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学前教育未来将担负幼儿教育的重任,因此,对于学前教育专业同学来说,不但要求其具有丰富的文化专业知识,同时还要有一定的音乐技能水平。在音乐技能中钢琴演奏是最为重要的演奏技能。在学校短短几年时间如何提高学生的钢琴演奏技巧也是学前教育老师所面临的重要课题。本文主要通过分析学前教育钢琴集体课教学的现状,指出现存教学中存在的问题,并且根据老师的实践教学经验,提出了相对应的解决策略,希望能够提高我国学前教育钢琴集体课教学的质量,给相关教学人员以借鉴和参考。 一、现状分析 (一)学习动力不足 学前教育专业学生在进入专业学习之前,大部分同学没有学习钢琴的基础经验,只有少部分同学在以往接触过钢琴。因此,大部分同学学习的动力不足,如果学生具有强烈的学习钢琴的动力,那么会在很大程度上促进学生的钢琴练习水平。从学习钢琴的目的上来看,一部分学生学习钢琴只是为了增加以后就业的机会,或者是在幼师招考中通过相应的考试,但是这种学习钢琴的动力只会持续一小段时间,学习钢琴并没有个人的兴趣,整体处于被动的状态。或者是一部分学生以提高自身艺术素养作为目的,这种学习钢琴的目的是具有主动性,也具有良好的持续性。从整体上来看,学前教育专业学生钢琴学习动力不足,缺乏相应的内部动机。 (二)学习信心不足 学前教育专业学生普遍缺乏学习钢琴的信心,由于之前并没有接触到钢琴相关的乐理知识,因此对于学习钢琴充满疑惑,因此这就打击了后期持续学习钢琴的信念,对于钢琴训练课程产生了心理畏惧感觉,阻碍了其后期对钢琴学习的持续信,学习信心不足是影响学习教育钢琴集体课教学的重要原因,因此必须要加以解决。 (三)学习策略不足 学前教育专业学生在学习钢琴时,需要平时的勤加学习、重复练习,同时钢琴演奏更加需要技巧以及策略。在实际钢琴教学过程中很多同学反映学习钢琴效率较低,学习一首新的曲子不但速度较慢,而且长时间过后仍不能完整的弹奏。这些同学主要缺乏相应的学习策略。一些同学在学习新的曲目时每次都要从头开始重新练习,曲谱的演奏比较机械和重复,这种演奏的方式效率较为低下,严重打击学生学习钢琴的自信心,并没有产生一种融会贯通的状态,导致整个钢琴学习仍处于被动。 二、提高学前教育钢琴集体课教学的策略分析 (一)提高学习兴趣,转化学习动机 一些同学对学前教育专业钢琴教学学习动力不足,老师要进行经常的鼓励,老师要正确评价学生钢琴演奏的技巧,在教学过程中,一部分同学由于之前钢琴接触经验较少,导致曲目演奏不熟练或者是经常出错,老师要对于学生点滴的进步都要加以表扬,这样才能够增强学前教育专业学生的自信心,鼓励他们以更高的效率去完成钢琴练习任务,增强克服困难的信心,同时也能够增加学习钢琴的兴趣。兴趣是最好的老师,也是最佳的学习动力,学习钢琴不仅仅是为以后就业以及考试的需要,而是一种培养气质的重要方法。 (二)培养学习兴趣,增强学习信心 学前教育专业学生基本上从大学刚开始就需要接触乐理以及视唱多方面的音乐内容,作为后期学习钢琴音乐知识奠定良好的基础。作为钢琴练习的初学者,老师要制定相应的教学方法,提高学生学习钢琴的积极性,给学生学习钢琴创造良好的条件。积极与学生之间进行交流,让学生在学习中感到成功的快乐,同时钢琴音乐老师要做到因材施教,熟悉每一个同学的演奏特点以及优缺点,对进步较大的同学要时时进行表扬。对在钢琴演奏中经常犯错误的同学,不能够过于批评,以免打击其自信心,同时对于钢琴演奏中的错误也不能够任由发展,钢琴音乐老师可以在适当的时机、以适当的方式指出他们的错误,督促他们尽快改正演奏过程中的不足之处,这样才能够提高钢琴演奏水平。 (三)掌握正确科学的练习方法 老师要教会学生正确科学的练习钢琴的方法。学生在遇到困难时要及时向老师求助,对以前没有接触过钢琴的学生来说,要特别注重指法的难点以及节奏的难点。在学习过程中学会重点突破难点内容,学习一首新的乐曲重点的音乐片段需要反复聆听,反复练习,将其裁开进行练习,最后进行完整性衔接,衔接过程中要保证整个过程的流畅性以及完整性。同时需要有意识的练习交错音乐作品,同时学会分解练习,达到最终的练习目的。 三、结语 学前教育钢琴集体课教学对于学生掌握钢琴演奏方法、提高学生钢琴演奏素养以及艺术素养具有非常重要的作用和意义,相关老师一定要抓住学前教育钢琴集体课教学机会,提高学生钢琴演奏的水平,为后期在工作中进行学前教育奠定良好的基础。 [参考文献] [1]赵一洁.对于学前教育专业钢琴教学的几点思考[J].大众文艺,2014,16. [2]依晓明,李秋卓.学前教育专业钢琴教学探析[J].长春师范学院学报(人文社会科学版),2013,06. 作者:刘俐伶 单位:上饶幼儿师范高等专科学校
1研究背景 随着中职教育的不断升级和改革,中职人才的培养问题也成为众多研究者关注和热议的话题。现今,在中职教育的开展实践中,学前教育成为学生最受欢迎的专业,也为社会输出了数以万计的优秀的幼师人才。中职所培养的幼师人才成为启蒙教学环节重要的人才保障,尤其是他们自身所具备的丰富的专业的音乐能力使中职学前教育毕业生具备了一定的职业竞争能力。在此背景下,中职所针对学校教育学生展开的音乐教学工作对于学生日后的工作能力、职业能力、教学能力都会产生积极的影响作用。作为中职学校音乐教学工作者,我们应该以就业为导向探索中职学校学前教育音乐课程开展的新途径,为学生的综合素质能力培养拓展空间,能够让中职学前教育专业学生能够在有限的学习时间获得最全面最系统的音乐知识的储备,为将来的就业打下扎实的基础。中职学校面对新时代的教育发展要求,如何构建针对学生学前教育专业音乐技能所需的音乐系统课程构建非常的关键,也对学校音乐教学的效果产生了积极的作用。