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电子信息类专业MATLAB辅助教学

□ 李鸿燕

张雪英

贾海蓉

【摘

要】电子信息类专业是一门应用性很强的专业,是现代电子科学发展的基础.将MATLAB广泛应用于电子信息类专业主干课程教学实践中,可以使学生更系统地掌握专业的基本理论和设计思想、方法,培养学生的科研能力.本文从MATLAB辅助教学法应用研究、MATLAB辅助教学课程体系模块建设和MATLAB辅助教学网络教学系统资源建设的开发等三个方面展开研究,为电子信息类专业的相关课程MATLAB辅助教学改革提供新的思路.

【关键词】教学改革；MATLAB辅助教学；电子信息类专业

【基金项目】本文系山西省高等学校教学改革创新项目“‘数字信号处理’课程群教学改革研究”（编号：J2017021）和山西省高等学校教学改革创新项目“面向应用型人才培养的信号处理类课程群建设与教学实践改革”（编号：J2015015）的研究成果.

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）17-0017-02

电子信息类专业是应用性很强的专业,学科涉及内容广泛,既要求学生掌握专业的基础理论,又要掌握专业研究问题的方法,具备较强的动手实践能力.在目前有限的课堂教学和实验学时内,运用一定的仿真软件和计算机技术,使学生更系统地掌握专业的基本理论和设计思想、方法,培养学生的科研能力,是专业教学中值得研究和探讨的课题.

MATLAB是近年来广泛流行的一种可视化的科学计算软件,它以图形化的方式将抽象的物理现象具体化、可视化,使学生对物理现象产生的原因、具体现象及其解决办法有了更深入的理解.将MATLAB引入电子信息类专业主干课程的辅助教学中,可以帮助学生巩固对所学知识的理解,提高学生的学习兴趣,激发学生的科技创新热情,为培养科技创新型人才打下基础.本文将就这些实际问题,从MATLAB辅助教学法应用研究、MATLAB辅助教学课程体系模块建设和MATLAB辅助教学网络教学系统资源建设的开发等三个方面展开研究,为电子信息类专业的相关课程教学改革提供新的思路.

一、MATLAB辅助教学法应用研究

1. MATLAB辅助教学能提高教学质量,对学生专业课程的学习和理解产生积极作用

教师在讲授专业理论知识的同时借助MATLAB,实现可视化教学,能提高学生对基础理论学习的兴趣.在专业课程的学习过程中,学生可以使用MATLAB语言来解决遇到的专业问题.教师引导学生将实践教学由单纯的验证问题向综合设计问题转化,由模仿操作向自主设计转化.在解决问题的过程中,学生的理论知识水平和实践能力都得到很大的提高,学习兴趣也被极大地激发.

2. MATLAB辅助教学能提高学生毕业设计的质量和效率

对于侧重于理论方面的毕业设计来说,学生可以在理解算法的基础上进行改进,充分激发学生在毕业设计中的创造性.对于侧重于实践方面的毕业设计来说,实践之前可以使用MATLAB中的现有工具箱进行仿真,验证设计的正确性和合理性,进而为实践扫平障碍,提高毕业设计的效率.

3. MATLAB辅助教学能提高学生在各种竞赛中的竞争力

在现有的各类仿真大赛中,如数学建模大赛和计算机仿真大赛等,MATLAB语言也已经逐渐成为大家首选的计算机语言,在熟练掌握这种语言的基础上参加这些竞赛,可以借助所学的MATLAB语言知识进行相关设计计算,提高学生的竞争力.

二、MATLAB辅助教学课程体系模块建设

1. 信号类课程体系模块

信号类课程包括“信号与系统”“数字信号处理”“语音信号处理”和“图像处理”等课程.“信号与系统”和“数字信号处理”这两门课程涉及的概念和理论知识比较抽象,学生不易掌握和理解其重要的分析方法,难以利用相关知识解决相应的专业问题.在信号分析和处理方面,MATLAB软件提供了数据采集工具箱、信号处理工具箱以及时频工具箱等相关命令和函数.学生不仅可以使用M文件灵活方便地编写应用程序,也可以通过Simulink软件包对动态系统进行建模、仿真以及分析.在教学过程中,以信号谱分析和数字滤波器设计作为核心内容,MATLAB可提供便捷的分析方法和形象的波形演示,使学生直观地领会和理解整个测试过程的分析方法和处理结果.

“语音信号处理”和“图像处理”是掌握语音和视频技术的基础理论,MATLAB可以很方便地完成语音信号的采集、存储,并进行时频域分析、线性预测分析等.在图像处理方面,MATLAB具有丰富的图像处理工具箱,可以通过MATLAB应用于图像处理教学,通过MATLAB丰富的可视化功能,提高学生学习的兴趣,加深学生对基础理论和算法的理解,并学会用MATLAB处理实际的语音和视频信号的技术,培养解决实际问题的能力.

