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“MATLAB程序设计与应用”教学改革与实践

2017-10-30彭国晋

科教导刊·电子版 2017年25期
关键词:数值分析教学改革

彭国晋

摘 要 本文对高级编程语言MATLAB的特点展开研究,结合我校(梧州学院)通信工程学生情况和实际的教学经验,阐述了对“MATLAB程序设计与应用”课程的课堂内容设计、上机实践以及考核方式的见解,同时举例说明MATLAB数值分析这一章节的教学和实践设计。

关键词 MATLAB 教学改革 数值分析

中图分类号:G542.0 文献标识码:A

MATLAB在数学建模、算法和系统仿真和数值分析具有较强的优势,其广泛应用于工程计算、信号处理、图像处理、通信等领域。一般,学生具有C语言基础,MATLAB入门较容易,但要精通MATLAB的所有功能极其不易。所以学时有限的情况下,在MATLAB教学过程中根据专业或研究方向专注某一功能的学习,可以达到事半功倍的效果。

1 “MATLAB程序设计与应用”的教学设计

在程序设计类课程的课堂教学中,老师往往遵循先语法,其次分析,最后編写程序这一步骤的教学过程,然而枯燥的语法语句分析让初次接触该课程的学生觉得乏味,造成学生学习动力不足和积极性不高等问题,所以如何提高学生学习的兴趣是首要解决的问题。

首先,根据学生的专业,向学生展示MATLAB在专业方向的应用实例,带给学生直观的感受。例如数值分析中线型方程组的求解为例,结合电路分析如动态电路网孔方程的求解,让学生切身体会到MATLAB对课程的辅助作用;在学生MATLAB矩阵时,结合数字图形处理中图像的表示方式,学生可以体会到图像就是矩阵,对矩阵操作就是对图像的操作;在学习Simulink仿真时,可以先讲解常见的通信系统如普通AM调制解调,了解其应用,使学生可以对仿真软件有一个清晰的认识及其作用。在讲解内容之前,需要首先抛开枯燥程序的讲解和分析,让学生先认识该章节的作用以及对课程的作用。

在教学设计中,我们采用“倒叙”的方法,对知识进行讲解,具体采用的做法如下:

(1)在开始讲解内容之前,向学生抛出一个问题,进而引导学生对知识的回顾并且思考解决方案;

(2)引出应用实例,引导学生利用MATLAB进行分析并解决;

(3)最终引出新知识,让学生对知识有一个直观的认识和理解。

2课程的倒叙教学法

以求解方程组为例,具体阐述倒叙教学法在MATLAB程序设计与应用这门课程中的应用。

步骤一:抛出网孔法求解电路中电压和电流,列出线性方程组;

已知如图1所示的电路,已知:R1=2欧,R2=4欧,R3=12欧,R4=4欧,R5=12欧,R6=4欧,R7=2欧。如果US=10V,求i3,u4,u7。

图1:电路图

步骤二:首先让学生思考这个电路图如何获得环路电流i3,电压U4和U7,利用网孔法列出方程组;

(R1+R2+R3)iaR3ib=us

R3ia+(R3+R4+R5)ibR5ic=0 2.1

R5ib+(R5+R6+R7)ic=0

可简写成矩阵形式AX=BUs

其中,和

进而得到i3=iaib,u4=ib*R4,u7=ic*R7

步骤三:针对此问题,引出新知识

MATLAB求解线型方程组有三种方法:

(1)左除法:X=A\B

(2)求逆法:X=inv(A)*B

(3)linsolve函数求解:X=linsolve(A,B)

引导学生利用MATLAB编程实现线型方程组的求解,编程实现如下:

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;%向量的转置

X=inv(A)*B;

ia=X(1);

ib=X(2);

ic=X(3);

i3=iaib;

u4=ib*R4;

u7=ic*R7;

通过以上实例的讲解,学生可以理解建模的过程以及线型方程组的求解。

3结语

我校“MATLAB程序设计与应用”课程共51个学时,每次3课时,共17次课。学生课堂上有充分的时间进行上机实践,同时对每次实验进行验收,统计成绩。期末进行考核时,采用上机+笔试双管齐下,检验学生的学习效果,根据考试成绩全班通过率在80%以上。同时利用倒叙法进行教学,学生对以前知识点进行很好的理解和复习,使课程之间融会贯通。

基金项目:基于电子设计竞赛的电子类专业创新型人才培养模式研究与实践(Wyjg2016B008)。

参考文献

[1] 龙佳乐,应自炉,张建民. “Matlab程序设计”课程的教学探讨[J]. 电气电子教学学报,2010(01):111-112.

[2] 魏为民,屈婉莹,赵琰. Matlab程序设计语言快速教学实践[J]. 计算机教育,2015(24):102-106.

[3] 徐庆宏,邢灿华,林健. 应用型本科MATLAB教学改革与实践[J]. 科教文汇(下旬刊),2015(02):79-80.

[4] 白育堃. Matlab程序设计教改实践[J]. 新校园旬刊, 2016(10):86-87.endprint

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