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(shí)驗(yàn)中心在教學(xué)改革中取得的經(jīng)驗(yàn)，介紹了計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和階梯式教學(xué)等新方法在控制理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的成功應(yīng)用。文中對(duì)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(shì)和特點(diǎn)，又從實(shí)際教學(xué)實(shí)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(shí)，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(kāi)放性實(shí)驗(yàn)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(huì)對(duì)電子自動(dòng)化專業(yè)人才的需求呈現(xiàn)出多樣化、個(gè)性化的趨勢(shì)。學(xué)生除了要掌握專業(yè)的自動(dòng)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(shí)與解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合的能力。在這種大趨勢(shì)下，實(shí)驗(yàn)教師亦要與時(shí)俱進(jìn)，積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中心控制理論實(shí)驗(yàn)室，積極進(jìn)行教育改革，探索并實(shí)施新的教學(xué)方法，采用多媒體教學(xué)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，以階梯式教育模式調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量明顯提高，現(xiàn)將經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。 一

5、、采用多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加上機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐能力 1 采用多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量 控制理論實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)講解說(shuō)明時(shí)，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(fèi)時(shí)費(fèi)力書(shū)寫方式，已經(jīng)不適合現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。而控制理論實(shí)驗(yàn)采用的多媒體教學(xué)，圖文并茂的講解配合生動(dòng)的教學(xué)例子，在吸引學(xué)生興趣的同時(shí)，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。 2采用MATLAB軟件教學(xué)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的延展性 傳統(tǒng)的控制理論實(shí)驗(yàn)大部分都是在模擬機(jī)上進(jìn)行，學(xué)生在控理實(shí)驗(yàn)箱上連接好模擬電路，通過(guò)示波器或者計(jì)算機(jī)輔助軟件，觀測(cè)各種狀態(tài)輸出響應(yīng)。這種方法雖然可以讓學(xué)生對(duì)具體的電路有直接的感性認(rèn)識(shí)，但是控制理論部分實(shí)驗(yàn)在

6、模擬機(jī)上難以開(kāi)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)完成這些實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)的靈活性和延展性，實(shí)驗(yàn)教師配合教學(xué)大綱，采用MATLAB軟件，設(shè)計(jì)更多的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)質(zhì)量明顯提高，同時(shí)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(guó)MathWorks公司開(kāi)發(fā)的科學(xué)與工程計(jì)算軟件。在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書(shū)，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(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB 被認(rèn)作進(jìn)行高效研究和開(kāi)發(fā)的首選軟件工具。在控制理論實(shí)驗(yàn)中尤為重要的是，MATLAB 中提供了可視化動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境Simulink，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的輸入和仿真變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。例如采樣系統(tǒng)分析這個(gè)實(shí)驗(yàn)，控理實(shí)驗(yàn)箱上沒(méi)有連續(xù)正弦信號(hào)源，實(shí)驗(yàn)時(shí)除了實(shí)驗(yàn)箱和示波器，還要附加正弦信號(hào)源。實(shí)驗(yàn)時(shí)，不能同時(shí)顯示不同采樣周期的波形，對(duì)比性較差。如果采用MATLAB軟件中的Simulink來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只需拖動(dòng)信號(hào)源、零階采樣保持電路、示波器等小模塊，進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置后，一

8、個(gè)采樣系統(tǒng)就可以構(gòu)成了。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明直觀，學(xué)生很容易就理解了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?通過(guò)將軟件仿真與模擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。通過(guò)理論仿真與模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，不僅能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，而且可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，也能讓學(xué)生掌握MATLAB 在控制系統(tǒng)仿真中的運(yùn)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(shí)施開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為學(xué)生營(yíng)造更好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以教師為中心采用填鴨式來(lái)教導(dǎo)學(xué)生，老師和學(xué)生缺乏互動(dòng)，忽略了學(xué)生的個(gè)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(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。所謂開(kāi)

9、放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即將實(shí)驗(yàn)室全天開(kāi)放，學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況，靈活的選擇時(shí)間、選擇項(xiàng)目，通過(guò)自己的設(shè)計(jì)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)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(lái)了很大的便利。學(xué)生可以選擇方便的時(shí)間，自行安排各個(gè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要使學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能,更要立足于培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)、提高獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒓由顚?duì)理論知識(shí)的理解、綜合運(yùn)用知識(shí)、開(kāi)拓創(chuàng)新等方面。采用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力在自由的空間中得到更好的發(fā)揮，對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)造性應(yīng)用型人才具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 三、采用階梯式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新能力 控理實(shí)驗(yàn)室在采用開(kāi)放式教學(xué)同

10、時(shí)，把階梯式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式融合到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。階梯式實(shí)驗(yàn)教學(xué)即把教學(xué)任務(wù)分為三個(gè)層次的教學(xué)內(nèi)容，由簡(jiǎn)單到綜合，使學(xué)生由感性認(rèn)識(shí)到具有一定的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(gè)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(duì)控制理論由感性認(rèn)識(shí)到具有濃厚的學(xué)習(xí)興趣。在注重驗(yàn)證理論的同時(shí)，更注重學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，盡量減少驗(yàn)證性內(nèi)容，增多設(shè)計(jì)性內(nèi)容以開(kāi)發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題的能力。 第二層次

11、為綜合層。綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)選題必須結(jié)合課程設(shè)置,面向社會(huì)需求。其目的就是讓學(xué)生感受、理解知識(shí)產(chǎn)生和應(yīng)用的過(guò)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(wèn)題的能力、語(yǔ)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(huì)活動(dòng)的能力。控制理論實(shí)驗(yàn)室采取在教師指導(dǎo)下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，使學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和合作意識(shí)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(shí)驗(yàn)技能后，讓他們獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)課題，教師只給出實(shí)驗(yàn)題目和要求，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給

12、了學(xué)生自己，學(xué)生成了實(shí)驗(yàn)的主體，在沒(méi)有詳細(xì)講義、只有設(shè)計(jì)要求的前提下，學(xué)生要從查閱相關(guān)資料開(kāi)始，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)試、分析數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論，并寫出小論文式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在整個(gè)過(guò)程中學(xué)生把實(shí)驗(yàn)中遇到的難點(diǎn)、疑點(diǎn)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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生高度概括實(shí)驗(yàn)的能力，促使學(xué)生用簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)自己的觀點(diǎn)，為畢業(yè)論文的撰寫和將來(lái)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(shí)驗(yàn)過(guò)程和內(nèi)容的實(shí)施、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫等都主要由學(xué)生來(lái)完成。教師要注重幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)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(kāi)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