Matlab课程

Matlab课程（精选12篇）

Matlab课程 篇1

0 引言

MATLAB是美国1894年推出的数学应用软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,是当今世界上最为潮流和最为实用的优秀科技软件之一。无疑,MATLAB已成为每位当代大学生必须掌握的基本工具之一。为了全方位培养学生综合能力,我院对电气及其自动化、通信工程等相关专业开设了MATLAB课程。在新的形势下,MATLAB变得越来越重要,如何深化改革提高教学效率和质量成为了一个值得深入探索的问题。

1 MATLAB教学现状及存在的问题

通在传统的教学模式下,MATLAB的教学方式通常表现为“课堂灌输”,即教师注重在讲台上讲课,学生只注重于听课,而忽略了课后的练习。课堂上学生对于教师所讲可能都会感觉迷迷糊糊好像听得懂,但课后一旦自己动手操作编译出的程序可能就会出现编译通过不了的情况,由于一般情况下除了在课堂,学生很少见到老师,师生之间缺乏交流,就会出现“其为惑也,终不解矣”的现象。如此循环,几节课下来,学生便会产生消极情绪,进而影响了学生学习的积极性。实验课上,很多学生在一开始可能就不会在MATLAB软件编译环境下进行程序的编写,加之学生比较多,教师兼顾不过来,更有甚者部分学生羞于问问题,所以,无形之中很多同学出现了“上课听得懂,程序编不出”的现象。迫于实验要求,部分学生只得抄袭其他学生实验成果以蒙混过关,几节课下来便会形成风气。在如此严峻的形势下,加快MATLAB课程的教学改革步伐变得非常重要。

2 课堂教学的改良

课堂教学几乎是所有学科教学的核心环节,在MATLAB课程当中也是如此。针对传统教学模式下课堂教学存在的弊端,新形势下的MATLAB课堂教学环节应该更加注重针对性教学、相互交流式教学和实例式教学。

2.1 针对性教学

我院有通信工程、电子信息工程、电气及其自动化等专业,学院对于不同的专业的培养方向有着不同的侧重点。同样的,不同专业对MATLAB的学习侧重点也应该不一样。比如对于电气及其自动化专业来说,该课程是必修课是该专业学生毕业以后进入单位工作必须要用到的进行专业设计的必备工具。因此对于该专业应重点培养,在教学上的培养层次应该要高一些,可以侧重于复杂问题的讲解。又如对于通信工程专业学生来说,MATLAB课程是专业选修课,学习目的在于拓宽学生的知识面和开阔学生视野以及遇到生活中的相关问题,能够通过查阅资料和运用MATLAB软件来解决问题。所以,对于该专业的学生的培养层次相对低一点点,课堂教学应以实际问题的思考和讨论为主导。

2.2 交流式教学

课堂上搭建沟通桥梁建设交流平台非常重要。如果没有师生之间的交流,那么学生有不懂的问题得不到及时解决,则必然会造成问题的堆积,堆积的问题多了并且长时间得不到解决,那么学生就会产生消极的情绪,进而会影响到该课程的学习。与此同时,如果缺乏交流,那么教师就不能及时地了解到学生课堂生所学的知识的接受情况,知己知彼才能百战不殆,只有明确了哪些知识学生是否听懂了,教师才能更好地把握教学进度和提高教学效率。

一方面,在课堂教学中,对于某些难度适当的题,可鼓励学生来回答。这样既能及时了解学生学习效果,又能锻炼学生的口头表达能力,还能加深学生会该类型题目的学习印象。另一方面,教师可以在每节课下课前15分钟布置课堂练习,让每位学生自己动手来熟悉MATLAB的指令和程序,并且在下课前进行及时的检查和讲解,以巩固课堂所学知识。

2.3 实例式教学

通常,人们都喜欢做自己感兴趣的事情。如果在课堂上能够激发学生对MATLAB课程的学习兴趣,让学生都喜欢上该课程。显然,教学效果会有明显地提升。例如,在编译程序时可以先编写一些大家都非常熟悉的,比如正弦函数、余弦函数等,然后再由易而难逐步深化。如此一来就可以把晦涩难懂的机器指令与生活中的简单的实际问题练习起来,因而更能够加深学生对MATLAB指令及程序的理解与掌握。

3 辅助教学的革新

除前面的小节中提到的课堂教学之外,辅助教学同等重要。

一方面,班级可以建立专门用于该课程交流和学习的QQ群,通过建立相关QQ群,学生就可以把有疑问的问题通过该渠道发送至群空间,如此一来,大家都可以下载到自己电脑来检查程序的问题,进而解决这些问题。这样既可及时解决这类问题,又可增强同学之间、师生之间的交流与合作,从而营造一种良好的学习氛围。

另一方面,还可以充分利用当今发达的网络平台进行自主学习。教师可以布置一些作业和发布一些教学视频在网络平台,学生可以利用自己的课余时间进入相关网站找到题目、编写程序、提交程序和观看相关视频等等。目前很多网站上面都有较多较好的学习资源,例如网易课堂、慕课网、世界大学城、我要自学网等等。我校部分课程在《世界大学城》这一网站上发布了教学视频也布置了部分作业,学生能够登录进网站,并且能够在规定时间内签到和完成作业。在一定程度上,通过网络平台的学习能够有效地促进学生更加积极主动地去自学,能够更大程度上激发学生的学习热情和营造一个更加美好的学习气氛,还能更大限度地开拓学生的视野引导学生通过网络来解决生活和学习中遇到的实际问题,实践证明,该方式能够取得不错的效果。

4 考核方法的改良

在一定程度上,结合MATLAB课程重实际应用的特点,改变传统的考核方式具有重要的导向作用。可以增加MATLAB课程的上机操作分数占整个课程的比重,还可以把辅助教学环节QQ交流次数多的同学加3分左右,对于网络平台上认真观看教学视频并及时完成相关网络作业的同学可相应地加5分左右。因为加减分直接与成绩挂钩,故该方法能够引起学生的足够重视,能够带动学生去解决问题,能够引导学生自主去学习。

5结束语

为了进一步提高MATLAB课程的教学效果,本文结合了传统教学模式下的教学方法,针对课堂上和辅助教学两个方面进行了部分革新。实践证明,该革新有利于激发学生的学习兴趣,有利于营造一个更好的学习环境,有利于提高MATLAB的教学质量。

参考文献

[1]张昊慧.MATLAB课程教学改革的探索与实践视[J].淮安:中国教育技术装备,2012(33):130-131.

