基于MATLAB的電子類課程實驗教學研究與實踐

鄭曉隆　邵李煥　鄭梁

摘 要 MATLAB是科學與工程計算中應用最為廣泛的軟件，在電子類課程中也有很多應用，如信號處理、電路系統等?；贛ATLAB設計電子類課程綜合實驗，讓電子類大學生的專業知識得到具體展現，同時提出要加強對MATLAB幫助文檔的使用，熟練掌握科技英文，提高電子類大學生的綜合能力。

關鍵詞 MATLAB；實驗教學；電子類課程

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）20-0120-02

1 前言

MATLAB由美國的Clever Moler博士于20世紀80年代開發，設計者的初衷是解決線性代數課程的矩陣運算問題，取名MATLAB即Matrix Laboratory（矩陣實驗室）的意思?，F在MATLAB由美國的Mathworks公司進行商業運營，主要面向科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境[1]。它將數值分析、矩陣計算、數據可視化以及系統建模和仿真等許多功能都集成在一個便于操作的集成開發環境中，為科學研究、工程設計以及數值計算等眾多科學領域提供一種全面的解決方案，主要應用于矩陣分析、控制設計、信號處理與通信、圖像處理、信號與系統建模、電路分析、金融建模設計與分析等領域[2]，是當今國際科學計算中最流行的軟件工具。

在電子類專業中，前期要學習各種數學知識，在具備了一定的數學知識后，再學習電子相關的專業知識，這些知識都涉及科學計算，因此，MATLAB在電子類專業中有非常廣泛的使用[3-4]。有許多高校專門開設課程講授MATLAB在電子信息課程中的應用，這對于提高大學生利用理論解決實際問題的動手能力以及綜合運用知識能力都具有重要的意義。

歷經30多年的發展，MATLAB開發環境中帶有功能十分強大的英文幫助文檔系統。通過對英文幫助文檔的學習，可以得到該語言/軟件更權威的知識。更為重要的是，在電子類課程中要用到很多的專業軟件，而這些專業軟件大多是英文界面，其本身都帶有功能強大的幫助文檔，如Visual C++、各種EDA開發軟件（如Modsim）等。當前許多學生對英文文檔十分生疏，在本科畢業設計外文翻譯環節也表示難以讀懂英文科技文檔，其根本原因還是在平時很少有學習英文科技文的機會。

本文探索通過設置綜合實驗，讓學生了解以往所學電子類課程的應用，在MATLAB課程中學習如何閱讀幫助文檔，培養英文專業軟件的自學能力，這樣即使在以后工作學習中遇到嶄新的軟件，也可以通過其幫助文檔而快速上手。通過基于MATLAB的綜合實驗設置，在實驗中展現電子類其他課程的知識應用，加強對MATLAB的英文文檔的使用，真正將大學學習到的專業知識和英語知識活學活用起來，對提高學生的電子類學科知識的應用能力和科技英語應用能力都有重要意義。

2 教學方式改革

MATLAB既是一個集成開發環境，又是一門編程語言，有一定的語法規則，但像其他的解釋性語言一樣，其規則是相對松散的，因此，MATLAB編程相當靈活。MATLAB之所以強大而涵蓋了工科各個學科的知識，在于其擁有異常強大的工具箱，人們可以依據自己的專業知識來建立工具箱，從而極大地擴展MATLAB的應用領域。但面對如此龐大的工具箱系統，如何以不變應萬變來掌握這些知識，就成為MATLAB學習的關鍵問題。

MATLAB課程是一門實踐性很強的課程，在實際教學中要分配一半的課時進行上機實驗的教學，因此，課堂理論知識的講授和實驗教學要結合起來。為了突出MATLAB教學對電子類大學生的能力培養，課堂教學方式上就要重點圍繞MATLAB實現電子類專業知識的應用。MATLAB有一個解釋器來解析語言代碼，其處理的基本數據單元是矩陣，所以要重點講授語法部分和矩陣操作，在此過程中著重推動學生對MATLAB聯機幫助文檔的使用，以便在綜合實驗中發揮作用，可以細分為以下順序進行教學。

首先，對MATLAB進行大體介紹，讓學生了解MATLAB的大體框架，重點講授MATLAB的矩陣操作符的含義，并配以詳細的實例分析，在英文幫助文檔中找到相應的操作說明，講解文檔中專業術語的中文翻譯。

