在課堂中運用MATLAB軟件以提高教學(xué)效率

林坤芳

摘 要：理論性強(qiáng)、直觀性差是電子技術(shù)課程的主要特點，采用黑板教學(xué)或多媒體教學(xué)的單一模式，嚴(yán)重影響和制約了課程的教學(xué)效果，MATLAB仿真軟件可以解決這個難題。本文試從MATLAB軟件的功能和特點;應(yīng)用MATLAB仿真軟件的優(yōu)勢;MATLAB仿真在實驗教學(xué)中的舉例等幾個方面來闡述MATLAB仿真軟件在電子技術(shù)專業(yè)課程中的運用。

關(guān)鍵詞：MATLAB仿真軟件;電子技術(shù);教學(xué)

電子技術(shù)專業(yè)是一門重要的專業(yè)課，有著較強(qiáng)的系統(tǒng)性、理論性和實踐性。學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)的理論后，都希望能有進(jìn)一步的感性認(rèn)識，包括對系統(tǒng)組成、信號波形、系統(tǒng)在各種可能條件下工作性能的對比等。

課程的主要特點是理論性強(qiáng)、直觀性差，長期以來，一直采用黑板教學(xué)的單一模式，缺乏可視化的直觀表現(xiàn)，學(xué)生難以理解，嚴(yán)重影響和制約了課程的教學(xué)效果。即使在多媒體教學(xué)大量普及以后，教師通常只是把課本內(nèi)容搬到了屏幕上，沒有從根本上解決直觀性差、趣味性差的缺點。在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映課堂教學(xué)難于理解和掌握，內(nèi)容空泛、抽象，教學(xué)效果不理想。將仿真軟件運用到通信原理教學(xué)中，可簡化計算過程，把計算結(jié)果以圖的形式形象地顯示出來，同時仿真軟件可以仿真許多通信系統(tǒng)，通過改變某些參數(shù)來觀察電子系統(tǒng)的性能，加深學(xué)生對知識的理解，從而可以獲得比較課程的主要特點是理論性強(qiáng)、直觀性差、好的教學(xué)效果。

在擔(dān)任電子技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)中，采用MATLAB對基本原理和方法進(jìn)行計算機(jī)仿真，能夠使復(fù)雜的計算筒單化，抽象的理論具體化、直觀化，從而提高學(xué)習(xí)效率。增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計的能力。同時，對于受到各方面條件限制實驗室建設(shè)不完善的學(xué)校，采用計算機(jī)仿真的方法可以在一定程度上克服沒有儀器設(shè)備所帶來的問題。

一、MATLAB軟件的功能和特點

MATLAB的全稱是MATRIX LABORATARY（矩陣實驗室），它是由美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時開發(fā)的，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個維數(shù)不加限制的矩陣，在MATLAB下，矩陣的運算變得異常的容易。1984年Moler博士推出了該軟件的正式版本，在后來的版本中又陸續(xù)增添了控制系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識、信號處理及通信等十余個工具箱，使MATLAB廣泛的應(yīng)用于自動控制、圖像信號處理、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、雷達(dá)工程、信號分析、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域。它具有以下的功能和特點∶高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使我們從繁雜的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來;完備的圖形處理功能，實現(xiàn)了計算結(jié)果和編程的可視化;功能豐富的應(yīng)用工具箱，提供了大量方便實用的處理工具;友好的界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，便于學(xué)習(xí)和掌握。實踐證明，學(xué)生可以在幾十分鐘的時間內(nèi)學(xué)會MATLAB的基本知識，經(jīng)過幾個小時的使用就能初步掌握它。

二、應(yīng)用MATLAB仿真軟件的優(yōu)勢

1.MATLAB語言作為當(dāng)前國際最流行的面向工程、數(shù)值和科學(xué)計算的高級語言，能夠設(shè)計出功能強(qiáng)大、界面優(yōu)美、穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量程序。利用MAT—U語言，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和設(shè)計能力，完成由硬件設(shè)計難以實現(xiàn)的綜合性和創(chuàng)新性實驗。而MATLAB環(huán)境下的SIMULINK擁有豐富的系統(tǒng)建模、仿真和分析的動態(tài)仿真集成環(huán)境工具箱，在眾多仿真軟件功能是最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的。由于MATLAB功能的不斷擴(kuò)展，所以現(xiàn)在的MATLAB是一種包羅眾多學(xué)科的功能強(qiáng)大的“技術(shù)計算語言”。

