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(湖北文理学院物理与电子工程学院 湖北襄阳 441053)

摘 要:为了进一步提高MATLAB及系统仿真课程的教学质量,本文对课程的理论教学、实验教学进行初步改革探索.利用课堂仿真演示,提高学生学习兴趣,采用项目式教学,加强专业课程间的联系,增加综合性实验,有效融合理论知识点,三方面结合共同提升教学效果.

关键词:MATLAB仿真 教学改革 教学内容

中图分类号:TP391.9-4文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)10(a)-0196-01

近年来,随着仿真技术的飞速发展和在社会各行各业的广泛应用,人们越来越认识到仿真的巨大作用.MATLAB作为目前国内外最流行的仿真软件,已经广泛应用于自动控制、科学计算、信号分析、航空航天等领域,是工程技术人员和学者进行科学研究的强有力工具.

MATLAB及系统仿真课程是自动化和电气信息类专业的必修课,课程教学目的是使学生掌握MATLAB的计算、编程、绘图等基本功能和部分专业工具箱的使用,利用Simulink进行动态系统的仿真,为研究与解决本专业相关的问题打好基础.

目前的课程教学中,大多偏重于MATLAB软件的基础应用,如数值运算、符号运算、绘图功能、Simulink的基本应用等,普遍和本专业知识结合的不够紧密.这样,虽然学生也掌握了MATLAB的理论知识,但是不能将其熟练应用到其他专业课中解决实际问题,对自己专业的学习没有起到很好的促进作用.这种情况如何改善,值得我们认真思考.因此,MATLAB及系统仿真课程的教学改革是很有必要的,其主要方向应该是加强和其他专业课程的联系,利用仿真解决一些专业课重点难点问题,提高学生学习兴趣,提升教学效果.

1. 理论教学改革

1..1 课堂演示突出仿真功能,提高学生学习兴趣

传统的MATLAB及系统仿真课程在理论教学的安排上是侧重于介绍MATLAB软件的基础应用的,专业特点不够鲜明,学生在学习时没有切实感受到MATLAB仿真对自己本专业知识的有力帮助,没有认识其价值,学习兴趣就不会很浓厚.这些现状,需要教师结合专业知识,合理安排教学内容,在课堂教学演示中展现MATLAB仿真解决专业问题的强大功能,提升学生的学习兴趣.

在符号运算的教学过程中,符号表达式的微积分运算和符号微分方程求解已经让学生认识到这种方法的简便、高效,符号表达式还能进行拉普拉斯变换及其反变换,这种功能对于学习自动控制原理课程是大有帮助的,引起了学生极大的兴趣.在控制系统的频域分析这一节中,学生会发现利用bode()函数绘制系统的伯德图是如此的方便,margin()函数功能更强,不带输出变量时可以绘制出带有幅值裕量和相位裕量及相应频率显示的伯德图.自动控制原理中繁琐的绘图、计算问题利用MATLAB仿真可以轻松解决,这些都体现出仿真的价值.

通过这种演示,MATLAB强大的功能让学生惊叹不已,对课程的学习产生浓厚的兴趣,只有这样充分调动起学生的学习积极性,才能使学生想学要学,起到事半功倍的学习效果.

1..2 采用项目式教学,加强专业课程联系

常规理论教学,是按照章节内容,按一定顺序介绍若干个知识点及应用.这种教学方式的不足是形式单一,缺乏专业知识的联系,导致学生不知道所学仿真知识如何应用于自己的专业,如何解决专业问题.

现如今,在理论课教学过程中,针对重要知识点,引入其他专业课程中适当的内容形成具体的项目,用正在学的知识点去解决实际问题,围绕项目展开教学.这种项目式的教学加强了课程间的联系,使学生在掌握MATLAB知识点的同时能解决相关的专业问题,做到学以致用.

例如:在讲授用Simulink创建子系统这一知识点时,子系统中的内容就选为PID控制器,将比例控制、积分控制、微分控制三部分模块组合相加,构成PID控制器模块组,再表示成子系统形式.这样,通过一个小项目,使学生掌握创建子系统的步骤,同时形象直观地展示PID控制器的三部分组成结构.后续还可以结合过程控制、计算机控制系统等自动化专业课程,讲授PID控制器的参数整定方法,用仿真演示4∶1衰减曲线法的整定步骤.

仿真实验室:VCM仿真实验

需要说明的是,动态仿真集成环境——Simulink部分,是项目式教学的理论基础,掌握好Simulink标准模块库和部分专业模块库,利用Simulink进行系统仿真,是一种高效的仿真方法.Simulink应该作为本课程的重点和精华来进行教学.从实际情况来看,利用仿真软件MATLAB/Simulink进行项目式教学,解决自动化专业课程的一些重点难点问题,是非常合适的.

2. 实验教学改革

MATLAB及系统仿真是一门实践性很强的课程,对于MATLAB软件,仅靠理论课的学习肯定是不够的,大量的命令、函数必须在上机中熟悉用法,熟练运用.因此,要对课程实验给予足够的重视.实验课的主要内容应该与理论教学内容是相关的,这样能强化所学的知识点,提升学习效果.实验教学改革的重点应该是减少验证性实验内容,增加和本专业相关的综合性应用性实验.

验证性实验内容主要为了巩固理论课所学的知识,属于基础技能,原来的实验内容中安排的较多.学生在上机实验时大多是按照书上的例题编程验证,这样能掌握基础知识,但没有综合运用,没有创新思维,对于学生的成长是不利的.

我们将验证性实验内容压缩一部分,保证基础知识点,减少实验题量,同时,增加一些和本专业相关的综合性应用性实验,其内容主要针对自动控制原理、过程控制工程等专业课中的重点问题进行设计,例如:用4∶1衰减曲线法整定PID控制器参数的项目.通过这种综合性的仿真实验学习专业知识,解决实际问题.经过这种有效融合的仿真训练,学生对仿真和本专业更感兴趣,对相关专业知识也能融会贯通的掌握,总体提高了学习效率与效果.

3. 结语

以上是本人在MATLAB及系统仿真课程教学改革工作中的一些思考和探索.通过教学改革,让MATLAB真正成为学生现阶段学习专业课的好工具,成为今后工作科研的得力助手.

参考文献

[1]李国勇,程永强.计算机仿真技术与CAD[M].北京:电子工业出版社,2012.

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