[2]孙文兵,杨立君,刘琼.Matlab在线性数学课程教学改革中的应用[J].邵阳:科技视界.

[3]王波,王军.MATLAB课程的教学改革思考[J].成都:中国电力教育,2012(28):55-56.

[4]陈茜,王锦荣.Matlab在电子类课程教学中的应用[J].贵阳:电气电子教学学报,2007,29:51-54.

[5]林峰.“Matlab与系统仿真”课程的教学改革[J].杭州:电气电子教学学报,2015,37(3):12-14.

[6]吴文江,高占凤,张建超,王翠艳.工程训练中心教学体系的构建与实践[J].石家庄:实验技术与管理,2010,27(11):127-129.

[7]毕萍,刘毓.“Matlab工程应用基础”课程新模式的教学改革[J].西安:实验室研究与探索,2012,31(12):145-147.

[8]谢玉鹏,姜晓林,徐杰,张启晶,吕中志.电信类MATLAB实验课程研讨式教学改革[J].哈尔滨:高师理科学刊,2015,35(2):85-87.

Matlab课程 篇2

课程设计题目：题目（如：Matlab运算与受控源电阻电路分析）

初始条件：

1.Matlab7.0以上版本软件；

2.课程设计辅导资料：“Matlab语言基础及使用入门”、“Matlab及在电子信息课程中的应用”、线性代

数及相关书籍等；

3.先修课程：高等数学、线性代数、电路、Matlab应用实践及信号处理类相关课程等。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.课程设计时间：1.5周，分散；

2.课程设计内容：根据指导老师给定的7套题目，按规定选择其中1套完成；

3.本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析，针对具体设

计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表等），并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括：

① 初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、进行简单操作；

② MATLAB的数值计算：创建矩阵、矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计；

③ 基本绘图函数：plot, plot3, mesh, surf等，要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形标注、简单

颜色设定等；

④ 使用文本编辑器编辑m文件，函数调用；

⑤ 能完成简单的电路Matlab编程分析；

⑥ 按要求参加课程设计实验演示和答辩等。

4.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：

① 目录；

② 与设计题目相关的理论分析、归纳和总结；

③ 与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析；

④ 程序设计框图、程序代码（含注释）、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结；

⑤ 课程设计的心得体会（至少500字）；

⑥ 参考文献（不少于5篇）；

⑦ 其它必要内容等。

时间安排：1.5周（分散进行）

指导老师：电信1104李景松祝立华

电信1105祝立华阙大顺

Matlab课程 篇3

【关键词】气象类专业 Matlab 气象资料应用

气象类专业包含大气科学、大气物理、大气探测、应用气象等各类与气象有关的专业学科。不同专业的培养要求不尽相同，但气象类专业的共通特点即是要处理和应用各类气象资料。处理和应用各类气象资料需要专业的读取和显示资料的能力，同时也需要通用的分析数据和数值计算的能力。我校根据学校的专业特色及学生技能需求，在纵观各种编程软件和绘图软件优缺点的基础上，于2011年开设了专门针对气象类专业学生的Matlab程序设计课程《Matlab在气象中的应用》。经过这几年的教学实践，在教学内容和教学方法上做出了一系列的探索和改进，有效提高了课程教学的质量，培养了学生分析和处理专业资料的能力。

一、气象类专业Matlab教学的意义

随着气象业务的不断发展，越来越多的观测手段使得气象数据格式变得更加繁多，如二进制、文本（txt）格式、表格（Excel）格式文件，以及hdf、Grib、Netcdf等通用数据格式文件。气象类专业学生不仅需要掌握各种专业理论基础知识，还需具备处理和应用各种气象资料的实践能力。而气象资料的应用包括将气象数据读取、分析以及更进一步的综合处理，这对使用者提出了较高的要求。Matlab软件包含丰富的工具箱与模块集，不仅有常规的读写文件的能力，还有与专业数据格式相应的数据库，从而使得读写和处理各种格式的气象数据变得简单。因此在气象类专业可以考虑使用具备强大数值计算和可视化能力的Matlab软件实现数据提取分析以及可视化输出。

二、气象类专业Matlab教学探索

结合气象类专业课程特点和学生实践技能需求，对气象类专业的Matlab程序设计课程的教学内容和教学方法进行了探索和拓展，并取得了良好的教学效果。以下列出了课程设计方面的一些主要内容，供理工类应用型课程的教学建设参考。

（一）教学目标的制定

为了更好地安排理论课和实践课教学内容，在内容设计前先制定教学目标。教学目标的制定主要依据如下三个原则：课程总体要求，学生实际以及社会需要。对于气象类专业学生，专业课中所涉及的气象资料主要包含地面观测、探空、雷达、和卫星资料，因此教学目标的制定须联系学生所学专业课的实际需要。另外，随着气象业务的发展和气象部门对毕业学生的社会需求，教学目标的制定也应与时俱进。基于以上三个原则，Matlab教学目标主要分为两大类：一类是掌握Matlab编程的基本理论和技巧，另一类是学会利用Matlab处理各类气象资料。具体每次课程的教学目标制定又融合于每次课程的教学内容中。如利用Matlab处理气象资料又分为读写不同格式的资料、资料的统计分析以及拟合插值等、气象图像的去噪增强等。

（二）教学内容的设计

Matlab在气象中的应用主要包含四大模块：气象数据处理，图形绘制，数据分析，图像处理。Matlab课程主要内容之一是这四大模块内容的应用和实现。另外，在内容的编排设计上还须考虑了Maltab语言自身的基本语法和特点的介绍。以下是教学内容设计的具体方案：（1）理论教学和实践教学的分配。Matlab是一门实践性很强的课程，而相应的理论知识又不能缺少，这样才能保证学生既能将学到的知识投入应用，又能具有一定的深度理解。时间分配上，理论教学和实践教学可并驾齐驱。内容分配上，理论和实践大致对应，但在实践教学的内容上，还会加强理论在专业资料处理应用上的实践。（2）基本原理和专业应用教学的分配。Matlab将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化等诸多功能集成在一个易使用的视窗环境中，因此其涵盖内容繁多。但对于气象类专业学生，其主要目标是各类气象资料的处理应用，因此在基本理论课程上主要涵盖三章内容即可：Matlab简介和语法、Matlab矩阵创建和处理、Matlab图形绘制。而专业应用则结合了气象专业的课程目标和特点，主要涵盖以下四章内容：Matlab读写常规格式数据文件、Matlab读写通用数据格式文件如Netcdf和hdf文件、利用Maltab进行数据分析、气象图像处理。其中前两章是关于气象资料的读写，后两章是关于气象资料的分析处理和应用。（3）专业实践和综合应用实践的分配。在实践教学中不仅要考虑基本理论和专业的实践，还要涉及专业实践和综合应用实践的分配。例如，一次实践课程安排为作图实验，即各种作图练习和应用的专业实践，而在文件处理的实践中既要实现气象数据的读取，也要以作图的形式将结果显示，还要对读出的数据进行统计和插值分析，即综合应用实践。