其次，講解MATLAB的語法，用實例加以說明，同時展示英文幫助文檔，鼓勵學生翻譯其中的意思。

再次，在語法的基礎上重點講解數學工具箱的應用，因為數學工具箱是其他工具箱的基礎，可以講解每個函數在英文幫助文檔中的表述，并翻譯成中文意思。

最后，給予一定的課題和課后練習，讓學生翻譯幫助文檔中的函數用法。

3 綜合實驗教學

MATLAB是一門編程性語言，需要通過強化編程練習才能掌握。要結合電子類課程知識，循序漸進，讓學生在掌握MATLAB的同時，更好地對以往所學課程加以理解應用，并可以觸類旁通，對未在課堂授課的技術也可以加以學習應用。為此設置兩套綜合實驗：一套是利用MATLAB完成對所學課程的應用；另一套是對以往課程中未學技術的應用。

在以往所學課程中，信號與系統是電子類大學生的必修課程，設置的第一套實驗就是要綜合利用以往所學的課程知識，其流程圖如圖1所示。

整個實驗的結果形式是制作一個基于MATLAB的圖形用戶界面（GUI），在這個GUI上可以顯示出信號的波形和濾波器的頻響特性。這里的信號源由高等數學工具箱中的函數產生，噪聲源要用到概率論中概率密度理論，從而產生符合特定分布的噪聲。濾波器的設計則要綜合應用信號與系統的知識，濾波計算中要應用到線性代數的知識。因此，這套實驗就比較綜合地利用了大學生以往所學的高等數學、概率論和線性代數以及信號處理的知識，這里面涉及眾多的函數使用，在MATLAB幫助文檔中都有詳盡的說明，從而可以促進學生利用幫助文檔解決在實驗中遇到的問題。

為了加強學生利用MATLAB解決實際問題的能力，特別是利用聯機幫助文檔了解未授課知識，設置了第二套實驗，其流程圖如圖2所示。endprint

在這個綜合實驗中，要收集一定數量的紋理圖像作為圖像數據庫，通過特征提取建立特征庫；對于待檢索的紋理圖像，采用同樣的特征提取方式，再通過相似度和數據庫里的特征進行比較，找到最相似的紋理圖像列表。建立特征庫的過程需要預先進行，最后待檢索紋理和結果列表都要在GUI上展示。

這套實驗中的知識點在大多數的電子類課程中并未涉及，但其中特征提取和相似度計算在較新版本MATLAB計算機視覺工具箱中都有所介紹，這里學生就要自己在幫助文檔中查找相關的函數來完成這個實驗的設計和驗證。

綜合性實驗涉及知識點較多，第一個實驗就綜合了電子類專業學生所學的各種數學知識和信號與系統的專業知識。通過這種綜合性的實驗，可以加強學生對之前所學知識的掌握，并帶著實驗任務中的問題在MATLAB中的英文幫助文檔中查詢函數用法，提高科技英文的使用能力。

為了達到觸類旁通的目的，本文探索設計第二個實驗，對于大多數學生來說。圖像處理是未學的知識，但其是電子類課程中信號處理的一個分支，對于圖像的處理知識和學生所學的信號處理知識是比較相關的。本實驗就是要加強學生在未學知識領域的探索，而其中有重要作用的就是MATLAB的幫助文檔，通過對幫助文檔的閱讀研究，再和教師的互動交流，就可以順利完成本實驗。

4 結語

MATLAB是國際上最流行的科學計算語言/軟件，其應用領域十分廣泛，本質上是由一個解釋器和眾多的工具箱構成的。本文通過對MATLAB教學方法的改革，讓學生掌握MATLAB的精要語法和矩陣操作，這是MATLAB中最主要的部分，并始終加強學生對MATLAB自帶的幫助文檔的使用，這樣即使遇到MATLAB的難點，也可以通過查找幫助文檔找到答案。MATLAB中的工具箱都是跟專業知識相關的，本文探索設置了兩套不同類型的綜合實驗，培養學生綜合運用自身專業知識的能力和英文幫助文檔閱讀能力，達到觸類旁通的效果。

參考文獻

[1]唐向宏，岳恒立，鄭雪峰.MATLAB及在電子信息類課程中的應用[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]廖伶元，劉林，邱小平.MATLAB與相關學科交叉教學的改革與研究[J].價值工程，2015（31）：241-242.

[3]龔偉，郭杰榮.MATLAB仿真技術在電路教學中的應用[J].大眾科技，2015（10）：88-90.

[4]尹麗，高輝，萬瑩.MATLAB在線性代數教學中的應用研究[J].軟件工程師，2014（12）：25-27.endprint