MATLAB應用實習的教學改革探索
一、引言
MATLAB軟件作為數(shù)學類科技應用軟件在求解數(shù)學模型及仿真分析中具有不可替代的優(yōu)勢和作用,成為眾多理工科專業(yè)學生必須掌握的應用軟件,如自動化控制專業(yè)、通訊工程專業(yè)、工程力學專業(yè)、應用數(shù)學專業(yè)等。內蒙古科技大學工程力學專業(yè)2006年秋季開設MATLAB與丁程應用課程,從2008年秋學期開始,開設MATLAB與工程應用課程實習課,學時兩周。該課程的開設對工程力學專業(yè)學生畢業(yè)論文質量的提高有促進作用,同時還存在不足 。為了加強工程力學專業(yè)學生應用MATLAB軟件的能力,提高教學水平,本專業(yè)教師對MATLAB與T程應用課程的教學及實習環(huán)節(jié)進行了改革探索 。根據(jù)學?傮w教學改革的推進,2012年實行新的培養(yǎng)方案。按照新培養(yǎng)方案重視學生實踐能力培養(yǎng)的精神,工程力學專業(yè)將“MATLAB與工程應用”課及兩周實習調整為“MATLAB應用實習”,學時三周。在三周實習中,既要講授軟件又要指導學生實習,對教學提出了新的挑戰(zhàn)。只有不斷進行二、課程背景本校工程力學專業(yè)的培養(yǎng)目標是:掌握系統(tǒng)扎實的力學理論基礎知識和土木工程學科的基本知識,具備解決與力學有關的工程技術問題的理論分析、數(shù)值計算與現(xiàn)代科學實驗的能力,并獲得工程師基本訓練的工程應用型高級技術人才。畢業(yè)生可在與力學相關的土木、機械、材料、交通等領域從事科研、技術開發(fā)等工作。同時:也可在工科院校從事教學、科研工作。
根據(jù)工程力學專業(yè)的培養(yǎng)目標,舊版的32學時MATLAB與工程應用的教學內容包括MATLAB基礎知識與側重力學的工程應用兩個方面。MAT—LAB基礎知識包括MATLAB的基本語法,MATLAB的矩陣運算,程序流程控制,MATLAB的符號運算,MATLAB函數(shù)的基本使用方法,二維和三維圖形繪制。側重力學的工程應用包括MATLAB在動力學與振動上的應用,SIMULINK仿真入門。為此,選用了MATLAB原理與工程應用和SIMULINK建模與仿真回兩部教材。
舊版的MATLAB與工程應用的兩周實習在MATLAB與工程應用課程講授完之后進行。主要內容包括選題——選擇具體的課程實習任務書,按任務書要求查閱相關資料,編制相應的MATLAB程序或應用相應的MATLAB工具箱求解問題,分析得到的結果,最后撰寫課程實習說明書。選題集中在強度和振動兩個方面,也有運動學的內容。課程實習的目的是培養(yǎng)學生綜合應用力學理論、MATLAB軟件解決問題的能力。學生學習過的力學理論包括理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、振動力學等,在完成MATLAB與工程應用實習時,通過建立力學模型、數(shù)學模型、編程求解、結果分析,學生可以綜合應用所學知識解決實習題目中的問題。實習題目以基本力學問題為主,振動方向如兩自由度、三自由度振動系統(tǒng)求解,集中質量法求解支梁的模態(tài)及響應,兩自由度車輛懸掛系統(tǒng)振動分析,三層、五層鋼筋混凝土結構地震反應求解等;強度方向如MATLAB有限元法求解平面鋼架結構等。平面鋼架結構可以有多種形式,可以求解內力圖、應力、應變等。有的問題需要編制MATLAB程序求解,有的問題需要應用MATLAB工具箱求解,有的問題兩種方法都可以解決。課程實習說明書要求詳述求解過程,筆耕論文新浪博客,得出必要的結論,附錄程序或框圖。
教師在指導過程中,隨時掌握學生的工作進度,逐個讓學生演示程序或框圖,確保實習質量。
三、教學改革與實踐舊版的32學時MATLAB與工程應用及兩周實習分析:32學時中講授20學時,學生上機12學時。