2.隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計方法已經(jīng)開始逐漸進(jìn)駐各個領(lǐng)域，借助計算機(jī)仿真技術(shù)，完成現(xiàn)有實驗設(shè)備難以實現(xiàn)的復(fù)雜實驗，提高了現(xiàn)有實驗設(shè)備的利用率，更加完整地分析實驗對象的系統(tǒng)性能指標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，具有直觀、完整的優(yōu)勢。

3.可以充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，不必?fù)?dān)心實驗失敗會對相關(guān)設(shè)備造成的損壞，同時還促使學(xué)生在實驗中上網(wǎng)查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)資料，這無形中提高了學(xué)生的自學(xué)能力和科研創(chuàng)新能力，為學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮提供了十分廣闊的空間。

4.仿真實驗不需要真實環(huán)境的介入，但可以逼真的模擬出真實環(huán)境中系統(tǒng)的運行狀態(tài)。實驗過程中也沒有元件使用數(shù)量的限制和元件的損耗，可以彌補(bǔ)實驗器材缺乏的不足，減少實驗耗材，實驗室維護(hù)管理將更加方便。

三、電子逸出功測量實驗中MATLAB的應(yīng)用舉例

實驗的原理和數(shù)據(jù)處理。加熱的金屬一般會散發(fā)出很多東西，比如：電子。因此，這種現(xiàn)象也被成為熱電子發(fā)射。該實驗主要是對熱電子發(fā)射進(jìn)行研究，通過研究可以為選擇陰極材料提供較好的依據(jù)。電子發(fā)射的基本物理量一般會用逸出功來進(jìn)行表示。熱電子發(fā)射是將電子的能量分布狀況得到改變，使用的方法是將陰極的溫度增加。這樣，一些電子就會從金屬中釋放出來。熱電子發(fā)射的強(qiáng)弱會直接受逸出功的大小的制約，甚至是決定。

在課堂的實驗中離不開MATLAB軟件的輔助。由于MATLAB軟件在算和作圖功能方面有著很大的優(yōu)勢，因此可以實現(xiàn)對電子逸出功測量實驗中各種數(shù)據(jù)的處理。子逸出功測量實驗的結(jié)果和圖形都可以經(jīng)過MATLAB軟件得到，只要輸入代碼編寫就好了。在實驗中，如果使用傳統(tǒng)的制圖辦法，那么準(zhǔn)確性很難得到保證。但是沒，使用MATLAB軟件結(jié)果就大不相同。比如：可以使用其進(jìn)行編寫代碼，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。將原始的數(shù)據(jù)輸入后，就可以得到精確度試驗結(jié)果了。在此過程中，人為的隨意性大大的降低，可以說幾乎不存在。可以說，實驗組實驗報告在MATLAB軟件的輔助下能夠迅速的生成，同時分析也很準(zhǔn)確，誤差自然也小。

四、結(jié)論

將MATLAB運用到電子原理教學(xué)中，可以深入淺出地分析各類信號的特性以及各類參數(shù)對通信系統(tǒng)性能的影響，實現(xiàn)了教學(xué)和實驗驗證同步進(jìn)行。實踐證明：在教學(xué)過程中引入由MATLAB制作的演示軟件，能夠幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)該課程，提高學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)效果。除此之外，還可以為其他課程的教學(xué)提供一個很好的借鑒作用。

總之，在中職學(xué)校電子技術(shù)課程的教學(xué)實踐中，這樣的教學(xué)方式能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展學(xué)生的思維空間，取得良好的教學(xué)效果。彌補(bǔ)電子類課程實踐學(xué)時少、實驗建設(shè)費用高的不足，是理論教學(xué)與實驗教學(xué)的有力工具。

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