MATLAB 軟件在高職智能控制技術教學中的運用

李 超

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南株洲 412006）

0 引言

高職智能控制專業是一門基本學科，也是必需的工具。高職智能控制專業教學的性質是動態的，從為學習而學習，轉向強調為滿足社會需要而學習。運用MATLAB 軟件（美國MathWorks 公司出品）等技術創新手段，可以促使學生積極參與課堂教學中，提高學生的學習成績。學習過程在計算機軟件上進行的，仿真現實材料特性，使學生更專注于內容的學習。高職智能控制專業教師不應僅僅側重教學內容和教學技能，而應適應技術社會的飛速發展。

1 在教學中的重要性

MATLAB，全稱為Matrix Laboratory，是MathWorks 公司推出的用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境的商業數學軟件。越來越多的技術工具可以增強和促進學生對高職智能控制專業的理解，自從教育機構為學生做好滿足社會需求的準備以來，發展出許多加強學習的方法和技術，共通之處都采用計算機和計算機輔助學習。世界依賴于科學和技術發明，如果沒有適當的智能控制專業知識，就不可能有科學和技術發明。計算機顯著參與了高職智能控制專業、物理和信息技術服務的教學工作，MATLAB、Octave、Scilab 和Mathematica 等軟件應用于教學已很常見，其中最廣泛使用的是MATLAB 軟件，它被認為是技術計算和科學領域的標桿[1]。

MATLAB 是一款非常強大的計算和仿真工具，以智能控制專業為核心，提供高性能計算服務[2]。在此基礎上，MATLAB 提供了附加工具箱，通過在技術、經濟、醫學和生物學等專業領域添加更多擴展功能來增強其應用，逐漸應用于不同領域。MATLAB 不僅在計算中得到了應用，而且在教學過程中也得到了廣泛應用。在MATLAB 環境中，有一些應用可以幫助學習[3]。

在學校高職智能控制專業教學中使用MATLAB，是以計算機能為高職智能控制專業教育者創造新機會的最新認知為前提的。為了教授高職智能控制專業，教師需要對高職智能控制專業內容、教育學和技術有深入的理解。這意味著，在教師思考高職智能控制專業教學理念的同時，也在考慮如何教授高職智能控制專業概念所體現的重要內容，由技術將概念闡釋為學生可以理解的形式[4]。

MATLAB 是一個非常強大的軟件包，它內置了許多用于解決問題和開發圖形化虛擬的工具。使用MATLAB 產品的最簡單方法是交互式，用戶輸入一個表達式，MATLAB 立即響應結果。并可以用MATLAB 編寫腳本和程序，這些腳本和程序本質上是按順序執行的命令組。MATLAB 是一個具有數值、圖形和編程功能的圖形軟件包，內置了許多操作功能，并且可以添加工具箱來增強這些功能，如用于信號處理等。

高職智能控制專業教師還應當跟上教育部門的變化，因為政策變化與學科的教學密切相關。高職智能控制專業教育工作者強調計算機作為一種教學手段的有效性，有必要為我國的高職智能控制專業教師做好準備，滿足他們在計算機教學中使用部分軟件的需求[5]。在傳統教學中，教師和學生在演算紙上進行的計算，MATLAB 軟件可以用幾行代碼呈現出可視化的軌跡，以更好地理解和表述問題。有了附加命令，就能激活整個動作。MATLAB 應該擺脫只供教師使用的局限，學生也應該學會如何創建自己的腳本和程序。編寫MATLAB 腳本程序，對學生來說并不復雜。借由培養學生興趣，也學習一些基本概念的算法寫作。將MATLAB 軟件應用于高職智能控制專業的基礎知識教學，包括矢量矩陣、坐標平面兩點間距離、正弦及其導數圖、三維條形圖、聯立方程圖和二次方程圖的教學中[6]。

2 在教學中的運用探究

在計算機中安裝MATLAB 軟件后，從“開始”菜單中單擊MATLAB 軟件快捷方式，打開窗口。其中的主要部分是命令窗口，并包含提示符。在命令窗口中，可以交互地使用MATLAB，在提示符下，可以輸入任何MATLAB 命令或表達式，MATLAB將立即響應結果。系統的數學模型，是描述系統輸入、輸出變量以及內部各變量之間關系的數學表達式。根據系統的實際結構與系統各變量之間所遵循的規律，以建立數學模型。通用的數學模型有微分方程和傳遞函數。MATLAB 所提供的13 類基本模塊庫，可以直接用于系統電路的搭建，同時該軟件所提供的儀表功能模塊，都是可靠和經濟的。因此采用軟件的方式進行教學，硬件功能軟件化，可以節省大量的實訓投入，其經濟優勢是相當明顯的[7]。

2.1 MATLAB 數組運算

一些高職智能控制專業教學例子將用MATLAB 來實現，從而說明它的多種功能和用途。MATLAB 中的向量等價于其他編譯語言中的一維數組，矩陣等價于二維陣列。在MATLAB 中，一些可以在向量或矩陣上執行的操作也稱為數組運算，“數組”一詞也經常用來泛指向量或矩陣。MATLAB 軟件將矩陣運算、數值分析、圖形處理、編程技術結合在一起，為用戶提供了一個強有力的科學及工程問題分析計算工具。MATLAB 擁有神經網絡（Neural Network）、模糊邏輯（Fuzzy Logic）和控制系統（Control System）等多個專門的工具箱（Toolbox），以及可視化動態仿真系統、功能強大的圖形用戶界面等，非常適合智能控制。

2.2 三維條形圖的繪制

軟件為了計算輸出數據，以函數和腳本提供了必要命令。但讀取普通數據仍非常困難，需要一些機制來闡釋這些數據。MATLAB 包含數個2D 和3D 圖形的繪圖命令，在繪制三維圖形時，通過Meshgrid 命令創建三維空間網格。改變繪圖屬性是其重要的知識，但教學中發現學生很難理解這個概念，因此需要創建繪圖處理程序，并使用GET 和SET 命令更改線條顏色或類型。創建用戶的交互體驗，若沒有以前的MATLAB 知識，可以使用按鈕、標簽、輸入或復選框等交互對象。

3 結束語

演示MATLAB 軟件在矩陣運算、數值分析圖形處理、編程技術矢量、矩陣等變量教學中的集成和圖形繪制，旨在提高學生對這些疑難題目的理解。運用MATLAB 支持高職智能控制專業課題的教學經驗，對學生的學習策略有很強的影響，通過良好的課程設計，使學生和教師在一定程度上控制仿真，而MATLAB軟件可以有效地提高高職智能控制專業成績。