音乐能力作为幼师人才重要的职业能力,中职学校的音乐教学开展对于幼师人才的综合素质提升非常的关键。因而对于中职学校的教学工作者来说,在学生有限的学习阶段,最大化的发挥中职学校音乐课程的优势和价值,为中职学校学前教育专业学生的全面素质具有实践性意义。然而,不容忽视的一个问题是,现今的中职学校教育正处于关键的转型期,不仅学校建设面临关键时期,学前教育专业人才也面临高校学前教育人才和高职学前教育人才的双重竞争。因而在针对中职学校学前专业人才的音乐能力培养上依然面临很多挑战。在课程改革的大背景下,探寻适合中职学校教学特点、办学特征、人才特色的学前教育音乐教学课程设置是课程教学改革的必然需求,也为将来的幼儿园音乐教学开展奠定了扎实的师资基础。 2当前中职学校学前教育专业音乐课程中存在的问题 2.1与高校音乐课程设置的同质化倾向 当前,中职学校为了加强自身的办学竞争力和人才竞争力,不断地对办学目标、教学理念、课程设置等方面对同类教学单位的教学开展进行学习和借鉴。好的一方面是中职学校在人才培养方面得到更多的资源共享,不好的一方面是导致中职教育同质化现象非常严重。而这种同质化表现在教学中也十分明显。具体来说主要表现在:一方面,学校内部不同专业和年级之间课程设置同质化。学校在设置课程时,由于只考虑到不同专业之间的联系,过于主张学科之间的渗透和结合,而忽略了它们的特殊性以及存在的区别,直接导致专业不同但课程却明显重复或专业分界不明确这类问题时常发生。而且,也存在不学生习阶段学习课程却极其类似这种情况。另一方面,各类学校之间出现教育同质化。不同类别的学校本应该对自身定位和培养管理模式有着不同的见解和课程设置计划以及人才培养方案。然而,不难发现当前很多学校却选择盲目跟风。特别是职业类学校更是没有根据自身实际情况去发展自身特色专业,对自身的人才培养定位不准,也未突显出本校的人才培养特色。事实上,当前中职学校同质化现象也让人担忧,具体到学前教育专业音乐课程的实践开展中,则体现为与高校音乐课程设置的同质化倾向。当前,中职学校学前教育专业缺乏根据自身的条件和特点进行的教学定位,对音乐课程设置缺乏具体的定位,导致音乐教学趋同于专业学校的课程设置,未能体现出中职学前教育人才所需的教学内容。中职学校针对学前教育学生设置的音乐课程盲目跟风,过度模仿和沿袭了高校的音乐课程,与其学前教育专业课程同质化严重,失去中职学校学前教育应有的特色,未能形成符合中职学校音乐教学特色的完整的课程体系构建。 2.2音乐美学及文化类课程的相对缺失 音乐美学指导并影响着中职学校学生音乐的学习和具体的音乐实践活动的开展。音乐教学的功能和价值也在潜移默化中影响着中职学生的音乐美学理论认识并在无形中影响着学生的审美思想和行为。鉴于此,教学工作者应该在针对学前教育专业学生展开的音乐教学环节时,注重音乐审美教育的渗透,加强对学前教育专业学生审美能力的培养。这不仅有利于提高学生对音乐艺术美的追求,而且同时还能升华学生的情感,陶冶学生的情操提升他们的审美能力。现今中职学校的音乐教学实践中缺乏对音乐教育审美的探索,缺少音乐美学类课程的融入和实践。显然,这对于幼师人才的培养工作来说是错误的。然而,令人遗憾的是:在当前中职学校学前教育专业音乐课程中,音乐美学课的开设情况很不乐观。没有单门的课程开展,只是将其融合到了部分的音乐教学内容中,音乐美育的特色根本没有展现出来。此外,由于中职学校的教学管理者都非常重视对学前教育专业学生的技能培养,而对音乐美学类课程的开展意义在观念上缺乏足够的理解和认知,所以也导致了课程在音乐教学实际中所占的分量较轻。部分学校领导甚至觉得音乐审美教学可有可无,对于学生的就业没有任何帮助。所以,在学前教育专业学生的音乐学习过程中只重视了幼师教学技能的培养,而缺乏引导他们对音乐艺术美、思想美、形象美、内涵美的探索。由此可见,在中职学校的学前教育专业音乐教学中,重技术轻理论重实践轻审美的这一问题也是非常显著的。当前,我们发现音乐教学组织者比较注重乐理、和声、曲式等比较实用的技能理论课,而对音乐史、音乐美学这类纯理论课程基本可以忽略。这在学前教育专业音乐教学实践中已经成为不争的事实。面对现今的开展现状,音乐美学类课程应该尽快的融入到中职学校学前教育专业的课程建设中来。 2.3缺乏教师自主开发的校本课程 教材是教学开展的依据。对于中职学校的音乐教学发展来说,教材也具有非常重要的意义,对于教学目标的实现产生了一定的影响。教学组织者在教材的选择上,如果符合幼师人才的培养工作,那么就会对学生的职业技能产生积极的影响。从现有的中职学校的音乐校本课程开发现状来看,针对于学前教育专业人才的音乐校本课程开发力度不足,特色也不鲜明,并未展现出校本课程开发对于幼师人才培养的功能和作用。具体到中职学校的音乐校本课程来说,它以本校学前教育专业学生的音乐需求为根本,从学生的音乐兴趣出发,借助多元的教学方法来不断的培养和完善幼师人才的音乐知识结构。但是,显然在中职学校的音乐课程构建中,校本课程的特色并不突出,未能体现音乐课程的个性,学生的选择权不足,也未能深刻地体现着人才的差异性和学校的独特性。中职学校针对学前教育专业学生进行的音乐校本课程的开发是对现有国家、地方课程的补充,弥补这些课程中的不足,以校本开发的课程开发方式来契合本校学生音乐技能培养。事实上,系统科学的开发音乐校本课程是一项专业性强实用性强的课程建设过程,需要专业技术强教学经验丰富的教学工作者参与到校本课程设置的各个环节。但是,显然当前中职学校教师综合素质不高,教师团队对于校本课程建设的能力有无法满足校本教的实用性要求。