MATLAB仿真教學(xué)論文：改進(jìn)教學(xué)方法,培養(yǎng)創(chuàng)新性人才

1、MATLAB仿真教學(xué)論文：改進(jìn)教學(xué)方法,培養(yǎng)創(chuàng)新性人才    摘要：本文結(jié)合電子實驗中心在教學(xué)改革中取得的經(jīng)驗，介紹了計算機(jī)仿真教學(xué)、開放性實驗教學(xué)和階梯式教學(xué)等新方法在控制理論實驗教學(xué)上的成功應(yīng)用。文中對改革前后的的教學(xué)方法進(jìn)行了比較，既從理論上分析了新方法的優(yōu)勢和特點，又從實際教學(xué)實踐的角度，論述了新的教學(xué)方法在提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣的同時，更好的培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新和探究能力。 關(guān)鍵詞：MATLAB仿真教學(xué)；開放性實驗教學(xué)；階梯式教學(xué) Discussion and Practice of New Method about Control Theory Ex

2、periment Teaching Lü Hong-shi (Electronic Experiment Center ,Yanshan Univ.,Qinghuangdao 066004,China) Abstract: Based on the effective reformationin the experiment teaching in Electronic Experiment Center,this paper introduced the computer simulating teaching, opening Experiment teaching,and sc

3、alariform teaching.Compare with traditional teaching method,this paper not only analysed the predominance and the characteristic of new method in theory,but also discussd new method can improve studentss leaning interest and innovation ability in practice, improve teaching quality. Key word：MATLAB s

4、imulating teaching；opening Experiment teaching；scalariform teaching 引言 當(dāng)代社會對電子自動化專業(yè)人才的需求呈現(xiàn)出多樣化、個性化的趨勢。學(xué)生除了要掌握專業(yè)的自動控制理論，更要具有創(chuàng)新能力，具有將所學(xué)到的理論知識與解決實際問題相結(jié)合的能力。在這種大趨勢下，實驗教師亦要與時俱進(jìn)，積極改進(jìn)實驗教學(xué)方法，培養(yǎng)高素質(zhì)人才。近幾年，燕山大學(xué)電子實驗中心控制理論實驗室，積極進(jìn)行教育改革，探索并實施新的教學(xué)方法，采用多媒體教學(xué)，實施實驗室開放，以階梯式教育模式調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性，實驗教學(xué)質(zhì)量明顯提高，現(xiàn)將經(jīng)驗總結(jié)如下。 一

5、、采用多媒體實驗教學(xué)，增加上機(jī)設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實踐能力 1 采用多媒體實驗教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量 控制理論實驗室在實驗講解說明時，改革了教學(xué)方法，采用多媒體教學(xué)。傳統(tǒng)的板式教學(xué)，枯燥的論述和費時費力書寫方式，已經(jīng)不適合現(xiàn)代的實驗教學(xué)。而控制理論實驗采用的多媒體教學(xué)，圖文并茂的講解配合生動的教學(xué)例子，在吸引學(xué)生興趣的同時，大大提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。 2采用MATLAB軟件教學(xué)，增強(qiáng)實驗的延展性 傳統(tǒng)的控制理論實驗大部分都是在模擬機(jī)上進(jìn)行，學(xué)生在控理實驗箱上連接好模擬電路，通過示波器或者計算機(jī)輔助軟件，觀測各種狀態(tài)輸出響應(yīng)。這種方法雖然可以讓學(xué)生對具體的電路有直接的感性認(rèn)識，但是控制理論部分實驗在

6、模擬機(jī)上難以開展，如采樣系統(tǒng)、線性系統(tǒng)根軌跡的繪制、奈氏圖和波特圖的繪制等，即使采用專門研制的CAE實驗系統(tǒng)來完成這些實驗，但由于其功能固定，缺乏延展性，難以達(dá)到較好的教學(xué)效果。為進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)實驗的靈活性和延展性，實驗教師配合教學(xué)大綱，采用MATLAB軟件，設(shè)計更多的上機(jī)實驗，教學(xué)質(zhì)量明顯提高，同時為學(xué)生進(jìn)一步研究控制理論奠定了良好的基礎(chǔ)。 MATLAB是美國MathWorks公司開發(fā)的科學(xué)與工程計算軟件。在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書，都有MATLAB內(nèi)容，MATLAB 是攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博土生必

7、須掌握的基本工具。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB 被認(rèn)作進(jìn)行高效研究和開發(fā)的首選軟件工具。在控制理論實驗中尤為重要的是，MATLAB 中提供了可視化動態(tài)仿真環(huán)境Simulink，可實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)的直觀建模、仿真與分析，并支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，因此使一個復(fù)雜系統(tǒng)的輸入和仿真變得相當(dāng)簡單。例如采樣系統(tǒng)分析這個實驗，控理實驗箱上沒有連續(xù)正弦信號源，實驗時除了實驗箱和示波器，還要附加正弦信號源。實驗時，不能同時顯示不同采樣周期的波形，對比性較差。如果采用MATLAB軟件中的Simulink來進(jìn)行實驗，只需拖動信號源、零階采樣保持電路、示波器等小模塊，進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置后，一

