任务驱动在控制系统CAD与数字仿真教学中的应用探索

刘烨+王娆芬+吴健珍+徐冬梅+段倩倩

【摘 要】本文针对控制系统CAD与数字仿真的教学现状，提出采用任务驱动教学模式，探讨了该模式下任务的设计原则，以及具体的实施过程。实践表明该教学方法的实施能够激发学生的学习兴趣、增强学生的参与度，培养了学生的创新能力，取得了良好的教学效果。

【关键词】任务驱动；控制系统；教学方法；仿真

1.引言

仿真技术已成为现代工程师所掌握的必备技能之一，控制系统CAD与数字仿真已成为自动化及相关专业的重要课程，在理论和实验教学、科学研究和生产实践中都发挥着不可替代的重要作用。

对于自动化及其相关专业的学生而言，为了解决控制系统研究及应用过程中繁琐计算、曲线绘制、控制与设计等问题，更需要熟练掌握MATLAB的使用，学好控制系统CAD与仿真技术，同时也为后续学习及研究打下基础。

但是目前，在控制系统CAD与数值仿真的授课过程中，还存在这如下问题：

（1）在理论课上，对于一些概念性介绍内容以及操作规则，由于这些内容及知识没有很强的逻辑推导关系，不容易激发学生的好奇心，吸引学生的注意力。并且在理论课时授课中，多数是采取在多媒体教室授课，而不是机房授课，仅仅给学生演示性的介绍控制系统CAD的规则及方法，不够真切，学生印象也不深刻，在后续进行实验课具体操作时又处于归零状态。

（2）在实验课时，教师在同步完成演示之后，让学生按照演示自己完成相关内容，此时会发现学生不能够很好的掌握MATLAB语言的特点，对于老师演示的例子，完成度比较高，但是却乏思考及探索精神，造成举一反三的能力不足，对于一些相关例题完成度不高。

对于以上主要问题，究其原因在于教与学的过程中总存在这一些隔阂，学生不能很好的理解掌握教学内容，即便能够理解课程的内容，但在实际运用操作的时候，往往体现出理解不深刻，思考不充分，探索精神不强等现象。基于以上问题，课程设计上需要改革，在教学方法上加入任务驱动的元素。

2.任务驱动教学模式

任务驱动教学法是一种使学习者在完成特定任务的过程中获得知识与技能的教学方法[1]。学生在完成教师布置具体任务的过程中，通过师生的互动以及学生之间的互动，真正让一些知识与技能内化，体现了“教师主导+ 学生主体”的教学理念。那么基于任务的学习，也是学习者根据一个具体的任务，在查阅资料，探索创新、思考认证，内化吸收的过程中，以团队或个人的形式自主地获得较为完整而具体的知识，形成技能并获得发展的学习。

任务驱动教学方法与传统教学方法相比，表现在三个中心的转变，即以教师为中心转变为以学生为中心，以教材为中心转变为以任务为中心，以课堂为中心转变为以实际操作为中心[2]。任务驱动教学法以完成为学生设定的任务为教学总目标，在教师的主导作用下，循序渐进的逐步引导学生完成不同教学阶段的任务，这样，学生也很自然的将课堂或书本上的理论知识和实际操作实践融会贯通起来，既能领会理论知识的指导作用，又能提高其动手能力，还能培养其实践创新能力。

基于任务驱动的控制系统CAD与数值仿真的教学过程改革中，着重点在于课堂与实验的自然衔接，教学过程可分为四个部分，一是任务的布置，即让学生明确学习目标；二是课堂讲解相关知识及例题，让学生直观感受MATLAB仿真解决问题的过程，促进学生思考并执行布置任务的求解；三让学生进入实验室进行具体任务的解答，即仿真和调试程序；四设置开放性的作业，可以采用分组的方式，让学生在讨论中增强学习效果。

