造线路较为简单的元件布局方向。在布置的过程中应该先选择比较重要的、多管脚、连线较多的元件。

3.3教学理论联系实际在教学活动中，学生处于主体地位，教师应该尊重与引导学生的思维活动，对教学内容进行精心设计，对教学方法进行用心选择，为学生创造更多的动手机会，提高学生的学习兴趣与积极性，促进学生的全面发展。

4结语

第9篇：仿真教学论文范文

关键词:系统模拟与仿真;课程教学;实例演示

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)22-6369-03

Simulation Exemplars for System Simulation Course

HUANG Han-ming

(College of Computer Science and Information Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)

Abstract: This paper briefly narrates the general concepts of system and various system theories, and introduces the necessity of system simulation for the researches of systems. Then the teaching purpose and main contents of system simulation course are given. After that, some understandings in this course teaching experiences are presents. Finally, several having applied measures which might be helpful to enhance the effect of teaching are discussed:reinforce simulation principles teaching, guide students broadening scope of knowledge, use simulation case studies as education emphases

Key words: system simulation; course pedagogy; exemplar demonstration

系统是一个与环境相对的概念,任何相互联系、相互影响、相互作用的部分所组成的一个整体皆可称为一个系统。系统的各个组成部分之间,通过物质、能量和信息的交换而相互关联、相互影响、相互作用;系统与环境之间,亦存在着物质、能量和信息的输入、输出关系。早在古代中国和古希腊的哲学中,就包含朴素的系统思想。随着社会的发展和近、现代科学技术的兴起与进步,在军事、工程、经济、社会等诸多领域,都存在着大量的有关系统的问题。为解决这些问题,20世纪40年代相继产生了运筹学、控制论、信息论和一般系统论等系统理论;20世纪40年代以来,系统理论被大量应用于工程实践,系统工程应用学科迅速发展,同时其他科学技术学科也在不断获得新的突破与发展,从而对各种系统的性质和规律的认识在不断深入,产生的一些新的系统理论:耗散结构理论、协同学、动力系统理论、混沌理论、突变论等。

当前,对复杂及复杂适应系统的研究是系统科学这门学科的热点。国际上,有关复杂系统的系统科学研究可分为三个主要学派:“欧洲学派” ―― 以非线性自组织理论为核心内容的系统理论(系统元素为无机物,源于物理、化学系统);“美国学派” ―― 以圣菲研究所(SFI)为代表的理论框架(系统元素为有机物,具主动性,源于生物系统);“中国学派” ―― 以开放的复杂巨系统理论为核心的体系(系统元素为“人”,源于大工程协作系统)。其实,这三个主要学派的主要区别只是从系统的不同层次为出发点去把握系统的性质和规律;它们的共同点可认为是要从整体上去认识问题和解决问题,对系统的许多性质,部分和的累加并不一定等于整体,整体很可能大于部分和,由于涌现性,整体会出现一些任一部分所不曾拥有的新性质。

由于现实系统的广泛性、多样性和复杂性,如果直接对系统进行观测、实验和研究,可能会对真实系统造成破坏性影响而且可重复性很可能也差,或者用真实系统试验时间过长,或费用太昂贵。对于工程系统,在系统建立之前需要对其结构、行为特性开展研究,但真实系统尚不存在。这些情况下,系统的模拟仿真是唯一可行的研究手段。

1 系统模拟仿真课程的教学目的

系统模拟仿真课程的教学目的为:培养学生科学分析和解决各类学科中出现的一般复杂系统问题的能力,掌握多种解决各种复杂系统问题的研究、设计与分析方法。通过本课程的教学,希望学生能了解系统模型的形式化描述;掌握连续系统的时域与频域建模仿真方法:龙格-库塔法、线性多步法、离散相似法、替换法、根匹配法等;了解离散事件系统的一般概念和离散事件系统的建模工具――Petri网,掌握经典的离散事件系统:单服务台与多服务台排队系统,库存系统等的仿真方法;掌握离散事件系统的仿真输出数据的分析方法;了解现代仿真技术――虚拟现实技术的一般概念、分析建模方法和和基于Agent的的建模方法及Swarm仿真和分布建模仿真。

