基于MATLAB的电类专业课程教学探索与研究

李中望　万鸾飞　徐琬婷

【摘 要】伴随着信息技术的迅猛发展，高等学校的课程建设和教学改革拥有了更加丰富的资源和手段。在此背景下，大力开展仿真教学研究具有十分积极的意义。

【关键词】信息化；核心课程；仿真教学

中图分类号： G642.4；R47-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0111-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.053

1 研究背景

近年以来，信息化技术得到飞速的发展，高等学校相关课程的建设和教学改革也因此拥有了更加丰富的资源和手段。可以看到，教学方法相较以往都发生了很大的变化。作为工科的典型代表，电气类专业教学因为受到理论知识难度大，实践知识要求高等因素的影响，难以获得非常满意的效果，因此，不断改进专业教学模式成为了大家的研究热点，如何推进该专业核心课程改革与建设成为人才培养模式改革和专业特色发展的重要关注点。

从电气类专业核心课程普遍采用的教学手段来看，截止目前，已相继出现了任务引领、项目模块化课程、情景案例教学、教学做一体化等理念。微课、慕课等教学方法也已经逐渐地运用到课程教学中，这些教学方法的广泛运用，需要大量的课程资源作为支撑，辅助多种教学模式的改革与实践。依据专业人才的培养目标和规格，以职业能力和岗位需求为核心，对电气类专业课程体系进行了系统化的设计。构建以职业能力和岗位需求为核心的，融国家职业技能标准和专业可持续发展的专业课程体系。对各职业岗位活动进行分析，将职业岗位活动分解为若干个相对独立的工作项目，再对工作项目进行分析，获得各个项目的具体工作任务，确定学生应具有的职业能力。专业职业岗位工作项目与任务分析见图1所示。

2 仿真教学设计

仿真技术为科学研究、工程设计与分析提供了一种全面的解决方案，分析数据准确，效率高，实用性强。国内外许多高校对于仿真教学非常重视，在专业课教学过程中已经逐步加大仿真教学环节的力度，这有效解决了实验仪器、器件和场地条件的不足，大大提高了学生的学习效率。仿真教学不仅有效辅助了专业课的理论教学，也为学生今后走上相关的工作岗位奠定了坚实的专业基础，其已成为当前教学和学习的重要手段和工具。对于电类专业来说，目前应用最普遍的是MATLAB软件，它的电气系统模型库模块功能强大，可以完成电气控制系统的建模与仿真分析，我们可以在SIMULINK环境下，应用其电力系统模型库中的模块方便快捷地进行例如RLC电路、电机控制系统、电力系统的仿真。我们通过对控制系统（包括连续系统和采样离散系统）仿真方法技巧的研究，有利于更加深入地掌握电路及系统的原理和性能。仿真教学的设计依据本专业核心课程的总体目标开展，如图2所示。

对于电气类专业的典型核心课程，例如《自动控制原理与系统》、《电力电子技术》、《交流调速控制系统》等，理论性和实践性都很强，在教学改革过程中，理论与实践课时均占了较大的比重，在许多的教学单元中，由于实验条件等因素的影响，部分实训项目无条件在实验室开展，此时，仿真技术的引入就可以大大地加强实践单元的教学效果，也有效缩短了实验时间，大部分专业问题都可以直接或间接地运用仿真工具进行辅助分析。学生通过仿真也加深了对相关理论知识的理解和掌握，提升了对于专业课学习的兴趣，拓展了眼界。经过仿真学习后，许多抽象地、在实验室里无法做出的项目，学生无论在课内还是课外，随时可通过计算机方便地进行仿真分析，省时省力，而且还可以获得丰富、准确的实验数据。经过检测，学生的学习效果得到明显改善。

结合专业教学实际，设计建立详细的适用于教与学的仿真模型，基本的仿真模型如3所示。从《电力电子技术》开始，通过仿真教学，了解电力电子器件知识和各种基本交直流变化知识；《自动控制原理与系统》中，通过研究制定的数学模型和仿真教学方案，熟练掌握模型建立、性能仿真分析方法、直流调速系统性能仿真三大支柱内容，最后延伸到最前沿、目前也应用最广泛的《交流调速系统》的学习及项目的仿真模型，熟悉传统的交流调速方法以及目前应用比较广泛地变频调速等等。相关的教学资源可以充分借助信息化平台进行发布，这样，将大大提升学生进行专业学习的兴趣和效率。

3 结语

在当前的信息化高速發展的大背景下，电气类核心课程仿真教学研究对于提升教学效果，强化学生专业素质教育方面意义十分重大。在研究的进程中，我们必须努力做到以下几个方面：

（1）努力开发贴近专业前沿发展、符合实际情况、适宜学生学习的资料

目前，符合学生学习实际的电气类专业课程仿真资料较少，不能满足学生学习需求和专业教师的教学需要，因此，为了帮助学生进行系统、扎实的基础理论知识的学习与储备，为学生未来长期的发展奠定坚实基础，为了帮助专业教师能够更高效更有针对性地进行仿真教学，应该积极开发面向应用型人才的培养的学习资料（仿真模型资源包、仿真实验指导书等），侧重基本理论、基本技能的掌握，突出工程应用；以培养学生工程实践能力、电气自动化应用能力和创新能力为核心，在突出应用能力的培养和训练宗旨指导下，强调教学内容的实用性和前瞻性。

（2）提升学习兴趣和专业课程学习效率

传统教学中，特别是电气类专业核心课程的学习中，由于理论知识枯燥、课程难度大等因素，很多学生出现学习效率低下，学习兴趣下降的情况，通过仿真教学环节的合理引入，将专业课程中一些抽象、难以理解的内容通过仿真教学的手段进行直观地传授。

（3）有效解决专业实验室使用时间局限、设备装置局限以及安全性的问题

高等院校的专业实验室开出率较高，而且受到教学实践时间、装置要求、安全性等各方面约束，导致在理论学习过程中，学生有很多难以理解的知识点无法在实验室中得到很好的验证，例如电机的性能分析、空间矢量控制等。应当对典型专业课程中的理论重、难点进行针对性地仿真设计，帮助学生更透彻地掌握专业知识点，使得学生利用仿真工具，无论在何时何地都可以进行专业知识的学习。

（4）有力激发学生的进行创新研究的热情和能力

创新能力的培养是学生素质教育中的重要目标，以往不少学生在走上工作岗位之后，处理一些复杂的工程问题时缺乏足够的方法和手段，通过专业知识的仿真教学，可以给予他们一种新的思路，帮助他们在今后开展创新研发工作时，能够熟练地运用仿真技术解决问题。

【参考文献】

[1]姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[2]陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3]薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用[M].北京：清华大学出版社，2008.