基于MATLAB的電類專業(yè)課程教學探索與研究

李中望　萬鸞飛　徐琬婷

【摘 要】伴隨著信息技術的迅猛發(fā)展，高等學校的課程建設和教學改革擁有了更加豐富的資源和手段。在此背景下，大力開展仿真教學研究具有十分積極的意義。

【關鍵詞】信息化；核心課程；仿真教學

中圖分類號： G642.4；R47-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0111-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.053

1 研究背景

近年以來，信息化技術得到飛速的發(fā)展，高等學校相關課程的建設和教學改革也因此擁有了更加豐富的資源和手段。可以看到，教學方法相較以往都發(fā)生了很大的變化。作為工科的典型代表，電氣類專業(yè)教學因為受到理論知識難度大，實踐知識要求高等因素的影響，難以獲得非常滿意的效果，因此，不斷改進專業(yè)教學模式成為了大家的研究熱點，如何推進該專業(yè)核心課程改革與建設成為人才培養(yǎng)模式改革和專業(yè)特色發(fā)展的重要關注點。

從電氣類專業(yè)核心課程普遍采用的教學手段來看，截止目前，已相繼出現(xiàn)了任務引領、項目模塊化課程、情景案例教學、教學做一體化等理念。微課、慕課等教學方法也已經(jīng)逐漸地運用到課程教學中，這些教學方法的廣泛運用，需要大量的課程資源作為支撐，輔助多種教學模式的改革與實踐。依據(jù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標和規(guī)格，以職業(yè)能力和崗位需求為核心，對電氣類專業(yè)課程體系進行了系統(tǒng)化的設計。構建以職業(yè)能力和崗位需求為核心的，融國家職業(yè)技能標準和專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的專業(yè)課程體系。對各職業(yè)崗位活動進行分析，將職業(yè)崗位活動分解為若干個相對獨立的工作項目，再對工作項目進行分析，獲得各個項目的具體工作任務，確定學生應具有的職業(yè)能力。專業(yè)職業(yè)崗位工作項目與任務分析見圖1所示。

2 仿真教學設計

仿真技術為科學研究、工程設計與分析提供了一種全面的解決方案，分析數(shù)據(jù)準確，效率高，實用性強。國內外許多高校對于仿真教學非常重視，在專業(yè)課教學過程中已經(jīng)逐步加大仿真教學環(huán)節(jié)的力度，這有效解決了實驗儀器、器件和場地條件的不足，大大提高了學生的學習效率。仿真教學不僅有效輔助了專業(yè)課的理論教學，也為學生今后走上相關的工作崗位奠定了堅實的專業(yè)基礎，其已成為當前教學和學習的重要手段和工具。對于電類專業(yè)來說，目前應用最普遍的是MATLAB軟件，它的電氣系統(tǒng)模型庫模塊功能強大，可以完成電氣控制系統(tǒng)的建模與仿真分析，我們可以在SIMULINK環(huán)境下，應用其電力系統(tǒng)模型庫中的模塊方便快捷地進行例如RLC電路、電機控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的仿真。我們通過對控制系統(tǒng)（包括連續(xù)系統(tǒng)和采樣離散系統(tǒng)）仿真方法技巧的研究，有利于更加深入地掌握電路及系統(tǒng)的原理和性能。仿真教學的設計依據(jù)本專業(yè)核心課程的總體目標開展，如圖2所示。

對于電氣類專業(yè)的典型核心課程，例如《自動控制原理與系統(tǒng)》、《電力電子技術》、《交流調速控制系統(tǒng)》等，理論性和實踐性都很強，在教學改革過程中，理論與實踐課時均占了較大的比重，在許多的教學單元中，由于實驗條件等因素的影響，部分實訓項目無條件在實驗室開展，此時，仿真技術的引入就可以大大地加強實踐單元的教學效果，也有效縮短了實驗時間，大部分專業(yè)問題都可以直接或間接地運用仿真工具進行輔助分析。學生通過仿真也加深了對相關理論知識的理解和掌握，提升了對于專業(yè)課學習的興趣，拓展了眼界。經(jīng)過仿真學習后，許多抽象地、在實驗室里無法做出的項目，學生無論在課內還是課外，隨時可通過計算機方便地進行仿真分析，省時省力，而且還可以獲得豐富、準確的實驗數(shù)據(jù)。經(jīng)過檢測，學生的學習效果得到明顯改善。