2.1 任务的设定

任务的设定是控制系统CAD与数值仿真课程中一个至关重要的环节和基础。每节课都要设定现实的、有意义的、有代表性的任务，引导学生积极主动的去探寻求解，从而掌握所学理论基础知识，又能提升学生的实际操作能力。任务的设定，首先是将整门课程任务进行合理的分割，以基础模块为主线，专业模块为支撑，实训模块为亮点，将三个模块有机的结合起来，穿插在教学过程中的各个环节中，这样可以充分调动学生的积极性，从而极大地提高教学效率，增强教学效果.根据课程不同模块的特点，在任务设置时合理分配，由浅入深，要具有一定的开放性和前瞻性[3]。任务与任务之间具有连续性，前一个任务是后继任务的基础，后继任务是前一个任务的延续或提高。

通过老师设定提出问题，促使学生积极思考，形成分析问题和解决问题的思维习惯，将知识点融会贯通，提高应用水平。另外，教师在任务制定时可以提前和学生沟通， 对于学生感兴趣的或者比较愿意去实现的内容可以扩展任务要求。同时在任务分配时要注意任务的难度，选择合适的教学手段，可以组织学生进行小组讨论，将任务进行分解，让每个学生负责集体任务的一部分[4]。

2.2 任务的实施

学生在进行任务实施的过程中， 往往接触的是全新的内容结构，要完成任务对所有学生无论基础好坏都是个挑战，同时这也是增强学习能力，提高学生学习信心的好机会，好方法。

2.2.1完成分组。

布置完任务后，组织同学迅速的完成分组，每次分组都是随机的，克服同学依赖基础较好同学的惰性思想，另外还要设定好小组任务完成程度的奖惩措施。

2.2.2 课堂讲解。

在布置任务，完成分组后，给学生3-5分钟随意讨论，查阅资料的时间，让学生自己对于任务有个大致的想法或者解决的框架。然后在学生感到压力巨大，无所适从的时候，开始课堂基础理论教学阶段，根绝教学内容的安排及任务的要求组织实施教学计划。要突出重点，简潔扼要，提纲挈领。在此过程中，要充分考虑布置的任务对课堂内容的衔接。

2.2.3任务实施.

对于控制系统CAD与数值仿真的初级阶段，任务的内容比较简单，易于实施。是用于了解，掌握，分析关键知识点的应用实例。一般小组能够独立完成。通过仿真演示，学生可以看到系统实际运行的结果，有助于提升学生的感性认识，激发学生的学习兴趣，增强学生的自信心，促使学生更积极的进行任务的实施完成。在本门课程中如MATLAB基础知识，常微分方程的求解，MATLAB程序设计入门，还有系统的时域分析，及Simulink基础等。

对于一些综合任务，综合多模块知识，综合性强，具有一定难度的项目，大部分同学在老师的引导下都能完成课堂所设定的任务。但是这些任务往往是几个基础任务的有机融合，需要先前任务知识的熟练调用、操作，进而完成复杂任务。基本的流程是老师引导，学生探求讨论，进而实际操作验证。

3.结论

任务驱动的控制系统CAD与数值仿真教学方法，以问题和任务覆盖整门课程的知识构架，采用任务驱动，问题启发的教学方式来实施教学内容的安排，符合目前专业课的基本教学原则。此教学方式不仅可以提高学生的自学能力及团队合作能力，还能激发学生的学习兴趣，增强学生的自信心。同时对老师也提出了更高的要求，要根据学生实际操作的反馈效果来调整任务的难易程度，根据不用的学生的学习特点，设定多层次的任务。既能保证基础一般同学达到基本教学目标，又能引导学有余力的同学探求新知。

参考文献：

[1]郭绍青.任务驱动教学法的内涵[J].中国电化教育， 2006（7）：57-59.

[2]王艳芬，曹庆皎.项目驱动的MATLAB与控制系统仿真教学探索[J].文化视野， 2015：377-392.

[3]周本海.探析matlab 教学中任务教学法的应用[J].信息技术教学与研究，2015（08）.

[4]刘丽，朱学玲.MATLAB 课程任务驱动教学的研究与应用[J]. 赤峰学院学报，2017，33（7）：193-194.endprint