理實一體化教學(xué)法在課程中的應(yīng)用

胡玥

摘要： 《MATLAB程序設(shè)計與仿真》作為電氣自動化技術(shù)專業(yè)學(xué)生的必修課程，當(dāng)中涉及的MATLAB仿真軟件應(yīng)用極其廣泛，已然成為大學(xué)生必須掌握的一項基本技能。運用理實一體化教學(xué)法可以在幫助學(xué)生掌握該軟件基本操作的同時，提升學(xué)生對具體系統(tǒng)的建模與仿真能力。本文主要介紹了理實一體化教學(xué)法在《MATLAB程序設(shè)計與仿真》課程中的具體應(yīng)用，教學(xué)實施分為三個階段，課前階段、課中階段和課后階段，并闡述了理實一體化教學(xué)法的基本要求。

關(guān)鍵詞： 理實一體化;MATLAB;應(yīng)用

《MATLAB程序設(shè)計與仿真》為電氣自動化技術(shù)專業(yè)本科班的必修課程，旨在向?qū)W生介紹一種解決專業(yè)問題的快速有效且功能強(qiáng)大的科學(xué)工程計算軟件。培養(yǎng)學(xué)生從專業(yè)問題中抽象出數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而運用MATLAB軟件去仿真求解的思維方法。理實一體化教學(xué)方法即將理論實踐融為一體進(jìn)行教學(xué)，打破了以往理論與實踐互相脫節(jié)的現(xiàn)象。在教學(xué)過程中，抽象的理論知識和形象的實踐操作交錯出現(xiàn)，兩者之間沒有明確的界限，也沒有固定的出現(xiàn)順序，而是合二為一，理中有實，實中有理。

本課程內(nèi)容較繁雜，采用理實一體化教學(xué)法，將生澀的理論知識融于實際操作中，可以提高學(xué)生的主觀能動性，充分調(diào)動和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生上機(jī)操作時，教師在旁指導(dǎo)，融“教、學(xué)、做”三者為一體，在鍛煉學(xué)生邏輯思維能力的同時，可以提高學(xué)生的實際操作能力和專業(yè)技能水平。

一、理實一體化教學(xué)實施

《MATLAB程序設(shè)計與仿真》課程為軟件應(yīng)用實踐課程，目的在于教會學(xué)生運用MATLAB軟件對系統(tǒng)進(jìn)行分析與仿真。課程側(cè)重于MATLAB在電動機(jī)控制系統(tǒng)和PID過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。根據(jù)課程目的和課程側(cè)重點，將通過8個上機(jī)實驗和3個測試完成主要教學(xué)內(nèi)容，主要任務(wù)是使學(xué)生了解計算機(jī)建模與仿真的基本概念和方法，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生對系統(tǒng)的分析與設(shè)計能力，加深對已學(xué)知識的消化與理解，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用計算機(jī)語言和專業(yè)知識解決問題的能力。

（一）課前階段

《MATLAB程序設(shè)計與仿真》的課程內(nèi)容如圖 1所示，主要分為兩部分，即基礎(chǔ)部分和應(yīng)用部分。基礎(chǔ)部分主要包括MATLAB的基礎(chǔ)知識、數(shù)值計算、圖像繪制以及程序設(shè)計，并詳細(xì)講解了最主要的系統(tǒng)仿真工具SIMULINK，應(yīng)用部分則是包括了和電氣自動化技術(shù)專業(yè)相關(guān)的電動機(jī)控制系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)的建模與仿真。

除了課程知識內(nèi)容的設(shè)置，對于教學(xué)中的實際操作部分也應(yīng)該進(jìn)行設(shè)計和準(zhǔn)備。實際操作并不是簡單的教師布置任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行操作。教師應(yīng)事先總結(jié)實際操作中學(xué)生可能會發(fā)生的問題，并準(zhǔn)備解決方案，幫助學(xué)生從問中學(xué)。

（二）課中階段

利用課堂的前五分鐘介紹當(dāng)堂課的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo) ，幫助學(xué)生在課堂的開始建立學(xué)習(xí)基本框架，有助于提高學(xué)生課堂中的學(xué)習(xí)效率。課堂期間無論是理論知識講授部分，還是學(xué)生實際操作部分，都應(yīng)加強(qiáng)師生互動。觀察學(xué)生實際操作過程中的動態(tài)，及時提供指導(dǎo)，做到真正融“教、學(xué)、做”三者為一體。下課前五到十分鐘進(jìn)行課堂總結(jié)，采用師生問答模式進(jìn)行回顧，而非簡單的利用屏幕展示總結(jié)內(nèi)容。問答模式可以很好地調(diào)動學(xué)生的積極性，循序漸進(jìn)的喚起記憶，加深印象。

課程內(nèi)容上從生活實踐出發(fā)，在應(yīng)用部分加入典型的案例，以提高學(xué)生分析問題，建立合適模型，以解決實際問題的能力。如過程控制系統(tǒng)的建模與仿真這塊內(nèi)容以“兩輪平衡車”為主要內(nèi)容。讓學(xué)生探討“立木棍”問題，人想要讓一根直木棍在手掌上保持直立不倒該如何做。得出需要眼、腦、手共同協(xié)作的結(jié)論，再根據(jù)實際建立對應(yīng)框圖，“兩輪平衡車”系統(tǒng)的原理框圖也就可以類比“立木棍”的框圖建立。如圖 2所示。建立好框圖的下一步就是根據(jù)實際情況，選擇合適的控制算法，以及狀態(tài)觀測方式，引導(dǎo)學(xué)生不斷深入分析“兩輪平衡車系統(tǒng)”。