再加上中职学校的课程资源优化能力有限,课程评价机制也存在一定的问题,所以对于音乐校本课程开发来说还面临诸多实际问题,显然难以满足自主开发校本课程的平台和能力。 3改革中职学校学前教育专业音乐课程的措施 3.1调整课程设置——突出中职音乐教育的要求及特色 音乐的教学对促进幼儿全面发展起着至关重要的作用。这一点就充分要求了学前教育专业学生在校期间必须进行系统的音乐课程学习,不仅在音乐知识和素养上进行系统的完善,还要具备一定的幼儿教学的知识的和素养。中职学校学前教育专业学生只有在校期间进行这两方面的课程学习,才能在自己将来的职业生涯中游刃有余的完成幼儿园的音乐教学开展,发挥音乐教育的积极功能。基于此,中职学校的音乐教学组织者首先要做的就是转变课程设置观念,结合音乐教师课程实践和幼师职业需求进行完善的音乐课程系统构建,使学前教育专业学生能够掌握幼儿园音乐教学的内容和方法,开展有效的教学实践。中职学校只有这样的进行音乐课程设置,才能突出以就业导向为方向的幼师人才培养工作。因此中职学校教学工作者,只有在教学实践中调整音乐课程设置,突出中职学校学前教育专业音乐教育的要求及特色,才能使中职学校的幼师人才培养更加具有竞争优势。在教学过程中,要禁忌单一的教学模式,对学生只进行单一的训练也会让学生产生枯燥的心理。事实上,各个学科之间也都是充满着联系的,各个学科之间也都会相互变通,如果只进行单一的教学,忽略了各个学科之间的联系,只会让基础相对薄弱的学生感到压力,进而失去了对音乐专业的学习兴趣,从而阻碍启蒙教育技能培养的有序进行。因此,在对中职学前教育专业音乐课程的学习和教育中要加强各个学科的内在联系,从而最大限度地做到对课程设置的深化和改革。另外,教学组织者不仅要重视音乐课程的设置,而且同时在课程教学开展的过程中要注重情景教学的重要性,以突出音乐教学的特色。情景教学的设置有助于学前教育专业学生拓展发散型的思维模式,努力创设与教学内容相关的情景,有助于发挥学生的主观能动性,用自己丰富的想象和主观意识,极大限度地将音乐和情感体验相结合。用自己的感受和感知来体会音乐的魅力,体会音乐带来的灵动性,开拓学生的思维,让学生在感受过程中去创新,在感受过程中去学习,实现学前教育专业音乐教学的目的,悟出音乐的本质。使学生积极主动地参与到音乐的教学活动中来,在无形中提高音乐的素质,提升自身的音乐修养,将单调的学习模式变得丰富多彩,为今后的音乐课程设置发展奠定扎实的基础。 3.2适当增设音乐美学及文化类课程 音乐艺术蕴含了深刻的美学内涵,音乐可以带给人们心理上的跌宕起伏心灵上的洗涤。所以,对于学前教育专业学生来说,适当的增设音乐美学及文化课程有助于学生更全面地去感受音乐的艺术魅力,提高学生的个人综合素质。音乐是要用心去感受的,在音乐中增强丰富的心理体验。它不只是单一的音符的拼凑,更是代表了一种情感的表达方式。很多语言无法表达的思想和概念完全可以用音乐的形式来表现。并且,开展音乐美学和文化课程能让学生对音乐的感知有一个完整的体系,更加充分和深入地去了解音乐感受音乐,从而作用于音乐实践。因此,对学前教育专业学生音乐职业技能拓展并开设音乐美学和文化类课程是完全有必要的。增设音乐美学及文化课程能够让学生更加深层次的去理解音乐教育挖掘音乐课程内涵,去发现音乐教育之美。审美对于音乐教育的开展至关重要。人的审美是在生存需要享受需要和发展需要的过程中派生的一种特殊的精神需要。音乐亦需要审美。在学前教育音乐课程的开展实践中,学生对于心灵上和精神上的需要促使学生去欣赏音乐,而加强对音乐美学和文化课程的学习,就是对欣赏音乐之美的巩固和发展,音乐的美学功能能够让学生的心灵更加愉悦,全面拓展了学生广泛的音乐兴趣,拓展学前教育专业学生能够在教育教学中引导幼儿园的孩子们去感受音乐,能够启发幼儿有一双发现美的眼睛。显然,对于音乐美学及文化课程的渗透和开展,对于学前教育专业职业技能的拓展非常的重要和关键。 3.3鼓励音乐教师自主开发校本音乐课程 地域文化的不同也成就了不同的音乐特色。这也为中职学校的音乐教学开展提供了更多的教学资源。每所不同的中职学校也有着自身的办学理念和独一无二优秀价值观。每所学校都应该努力创造具有特色的校本音乐课程。通过多年的办学实践和在教育教学中的经验总结,笔者也深刻地体会到校本音乐课程是在国家课程基础上的拓展延伸和完善。因而,为了满足学前教育专业学生音乐职业能力的需求,在原有的国家课程的基础上延伸出具有学校特色的校本音乐课程是推进中职学校学前教育发展的一种有效途径。这样的做法更加有利于让学生广泛地参与到教学中来,更能深刻体会到学校教育教学的理念和特色。尤其是中职学校在校本音乐课程开发的开发实践中,不仅更有针对性地积累学生的音乐理论基础,而且还能开阔学生的音乐视野,激发学生的音乐兴趣,让学生在自己喜欢的音乐内容中进行全面的职业能力拓展。与此同时,校本课程是具有针对性的音乐课程设置,是由学前教育音乐教师自主开发的课程,不仅体现了中职音乐教学的特色,也更加具有针对性地培养了学前教育专业学生的音乐技能和素养。中职学校针对学前教育专业开设的音乐校本课程,在更广阔的平台中充分挖掘学生学习音乐的潜能。在塑造学前教育专业学生音乐特长方面具有先天的优势,校本音乐课程的开发对此提供了重要的方法和途径。音乐教师在自主开发校本音乐课程的过程中要本着目标清晰准确的原则去开发。校本音乐课程的开发不是在国家课程基础上的强化,而是要本着对国家课程的深刻理解中,对国家课程的深化补充和完善。基于对国家课程的理解,在自主制订校本音乐课程应该坚持准确清晰的原则。丰富学校的音乐文化,加强学校的音乐文化底蕴,创造舒适活泼的音乐环境,促进学生身心健康的发展。