理实一体化教学法在课程中的应用

胡玥

摘要： 《MATLAB程序设计与仿真》作为电气自动化技术专业学生的必修课程，当中涉及的MATLAB仿真软件应用极其广泛，已然成为大学生必须掌握的一项基本技能。运用理实一体化教学法可以在帮助学生掌握该软件基本操作的同时，提升学生对具体系统的建模与仿真能力。本文主要介绍了理实一体化教学法在《MATLAB程序设计与仿真》课程中的具体应用，教学实施分为三个阶段，课前阶段、课中阶段和课后阶段，并阐述了理实一体化教学法的基本要求。

关键词： 理实一体化;MATLAB;应用

《MATLAB程序设计与仿真》为电气自动化技术专业本科班的必修课程，旨在向学生介绍一种解决专业问题的快速有效且功能强大的科学工程计算软件。培养学生从专业问题中抽象出数学模型，进而运用MATLAB软件去仿真求解的思维方法。理实一体化教学方法即将理论实践融为一体进行教学，打破了以往理论与实践互相脱节的现象。在教学过程中，抽象的理论知识和形象的实践操作交错出现，两者之间没有明确的界限，也没有固定的出现顺序，而是合二为一，理中有实，实中有理。

本课程内容较繁杂，采用理实一体化教学法，将生涩的理论知识融于实际操作中，可以提高学生的主观能动性，充分调动和激发学生的学习兴趣。学生上机操作时，教师在旁指导，融“教、学、做”三者为一体，在锻炼学生逻辑思维能力的同时，可以提高学生的实际操作能力和专业技能水平。

一、理实一体化教学实施

《MATLAB程序设计与仿真》课程为软件应用实践课程，目的在于教会学生运用MATLAB软件对系统进行分析与仿真。课程侧重于MATLAB在电动机控制系统和PID过程控制系统中的应用。根据课程目的和课程侧重点，将通过8个上机实验和3个测试完成主要教学内容，主要任务是使学生了解计算机建模与仿真的基本概念和方法，其目的在于培养学生对系统的分析与设计能力，加深对已学知识的消化与理解，训练学生综合运用计算机语言和专业知识解决问题的能力。

（一）课前阶段

《MATLAB程序设计与仿真》的课程内容如图 1所示，主要分为两部分，即基础部分和应用部分。基础部分主要包括MATLAB的基础知识、数值计算、图像绘制以及程序设计，并详细讲解了最主要的系統仿真工具SIMULINK，应用部分则是包括了和电气自动化技术专业相关的电动机控制系统、测控系统和过程控制系统的建模与仿真。

除了课程知识内容的设置，对于教学中的实际操作部分也应该进行设计和准备。实际操作并不是简单的教师布置任务，学生进行操作。教师应事先总结实际操作中学生可能会发生的问题，并准备解决方案，帮助学生从问中学。

（二）课中阶段

利用课堂的前五分钟介绍当堂课的教学内容和目标 ，帮助学生在课堂的开始建立学习基本框架，有助于提高学生课堂中的学习效率。课堂期间无论是理论知识讲授部分，还是学生实际操作部分，都应加强师生互动。观察学生实际操作过程中的动态，及时提供指导，做到真正融“教、学、做”三者为一体。下课前五到十分钟进行课堂总结，采用师生问答模式进行回顾，而非简单的利用屏幕展示总结内容。问答模式可以很好地调动学生的积极性，循序渐进的唤起记忆，加深印象。

课程内容上从生活实践出发，在应用部分加入典型的案例，以提高学生分析问题，建立合适模型，以解决实际问题的能力。如过程控制系统的建模与仿真这块内容以“两轮平衡车”为主要内容。让学生探讨“立木棍”问题，人想要让一根直木棍在手掌上保持直立不倒该如何做。得出需要眼、脑、手共同协作的结论，再根据实际建立对应框图，“两轮平衡车”系统的原理框图也就可以类比“立木棍”的框图建立。如图 2所示。建立好框图的下一步就是根据实际情况，选择合适的控制算法，以及状态观测方式，引导学生不断深入分析“两轮平衡车系统”。

