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基于matlab在电路教学中的应用研究

作者:戴仁村 字数:2271  点击:

摘 要:为了提高电路教学质量质量,针对当前电路教学中存在的一些不足,,引入了基于Matlab图形用户界面GUI仿真的电路教学方式。实践证明,该仿真教学方式能一定程度地提高提高电路教学的质量。

关键词:电路教学;仿真;Matlab

电路课程是电类专业的一门专业基础课。熟练掌握电路基本理论知识不仅是课程教学的要求,同时也为后继课程进一步学习奠定理论基础。因此提高电路教学质量对电类专业的学习具有重要意义。然而当前在电路教学中普遍存在如下问题:课程内容多,而课时偏少;教学内容扩展困难;课堂上讲解多,研究少;启发性和互动性教学不够; 确定性的东西多,变化的东西少,以至于课堂理解学生课后不会解题。这些问题的存在严重影响了电路课程的教学以及学生对于该课程的掌握。为此,根据多年的电路教学实践,提出了基于matlab的电路仿真教学的应用。

1 基于Matlab notebook 的教学方法

将Matlab M语言运用于电路分析在教学实践中运用较多,但是在把M语言用于教学实践的时候却往往忽视了M语言作为程序语言本身的重要特点即实时可执行性。无论是利用WORD

还是利用POWWERPOINT教学人们大多是把M言以纯文本的形式展现于学生面前,学生们只能够被动去理解教师预先编写的程序,而教师虽然也可以根据现场课堂教学的需要适时改变程序,但却无法实时执行改动后的程序,故而也就无从比较前后结果之间的差异,这样不但教学的效果大打折扣,而且课堂教学也缺少了启发互动的氛围。基于Matlab Notebook的教学方法能够较好地解决M语言可执行性的问题,它能够营造一个融文字编辑科学计算和仿真工程设计于一体的完美的工作环境.教师可以在Word 环境下根据现场教学的需要实时编写运行程序并得出结果以便同学们比较分析和理解, 从而实现启发式互动式的教学目的。

2 基于图形用户界面GUI 的教学方法

图形用户界面( graphical user interfaces,GUI) 是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的一个用户界面。用户通过一定的方法( 如鼠标或键盘) 选择~ 激活这些图形对象, 使计算机产生某种动作和变化, 比如实现计算或绘图等,在电路教学中使用图形用户界面GUI能够达到以下效果:能够通过人机友好的图形用户界面动态展示或演示电路规律( 比如上例中时间常数z对零输入响应的影响);其演示过程连续, 成果直观;学生通过观察、比较,可以加深对电路规律的理解和掌握;界面中例如图形显示区域、参数改变区域、电路结构显示区域等相关项目不但动态联系有机整合, 而且也可以根据需要添加项目, 相比其它工具比如Word 或Power Point, 图形用户界面GUI 其单位界面传递的信息量更大;具有良好的实时性和互动性。GUI不但可以用于课堂教学演示, 形成师生互动的学习氛围, 而且由于每个学生对于同一个问题或规律的理解各异, 因此GUI还特别适合学生课后专门对于某一现象或规律进行研究式、探索式的自主学习。学生可以根据各自理解实时改变界面设置的参数值( 在合理的参数范围内) 并由此观察相关的变化, 从而有利于各位学生对电路基本理论的掌握。

3 基于Simulink 交互式仿真集成环境的教学方法

基于Simulink 的教学方法不但能够利用Simulink 可视化、模块化的建模特点, 迅速建立符合习惯表达的系统框图模型, 而且可以实时改变模块参数并运行模型得出仿真结果, 整个过程形象直观。教师可利用Simulink 方便快捷的特点在教学现场进行建模和演示, 这样既不会过多的占用课时同时却大大增强了启发式、互动性的课堂学习气氛, 也激发了学生自主学习研究探索的热情。Simulink 具有一个无论在教学中或是研究中都非常优秀的特点即可以随时改变模块的参数并通过示波器观察由此带来的系统变化。这个特点可以进一步提高课堂上学生讨论和思考问题的积极性, 帮助教师扩展教学内容, 进一步研究复杂问题中不同参数在系统中所产生的影响及不同参数间的相互作用关系。使用Simulink进行电路设计与仿真一般需要4个步骤。第一步,布局:根据实际电路在Simulink元件库中找到所需元器件的仿真模块,根据电路元件的排列顺序和电压电流关系进行布局。第二步,连线:根据实际电路元器件进行连线。第三步,设置参数:按照电路要求设置各个元器件的参数,同时根据需求设置实验环境的参数。第四步,保存并运行:当仿真进度为100%时,通过双击Display、Scope等显示元件,即可查看要测量的的电压或电流等的仿真曲线。同时可以通过多次仿真,从而对设置的电路进行优化。

4 结语

Matlab Notebook、GUI、Simulink 都是Matlab 软件与电路教学比较好的结合方法, 三种方法各有特点, 都能够在一定程度上克服传统电路教学方法的弊端。Matlab 软件功能强大, 如何在实际教学中进一步发挥Matlab 在电气类课程教学中的优势还有待于我们继续总结和探索。

参考文献

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[2]何惠英.付兰芳.付少波.安居.浅谈课堂教学设计在电路教学中的应用[J].科技信息2009(23)

[3]丁志群.楼建明.傅越千.多媒体技术应用于电路教学的实践与思考[J].高教论坛2009(1)


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