激发学生对音乐学习的兴趣,在学众音乐的基础之上,传播地方音乐的特色,进而提升校本音乐课程的价值。此外,对于中职学校来做,在自主开发校本音乐课程中要本着创新的原则有效的途径去创建校本音乐课程,不能过多地依赖古板的教育方式和固定的思维框架模式,在不脱离学生实际需要的前提下打破传统的教育形式,内容要符合中职学前教育专业音乐课程的特点,遵循音乐思维发展的规律。只有这样才能够开发出创新型的校本音乐课程。总之,在创新型的教学基础之上,要建立灵活规范的评价机制,自主研发校本音乐课程是推进行音乐教育教学的重要保证,在多次探索和实践中发现问题并针对这些问题进行有效性的分析解决研讨,从而促进校本音乐课程在中职学前教育专业的音乐课程的教学中良性的发展,提升中职学校学前教育专业学生的职业能力,加强他们的就业竞争水平。 作者:尹雪芳 单位:中山市中等专业学校
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计算机仿真技术课程教学研究:计算机仿真技术课程教学中的应用 摘要:在研究生的计算机仿真技术课程教学中,针对机械工程类研究生的专业方向、课程体系的设置以及工科研究生自身特点,为培养研究生的自主学习能力、创新能力以及增强其工程应用意识,通过在计算机仿真技术课程教学的经验积累,逐步探索出以项目驱动为主要教学方法,通过实践应用,取得良好的教学效果。 关键词:项目教学法;计算机仿真;创新;实践 一、前言 研究生教学有其突出的特点,他们中多数人理论基础扎实,获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践,结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点,对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力,增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。 二、课程定位及课程特点 随着现代工业的发展,科学研究的深入与计算机软、硬件的发展,计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统,特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具,计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用,国内外众多学者认为,仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”,因此仿真技术被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分,具有综合性、多学科交叉等特点。为了拓宽机械工程专业基础,提高培养对象的整体素质,更好地适应社会对机械工程专业人才的需求,高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程,考虑专业应用需求并结合教学实践情况,课程目的是通过本课程的学习,要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论,基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具,以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。一方面,基于仿真技术课程的内容方法较多,实践性强的特点;另一方面,授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点,如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践,以达到计算机仿真技术教学目标。 三、教学内容的设置和教学方法的选择 课程开设初期,由于只是机械电子工程专业方向的同学选修,所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加,以及选修学生所属专业方向的扩大,专业方向包括:机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程(专业学位)等,基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科,紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点,并充分结合相关课程内容,必须在教学内容的选排上下功夫。项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元,将理论教学和实践教学有机融合在一起,强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性,突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此,为了满足各个专业方向学生的要求,使他们能够掌握一门工程分析技术,为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段,本人在讲授该门课程的过程中,逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授,调整授课内容,采用专题教学方法使课程主题内容分明,有利于将仿真方法讲深、讲透。