（三）教学方法的选择

根据学生专业的特点，依据教学目标和教学内容，对教学方法进行了探索。（1）理论教学方法的选择。理论教学过程中除了运用常规课堂的教学方法如讲授法、提问法外，还主要考虑了以下三点：理清逻辑关系、加强实例的演示、实例的选择，结合专业的特点。理清逻辑关系即要建立Matlab理论知识和气象类专业知识的联系，本课程内各章节之间的联系，每章内各知识点之间的联系。将这些联系作为经纬线，串接起来讲授内容，使学生可以纲举目张、举一反三，加深对知识点的理解。由于Matlab课程实践性很强，因此在Matlab理论教学中安排了大量的实例演示，通过现场展示，让学生对知识点有了更直观的了解，并对实践训练有了先验的感性认识。每次课程的每个知识点都有2个左右的实例，每次课堂教学都提供了将近20个实例，每个实例都可以直接拷贝到Matlab软件中运行，从而帮助学生加强理解和实践。除此以外，实例的选择还结合了专业的特点。例如，在pcolor作图函数的讲解和演示中利用了天气雷达数据，从而通过代码的编写和天气雷达图像的显示，使同学更好的了解了此函数的编写以及在专业知识中的应用。（2）实践教学方法的选择。实践教学方法主要考虑以下三个方面：实践教案的编写、实践习题的选择、实习报告的填写。每一次实践课程都有一个完善的实践教案，其中包括本次实验的目的、实验方案、实验习题、实验结语。实验方案将本次实验课程内容进行了简单的归纳和整理，通过举例对完成本次试验的方法和途径进行了展示，从而方便学生更好的完成本次实验内容。对于实践性较强的课程，学好的主要途径即是多动手。因此，在每一次实践课程中都安排大量的相应练习。实验习题的选择主要考虑了基本理论的练习和专业技能的练习。如Matlab文件处理这一章的实践教学中，其中两道习题是简单的常规的文本文件读写，其他习题则处理专业气象资料，如利用Matlab读取2012年6月NCEP资料中的气压数据，并画出等压面图像。每次实践课程后都要有一份完整的实验报告，包括实验习题的完成情况、本次实验的感想等。除此以外，教学过程中还加强了教学反馈。首先，在实验课上，根据学生实践的实际情况及时与其讨论和交流，同时也激励学生主动咨询和提问；其次，基于上交的实习报告，把完成情况向学生反馈，并通过电话、电子邮件等多种途径与学生进行讨论。endprint

三、 气象类专业Matlab课程教学效果

通过上述探索，气象类专业的Matlab课程《Matlab在气象上的应用》取得了良好的教学效果。在2012～2013第一学期的大气探测专业Matlab课程教学的学生评教中，Matlab课程的综合评价为“优”，其中评价内容包括教学态度、教学方法、教学管理、教学效果等。另外，在最近一次大气探测专业大四学生对编程语言的掌握程度的调研中，80%以上的学生对Matlab的掌握程度为“掌握”，其他如C语言等编程语言的主要掌握程度为“了解”或“不熟”。除了编程技巧的掌握，我们更关注Matlab在气象专业知识上的应用。通过调查发现，在2013年大气探测专业的本科毕业论文设计中，有60%以上的学生均是选择了把Matlab作为编程工具来实现自己的毕业设计。例如，09级大气探测的伍华丽同学利用Matlab模拟了多普勒天气雷达谱参数的提取以及性能分析，解帅同学利用Matlab进行TRMM卫星测雨雷达三维降水结构特征的个例分析。从以上可以看出，基于气象类专业的特点，开设专门的Matlab课程是非常有意义的，Matlab在气象数据模拟分析、气象资料处理和可视化显示中均得到了很好的应用。

【参考文献】

[1]Frederick K. Lutgens， Edward J. Tarbuck， Dennis G. Tasa. The atmosphere： An introduction to Meteorology[M]. Prentice Hall， 2010.

[2]周建兴. Matlab从入门到精通[M]. 人民邮电出版社， 2012.

[3]Ma Li， Jiang Zhihong， Li Hao， Wu Dan. The combination of Java with Matlab apply to meteorology[C]. International Forum on Information Technology and Applications， 2009（3）：392-395.

[4]杨雪梅. Matlab应用于信息与计算科学专业教学的实践与体会[J]. 教学研究， 2010， 33（5）： 49-52.

Matlab课程 篇4

方差分析的任务是先根据实际情况提出原假设H0与备择假设H1，然后寻找适当的检验统计量进行假设检验。

1.1 建立假设

试验因素A有S个水平A1,A2,...,As在每一个水平Aj(j=1,2...,s）下进行了n次独立试验，数据可以看成来自s个不同总体的样本值，将各个总体的均值依次记为μ1,μ2...，μs则按题意需检验假设：

H1：μ1=μ2,…,μs不全相等。

引入总平均μ：

引入水平Aj的效应δj

有n1δ1+n2δ2+…nsδs=0，δj表示水平Aj下的总体平均值与总平均的差异。

假设就等价于H0：δ1=δ2=…=δs=0

H1：δ1,δ2…,δs不全为零

因此，单因素方差分析的任务就是检验s个总体的均值μj是否相等，也就等价于检验各水平Aj的效应δj是否都等于零。

1.2 检验所需的统计量

假设各总体服从正态分布，且方差相同，即假定各个水平Aj(j=1,2...,s）下的样本来自正态总体N(μj,σ2)，μj与σ2未知，且不同水平Aj下的样本之间相互独立，则单因素方差分析所需的检验统计量可以从总平方和的分解导出来。下面先引入：