結合專業(yè)教學實際，設計建立詳細的適用于教與學的仿真模型，基本的仿真模型如3所示。從《電力電子技術》開始，通過仿真教學，了解電力電子器件知識和各種基本交直流變化知識；《自動控制原理與系統(tǒng)》中，通過研究制定的數(shù)學模型和仿真教學方案，熟練掌握模型建立、性能仿真分析方法、直流調速系統(tǒng)性能仿真三大支柱內容，最后延伸到最前沿、目前也應用最廣泛的《交流調速系統(tǒng)》的學習及項目的仿真模型，熟悉傳統(tǒng)的交流調速方法以及目前應用比較廣泛地變頻調速等等。相關的教學資源可以充分借助信息化平臺進行發(fā)布，這樣，將大大提升學生進行專業(yè)學習的興趣和效率。

3 結語

在當前的信息化高速發(fā)展的大背景下，電氣類核心課程仿真教學研究對于提升教學效果，強化學生專業(yè)素質教育方面意義十分重大。在研究的進程中，我們必須努力做到以下幾個方面：

（1）努力開發(fā)貼近專業(yè)前沿發(fā)展、符合實際情況、適宜學生學習的資料

目前，符合學生學習實際的電氣類專業(yè)課程仿真資料較少，不能滿足學生學習需求和專業(yè)教師的教學需要，因此，為了幫助學生進行系統(tǒng)、扎實的基礎理論知識的學習與儲備，為學生未來長期的發(fā)展奠定堅實基礎，為了幫助專業(yè)教師能夠更高效更有針對性地進行仿真教學，應該積極開發(fā)面向應用型人才的培養(yǎng)的學習資料（仿真模型資源包、仿真實驗指導書等），側重基本理論、基本技能的掌握，突出工程應用；以培養(yǎng)學生工程實踐能力、電氣自動化應用能力和創(chuàng)新能力為核心，在突出應用能力的培養(yǎng)和訓練宗旨指導下，強調教學內容的實用性和前瞻性。

（2）提升學習興趣和專業(yè)課程學習效率

傳統(tǒng)教學中，特別是電氣類專業(yè)核心課程的學習中，由于理論知識枯燥、課程難度大等因素，很多學生出現(xiàn)學習效率低下，學習興趣下降的情況，通過仿真教學環(huán)節(jié)的合理引入，將專業(yè)課程中一些抽象、難以理解的內容通過仿真教學的手段進行直觀地傳授。

（3）有效解決專業(yè)實驗室使用時間局限、設備裝置局限以及安全性的問題

高等院校的專業(yè)實驗室開出率較高，而且受到教學實踐時間、裝置要求、安全性等各方面約束，導致在理論學習過程中，學生有很多難以理解的知識點無法在實驗室中得到很好的驗證，例如電機的性能分析、空間矢量控制等。應當對典型專業(yè)課程中的理論重、難點進行針對性地仿真設計，幫助學生更透徹地掌握專業(yè)知識點，使得學生利用仿真工具，無論在何時何地都可以進行專業(yè)知識的學習。

（4）有力激發(fā)學生的進行創(chuàng)新研究的熱情和能力

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是學生素質教育中的重要目標，以往不少學生在走上工作崗位之后，處理一些復雜的工程問題時缺乏足夠的方法和手段，通過專業(yè)知識的仿真教學，可以給予他們一種新的思路，幫助他們在今后開展創(chuàng)新研發(fā)工作時，能夠熟練地運用仿真技術解決問題。

【參考文獻】

[1]姚俊，馬松輝.Simulink建模與仿真[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

[2]陳懷琛，吳大正，高西全.MATLAB及在電子信息課程中的應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3]薛年喜.MATLAB在數(shù)字信號處理中的應用[M].北京：清華大學出版社，2008.