电气工程专业课程《MATLAB 应用基础》教学创新研究

陈 强

（南京工程学院<电力工程学院>，江苏 南京 211167）

0 引言

MATLAB 以矩阵运算为基础，实现程序设计的可视化交互。 Simulink 是MATLAB 的一个重要软件包，基于框图架构实现目标系统的建模仿真分析。随着计算机硬件性能持续提升，MATLAB 工具软件不断迭代， 针对电气学科Simulink 推出了SimPowerSystems封装子模块库， 能够模拟各种实际电气工况。《MATLAB 应用基础》 课程是一门理论与实践紧密联系的课程，通过仿真的方式模拟实际工况，培养学生运用专业知识分析问题和解决问题的能力。南京工程学院开设该课程，旨在通过MATLAB/Simulink 相关知识的讲授， 使学生熟练掌握MATLAB 软件的操作方法、文件类型、模型建立方法、文件编写方法、图形绘制方法等基础操作， 理解MATLAB 在电力系统中仿真分析及计算中的应用原理，切实提高学生动手操作能力，为将来工作和深造打下坚实的基础。

1 教学现状和需求

该课程覆盖知识面较广，电力系统、电力电子、电机学等专业方向均有涉及。目前课堂教学多以教师为中心开展，教师通常借用PPT 等传统多媒体工具单方面向学生灌输课程知识，教学过程中学生并没有实际操作，参与度也不高，导致学生缺少独立思考和主动实践的机会，被动接受知识，教学效果大打折扣。

MATLAB 重在应用操作，《MATLAB 应用基础》课程也是侧重于电气工程相关领域的仿真应用，不是单纯的书本知识， 这就对教师的科研能力提出一定要求。 教学上应采用理论联系实际的原则，将课程的理论知识与实际工程案例相结合，把教师在科研中的实践经验引入课堂。 除此之外，教师还需要转变传统教学模式，充分发挥学生学习的主观能动性，让他们多动手操作，从被动学转换成主动学[1-2]。

2 教学方法和教学内容创新

本人长期在教学工作上摸索和反思，将电气专业理论知识和仿真实践知识相结合，有的放矢安排教学计划， 充分发挥教师科研工作中利用MATLAB/Simulink 建模仿真经验的作用，培养学生对MATLAB/Simulink 的学习和运用能力，创新教学方法和教学内容，具体如下：

2.1 实践导向型教学法

《MATLAB 应用基础》 是一门需要将理论知识与工程实践相结合的课程， 除相关书面知识的讲授，应以实践应用为导向， 注重学生提升实际建模仿真能力。 在上课地点选择方面，教师可以充分利用学校资源，安排部分学时课程在计算机房或实验室实施。 课程教学中应树立学生的主体地位：课前根据教学计划安排学生自行预习； 课上根据电气工程专业特点，重点选取SimPowerSystems 封装子模块库进行讲解，并以此为基础讲述仿真系统设计和调试流程，使学生建立建模仿真的基本思路，然后指导学生跟随教师的步骤独立进行实际操作， 提高学生的软件使用能力；课后引导学生将教师课堂讲授与自主动手操作相结合相对比，进一步领悟该门课程[3]。

2.2 项目驱动型教学法

项目教学是以具体项目为驱动，将枯燥、复杂的书面知识通过具体项目的形式生动地展现出来，使学生了解实际建模仿真的过程，和理论教学相辅相成[4]。项目既要选取电力系统、电机、电力电子、输配电等学科方向的传统项目案例，又要根据学科发展选取智能电网、电动汽车、特高压、新能源发电等新兴产业案例， 使学生在学习课程知识的同时更多了解学科热点，开阔行业视野。

实际教学过程中，安排学生以小组为单位进行仿真项目开发： 首先教师准备若干仿真项目，3 至5 名学生组成一个项目小组，随后每个小组随机抽取教师准备的题目进行仿真开发，最后教师检查各组仿真结果， 并依据学生所承担的任务分别进行提问和讲评，评估学生的表现。这种教学方式不仅提高了学生实际动手、分析问题、解决问题的能力，也培养了学生团队分工协作意识。

2.3 应用创新型教学内容拓展

MATLAB/Simulink 仿真与嵌入式开发融合是目前应用的热点，Simulink 中的Embedded Coder 封装子模块库提供了仿真模型转化为嵌入式软件系统的接口，能够将仿真开发与实际产品开发相结合， 因此有必要向学生讲授仿真与嵌入式的联合开发相关知识点。

教学中首先介绍Embedded Coder 各封装模块的功能，搭建具体模型，并借助嵌入式系统硬件在课堂上演示仿真模型向嵌入式软件系统的转换过程。以光伏逆变器控制系统仿真与嵌入式系统开发为例，仿真模型由控制系统、驱动系统和逆变功率系统等子模块构成。 控制系统仿真模块与Embedded Coder 库子模块共同搭建以德州仪器 （TI） 的DSP 控制芯片TMS320F28335 为核心的嵌入式系统软件生成模型，并利用嵌入式硬件系统和TI 的DSP 开发软件CCS将仿真模块转化为控制系统软件。整个演示过程生动直观，有助于学生融会贯通，更好地理解书本抽象的内容。

3 多样化考核模式

课程考核是促进学生学习的重要手段，也是评价教学质量、评判学生课程成绩的主要依据。 考核模式应根据教学内容和教学目标确定。 《MATLAB 应用基础》课程目标在于培养学生应用MATLAB/Simulink、将专业知识与建模仿真相结合的能力，体现在仿真系统架构设计、仿真模型建立调试、仿真结果分析等方面。

课程考核成绩分为平时成绩和期末成绩两部分，这就避免了一次考试决定成绩的局限性。平时成绩能更大程度激发学生日常学习的积极性和主动性，督促学生更扎实地学习该门课程，并认真出勤每一次项目机试，保证日常教学的有效开展。 期末考试采用大作业的形式，教师指定仿真项目，学生根据要求进行建模和仿真分析，并上交仿真模型和仿真实验报告。 教师审阅学生的模型和报告后对学生进行现场提问，最后综合给出成绩。 这种考核模式能够更全面、更客观地考核学生的综合素质。

4 结语

MATLAB 应用对学生今后工作和科研具有非常重要的意义，是学生运用专业知识进行科研和产品开发的重要工具和手段。本文从《MATLAB 应用基础》教学的现状和要求出发，提出了科学的创新教学方法和教学内容，并就多样化考核模式进行了探讨，从提高学生的学习积极性、全面培养学生、综合客观考核学生等方面改进教学，提高教学效果。 MATLAB 应用基础教学是一个不断改进的过程，从事相关教学的教师应该注重专业知识和科研实践能力的提升，并在教学过程中不断推敲打磨、总结经验，争取打造精品课程。