水平Aj下的样本平均值:

数据的总平均:

总平方和：

ST又称为总变差，反映了全部试验数据之间的差异。将其分解为:

其中：

可以证明SA与SE相互独立，且当H0：δ1=δ2=…=δs=0为真时，SA与SE分别服从自由度为s-1,n-s的χ2分布，即

于是，当H0：δ1=δ2=…=δs=0为真时

这就是单因素方差分析所需的服从F分布的检验统计量。

1.3 假设检验的拒绝域

通过上面的分析可得，在显著性水平α下，本检验问题的拒绝域为

2 实例分析

2.1 实验样本的获取

学校本学期4个学院共1290名学生“VF数据库应用基础”课程成绩保存在文件CJ.xls中，数据的保存格式如表1所示。

2.2 检验正态性和方差齐性

Matlab提供lillietest(x)函数检验正态性；用vartestn(x)函数检验方差齐性。

Matlab的cj.m程序文件如下：

执行结果：0.0656 0.1479 0.0966 0.1286

4个学院学生的考试成绩的正态性检验值P值大于0.05，考试成绩都服务正态分布。

执行vartestn（）函数，P=0.111>0.05成绩服从方差相同的正态分布。同时vartestn（）函数生成分组汇总表（图1）和箱线图（图2）。

2.3 方差分析

检查不同学院的学生考试成绩有无显著差别，原假设是没有区别的，对立假设是有显著区别。

p值为0，故拒绝原假设，认为不同学院的学生考试成绩有显著的差别。anova1（）函数返回的table是单因素一元方差分析表。表2所示。

2.4 多重比较

方差的结果表明不同学院的学生成绩有非常显著的差别，但这并不意味着任意两个学院学生的考试成绩都有显著的差别，使用多重比较，找出考试成绩存在显著差别的学院。在Matlab使用multcompare()函数来完成多重比较。

multcompare()函数生成交互窗口图，用于多重比较，如图3所示。返回矩阵C为6行5列表，也用于多重比较。如表3所示。

2.5 结果分析

从表3多重比较数据表来分析，若两组均值差的置信区间不包括0，则在显著水平0.05下，作比较的两个组的均值之间的差异是显著的，否则是不显著的。就可用图3交互式多重比较图形窗口进行分析，在图形窗口中，圆圈用来表示各组均值，线段则表示组均值差的置信区间，将两线段投影到X轴上，若它们的投影位置有所重叠，则说明两个组的组均值之间差异不显著，若它们的投影位置不重叠，则说明这两个组的组均值之间的差异是显著的。从以上分析看出，信息学院与外语学院考试成绩差异非常显著。

3 结语

Matlab软件为各种统计应用提供了良好的应用平台，方差分析作为一种成熟的统计分析方法被广泛地应用。通过定性、定量分析不同学院的学生考试成绩，找出了不同学院学生考试成绩的差异性，这为分析考试试题的知识结构、难易程度、学生掌握情况及老师知识传授情况提供了数据支撑，通过数据分析将为提高教学质量提供科学的教学方法和手段。

参考文献

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[2]李莹.学生的学习风格对学习成绩的单因素方差分析.课程教育研究,2014,(25).

[3]段智力,翟淑红.高中学生学习成绩的统计分析.白城师范学院学报,2013,(05).

[4]张晶,吴玮,范洪军.统计学在成绩分析中的应用.青岛远洋船员职业学院学报,2013,(03).

Matlab课程 篇5

关于在测绘工程专业中设置Matlab课程的探讨

当今的.科技发展对测绘教育提出了新的要求,为了适应需求,指出了测绘专业学生具备使用Matlab软件能力的重要意义.文中简要地讨论了Matlab的特点和功能,根据测绘工程专业教学内容给出了两个典型使用Matlab的实例.最后,结合了四年来的教学尝试得到的体会,提出在测绘工程专业教学中应开设有关Matlab语言课程这一结论.

作 者：王继刚 WANG Ji-gang 作者单位：淮海工学院测绘工程学院,江苏,连云港,22刊 名：北京测绘英文刊名：BEIJING SURVEYING AND MAPPING年，卷(期)：2009“”(2)分类号：P205关键词：测绘工程 Matlab 课程

Matlab课程 篇6

【摘 要】数字信号处理课程是电子信息类本科教学中非常重要的一门专业基础课，具有理论性强、涉及的数学概念和公式推导多等特点。针对数字信号处理教学中的现状，本文提出利用Matlab的强大数字信号处理工具箱和计算模拟功能进行计算机辅助课堂教学，将抽象的数字信号处理理论用易于理解的图形进行可视化演示，加强基础理论实验的比重，引导学生进行综合性课程设计。既丰富了教师的教学手段，又提高了学生积极性和解决问题的能力，从而有效地提高了教学质量。

【关键词】数字信号处理 MATLAB仿真

【中图分类号】T N 911 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）32-0033-01

引言

数字信号处理目前已成为大多数电子信息类相关本科专业的主干课程，涉及到微积分、随机过程、数值分析、傅里叶复变函数和Z变换等，需要高数、概率、复变函数、信号与系统等理論基础，在通信系统、雷达信号处理、人工智能、模式识别、图像语音处理等领域得到了广泛的应用。

学生在学习数字信号处理课程时，常常会面对枯燥乏味的数学概念，为了有利于学生系统地理解和掌握课程中的基本内容，充分锻炼实验的应用能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，本人对“数字信号处理”课程的教学大纲制定、教学方法的多样化、实践教学环节等进行了针对性的改革与探讨。

1.优化教学大纲

在制定教学大纲上，充分考虑数字信号处理课程实际需求、不同学生在数学理论基础和专业背景等方面存在差异，因而在教学内容的选择上，要加强基础理论、侧重课程应用性，有针对性地讲解基础理论知识、模拟和数字滤波器设计、不同变换等部分。

本人在教学过程中一直推崇简化和细致不同知识点，通过对某些知识点的深入细致的分析和研究，进而掌握分析该类知识的手段，举一反三，分析该类下的其他知识点，数字信号处理领域知识不断更新，只有掌握了经典分析方法，在面对新知识的时候能够从容不迫，迅速地学习和掌握新出现的知识。以数字滤波器模块结构为例，可分为 IIR和FIR数字滤波器。在IIR数字滤波器设计中就有脉冲响应不变法和双线性变换法，滤波器又分为低通、带通、高通、阻带四种，首先简单分析理解两种具体设计方法的特点和区别，四种不同形态滤波器之间的差别，进而细致地深入的讲解脉冲不变法设计低通滤波器。在掌握了低通方法上，进而经过简单的变换得到高通等其他形态滤波器。窗函数法和频率采样法是设计FIR滤波器基本方法，简单了解不同窗函数对滤波器性能的影响，以某一窗函数为例来设计FIR滤波器。