2. 电路类课程体系模块

电路类课程包括“电路分析基础”“模拟电子线路”和“数字电子电路”等课程.“电路分析基础”作为电子信息类专业的主干技术基础课,与工程技术与科学研究密不可分.MATLAB内部丰富的函数、高效简洁的语句,能充分满足电路分析、计算的需要.借助于MATLAB仿真软件可以使电路分析过程更准确和直观,动态地演示复杂电路各参量的变化过程,从而加深对电路的理解和认识.

“模拟电子技术”是电子信息类专业一门重要的专业基础课,课程内容多、难度大,学生不易接受.MATLAB的SIMULINK仿真工具提供了用于模拟电子技术分析和计算的模块库,可以很方便地进行直流电路求解、暂态电路仿真、整流电路仿真.通过对模拟电子电路进行系统形象地设计、求解与测验,将传统授课方式和计算机技术有机地结合起来,使学生更好地理解概念、掌握原理,激发学生学习“模拟电子技术”课程的兴趣,提高学生对知识的理解水平.

“数字电子电路”教学中,MATLAB的动态仿真建模工具SIMULINK提供了逻辑运算和各种触发器模块,可以方便地进行数字电路的设计与仿真.通过可视化教学,学生可以形象而直观地学习课程的基础理论及其应用,并能在课程的学习过程中掌握计算机辅助分析问题和解决问题的方法,理解一些较为抽象的理论或发现设计应用的解决方法.

3. 电磁场与电磁波课程体系模块

“电磁场与电磁波”课程由于概念抽象,是学生反映较为难学的课程.MATLAB提供了丰富的应用于场论的工具箱和函数,可以很方便地给出直观形象的两维或三维的仿真图形.例如,对梯度、散度和旋度的定义及物理意义的理解和掌握,一直是教学重点和难点,通过MATLAB可以对梯度、散度和旋度进行计算和仿真,通过形象化的场图等辅助手段帮助学生理解和掌握电磁场的规律,通过MATLAB的图形功能,绘制矢量线（电力线、磁力线）、等值线（等位线、等A线）、箭头图等,利用MATLAB可视化功能进行场图绘制、三维图形交互,运用符号运算功能进行数学公式推导,根据数值计算功能进行习题求解等.帮助学生更好地理解场,通过场图描述场的分布规律,使场形象化.

三、MATLAB辅助教学网络教学系统资源建设

1. MATLAB辅助教学课程教学资源建设

建设电子信息类主干课程的MATLAB辅助教学素材库,可以提供相关课程与教学内容相关的、丰富的、形式多样的、遵循通用标准的数字化学习资源.如媒体素材、教案、电子课件、试题、试卷、常见问题解答、资源目录索引、案例分析、网络链接、MATLA的图形化仿真结果等,利用高质、丰富的教学资源来培养学生的创新能力.

2. 网络教学课程互动环节建设

网络教学使师生之间在教学中以一种交互的方式呈现信息,学生可以和教师通过网络交流,在学习进程中及时了解自己的进步与不足,并按照要求调整个人的学习计划.在网络教学中,可以以博客、微信、为载体,构建新型学习环境,促进课程互动资源建设.在互动环节里,教师和学生可以展示自己的成果,进行学习交流,以此来带动学术互动,倡导良好的、开放的、具有分享心态的学术研究交流氛围.

3. 网络教学资源共享

网络教学资源的建设应立足于本身的资源与特色,而对一些通用的网络教学资源,可以采用共享、购置等方法建设,不需再花费人力、财力建设,如教育部委托高教出版社制作的国家精品课程网、其他高校的网络教学资源、校校合作的网络课程等.网络教学资源的建设要遵循统一的标准,实现教学资源充分共享.

电子信息类专业MATLAB辅助教学改革与实践是一个长期、系统的工作.本文针对电子信息类专业人才培养体系中MATLAB辅助教学现状,从MATLAB辅助教学法应用研究、MATLAB辅助教学课程体系模块建设和MATLAB辅助教学网络教学系统资源建设的开发等方面展开研究,以建立一套具有鲜明特色的MATLAB辅助教学方法,并将该教学方法应用于教学实践中.要重视学生的研究开发与设计能力、实践能力的培养,以适应教育现代化的需要,培养具有扎实的基础理论与专业知识,具备实际操作技能的高素质专业人才.

参考文献：

[1] 邹国锋,等.电信专业递进式Matlab课程教学模式探索[J].电气电子教学学报,2016,38(5):84-87.

[2] 闻绍飞,刘纪红,孙宇舸.MATLAB在数字信号处理实验教学中的研究[J].实验室科学,2016,19(5):74-76.

[3] 杨毅明,徐国辉,陈佳会.“数字信号处理”课程教学方式改革[J].电气电子教学学报,2014,36(3):41-43.

（编辑：秦俊嫄）

辅助教学论文范文结:

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