（三）課后階段

課后要求學(xué)生完成對應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的實驗報告。實驗報告的內(nèi)容是和教學(xué)內(nèi)容直接相關(guān)的，并在一定程度上增加了深度。根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線，第三個記憶周期為12個小時，課后的實驗報告幫助學(xué)生鞏固已學(xué)知識，同時培養(yǎng)學(xué)生的自主鉆研能力，學(xué)生的主觀能動性得到提高。同時在課后使用多種平臺進(jìn)行師生互動，幫助教師了解學(xué)生對課堂知識的掌握程度。教師可以有根據(jù)地對下次教學(xué)設(shè)計進(jìn)行微調(diào)，讓學(xué)生參與到教學(xué)設(shè)計中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率，促進(jìn)學(xué)生自主成長。

二、理實一體化教學(xué)要求

（一） 教學(xué)手段多元化

因《MATLAB程序設(shè)計與仿真》涉及知識內(nèi)容較多，單用多媒體課件對知識進(jìn)行演示，學(xué)生無法真正掌握建模仿真技術(shù)。還應(yīng)直接使用MATLAB軟件進(jìn)行操作演示。課堂中使用這樣兩者結(jié)合的教學(xué)方式，教學(xué)效率可以得到明顯的提升。課前教學(xué)與課后教學(xué)應(yīng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)展開拓展教學(xué)，如MATLAB官網(wǎng)中的公開資源以及系統(tǒng)分析相關(guān)論文，提升了課程的吸引力，加深了學(xué)生對知識的理解。

本節(jié)課是在機(jī)房上課，除和課程相關(guān)的MATLAB軟件，還采用了電子教室軟件進(jìn)行輔助教學(xué)。教學(xué)過程中，對于理論知識部分采用“一屏到多屏”方式，即使用電子教室軟件的教學(xué)演示功能，將教師的屏幕廣播給學(xué)生機(jī)，同時教師的所有操作都會同步顯示在學(xué)生機(jī)的屏幕上。對于實際操作部分，除學(xué)生在自己的電腦上進(jìn)行操作練習(xí)外，還運用了“多屏到多屏”方式。所謂“多屏到多屏”是使用了電子教室軟件的學(xué)生示范功能，此功能可以將任意一個學(xué)生的屏幕廣播給教師和其他學(xué)生。

（二）教學(xué)內(nèi)容實際化

仿真應(yīng)用部分以項目進(jìn)行教學(xué)，通過簡單直流他勵電動機(jī)模型、測控系統(tǒng)模型和PID過程控制系統(tǒng)仿真進(jìn)行學(xué)習(xí)情境的設(shè)計。因?qū)W習(xí)仿真軟件的最終目的是能在真實的生產(chǎn)環(huán)境或系統(tǒng)分析中使用，故教師應(yīng)根據(jù)當(dāng)下技術(shù)發(fā)展情況以及行業(yè)發(fā)展趨勢對課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)從生產(chǎn)實際需求出發(fā)，在授課過程中加入典型案例，學(xué)生通過仿真即鞏固了基本理論知識，又提升了解決實際問題的能力。

（三）教學(xué)評價精確化

為全面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，本課程主要以形成性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的方式評價學(xué)生的學(xué)習(xí)，主要從任務(wù)分析、任務(wù)完成時間、質(zhì)量、工作規(guī)范等四個方面來進(jìn)行考核。在考核學(xué)生專業(yè)能力的同時，著重考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法，以及學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)，以促進(jìn)學(xué)生全面職業(yè)能力、職業(yè)素質(zhì)的養(yǎng)成。

教學(xué)評價不應(yīng)只局限于課堂過程中學(xué)生的行為，更應(yīng)該結(jié)合學(xué)生在課堂外的表現(xiàn)。在批改課后實驗作業(yè)過程中會發(fā)現(xiàn)有個別學(xué)生較為優(yōu)秀或所犯錯誤較為典型，在講評總結(jié)過程中教師可以利用“多屏到多屏”的功能，讓該生為班中其他學(xué)生進(jìn)行演示。這不僅強(qiáng)調(diào)了課程中重點內(nèi)容，且加強(qiáng)了學(xué)生的思維活躍度。且學(xué)生在課外探尋到的MATLAB相關(guān)資料，也可以讓學(xué)生以小組的形式進(jìn)行匯報講解，進(jìn)一步拓展學(xué)生的視野。

三、結(jié)語

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，對于類似《MATLAB程序設(shè)計與仿真》教學(xué)內(nèi)容多且雜的課程，應(yīng)使用理實一體化教學(xué)法。如采用單純的理論教學(xué)，會直接導(dǎo)致學(xué)生無法真正吸收所學(xué)內(nèi)容，猶如紙上談兵;如采用實訓(xùn)教學(xué)，在學(xué)生沒有完全理解基本概念的情況下就去操作，會導(dǎo)致錯誤增多，這不僅會加大教學(xué)難度，且學(xué)生也無法真正掌握解決問題的分析思維，猶如照貓畫虎。采用理實一體化教學(xué)法，將理論知識和實際操作結(jié)合為一體，學(xué)生可以在教學(xué)過程中同時獲得感性認(rèn)知和理性認(rèn)知，思維能力和實際操作能力都能夠得到大幅度的提升。對于內(nèi)容繁雜的課程而言，采用理實一體化教學(xué)法是必要的。

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