变换域的知识结构是该课程的另一模块，其中涉及了DTFT、DFS、ZT（IZT）、DFT等不同变换。其中每个变换都遵循严密的数学推理，在教学过程中除了详细讲解各个知识点之外，还要建立之间的联系，从数学公式上进行某一变换详细证明，使学生能够完全掌握该种变换，进而引导学生自主主动地去进行其他变换的证明和深入学习。

2.综合形象化的教学教学方法

数字信号处理课程中大量的抽象概念都涉及繁琐的数学公式，其推导过程也相当复杂。在一些基本原理、基本方法的推导和证明中，教师需要采用课程板书的形式，从公式所代表的具体意义去讲解公式，分析公式推导过程。对于难以理解的抽象概念，需要借助多媒体教学手段，可以节约大量的板书时间，可以化抽象为形象，化枯燥为生动，增加课堂信息量，使学生把重点放到加深对抽象概念的理解上。同时，PPT可以适当地粘贴一些框图，在讲解PPT中速度要放慢，必要时采用板书对多媒体的推导细节进行补充。多媒体教学手段与传统的板书教学相融合，不但可以发挥多媒体手段信息量大、形象、直观等优势，具有良好的教学效果。

另外针对数字信号处理课堂教学中实际存在的计算量大、单纯笔算繁琐、占用时间长的特点，仿真教学就显得尤为重要。MATLAB软件在数字信号处理方面具有强大的计算分析和仿真演示功能，用MATLAB软件进行辅助教学，将枯燥的数学理论用仿真手段进行演示和验证，可以促进学生的学习主动性，吸引学生对该课程的兴趣。教师在讲解完该节课的基本理论知识后，可以通过MATLAB编制相应的程序例题，仿真出相应的结果波形来验证和强化该知识点，当然在具体的MATLAB进行辅助教学中，教师进行课堂仿真举例的教学中，应侧重引导方法设计思路，例如在滤波器设计中，教师在给出脉冲不变法设计滤波器中，应该具体讲解滤波器的设计思路和步骤，并给出仿真结果，至于程序中如何根据需要进行滤波器设计，如果验证其特性，需要学生在实验中面对具体问题具体分析，通过调整不同实验参数，培养学生的学习主动性和面对问题的解决能力。 并且通过课后习题和课堂测验等方式，了解同学基础知识掌握情况，针对大家解题中难点，给予课堂板书详细讲解推导，力争每个同学都对抽象概念和公式意义有足够的理解，并能利用所学理论知识去解决实际问题。

3.加强基础实验教学

数字信号处理课程具有理论性强和应用性强等特点，教师要加强基础实验教学。实验教学平台可以选择MATLAB软件平台，用于演示数字信号处理的概念、性质和原理。例如时域采样与频域采样、离散傅立叶变换用FFT、Z变换、循环卷积、对信号作频谱分析、IIR数字滤波器设计及软件实现、FIR数字滤波器设计与软件实现等，通过加强基础实验教学比重，引导学生利用MATLAB语言实验教学内容，实现建模和可视化，实验教学的设计可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。通过在实验课堂上和学生的交流，引导学生在编程中发现问题，解决问题，让学生亲自去体会数字信号处理课程所带来的巨大乐趣和编程实现某功能后所带来的强烈的成就感。在基础实验课中，除了规定的必做的实验外，可以让学生根据自己的个人情况来增加实验内容，设置实验思考，鼓励学生通过编写MATLAB程序来验证和解答。

4.强化综合性课程设计

基础实验教学可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。在基础理论实验的基础上，为了充分调动学生主动学习的积极性，提高学生钻研科学的兴趣，综合性课程设计是非常有必要的。其可以充分发挥学生的主观能动性，更有利于培养他们独立思考、善于创造、综合运用知识的能力。通过引导学生通过MATLAB数字信号处理工具箱来设计某个完整的小型系统。例如一个简单的语音信号处理系统，其中用到了A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号滤波处理与识别，通过该设计课程学生可以掌握序列的离散化，滤波器电路的设计方法和验证方法，通过语音信号是否失真，可以培养学生发散性思维，采用不同的滤波设计方法来改善信号失真，从而使学生养成在面对问题时分析和解决的习惯，为进一步学习相关专业打好基础。

5.结论

随着数字信号处理教学内容和方法的不断更新和调整，笔者在教学方法和教学实践等方面，做了一些尝试和改革，取得了一些良好的效果。今后在不断的教学过程中，也将会继续进行教学改革研究，完善教学手段和方法，提高学生对本课程的学习积极性和主动性，力争将课程打造成深受学生喜欢的精品课程。

6.致谢

感谢南京工程学院校引进人才基金 YKJ201417 YKJ201419

参考文献：

[1]高西全、丁玉美， 数字信号处理（第三版）[M]，西安电子科技大学出版社， 2008.8.

[2]奥本海姆，数字信号处理（第二版）[M]， 西安交通大学出版社， 2001.9.

[3]程佩青， 数字信号处理教程（第三版）[M]， 清华大学出版社， 2008.5.