系统科学专业硕士点的设立是为了满足国家和广西的经济和社会发展的需要,旨在培养高层次的复合型研究与管理人才。系统科学专业硕士点有两个专业:系统理论和系统分析与集成,其中系统理论专业从2004年起开始面向全国招生,系统分析与集成专业从2006年起招生。系统模拟仿真课程是系统科学专业硕士生的必修课程,本人从2006年起到目前为止连续5年担任了本门课程的任课教师,在此对这几年的教学实践作些总结,以图对本课程后续的教学水平的提高和教学效果的完善能有所帮助。

2 课程基础建设

专业课程与选修课程的组成,不同课程的先后安排和教材的选择对教学目的之达成与教学效果之提高至关重要。系统模拟仿真课程的先修课程为:控制理论,概率统计,至少一种通用程序设计语言(如:C/C++程序设计语言和Matlab编程语言)。这几年教学过程中的有些学期,在本课程刚开始时,有些学生反映从未接触过其中一门或两门先修课程,应学生的要求,用一、两次课程的时间介绍相应课程,解释其中的重要内容,并鼓励学生自学相应课程,难懂之处同学之间互相探讨,并及时向老师请教。教材选择的是美国多家高校系统仿真类课程普遍采用的, 由清华大学出版社出版的原版影印英文教材[1]。该教材着眼于离散事件系统仿真的原理和方法学的阐述,基本概念通过实例加以阐述展开,对仿真方法、技术谈论深入,对新技术发展方向描述明确。该教材以C/C++和Fortran为仿真算法的主要编程语言。

开始的连续2年只使用该教材进行教学,有些学生反应跟不上教学进度,仔细了解,跟不上的原因是难以完全读懂教材中的英文内容和从未学过C/C++和Fortran语言。为让每位学生都能掌握好基本仿真方法、技术而又不失去对仿真前沿研究的了解,后增加系统科学与系统的一般理论及其工程应用[2]的介绍,连续系统仿真原理[3]的介绍和较容易编程实现的仿真实例教学[4]。作业与考试方式、频次的安排设置对加强学生的学习动力和提高学习效果起着极大的作用,除了常规作业和期末考试外,增加了每学期每位学生上讲台讲解至少30分钟提前布置的、要求学生课后完成的仿真建模实例小作业并接着深入讨论。还安排了学期结束时应完成的较复杂的系统仿真编程大作业,并撰写一份系统仿真应用的研究报告。

3 提高教学效果的措施

3.1 加强仿真原理教学

现代仿真是基于计算机、利用合适的算法通过模型(物理的或数学的)以代替实际系统进行实验和研究的一门学科和实验技术。 仿真过程中系统、模型与计算机(包括软、硬件)的关系如图1所示。这里模型通常是指数学模型。常用的数学模型[5]有:初等模型、确定性连续模型、确定性离散模型和随机模型。如该图所示,系统建模、仿真建模和仿真实验为系统仿真的三个基本活动。

系统的模型是实际系统的简化或抽象,分物理模型与数学模型。系统模型的形式化描述一般可表述为:

S=(T,U,Ω,X,Y,δ,f)

其中:T―时间基, 其若为整数,则系统S为离散系统,若为实数,则系统S为连续系统;U―输入集,U?奂Rn,n∈I+;Ω―输入段集,某时间内的输入模式,是(U,T)的子集;X―系统状态集,是系统内部结构状态建模的核心;Y―系统输出集;δ―系统状态转移函数;f―系统输出函数,可表达为:f:X×U×TY。

实际建模时,模型描述的详细程度可用如下3个水平来表示:(1)行为水平,只知系统的输入输出,系统被视为“黑箱”;(2)分解结构水平,系统输入输出及结构组成已知,系统被视为多个简单“黑箱”的组合;(3)状态结构水平,系统的输入输出,内部状态及转移函数皆为已知。要全面了解仿真过程的核心内容,需要较全面的数学知识、计算方法知识和编程语言知识。