20學時講授課中,軟件基礎講授14學時,振動和仿真講授6學時。如果在課外不上機實踐,學生上機時間只有12學時,學習效果不理想。兩周實習共lO天時間,2天查閱資料,8天完成實習計算和撰寫實習說明書。由于實習定位為提高學生應用MATLAB軟件解決力學問題的能力,實習題目涵蓋廣,包括振動和強度問題。在求解應力、應變問題時,需要用有限元知識編程,對學生來說難度大,而強度問題用ANSYS軟件求解更方便。MATLAB與工程應用課程實習還有對學生后面完成與MATLAB相關的畢業(yè)論文提供支撐的目的,而與MATLAB相關的畢業(yè)論文以振動問題為主。為了抓住實習重點,可以去掉強度問題的實習題目。
綜合以上分析,編制2012版‘MATLAB應用實習”教學大綱。本實習的實習周數(shù)為三周,將學習MATLAB軟件、MATLAB求解振動問題專題與實習結合起來,精講基本內容和重點內容,學生自學為主,通過強化實習提高學習效果。實習對提高力學專業(yè)學生應用MATLAB軟件解決力學問題很有幫助,可以鍛煉學生綜合應用MATLAB函數(shù)、繪圖功能、程序設計方法、SIMULINK工具箱以及其它各種工具箱解決振動力學問題,也為其它力學問題的求解打下基礎。三周實習的具體安排為:第一周學習基本軟件知識,講授與實習同步進行,實習用來消化講授的知識并拓展相關軟件知識;第二周學習軟件應用,講授與實習同步進行,實習用來消化講授的知識并拓展相關軟件應用知識;第三周根據(jù)任課教師給定的計算題目分成小組,針對具體的實習題目進行實習,通過計算機編制MATLAB程序或SIMLINK框圖完成一些力學問題的數(shù)值模擬與計算工作,并完成實習計算說明書。實習題目以振動問題為主,主要培養(yǎng)學生應用MATLAB編程和SIMULINK工具箱求解振動問題的能力。
好的教學計劃需要好的教學管理措施和質量監(jiān)控,因此特制定考核方式:根據(jù)實習計算過程中學生的表現(xiàn)和實習計算說明書完成的質量確定成績。第l一2周,每周進行按學習進度進行上機實習考核?偝煽冇蓪W生在三周內的綜合表現(xiàn)評定,包括平時成績和說明書成績?偝煽100分=平時成績5O分(出勤+上機考核)+實習計算說明書成績50分。實習成績評定依據(jù)包括以下幾點:1)工作態(tài)度;2)基本技能的掌握程度;3)力學模型的建立是否合理,計算結果是否準確;4)實習說明書編寫水平。分為優(yōu)、良、中、合格、不合格五個等級。
2012版的培養(yǎng)方案在2012級學生中實行,還有兩年的過渡期。為了教學改革的順利過渡,在2009—201 1級工程力學專業(yè)的課程實習中,逐步進行教改嘗試,減少強度方面的實習題目,增加振動方面的實習題目。在MATLAB與工程應用的上機實習中,對每位同學進行上機測試,并且計人平時成績。在課程實習結束前,對每位同學進行答辯考核,并且計入實習成績,通過嚴把質量關確保學習質量。
為了改善學生的上機實習硬件環(huán)境,籌建工程力學軟件應用模擬實驗室,計劃在2013年完成。模擬實驗室為小型上機實驗室,60臺高性能計算機,學生可以進行MATLAB和ANSYS軟件的上機實習,教師也可以在模擬實驗室內講課。
四、總結
總結前幾年的MATLAB與工程應用課程教學及實習的教學實踐經驗,為2012版的“MATLAB應用實習”教學改革提供了扎實的基礎。通過教學目的、教學方法、考核方法、硬件設施等方面的改革和提升,為2012版的“MATLAB應用實習”教學質量的穩(wěn)固提高提供了有效保障。
1、“MATLAB應用實習”以學習MATLAB軟件基礎和求解振動問題為目的,實習內容以這一目的為主線。
2、教學方法以精講基本內容和重點內容、學生自學為主,通過強化實習提高學習效果。
3、考核方面重視上機時間和學生答辯,強調學生的實踐能力。
4、通過建立工程力學軟件應用模擬實驗室提高實習的硬件設施。
對于在教學實踐中出現(xiàn)的其它問題,通過不斷改革和實踐逐步加以解決。
本文編號:4601
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