8、個采樣系統(tǒng)就可以構(gòu)成了。實驗簡明直觀，學(xué)生很容易就理解了實驗?zāi)康摹?通過將軟件仿真與模擬實驗有機(jī)地結(jié)合起來，可以優(yōu)勢互補。通過理論仿真與模擬實驗的結(jié)果進(jìn)行對比分析，不僅能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)模擬實驗中的問題，而且可以鍛煉學(xué)生的動手能力，也能讓學(xué)生掌握MATLAB 在控制系統(tǒng)仿真中的運用,增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并為以后從事相關(guān)研究工作打下良好基礎(chǔ)。 二、以學(xué)生為中心，實施開放性實驗教學(xué)模式，為學(xué)生營造更好的實驗環(huán)境 傳統(tǒng)的實驗教學(xué)是以教師為中心采用填鴨式來教導(dǎo)學(xué)生，老師和學(xué)生缺乏互動，忽略了學(xué)生的個性培養(yǎng)。改革后的教學(xué)模式則是以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)，采用以學(xué)生自主學(xué)習(xí)實驗為基礎(chǔ)的開放式實驗教學(xué)模式。所謂開

9、放性實驗教學(xué)，即將實驗室全天開放，學(xué)生根據(jù)自己的實際情況，靈活的選擇時間、選擇項目，通過自己的設(shè)計，獨立完成實驗。開放性實驗教學(xué)雖然加大了指導(dǎo)教師的工作量，但是給學(xué)生帶來了很大的便利。學(xué)生可以選擇方便的時間，自行安排各個的實驗項目。 現(xiàn)代的實驗教學(xué)不僅要使學(xué)生掌握基本的實驗技能,更要立足于培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)實驗作風(fēng)、提高獨立實驗?zāi)芰?、加深對理論知識的理解、綜合運用知識、開拓創(chuàng)新等方面。采用開放性實驗教學(xué)，學(xué)生的獨立創(chuàng)新精神和實踐能力在自由的空間中得到更好的發(fā)揮，對于培養(yǎng)具有創(chuàng)造性應(yīng)用型人才具有重要的現(xiàn)實意義。 三、采用階梯式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的獨立創(chuàng)新能力 控理實驗室在采用開放式教學(xué)同

10、時，把階梯式實驗教學(xué)模式融合到實際的實驗教學(xué)中。階梯式實驗教學(xué)即把教學(xué)任務(wù)分為三個層次的教學(xué)內(nèi)容，由簡單到綜合，使學(xué)生由感性認(rèn)識到具有一定的設(shè)計能力。 第一層次為基礎(chǔ)層。目的是讓學(xué)生掌握控制理論基礎(chǔ)性實驗，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)興趣。按不同專業(yè)和不同類別學(xué)生的教學(xué)大綱要求，設(shè)置不同的實驗項目和教學(xué)內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，采用多媒體課件，介紹控制理論在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以圖片的形式向?qū)W生展示各種常用電子器件，使學(xué)生對控制理論由感性認(rèn)識到具有濃厚的學(xué)習(xí)興趣。在注重驗證理論的同時，更注重學(xué)生自己設(shè)計實驗，盡量減少驗證性內(nèi)容，增多設(shè)計性內(nèi)容以開發(fā)學(xué)生設(shè)計能力和綜合分析問題的能力。 第二層次

11、為綜合層。綜合性實驗教學(xué)就是進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生實踐能力，實驗選題必須結(jié)合課程設(shè)置,面向社會需求。其目的就是讓學(xué)生感受、理解知識產(chǎn)生和應(yīng)用的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維習(xí)慣，重視培養(yǎng)學(xué)生收集處理信息的能力、獲取新知的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達(dá)能力、應(yīng)激能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作和社會活動的能力?？刂评碚搶嶒炇也扇≡诮處熤笇?dǎo)下，學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案，鼓勵創(chuàng)新和團(tuán)隊協(xié)作，使學(xué)生的綜合設(shè)計能力和合作意識顯著地提高。 第三層次為提高層。在學(xué)生掌握了較強(qiáng)的實驗技能后，讓他們獨立完成實驗課題，教師只給出實驗題目和要求，學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，并在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實驗研究。設(shè)計性實驗的開放將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給

12、了學(xué)生自己，學(xué)生成了實驗的主體，在沒有詳細(xì)講義、只有設(shè)計要求的前提下，學(xué)生要從查閱相關(guān)資料開始，設(shè)計實驗方案，測試、分析數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)果及結(jié)論，并寫出小論文式的實驗報告。在整個過程中學(xué)生把實驗中遇到的難點、疑點進(jìn)行歸納、整理、分析和總結(jié)。這有助于進(jìn)一步提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生高度概括實驗的能力，促使學(xué)生用簡潔、準(zhǔn)確的語言來表達(dá)自己的觀點，為畢業(yè)論文的撰寫和將來的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。 這種階梯式教學(xué)模式由于把學(xué)生放在學(xué)習(xí)的主體地位，方案的討論、實驗過程和內(nèi)容的實施、實驗報告的書寫等都主要由學(xué)生來完成。教師要注重幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考,培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新思維，為學(xué)生天賦和潛能的充分開發(fā)創(chuàng)造寬松的環(huán)境。教師的角色從傳統(tǒng)的信息提供者變