（三）课后阶段

课后要求学生完成对应教学内容的实验报告。实验报告的内容是和教学内容直接相关的，并在一定程度上增加了深度。根据艾宾浩斯遗忘曲线，第三个记忆周期为12个小时，课后的实验报告帮助学生巩固已学知识，同时培养学生的自主钻研能力，学生的主观能动性得到提高。同时在课后使用多种平台进行师生互动，帮助教师了解学生对课堂知识的掌握程度。教师可以有根据地对下次教学设计进行微调，让学生参与到教学设计中，提高学生的学习质量与效率，促进学生自主成长。

二、理实一体化教学要求

（一） 教学手段多元化

因《MATLAB程序设计与仿真》涉及知识内容较多，单用多媒体课件对知识进行演示，学生无法真正掌握建模仿真技术。还应直接使用MATLAB软件进行操作演示。课堂中使用这样两者结合的教学方式，教学效率可以得到明显的提升。课前教学与课后教学应充分利用互联网展开拓展教学，如MATLAB官网中的公开资源以及系统分析相关论文，提升了课程的吸引力，加深了学生对知识的理解。

本节课是在机房上课，除和课程相关的MATLAB软件，还采用了电子教室软件进行辅助教学。教学过程中，对于理论知识部分采用“一屏到多屏”方式，即使用电子教室软件的教学演示功能，将教师的屏幕广播给学生机，同时教师的所有操作都会同步显示在学生机的屏幕上。对于实际操作部分，除学生在自己的电脑上进行操作练习外，还运用了“多屏到多屏”方式。所谓“多屏到多屏”是使用了电子教室软件的学生示范功能，此功能可以将任意一个学生的屏幕广播给教师和其他学生。

（二）教学内容实际化

仿真应用部分以项目进行教学，通过简单直流他励电动机模型、测控系统模型和PID过程控制系统仿真进行学习情境的设计。因学习仿真软件的最终目的是能在真实的生产环境或系统分析中使用，故教师应根据当下技术发展情况以及行业发展趋势对课程内容进行调整。应从生产实际需求出发，在授课过程中加入典型案例，学生通过仿真即巩固了基本理论知识，又提升了解决实际问题的能力。

（三）教学评价精确化

为全面考核学生的学习情况，本课程主要以形成性考核和终结性考核相结合的方式评价学生的学习，主要从任务分析、任务完成时间、质量、工作规范等四个方面来进行考核。在考核学生专业能力的同时，着重考核学生的学习态度、学习方法，以及学生的职业素质，以促进学生全面职业能力、职业素质的养成。

教学评价不应只局限于课堂过程中学生的行为，更应该结合学生在课堂外的表现。在批改课后实验作业过程中会发现有个别学生较为优秀或所犯错误较为典型，在讲评总结过程中教师可以利用“多屏到多屏”的功能，让该生为班中其他学生进行演示。这不仅强调了课程中重点内容，且加强了学生的思维活跃度。且学生在课外探寻到的MATLAB相关资料，也可以让学生以小组的形式进行汇报讲解，进一步拓展学生的视野。

三、结语

教学中发现，对于类似《MATLAB程序设计与仿真》教学内容多且杂的课程，应使用理实一体化教学法。如采用单纯的理论教学，会直接导致学生无法真正吸收所学内容，犹如纸上谈兵;如采用实训教学，在学生没有完全理解基本概念的情况下就去操作，会导致错误增多，这不仅会加大教学难度，且学生也无法真正掌握解决问题的分析思维，犹如照猫画虎。采用理实一体化教学法，将理论知识和实际操作结合为一体，学生可以在教学过程中同时获得感性认知和理性认知，思维能力和实际操作能力都能够得到大幅度的提升。对于内容繁杂的课程而言，采用理实一体化教学法是必要的。

参考文献：

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