農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)《優(yōu)化設計》課程教學改革研究

　　摘要：《優(yōu)化設計》課程是農業(yè)機械化及其自動化的一門學科基礎課。使學生樹立工程優(yōu)化設計和優(yōu)化決策的思想，培養(yǎng)學生的工程設計能力，掌握科學的設計方法。本文分析了農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)《優(yōu)化設計》課程的定位與課程目標，結合專業(yè)特點，對教學內容進行精選和組織；結合專業(yè)知識，開展以農業(yè)機械優(yōu)化設計為案例的案例教學法研究；以《優(yōu)化設計》課程網絡教學平臺為基礎，開展《優(yōu)化設計》課程的教學模式改革。通過《優(yōu)化設計》課程教學改革，有助于提高教學質量和水平，有助于專業(yè)建設。
　　關鍵詞：農業(yè)機械化及其自動化；《優(yōu)化設計》；教學內容；教學方法；網絡教學平臺
　　中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）09-0069-04
　　一、前言
　　優(yōu)化設計是工程設計中重要的科學設計方法。最初在20世紀50年代，應用數(shù)學領域發(fā)展形成了以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃為主要內容的數(shù)學規(guī)劃理論，應用于解決工程設計問題，形成了工程設計的優(yōu)化設計理論和方法。隨著優(yōu)化設計理論和方法的不斷推廣和應用，優(yōu)化設計在各個行業(yè)得到廣泛的應用，優(yōu)化設計在農業(yè)工程領域也有著重要的應用。因此在農業(yè)機械化及其自動化本科專業(yè)中，開設優(yōu)化設計課程，學習優(yōu)化設計的理論和方法，培養(yǎng)分析和解決優(yōu)化設計問題的初步能力，為將來從事工程設計工作打下一定基礎。
　　二、農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)《優(yōu)化設計》課程的定位與課程目標
　　農業(yè)機械化及其自動化本科專業(yè)是昆明理工大學工學專業(yè)之一，其開設背景是2000年5月，根據(jù)昆明理工大學的綜合辦學條件，結合新農村建設、農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展、西部開發(fā)和云南省新型工業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略，針對以工業(yè)化改造傳統(tǒng)農業(yè)過程中對農業(yè)工程專業(yè)人才的需求特點，經有關專家認真論證研究后，昆明理工大學于成立了現(xiàn)代農業(yè)工程學院。建院以來，在學校領導下，農業(yè)工程學院在師資隊伍建設、學科建設、辦學規(guī)模、實驗室建設、科研建設、對外聯(lián)合辦學等方面都取得了較大進展，積極為學校的本科教學工作和人才培養(yǎng)作貢獻。學院堅持學校的辦學指導思想，積極探索在理工大學綜合辦學條件下農業(yè)工程類高級專業(yè)人才培養(yǎng)模式，旨在培養(yǎng)基礎扎實、知識面廣、能力強、素質高并具有創(chuàng)新實踐能力的本科應用型人才。現(xiàn)設有農業(yè)機械化及其自動化、農業(yè)水土工程、農業(yè)電氣化與自動化和園林四個本科專業(yè)，設有農業(yè)工程、農業(yè)機械化工程、農業(yè)水利工程、農業(yè)生物環(huán)境與能源工程和農業(yè)電氣化與自動化五個碩士學位授權點。昆明理工大學農業(yè)機械化及自動化專業(yè)雖然成立時間不長，但具有特色和優(yōu)勢。昆明理工大學的辦學理念是建設理、工、文、法、經、管多科性協(xié)調發(fā)展的高水平大學。昆明理工大學辦學定位、人才培養(yǎng)目標和生源情況是：建設成為特色鮮明的高水平大學，成為我省和西部地區(qū)培養(yǎng)高層次科技人才和應用人才的重要基地。生源來自全國各地。昆明理工大學理、工、文、法、經、管多科性協(xié)調發(fā)展，學科門類比較齊全，學科綜合優(yōu)勢十分明顯，而且農業(yè)機械化及自動化專業(yè)的主要學科基礎正是學校的一批優(yōu)勢學科。這就使得農業(yè)機械化及自動化專業(yè)能很好地汲取學科交叉的優(yōu)勢，在學科交叉中獲得新的生長點，使專業(yè)得到再生和發(fā)展。同樣，依托學校理工綜合優(yōu)勢，對農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)教學改革將形成有利條件。