由图1可知,系统仿真的第1步是建立系统的数学模型。虽然另有一门课程―《数学模型》(或称《数学建模》)(应用数学专业课程)专门介绍个各种数学建模方法,如不特别介绍,本专业学生或许不知有该课程的存在。在建立好系统数学模型的基础上,可能需要利用《计算方法》中的专门知识,基于学生熟悉的编程语言(Fortran,C/C++, C#或Matlab等),如学生对任一编程语言都不了解,推荐学生优先选择较容易入门且有大量编程工具箱可资利用的Matlab编程语言,把数学模型转化为计算机算法程序,得到仿真模型。在设置好各可调参数条件下运行仿真模型(即仿真算法程序),即可得到一系列的输出,这些输出要进行各种分析[1],如条件允许,并应该与实际系统的相应数据作对比分析。

3.2 引导学生扩展知识面

仿真技术广泛应用于工程领域--机械、航空、电力、冶金、化工、电子等方面,和非工程领域DD交通管理、生产调度、库存控制、生态环境以及社会经济等方面。几乎渗透于每一个需要计算的领域和学科,相关文献十分丰富。许多学术期刊都刊登有系统模拟仿真方面的研究论文,其中系统科学领域的期刊,尤其值得同学们去了解和学习,以扩展知识面和了解建模仿真方面的前沿研究。

应该特别留意的期刊有:中科院数学与系统科学研究院期刊学会(/)主办的《系统科学与数学》(中) ,《系统科学与复杂性》(英)和《系统工程理论与实践》,中国系统仿真学会与航天科工集团706所主办的《系统仿真学报》,美国伊利诺伊大学复杂系统研究中心主办的《复杂系统 》,美国UL控制与系统工程学会和弗罗茨瓦夫理工大学主办的《系统科学 》,IEEE的《智能系统》,圣菲研究所的《复杂系统学报》等。

每年都有多次由不同机构发起、在不同国家举办的有关系统仿真的国际学术会议。通过各个级别的系统科学学会或系统仿真学会网站,或直接通过搜索引擎(如, )可检索到最近举办过的系统仿真会议介绍或论文,以及即将举办的系统仿真会议的地点、时间和投稿须知, 如:国际系统科学学会(International Society for the Systems Sciences, ISSS)网站上 /world/index.php 有当年的年度会议信息和最近几年的会议资料。

3.3 以仿真实例教学为教学重点以提高学生的实际分析问题和解决问题的能力

课堂上详细讲解一些较简单的系统问题的仿真实例,可以使学生逐步明确并不断加深对建模仿真整个流程的理解:从分析系统结构或行为导出系统的数学模型,再根据所导出的数学模型使用某种编程工具实现仿真建模,形成相应的仿真算法程序,最后运行仿真算法程序,分析结果并与实际系统相应数据对比。

编程工具的介绍也要兼顾学习效率和算法理解彻底性, 教学过程中发现如只介绍通用编程语言(如C/C++)实现仿真算法程序,学生表示是可以彻底理解所讨论问题的算法及代码;但过后一段时间,再面对类似但稍微复杂些的问题,学生就显得有些不知如何下手改写原来的程序以解决当前的问题。而如使用Matlab .m源码文件实现仿真代码,学生基本能正确改写程序。如使用更高抽象层上的Simulink模型实现仿真,学生可以轻松解决类似新问题。现在采用初次碰到典型案例问题时,采用C语言实现仿真算法,再次碰到类似问题时使用Matlab.m源码,更多的或更复杂的仿真案例,则采用Simulink构建仿真模型。

所选择的仿真实例兼顾确定与随机系统,连续与离散系统。所列举过的离散随机系统有:单服务员排队系统(M/M/1)和多服务员排队系统(M/M/N)的仿真;多工作站排队系统的仿真;采用不同排队策略的银行排队系统仿真。 列举过的连续确定系统有: 机构运动仿真;传染病感染传播仿真;森林救火策略仿真;战斗减员仿真;游击战策略仿真;香烟有害物质进入人体体内的累积量仿真以及生物种群规模涨落(Volterra模型)仿真等。