Matlab课程 篇7

为了使同学们利用软件进行建模活动, 在2007年开设了《Matlab程序设计》课程。现结合数学建模活动概述了《Matlab程序设计》的课程建设问题。首先介绍了Matlab语言的特点;然后依据现存问题介绍了《Matlab程序设计》的课程配合建模活动而进行的改革;最后并对于教学改革中积累的经验进行了总结, 肯定了软件学习对建模活动的积极作用。

1 Matlab语言的特点

Matlab能进行大量矩阵计算、各种数值处理、符号计算以及图形处理, 在数学分析、高等代数、空间解析、复变函数论、常微分方程中都有很大的应用价值。Matlab在数学计算和大量数据处理方面具备其它软件所不具备的优势, 操作简单、运算速度快, 尤其适用于数学建模的活动中。下面简述了Matlab课程的主要特点:

1.1 进行各种科学运算。

科学计算分为数值计算和符号计算。数值运算比较简洁。而符号运算严格按照代数、微积分等课程中的规则、公式进行运算, 并尽可能给出解析表达结果。在符号运算的领域, MATLAB和著名的符号计算语言Maple结合, 使MATLAB具有符号计算功能。MATLAB的数值计算功能非常强大, 提供了十分丰富的数值计算函数, 而且所采用的数值计算算法都是国际公认的、最先进的、可靠的算法。

1.2 简单易学, 语言简洁紧凑、使用方便灵活、库函数极其丰富。

MATLAB程序书写形式自由, 程序设计自由度大.例如, 在MATLAB里, 用户无需对矩阵预定义就可使用;丰富的库函数避开了繁杂的子程序编程任务, 压缩了不必要的编程工作。

1.3 强大的绘图功能。

MATLAB提供了2个层次的绘图操作:一种是对图形句柄进行的低层绘图操作, 另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。利用MATLAB的高层绘图操作可以轻而易举地绘制各种图形.利用MATLAB图形句柄操作, 可以随心所欲地对图形元素进行各种操作, 为用户在图形表现方面开拓了一个广阔的空间。

1.4 MATLAB的计算机仿真。

运用MATLAB进行计算机仿真, 就是利用Smulink来实现动态系统建模和仿真。它的优点是为用户省去了许多重复的代码编写工作, 以简单的图形界面查看数学以及经济学中一些系统的动态仿真效果。

1.5 具有丰富的MATLAB工具箱。

MATLAB包含两部分:核心部分和各种可选的工具箱。核心部分有数百个核心内部函数, 也是使用和构造工具箱的基础。工具箱分为两大类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、可视建模仿真功能及文字处理功能等.学科性工具箱应用于专门的领域, 用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。

1.6 源程序的开放性。

除内部函数以外, 所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件, 用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。

1.7 MATLAB运算效率较高。

与其他高级语言相比, MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境, 并以矩阵作为基本的数据结构, 可以大大节省编程时间。MATLAB语法规则简单、容易掌握、调试方便, 调试过程中可以设置断点, 存储中间结果, 从而很快查出程序中的错误。

《Matlab程序设计》课程的教学目标就是使各专业的学生了解和掌握用计算机来解决实际问题的基本理论和基本方法。低年级的大学生通过在数学建模活动中利用Matlab解决实际问题, 使学生能够学以致用, 既提高学习能力, 又锻炼了动手能力, 从而提高学生的科研能力。这些能力在以后的学习和工作中都是十分重要的。

2《Matlab程序设计》课程建设与数学建模的结合的改革

学以致用是激发学生们学习的最强动力。参加数学建模活动使得低年级大学生能够应用数学解决实际问题, 而学会Matlab软件编程已经成为同学们参加数学建模活动必须掌握的基本技能。在系统建模过程中, 对象的一般特点是复杂的、受多种因素影响的。在模型求解以及模型验证过程中, 经常需要利用Matlab软件处理大量数据以构建模型, 进行数据分析;然后进行假设, 排除干扰因素编写程序求解模型;最后还需要在软件环境中对于模型进行数据验证, 分析模型的误差, 利用图表或者图形的形式表征模型的精确程度。

为了使得同学们能够灵活地运用Matlab作为建立数学模型的工具, 加强《Matlab程序设计》的课程建设势在必行。《Matlab程序设计》课程的改革内容包括:

2.1 教学内容的改革。

除了以往的基本语法和程序结构、数组的基本运算之外, 带领同学共同深入学习概率统计工具箱、回归分析工具箱以及图形图像的处理部分。在讲解中多介绍一些应用数学进行研究的实例, 从而激发学生的学习兴趣, 引导学生更好地应用Matlab来解决自己专业领域的实际问题, 否则无法达到满意的教学效果。为了更好的配合建模竞赛活动, 课程的最后阶段还进行了编程的集训活动。重点对于近两年的数学建模竞赛中出现的最优化问题进行编程的实战演练。例如:公交换乘问题的乘车路线设计;长方体的最优切割问题等。

2.2 提升教师自身素质。

以往的程序设计教师在教学活动中重点落在程序设计的基本思路上, 这样的教授容易使得工具与建模活动脱节。程序设计课程教师必需要自学数学的基础理论以及建模的相关知识。同时, 数学建模的理论指导教师需要学习计算机知识, 重视软件程序实践环节。

2.3 加强上机实践教学。

《Matlab程序设计》是锻炼动手能力的学科, 上机活动对于学习程序设计来说是至关重要的一个环节。上机活动中, 教师需要引导学生学习编写程序的基本方法, 更重要的就是指导学生学习使用程序调试工具排除错误, 以及使用帮助更深入地自学相关内容。需要引导学生利用网络和书籍能够根据已知的基础知识进行扩展。这样学生的自学能力和自己解决问题的能力都会有很大提升。为了更好地配合建模活动, 在上机实践的后半学期课程中, 所选的题目都是解决实际中小型的数学模型问题。习题的后面安排了小的提示, 以培养同学们解决实际问题的能力。

2.4 引导学生发挥自身能动性。

真正体现教师为导, 学生为主体的教学原则。在教学中, 在课堂上以实例教学带动学生对学习活动的积极参与, 营造问题解决与协作学习的良好思维情境和氛围。教师引导学生明白所做工作的实践性, 所进行的工作应能够经受得住实践的检验。教师引导、带领学生将所学内容应用到数学的相关课程上去, 例如:线性代数、数学建模以及决策论等。学生能够学以致用, 大大激发了他们自主学习的热情。例如, 学生在做数学建模的课后习题时, 鼓励他们将自己的思想实现出来, 并在课堂上当堂演示。上台讲演的同学积极性很高, 自制了精美的演示文稿。台下的同学也被带动起来, 感受到了学习Matlab程序设计的乐趣。

经过上述改革, 学生利用Matlab工具解决数学问题的能力得到充分的提高, 同时自学能力也大大增强。学生在实践活动中不但增长了知识, 更能学习到对待科学应有的态度。教师也在集训活动中相互学习, 深入一步学习了数学理论, 提高了自身能力。

小结

综上所述, 利用Matlab作为工具能够更好的建立系统的数学模型, 搞好《Matlab程序设计》课程建设可以很好的配合数学建模竞赛活动, 培养学生解决问题的动手能力, 培养创新型人才和应用型人才。经过探索和实践, 学生的编程以及调试经验都得到了很大的提高。2007年获得大学生数学建模竞赛北京赛区二等奖;2008年获得大学生数学建模竞赛北京赛区一等奖和二等奖。

《Matlab程序设计》的教学改革也只是刚刚起步, 只有不断地探索、创新和交流, 积累更多的经验, 将之融入教学之中, 才能更好地培养大学生创新能力、实践能力, 从而有助于大学生综合素质能力的提高。

摘要：首先介绍了Matlab程序设计课程的教学特点, 然后结合数学建模活动, 介绍了《Matlab程序设计》课程建设进行的教学改革;最后对于教学改革中的经验进行了总结。

关键词：教学改革,数学建模,Matlab

参考文献

[1]胡良剑, 孙晓君, 叶海平等.MATLAB使用中一些需要注意的问题[J], 纺织高校基础科学学报, 2002, (4) :17-18.

