基于matlab在電路教學中的應用研究

摘 要：為了提高電路教學質量質量，針對當前電路教學中存在的一些不足，引入了基于Matlab圖形用戶界面GUI仿真的電路教學方式。實踐證明，該仿真教學方式能一定程度地提高提高電路教學的質量。

關鍵詞：電路教學；仿真；Matlab

電路課程是電類專業的一門專業基礎課。熟練掌握電路基本理論知識不僅是課程教學的要求，同時也為后繼課程進一步學習奠定理論基礎。因此提高電路教學質量對電類專業的學習具有重要意義。然而當前在電路教學中普遍存在如下問題：課程內容多，而課時偏少；教學內容擴展困難；課堂上講解多，研究少；啟發性和互動性教學不夠； 確定性的東西多，變化的東西少，以至于課堂理解學生課后不會解題。這些問題的存在嚴重影響了電路課程的教學以及學生對于該課程的掌握。為此，根據多年的電路教學實踐，提出了基于matlab的電路仿真教學的應用。

1 基于Matlab notebook 的教學方法

將Matlab M語言運用于電路分析在教學實踐中運用較多，但是在把M語言用于教學實踐的時候卻往往忽視了M語言作為程序語言本身的重要特點即實時可執行性。無論是利用WORD

還是利用POWWERPOINT教學人們大多是把M言以純文本的形式展現于學生面前，學生們只能夠被動去理解教師預先編寫的程序，而教師雖然也可以根據現場課堂教學的需要適時改變程序，但卻無法實時執行改動后的程序，故而也就無從比較前后結果之間的差異，這樣不但教學的效果大打折扣，而且課堂教學也缺少了啟發互動的氛圍。基于Matlab Notebook的教學方法能夠較好地解決M語言可執行性的問題，它能夠營造一個融文字編輯科學計算和仿真工程設計于一體的完美的工作環境.教師可以在Word 環境下根據現場教學的需要實時編寫運行程序并得出結果以便同學們比較分析和理解， 從而實現啟發式互動式的教學目的。

2 基于圖形用戶界面GUI 的教學方法

圖形用戶界面（ graphical user interfaces，GUI） 是由窗口、光標、按鍵、菜單、文字說明等對象構成的一個用戶界面。用戶通過一定的方法（ 如鼠標或鍵盤） 選擇～ 激活這些圖形對象， 使計算機產生某種動作和變化， 比如實現計算或繪圖等，在電路教學中使用圖形用戶界面GUI能夠達到以下效果：能夠通過人機友好的圖形用戶界面動態展示或演示電路規律（ 比如上例中時間常數z對零輸入響應的影響）；其演示過程連續， 成果直觀；學生通過觀察、比較，可以加深對電路規律的理解和掌握；界面中例如圖形顯示區域、參數改變區域、電路結構顯示區域等相關項目不但動態聯系有機整合， 而且也可以根據需要添加項目， 相比其它工具比如Word 或Power Point， 圖形用戶界面GUI 其單位界面傳遞的信息量更大；具有良好的實時性和互動性。GUI不但可以用于課堂教學演示， 形成師生互動的學習氛圍， 而且由于每個學生對于同一個問題或規律的理解各異， 因此GUI還特別適合學生課后專門對于某一現象或規律進行研究式、探索式的自主學習。學生可以根據各自理解實時改變界面設置的參數值（ 在合理的參數范圍內） 并由此觀察相關的變化， 從而有利于各位學生對電路基本理論的掌握。

3 基于Simulink 交互式仿真集成環境的教學方法

基于Simulink 的教學方法不但能夠利用Simulink 可視化、模塊化的建模特點， 迅速建立符合習慣表達的系統框圖模型， 而且可以實時改變模塊參數并運行模型得出仿真結果， 整個過程形象直觀。教師可利用Simulink 方便快捷的特點在教學現場進行建模和演示， 這樣既不會過多的占用課時同時卻大大增強了啟發式、互動性的課堂學習氣氛， 也激發了學生自主學習研究探索的熱情。Simulink 具有一個無論在教學中或是研究中都非常優秀的特點即可以隨時改變模塊的參數并通過示波器觀察由此帶來的系統變化。這個特點可以進一步提高課堂上學生討論和思考問題的積極性， 幫助教師擴展教學內容， 進一步研究復雜問題中不同參數在系統中所產生的影響及不同參數間的相互作用關系。使用Simulink進行電路設計與仿真一般需要4個步驟。第一步，布局：根據實際電路在Simulink元件庫中找到所需元器件的仿真模塊，根據電路元件的排列順序和電壓電流關系進行布局。第二步，連線：根據實際電路元器件進行連線。第三步，設置參數：按照電路要求設置各個元器件的參數，同時根據需求設置實驗環境的參數。第四步，保存并運行：當仿真進度為100%時，通過雙擊Display、Scope等顯示元件，即可查看要測量的的電壓或電流等的仿真曲線。同時可以通過多次仿真，從而對設置的電路進行優化。

4 結語

Matlab Notebook、GUI、Simulink 都是Matlab 軟件與電路教學比較好的結合方法， 三種方法各有特點， 都能夠在一定程度上克服傳統電路教學方法的弊端。Matlab 軟件功能強大， 如何在實際教學中進一步發揮Matlab 在電氣類課程教學中的優勢還有待于我們繼續總結和探索。

參考文獻

[1]王群.耿云玲.電路教學常用的分析和仿真軟件[J]-高教論壇2009（10）

[2]何惠英.付蘭芳.付少波.安居.淺談課堂教學設計在電路教學中的應用[J].科技信息2009（23）

[3]丁志群.樓建明.傅越千.多媒體技術應用于電路教學的實踐與思考[J].高教論壇2009（1）

作者簡介

戴仁村（1983-），江西南昌人，研究方向：電工電子。