2.扩展所授课程内容涵盖的范围,包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容,以满足各专业方向学生的需求。3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术,仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向,灵活设计若干个专题实验,使学生学以致用,培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。4.采用多个工程应用实例进行教学,从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等,使学生从生产实际认知的研究对象,提升到理论高度的学习,应用所学的各科理论知识和技术手段,进行数学建模、仿真建模的建立,并对模型求解以及特性进行分析,获得直观结果,提高学生学习兴趣,最终解决实际工程问题,培养学生解决工程实例问题的能力。5.结合学科前沿,进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后,为强化计算机仿真在实际工程的应用概念,在此基础上,以项目形式,开展课程学科前沿以及将该门课程与现代技术融合等专题讨论。6.增加实验环节,培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台,扩充计算机仿真技术资料,提供最新的仿真案例,结合教学团队的科研课题,设计实验项目,培养研究生工程实际应用能力。 四、项目教学法的教学效果 基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践,满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求,教学方法和手段的完善,使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术,使学生掌握一门工程分析技术,为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生选课,工程硕士每年20人左右选课,课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生,发表与该课程相关的学术论文近20篇,撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。 五、结束语 根据工科研究生自身特点、研究方向以及课程体系设置等情况,本文以计算机仿真技术课程教学为例,基于项目教学法为主要方法,对课程的特点、教学内容设置、教学方法实施等方面进行了总结,达到本门课程的教学目的,满足研究生的培养要求和培养目标。 作者:罗艳蕾 罗瑜 刘会勇 单位:贵州大学机械工程学院 计算机仿真技术课程教学研究:项目教学法在计算机仿真技术课程教学中的应用 (贵州大学机械工程学院,贵州 贵阳 550003) 摘要:在研究生的计算机仿真技术课程教学中,针对机械工程类研究生的专业方向、课程体系的设置以及工科研究生自身特点,为培养研究生的自主学习能力、创新能力以及增强其工程应用意识,通过在计算机仿真技术课程教学的经验积累,逐步探索出以项目驱动为主要教学方法,通过实践应用,取得良好的教学效果。 关键词:项目教学法;计算机仿真;创新;实践 一、前言 研究生教学有其突出的特点,他们中多数人理论基础扎实,获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践,结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点,对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力,增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。 二、课程定位及课程特点 随着现代工业的发展,科学研究的深入与计算机软、硬件的发展,计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统,特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具,计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用,国内外众多学者认为,仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”,因此仿真技术 被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分,具有综合性、多学科交叉等特点。 为了拓宽机械工程专业基础,提高培养对象的整体素质,更好地适应社会对机械工程专业人才的需求,高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程,考虑专业应用需求并结合教学实践情况,课程目的是通过本课程的学习,要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论,基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具,以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。 