與從農業(yè)院校中成長起來的農業(yè)機械化及自動化專業(yè)相比，在培養(yǎng)學生實踐動手能力、工程素質、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神上具有無以比擬的優(yōu)勢�！秲�(yōu)化設計》課程正是突出專業(yè)理工特色和優(yōu)勢的一門學科基礎課。在農業(yè)機械化及其自動化本科專業(yè)的培養(yǎng)方案中，《優(yōu)化設計》課程一直列為學科基礎課，旨在培養(yǎng)學生的工程設計能力，掌握科學的設計方法，培養(yǎng)學生在農業(yè)機械領域的工程設計能力，突出學生的理工優(yōu)勢和特色。
　　三、《優(yōu)化設計》課程特點
　　優(yōu)化設計是現(xiàn)代設計方法中的一個重要領域，是工程設計的重要組成部分，也是工程技術人員必須掌握的設計方法，《優(yōu)化設計》課程已經成為高校普遍開設的重要課程之一�！秲�(yōu)化設計》課程以重在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的教育思想為指導，更新教育觀念，堅持“強化基礎，恰當拓寬，提高綜合能力”的原則，加強學生的綜合素質和工程設計能力的培養(yǎng)，向以“知識、技能、方法、能力、素質”綜合培養(yǎng)目標的教育體系轉化�！秲�(yōu)化設計》課程將“基本設計方法”與“優(yōu)化設計思想”緊密結合，著重介紹優(yōu)化設計的基本概念、基本原理和基本方法，學習優(yōu)化設計方法的實用程序，使學生在學習“優(yōu)化設計方法”的同時，也能夠獲得工程應用能力的訓練。進而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科學思維方法。通過《優(yōu)化設計》課程的學習，培養(yǎng)學生掌握優(yōu)化設計的基本概念和基本知識，掌握常用優(yōu)化方法的基本原理和計算方法，熟悉常用工程軟件的優(yōu)化分析和計算的功能，了解優(yōu)化設計在工程設計方面的應用。所以，學生應達到下列四個基本要求，一是樹立工程優(yōu)化設計和優(yōu)化決策的思想；二是掌握優(yōu)化設計的基本概念、基本知識和常用方法；三是了解常用工程軟件進行優(yōu)化分析和計算的功能；四是具有解決工程設計中一般優(yōu)化設計問題的能力。優(yōu)化設計的教學大都是基于機械優(yōu)化設計的。因此，以優(yōu)化設計理論為基礎，以計算機為工具，將優(yōu)化設計方法用于機械設計中，形成了機械優(yōu)化設計，成為優(yōu)化設計的典型代表和重要內容。機械優(yōu)化設計是機械現(xiàn)代設計方法中的重要方法之一。在國內大多數(shù)機械類本科專業(yè)中，大都開設了機械《優(yōu)化設計》課程，為將來從事機械設計工作打下一定基礎。甚至也有很多機械類碩士研究生培養(yǎng)方案中開設有機械《優(yōu)化設計》課程，進行更深入的理論學習。《優(yōu)化設計》課程的教學改革，應根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案，從專業(yè)特點和實際需要出發(fā)，對教學內容進行改革，因此，結合農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)本科培養(yǎng)，開展《優(yōu)化設計》課程教學改革是十分必要的。
　　四、教學內容改革
　　從我校農業(yè)機械化及其自動化專業(yè)特點和實際需要出發(fā)，對《優(yōu)化設計》課程教學內容進行改革，把《優(yōu)化設計》課程的教學內容劃分為四大篇進行教學。
　　1.基礎篇。主要教學內容為優(yōu)化設計的基本概念、數(shù)學模型和數(shù)學基礎。①優(yōu)化設計的基本概念，了解傳統(tǒng)設計與優(yōu)化設計的區(qū)別；了解設計參數(shù)和設計變量的概念；熟悉目標函數(shù)的概念和表達形式。②優(yōu)化設計的數(shù)學模型，熟悉優(yōu)化設計數(shù)學模型的一般形式；分析優(yōu)化設計數(shù)學模型的建立方法。優(yōu)化設計的數(shù)學模型是優(yōu)化設計問題的數(shù)學表達形式，它反映了優(yōu)化設計問題中各個主要因素之間的內在聯(lián)系。③優(yōu)化設計的數(shù)學基礎，優(yōu)化設計的幾何意義，多維函數(shù)的方向導數(shù)、梯度和海賽矩陣，無約束目標函數(shù)的極值條件等。

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