[2]黄琼湘, 那斯尔江.吐尔逊.Matlab作图函数的总结与分析[J].高等理科教育, 2005 (6) :21-22.

Matlab课程 篇8

1 MATLAB软件简介

80年代, 美国的Mathworks公司发行了具有数值计算和符号计算功能的MATLAB大型数学件。MAT-LAB是在美国博士Cleve Moler编写的矩阵运算接口程序的基础上进行了不断的拓展, 至今已发展成为一个集数值计算、符号运算、图形处理、图像处理、动态仿真、信号处理、实时控制为一体的新一代科技应用软件。MATLAB从内涵来讲是一种可视化编程的高级语言, 它提供了交互式的编程环境, 可以分析数据、开发算法、创建模型及应用程序等, 其中MATLAB强大的数值计算功能, 主要体现在MATLAB内部数百个函数的核心程序模块库和几十个应用工具箱。

MATLAB应用工具箱可分为两大类。功能性工具箱可应用于各个学科, 其主要作用是图形图像处理、建模仿真、文字处理及扩充其符号运算及与硬件实时交互等功能;学科性工具箱是针对某一学科由该领域学科带头人设计的, 如通信系统、数字信号处理、科学计算、测量测试和计算机视角等, 使用者可直接采用专家编写的基础程序, 进行尖端问题的研究, 学科性工具箱在通信、工业自动化、计算物理各个领域以及许多教科研单位都有广泛的应用。

物理学前沿的研究中, 现代物理可以化分为理论物理学、计算物理学和实验物理学, 其中计算物理学是三个学科的交叉学科, 涉及到物理学、计算数学和计算机科学, 计算物理学对自然科学的研究产生了巨大的推动力, 促进了力学、光学、电磁学等一些基础学科的实验及教学发展, 而且对核物理、粒子物理、凝聚态物理、生物物理等学科的研究和发展起着重要的推动作用。随着计算机技术的发展, 数值计算方法在物理学研究中的应用, 物理学中非线性问题的研究迅速发展, 并首先在力学中取得突破, 目前非线性问题已成为理论物理研究的重要方向, 数值计算也成为理论物理研究中不可少的重要方法。MATLAB在基础物理学研究中, 可以通过MATLAB探究物理过程, 从中总结概括出物理规律;可以利用MATLAB解物理学方程或微积分方程。还可以采用MATLBA较完善的物理实验的演示、作图、模拟、仿真方面的功能, 将物理实验转化成交互+探讨的过程。如在电磁学实验中, 用软件模拟李萨如图形对照示波器观察, 利用MATLBA对静电场等位线、电力线的分布进行描绘等, 无论是在力热光电电磁学领域都有广泛的应用。

MTALAB是一种数据类型, 其语法规则比C语言甚至比BASIC语言还要简单, 编程方法与人的书写习惯、解题方式基本吻合, 就像是在稿纸上列公式求解运算一样;标准的输入输出语句不用指针、不需要编译简单易学, 函数库的调用简洁方便、运算高效、最大的优惠是使用者可自行扩展, 因此MTALAB为物理计算和实验数据的处理提供了一种新的解决问题的方法。在物理教学、实验和科研中适当引入计算机数据处理计算等研究方法, 正是MATLAB软件的强项。它可以直接在命令窗口中执行, 还可以通过编程来实现, 还可以直接使用动画和图形演示计算结果。因此, 对大专院校理工类大学生而言, 学会使用MATLAB软件是必须掌握的基本技能。

2 MATLAB在物理数值计算中的应用

数值运算中, 常涉及代数方程、常微分方程、非线性方程、偏常微分主程的数值解等问题。MATLAB软件不仅提供了对这些方程求解的功能。而且还可以计算的高阶导数和偏导数。如在大学物理学习过程中, 微分运算会经常遇到, Mtlab提供的函数命令diff () 不仅可求函数的一阶导数,

调用函数命令diff () 很容易计算出结果。

其语句如下

在大学物理课程中主要研究常微分方程的初值问题。

传统理念中的物理运算是在确定了已知及初始条件的基础上求时空点的某个物理量。我们用MATLAB软件可直接用直角坐标系建立微分方程, 只要几行程序, 就可求解;但常规解法中由于物理现象的复杂性, 我们无法了解该物理过程在时空中的变化, 因此, 对物理问题的研究难以展开;如果利用MATLAB软件的数值计算和作图功能, 演示其运动情况并可通过数值解的分析, 让学生不仅掌握经典物理学问题, 还能分析一些难以得到的解析解对应的物理现象, 还可以基于MATLAB的作图功能对物理过程进行模拟再现, 物理过程模拟为探究者提供了充分的物理信息。这里必须清楚, MATLAB的图形、图象处理仍然是通过计算机软件强大的计算能力实现的。MATLAB正是利用了它强大的作图功能, 才将大量的数据转换为直观的图像。其实际方法是以矩阵形式通过计算存储来实现物理过程模拟。

例2:在正前方1000m远处有一座小山丘, 山丘高50m, 其上建有一碉堡, 问如果要摧毁这个目标, 应在什么角度以最小的速度发射炮弹?这里我们用MATLAB编程来实现。