下面以机构运动仿真和战斗减员仿真为例,对建模仿真的整个过程进行简要描述:

仿真实例一.曲柄滑块机构的运动学仿真:

对图示单缸四冲程发动机中常见的曲柄滑块机构进行运动学仿真。已知连杆长度:r2=0.1m,r3=0.4m,连杆的转速:ω2=2,ω3=3,设曲柄r2以匀速旋转,ω2=50r/s。初始条件:θ2=θ3=0。仿真以ω2为输入,计算ω3和1,仿真时间0.5s。

利用Simulink建模如下:

模块程序运行过程中自动显示如图4所示动画。

所求仿真时间0.5s内1和ω3的变化图像如图5。

图5 0.5s内的滑块运动速度1 (上图)和连杆转速ω3(下图)

仿真实例二.战斗减员问题仿真:

该战争模型只考虑双方兵力的多少和战斗力的强弱。 假设:(1) 用x(t)和y(t)表示甲乙交战双方时刻t的兵力,不妨视为双方的士兵人数;(2)每一方的战斗减员率取决于双方的兵力和战斗力,用f和g表示; (3)现只对甲方进行分析。甲方士兵公开活动,处于乙方的每一个士兵的监视和杀伤范围之内,一旦甲方某个士兵被杀伤,乙方的火力立即集中在其余士兵身上,所以甲方的战斗减员率只与乙方兵力有关,可以简单地设f与y成正比,即f=ay。a表示乙方平均每个士兵对甲方士兵的杀伤率(单位时间的杀伤数),称乙方的战斗有效系数。a可以进一步分解为a=rypy,其中ry是乙方的射击率(每个士兵单位时间的射击次数),py是每次射击的命中率。由这些假设可得本问题的连续时间模型(方程):

又设系统输入为甲乙方的射击率rx,ry,每次射击的命中率px,py,双方初始兵力x0,y0。系统输出为哪一方获胜以及获胜时的剩余兵力。要求有输入、输出界面及仿真过程。如何对微分方程进行求解,并判断哪一方获胜是本问题仿真的关键。

使用GUIDE(图形用户接口开发环境)接口实现以上简单的一阶微分方程。

调入该模型程序,按F5运行,出现如图6所示界面。

在界面中输入参数,点击“执行仿真计算”按钮,就会在结果栏中显示哪一方获胜,及其剩余人数。

设甲乙双方射击率都为0.03,初始兵力都为1000,每次射击的命中率分别为0.023和0.026。执行仿真计算后可知是“乙方获胜”,剩余兵力为339。如图7所示。

4 总结

努力加强系统仿真原理教学,以较简单的经典系统建模实例的仿真模型的建立为依托,让学生在仿真实例的课堂教学中逐步明确并不断加深对建模仿真整个流程的理解。仿真技术广泛应用于工程领域和非工程领域,相关文献十分丰富,涵盖面十分广阔的,而课堂教学的课时十分有限。如果我们把系统模拟与仿真这门学科比作是一片森林,文献可看作是其中的树木,仿真的实际应用则可看作生活于森林中的动物,当然动物也依赖于这片森林的邻域森林(其他学科)。课堂教学只是带学生来到这片森林边沿,仿真原理、理论教学是引导学生仔细观察了眼前的树木,而课堂仿真实例教学则是与学生一起欣赏了树枝上美丽的小鸟。 对这片森林更深入的了解需要学生自己出发去跋涉的、去游历、去探索、去欣赏。当然,带学生到这片森林应该先哪个边沿,才能让学生对这片森林有准确的了解并迅速喜欢上这片森林,需要带领者对这片森林整体的和更准确的了解,也需要到过这片森林的同学们的意见反馈。

参考文献:

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[3] 肖田元.系统仿真导论[M].北京:清华大学出版社,2001.