“MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用”教學(xué)改革與實(shí)踐

彭國晉

摘 要 本文對(duì)高級(jí)編程語言MATLAB的特點(diǎn)展開研究，結(jié)合我校（梧州學(xué)院）通信工程學(xué)生情況和實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，闡述了對(duì)“MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用”課程的課堂內(nèi)容設(shè)計(jì)、上機(jī)實(shí)踐以及考核方式的見解，同時(shí)舉例說明MATLAB數(shù)值分析這一章節(jié)的教學(xué)和實(shí)踐設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 MATLAB 教學(xué)改革 數(shù)值分析

中圖分類號(hào)：G542.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

MATLAB在數(shù)學(xué)建模、算法和系統(tǒng)仿真和數(shù)值分析具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，其廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算、信號(hào)處理、圖像處理、通信等領(lǐng)域。一般，學(xué)生具有C語言基礎(chǔ)，MATLAB入門較容易，但要精通MATLAB的所有功能極其不易。所以學(xué)時(shí)有限的情況下，在MATLAB教學(xué)過程中根據(jù)專業(yè)或研究方向?qū)Ｗ⒛骋还δ艿膶W(xué)習(xí)，可以達(dá)到事半功倍的效果。

1 “MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)類課程的課堂教學(xué)中，老師往往遵循先語法，其次分析，最后編寫程序這一步驟的教學(xué)過程，然而枯燥的語法語句分析讓初次接觸該課程的學(xué)生覺得乏味，造成學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足和積極性不高等問題，所以如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣是首要解決的問題。

首先，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)，向?qū)W生展示MATLAB在專業(yè)方向的應(yīng)用實(shí)例，帶給學(xué)生直觀的感受。例如數(shù)值分析中線型方程組的求解為例，結(jié)合電路分析如動(dòng)態(tài)電路網(wǎng)孔方程的求解，讓學(xué)生切身體會(huì)到MATLAB對(duì)課程的輔助作用；在學(xué)生MATLAB矩陣時(shí)，結(jié)合數(shù)字圖形處理中圖像的表示方式，學(xué)生可以體會(huì)到圖像就是矩陣，對(duì)矩陣操作就是對(duì)圖像的操作；在學(xué)習(xí)Simulink仿真時(shí)，可以先講解常見的通信系統(tǒng)如普通AM調(diào)制解調(diào)，了解其應(yīng)用，使學(xué)生可以對(duì)仿真軟件有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)及其作用。在講解內(nèi)容之前，需要首先拋開枯燥程序的講解和分析，讓學(xué)生先認(rèn)識(shí)該章節(jié)的作用以及對(duì)課程的作用。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們采用“倒敘”的方法，對(duì)知識(shí)進(jìn)行講解，具體采用的做法如下：

（1）在開始講解內(nèi)容之前，向?qū)W生拋出一個(gè)問題，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)的回顧并且思考解決方案；

（2）引出應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生利用MATLAB進(jìn)行分析并解決；

（3）最終引出新知識(shí)，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)和理解。

2課程的倒敘教學(xué)法

以求解方程組為例，具體闡述倒敘教學(xué)法在MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用這門課程中的應(yīng)用。

步驟一：拋出網(wǎng)孔法求解電路中電壓和電流，列出線性方程組；

已知如圖1所示的電路，已知：R1=2歐，R2=4歐，R3=12歐，R4=4歐，R5=12歐，R6=4歐，R7=2歐。如果US=10V，求i3，u4，u7。

圖1：電路圖

步驟二：首先讓學(xué)生思考這個(gè)電路圖如何獲得環(huán)路電流i3，電壓U4和U7，利用網(wǎng)孔法列出方程組；

（R1+R2+R3）iaR3ib=us

R3ia+（R3+R4+R5）ibR5ic=0 2.1

R5ib+（R5+R6+R7）ic=0

可簡寫成矩陣形式AX=BUs

其中，和

進(jìn)而得到i3=iaib，u4=ib*R4，u7=ic*R7

步驟三：針對(duì)此問題，引出新知識(shí)

MATLAB求解線型方程組有三種方法：

（1）左除法：X=A＼B

（2）求逆法：X=inv（A）*B

（3）linsolve函數(shù)求解：X=linsolve（A，B）

引導(dǎo)學(xué)生利用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)線型方程組的求解，編程實(shí)現(xiàn)如下：

Clc

Clear

R1=2；R2=4；R3=12；R4=4；R5=12；R6=4；R7=2；

A=[R1+R2+R3 R3 0；R3 R3+R4+R5 R5；0 R5 R5+R6+R7]；

Us=10；

B=[1 0 0]*Us；%向量的轉(zhuǎn)置

X=inv（A）*B；

ia=X（1）；

ib=X（2）；

ic=X（3）；

i3=iaib；

u4=ib*R4；

u7=ic*R7；

通過以上實(shí)例的講解，學(xué)生可以理解建模的過程以及線型方程組的求解。

3結(jié)語

我校“MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用”課程共51個(gè)學(xué)時(shí)，每次3課時(shí)，共17次課。學(xué)生課堂上有充分的時(shí)間進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐，同時(shí)對(duì)每次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)收，統(tǒng)計(jì)成績。期末進(jìn)行考核時(shí)，采用上機(jī)+筆試雙管齊下，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，根據(jù)考試成績?nèi)嗤ㄟ^率在80%以上。同時(shí)利用倒敘法進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生對(duì)以前知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行很好的理解和復(fù)習(xí)，使課程之間融會(huì)貫通。

基金項(xiàng)目：基于電子設(shè)計(jì)競賽的電子類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐（Wyjg2016B008）。

參考文獻(xiàn)

[1] 龍佳樂，應(yīng)自爐，張建民. “Matlab程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)探討[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010（01）：111-112.

[2] 魏為民，屈婉瑩，趙琰. Matlab程序設(shè)計(jì)語言快速教學(xué)實(shí)踐[J]. 計(jì)算機(jī)教育，2015（24）：102-106.

[3] 徐慶宏，邢燦華，林健. 應(yīng)用型本科MATLAB教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 科教文匯（下旬刊），2015（02）：79-80.

[4] 白育堃. Matlab程序設(shè)計(jì)教改實(shí)踐[J]. 新校園旬刊， 2016（10）：86-87.endprint