一方面,基于仿真技术课程的内容方法较多,实践性强的特点;另一方面,授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点,如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践,以达到计算机仿真技术教学目标。 三、教学内容的设置和教学方法的选择 课程开设初期,由于只是机械电子工程专业方向的同学选修,所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加,以及选修学生所属专业方向的扩大,专业方向包括:机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程(专业学位)等,基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。 计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科,紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点,并充分结合相关课程内容,必须在教学内容的选排上下功夫。 项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元,将理论教学和实践教学有机融合在一起,强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性,突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此,为了满足各个专业方向学生的要求,使他们能够掌握一门工程分析技术,为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段,本人在讲授该门课程的过程中,逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。 1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授,调整授课内容,采用专题教学方法使课程主题内容分明,有利于将仿真方法讲深、讲透。 2.扩展所授课程内容涵盖的范围,包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容,以满足各专业方向学生的需求。 3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术,仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向,灵活设计若干个专题实验,使学生学以致用,培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。 4.采用多个工程应用实例进行教学,从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等,使学生从生产实际认知的研究对象,提升到理论高度的学习,应用所学的各科理论知识和技术手段,进行数学建模、仿真建模的建立,并对模型求解以及特性进行分析,获得直观结果,提高学生学习兴趣,最终解决实际工程问题,培养学生解决工程实例问题的能力。 5.结合学科前沿,进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后,为强化计算机仿真在实际工程的应用概念,在此基础上,以项目形式,开展课程学科前沿以及⒏妹趴纬逃胂执技术融合等专题讨论。 6.增加实验环节,培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台,扩充计算机仿真技术资料,提供最新的仿真案例,结合教学团队的科研课题,设计实验项目,培养研究生工程实际应用能力。 四、项目教学法的教学效果 基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践,满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求,教学方法和手段的完善,使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。 计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术,使学生掌握一门工程分析技术,为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。 近五年的每年30―40人研究生选课,工程硕士每年20人左右选课,课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生,发表与该课程相关的学术论文近20篇,撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。 五、结束语 根据工科研究生自身特点、研究方向以及课程体系设置等情况,本文以计算机仿真技术课程教学为例,基于项目教学法为主要方法,对课程的特点、教学内容设置、教学方法实施等方面进行了总结,达到本门课程的教学目的,满足研究生的培养要求和培养目标。 计算机仿真技术课程教学研究:计算机仿真技术课程教学改革实践初探 摘要:计算机仿真技术是仿真科学与技术学科的重要分支,具有综合性、多学科交叉等特点。本文针对计算机仿真技术本科课程的特点和现行课程教学的不足,对该课程进行了教学改革探索与实践,从教学内容、教学方法、教学资源、实践环节等方面进行了改革实践。实践结果表明优化和提高了教学效果,为计算机仿真课程改革提供了参考。 关键词:计算机仿真;教学方法;教学改革;实践 一、引言 仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用,国内外众多学者认为,仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”,因此仿真技术被认为是“使能”技术。 仿真科学与技术虽然尚未成为一级学科,但国内多个军队院校已经开始设置仿真专业和仿真工程二级学科,已经培养了数千名仿真工程技术人才。我校从2005年起开始在测控工程本科专业开设《计算机仿真技术》课程,30学时,每年选课人数近150人,主要目的是让学员建立起计算机仿真的概念,掌握计算机仿真的基本方法并能够对连续系统进行初步的仿真研究,为今后从事导弹控制系统的分析与设计奠定基础。 计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分,具有综合性、多学科交叉等特点。因此,学员普遍反应该课程难学、难懂。为提高教学效果,针对课程特点和现行课程教学的不足,我们从教学内容、教学方法手段、教学资源和实践环节等方面进行了课程改革和实践,取得了较好的教学效果,为计算机仿真课程的教学改革提供了实践基础和案例参考。 二、现行课程教学的不足 1.课程定位不明确。由于计算机仿真技术在本校是第一次开设,对于课程应该达到什么样的目标定位并不明确。现行的课程标准将目标定位为掌握连续系统仿真方法和离散事件系统建模与仿真方法,并能够对具体的连续系统进行仿真研究。事实证明这种要求目前是达不到的,特别是在有限的学时限制之下。另外,课程的定位也和测控工程专业的培养目标不尽相符。同时,本校应届毕业的研究生反映,本科阶段已经学过的内容,硕士阶段还得重新学一遍,甚至到了博士阶段,也有部分重复的教学内容出现。这说明目前对于计算机仿真技术本科课程、乃至整个仿真课群的设置与定位是不明确的。 2.教学内容与其他课程重叠。计算机仿真技术课程现行的教学内容与《现代控制理论》等课程的内容有所交叉和重叠。连续系统数学模型及相互转化等内容在《现代控制理论》中已经讲授过。而有关“数值积分法”的内容和《计算方法》的内容有交叉。教学内容交叉和重叠现象令学生无法准确界定、无法准确区分课程内容,也令教学督导专家诟病,当然也就不利于学员的系统学习了。 3.教学方法手段单一。该课程的教学方法还主要停留在传统的讲授为主的教学理念上,只采用单一的教学方法和手段。教学内容文字性公式居多,直观性材料、多媒体材料、应用型材料偏少,学员学完后不知道如何应用、如何解决实际问题,总认为计算机仿真就是一种数值游戏、一种计算机游戏。 4.缺乏必要的实践环节。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术,仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。现行的教学模式缺乏实践环节,学员难以了解仿真技术具体是如何应用解决实际问题的,缺乏感性认识和实践的机会,不知道在导弹控制系统分析中有何用处。 三、课程教学的改革实践 根据作者的教学实践和实际科研工作经历,提出并实践了如下改革思路。 1.教学内容改革。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科,紧密相关的课程包括计算方法、计算机软件设计、计算机图形学、计算机控制、自动控制原理、现代控制理论等课程。如何讲出本课程的特点同时又避免与其他课程雷同是必须解决的问题,因此必须在教学内容的编排上下功夫。 经过分析与调研,最终将本课程的主要内容选定为连续系统的数字仿真方法上(占总学时的40%),而对连续系统的建模及模型表示、相互转换则不作过多讲述,避免与自动控制原理、现代控制理论重复。而对于计算机仿真技术中的离散事件系统仿真(占总学时的25%)则仅作原理性讲述,因为经过调查发现,学员在现阶段还体会不到离散事件系统仿真建模的精髓,还不能够从离散事件仿真建模过程抽象出解决实际复杂系统的建模与仿真方法,而这正是离散事件系统仿真的优秀思想和应用目的所在。剩余的学时则主要讲述计算机仿真的基本概念、步骤与发展趋势及应用等内容。 授课内容调整后,课程主题内容分明,有利于将连续系统仿真方法讲深、讲透,增进学员的理解。 2.基于比较教学的教学方法实践。为了加深学员对内容的理解,在教学过程中广泛采用了比较教学方法[1]。 一是连续系统与离散事件系统仿真方法的比较。仿真的本质是在计算机上对模型进行试验,完成状态转移计算。连续系统仿真模型的建立主要是从数学模型出发,建立适合计算机上实现的运行模型。因此连续系统仿真推进时钟时,以为增量进行推进,采用差分方程实现状态推进。因而连续系统其仿真方法明确,好理解,在计算机上求解微分方程即可,重点放在如何选取微分方程的数值解法上。 而离散事件系统的状态变化是由于随机发生的事件而引起的,如何进行离散事件系统的仿真时钟推进和状态变迁就成为离散事件系统仿真的优秀问题。离散事件仿真的基本思想就是将事件序列模拟出来,记录事件引起的状态变化并进行统计,最后得到感兴趣的系统性能参数。时钟推进方法根据仿真粒度分别可采用事件调度法、互动扫描法和进程交互法,其中事件调度法是基础,体现了离散事件系统演化的特点。 离散事件系统只能根据其系统特点,将由事件驱动引起的状态变化通过简化在计算机上复现出来,从而进行仿真研究。这种思路大部分学员开始时不理解,甚至认为是“很笨的方法”,没有什么特别之处。然而,这种方法却是对离散事件系统甚至复杂混杂系统进行仿真的唯一有效方法。 通过建立连续系统和离散事件系统仿真比较表(如下表所示)进行比较教学,学员对两种系统的仿真方法理解得更透彻。 二是数值积分法、替换法和离散相似法的比较教学,后面两者都是从仿真的快速性出发进行设计的。 数值积分方法是从求解微分方程的角度发展而来的,思路严谨,方法体系完整,是主流的连续系统仿真方法,其主要过程是建立差分方程。替换法是应用z与s的映射得到离散脉冲传递函数,再由Z反变换求得差分方程的方法。替换法相当于数值积分法的多步法,简单替换法可以欧拉方法一致的精度,双线性替换法可得到和梯形法一致的精度,但计算过程相比欧拉积分方法和梯形法快。但缺点也很明显,替换法要求对系统先进行线性化,因而只对线性系统有效,而且替换法其理论依据不严格,误差大小也没有定量的结论。 离散相似法是一种快速仿真方法,其基本思想是简化系统的输入。由于实际系统输入经常选择阶跃信号,对输入采用零阶保持器的简化措施没有引入误差,可以获得更高的仿真精度。而欧拉方法要求状态变量的导数为阶跃信号时,才没有系统误差,这在实际中是很难满足的。因此对于阶跃信号输入,采用零阶保持器的离散相似法可以获得没有系统误差的仿真结果,这不仅优于欧拉方法,还优于其他的高阶数值积分算法。 但离散相似法的局限也是很明显的:即要求系统必须是线性的。非线性系统要采用离散相似法,首先要进行线性化,但线性化过程已经引入了误差,自然会影响仿真结果的准确性;另外系统的阶次和“病态”属性的存在使得计算状态转移矩阵很复杂甚至不收敛,将带来较大的截断误差。因此对于线性系统,离散相似法将系统拆分为一系列低阶环节,再针对每个低阶环节应用离散相似法,但此时这些低阶环节的“输入”已不再是阶跃信号了,因此采用离散相似法同样带来了误差。 只有在离散相似法选择的典型环节是积分环节时,离散相似法(零阶保持)等价于欧拉方法。 通过以上比较教学,学员对连续系统的仿真方法理解就很透彻了。 3.辅助教学资源开发。学员通过比较教学,虽然对连续系统的仿真方法已经很理解的,但是对其如何使用仍然是模糊的。为此,我们利用Matlab语言开发了连续系统仿真算法辅助教学演示软件。 软件的主要功能包括:(1)对常用的数值积分法进行Matlab实现,写出各种数值积分法的递推叠代公式,显示出每步计算结果;(2)连续系统包括典型的一阶系统、二阶系统和三阶系统;(3)可对数值计算结果和系统精确解进行列表比较和图形比较;(4)对病态系统采用不同的仿真方法进行仿真演示,比较方法的异同和计算精度;(5)一个鱼雷攻击移动目标系统(6阶系统)进行具体应用,演示如何对具体连续系统进行仿真分析。 教学过程中,涉及到相关算法时,利用辅助教学软件进行教学演示,对计算公式的推导、每步计算过程和结果都进行演示,并最终演示仿真结果及与真实解、其他算法之间的差异,从而班组学员理解算法的计算过程。 4.增加实践环节。由于教学过程中,只能采用较简单的对象进行讲授和演示,学员对于如何采用计算机仿真技术解决导弹控制系统的定量分析与精度评定等应用仍然没有概念。鉴于学时的限制和实验条件的限制,目前尚不具备让学员动手进行计算机仿真验证的条件。因此依托战略导弹控制系统半实物仿真试验系统科研条件,让学员参观、体验计算机仿真技术在大型导弹连续系统仿真中的应用这一实践环节,感受半实物仿真试验过程和数字仿真、可视化仿真过程,从而增强了学员理解仿真技术应用的直观性,使学员的实践能力得到全面锻炼和提高。 四、教学效果 计算机仿真技术课程在我校开设了7届,前几届学员普遍反映难学,抓不住重点和思路,不知道如何应用。经过近3年的教学改革与实践,教学效果明显改善,具体教学效果如下。 1.课堂和实践教学效果。通过以上教学改革和教学实践,学员在课堂上能够积极主动地思考和回答问题,对学习计算机仿真技术课程充满了兴趣,能够在教员的引导下主动对具体连续系统进行仿真建模与分析,主动阅读参考文献提出问题。实践环节中,多数同学能够从总体上理解半实物仿真系统的组成及工作原理、过程,有些学员甚至与实验指导教员探讨,提出半实物仿真、数学仿真、可视化仿真的改进措施。总体来说,课堂和实践教学效果较好。 2.大作业反馈教学效果。从近几年大作业完成情况看,学员对连续系统的仿真算法掌握较好,对于算法在一阶微分方程中的应用基本能够掌握,通过文献的参考和指导,初步掌握了对连续系统建模、模型转换、仿真建模、仿真实现这一过程。大部分同学也能对高阶系统进行模型转换和仿真分析,这表明大部分学员已经掌握了对实际系统进行仿真分析的能力。 总之,通过教学改革和实践,学员在学习过程中发挥了主体作用,提高了综合分析能力和知识运用能力,教学效果显著提高。 五、结束语 本文针对计算机仿真技术课程特点和现行教学模式存在的课程定位不明确、教学内容交叉重叠、教学方法手段单一、缺乏必要的实践环节等不足,结合作者多年的教学实践和经验,提出并实践了一些该课程教学改革的具体思路,相信对于该课程的后续教学改革、提高教学质量和效果具有一定的参考意义。这种教学改革的实践表明,不仅增加了教学的趣味性,学员也普遍反应计算机仿真技术更容易理解了,仿真方法思路更清晰了,取得了明显的教学效果。 作者简介:廖守亿(1974-),博士,副教授,硕士生导师,主要研究方向为导弹精确制导与控制。
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