运行程序后得到V0=101.5000 n=77, 说明在程序中n=77对应题目中V0的最小值是101.5000m/s, 计算机还可画出角度与速度的图象。

另外大学物理中还有大量的非线性问题, 如力学问题中空气阻力与速度的关系, 形成的动力学方程是非线性, 但在实际求解过程中由于各种困难, 我们将阻力与速度看成正比这种不符合实际的情况, 通过建立线性的微分方程组求解各种问题。这种解题思路, 导致教师在教学过程中过分强调瞬时分析、避而不谈或忽视过程分析, 这种教学理念难以让学生认识理解整个物理过程的全貌, 问题就出在复杂的数学计算;换一种思路若针对其物理过程, 如果我们已建立了对应的非线性微分方程, 但是这类方程常规解法之一是采用小参量展开或通过变换变量等方法使之线性化, 只是这种转换没有一般方法可遵循;另外一种常用方法只针对弱非线性微方程, 一般可采取解析法处理问题作近似或定性的解析讨论, 虽然得到的是近似解, 但有利于进行理论研究。对非线性问题采用MATLAB软件数值计算方法简单明了, 它与解析推演同等重要, 目前这种方法已成为理论物理研究的重要方向。如质点在万有引力场中的一些问题, 我们采用极坐标建立的微分方程是非线性的, 利用u=1/r变换将运动方程转换成线性方程, 还是无法得到r=r (t) , θ=θ (t) 的解析式, 这个问题长期困扰着我们。但是如果利用MATLAB软件数值计算, 只要给出两个极坐标的运动微分方程及初始条件, 简短几行程序就得到某一时刻质点的位置、速度及图象。

3 Matlab软件的学习策略

综上所述, 由于计算机技术的成熟发展以及产生的易学易懂且具有强大运算功能和作图功能的Matlab应用软件, 它为我们在大学物理教学中引入计算数值方法提供了技术保证。在大学物理的教学改革中, 我们可以将Matlab应用软件与大学物理有关的许多课程相结合, 在师范类大专院校可结合普通物理课程让Matlab进入教材, 进入普通物理课教学计划, 一般计划用10学时讲授MATLAB基础知识, 学生就可以掌握以MATLAB软件为工具, 用数值计算的方法求解常微分方程初值问题, 达到了课程的基本要求。目标是能达到大学物理课程的要求, 即能利用MATLAB软件求解线性常微分方程会处理非线性问题等方法, 为今后进一步的科学研究打好基础。然后由学生根据个体需求自主学习, 让他们在探索解决问题的实践中进一步学习提高。

虽然这个软件简单易学, 但要学生真正掌握编程方法和基本功能最好是能编写适合所在院校学生学习的简易讲义或教程, 选择相关物理学实例资料供学生参考, 将传统解法与MATLAB处理问题的方法进行对比, 让学生感知其便捷。MATLAB软件的教学过程, 要重点介绍MATLAB软件的基本使用方法以及用这些方法可以完成什么样的任务, 将解决问题的基本策略和方法教给学生, 让学生在短时间内学会Matlab编程的基本方法, 并结合大学物理学习内容在教师的指导下有序进行计算机上机实践, 利用Matlab软件练习编程、调用程序处理一些物理问题, 在实践中强化学习。

这里要注意的一点是, MATLAB软件在大学物理中的应用, 一定是在掌握了物理学的基本概念、规律的情况下, 才能正确运用其数值计算或程序解决问题, 因此物理教学过程中不能轻视物理基本原理的教学。还有一点, 教学过程中可通过多媒体教学系统, 适当的用MATLAB软件实现一些物理现象, 让学生对知识点的学习有直观的认识, 可提高物理知识软件编程学习的效率.另外, 在教学中, 教师还要MATLAB软件的数值运算和模拟技术, 有目的对学生进行科学思想与科学思维方法的教育, 逐步提高学生的科学素养。

参考文献

[1]傅清祥、王晓东, 算法与数据结构[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[2]Matlab在大学物理教学中的应用[J].山东建筑大学学报, 2009, 24 (3) .

Matlab课程 篇9

关键词：MATLAB,高职,自动控制原理,课程教学

《自动控制原理》课程是基于当今高新技术的发展和高职高专教育的发展特点而设置的,它是机电一体化、电气自动化、机电及相关专业的专业基础课,同时它又是一门侧重于理论性、指导于实践的课程。该课程中相关概念抽象,涉及面广,有其特殊的框图表示方法,公式多、绘图量大且准确度要求高,加之运用到高等数学中微分方程、拉氏变换等相关知识,高职学生普遍感到有一定的难度。

201 1年年底教育部组织专家组对该院进行高等职业院校人才培养评估工作验收,在机电工程系的说课抽检环节中,作为专家组成员之一的西北大学的姚聪莉教授就曾指出该系该课程存在理论性过强,相关概念抽象,教学方法单一的问题。后续经过课程改革的进一步讨论,我们采用了基于MATLAB仿真软件的课堂教学,教学实践表明这是一种比较实用的教学方法。它把MATLAB作为一种基本工具与教学内容有机结合,利用MATLAB可以快捷地得到理想的结果和直观的曲线图,避免了繁杂的数学推导,加深了对抽象概念的理解,同时教学效果和效率均有明显提高。

MATLAB是美国Math Works公司于1984年推出的集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示等功能于一体的软件开发工具包,它包括大量诸如信号处理、图像处理、控制系统识别、神经网络等工具箱,使其成为目前国际学术界确认的准确、可靠的科学计算标准软件之一。它凭借其编程简单、数值及图像显示方便、用户界面友好、扩展容易等优点,在自动控制领域使用日益广泛[1]。

该文主要从高职高专教学活动中的两个主要知识点出发,体现MATLAB软件辅助教学的鲜明效果。最后对MATLAB在整个自控原理教学中的使用做一总结。

1 教学实例

1.1 利用MATLAB仿真程序建立系统传递函数的零、极点分布图

在MATLAB中,可以利用多种方法来绘制连续系统的零、极点图,如利用pzmap、tf2zp等函数解决[2]。其与常规的数学方法相比,简单直观,不需要较强的数学运算,且能完成具有较高阶数的特征多项式系统的绘图,并能求取零、极点的精确值。

例如,某系统的传递函数为,试求出零、极点及增益值,并绘出零、极点图。

其仿真程序如下[3];

则屏幕显示系统的零、极点及增益值如下:

则该系统的零、极点图如图1所示。

我们还可以把鼠标箭头停留在任一个零、极点上,此时软件会显示这个零极点在图中的相关信息,如图1中小方框所示。借助这些内容可以方便的完成后续内容中对“系统稳定性”的判定,如该例中系统是不稳定的。(线性系统稳定的充要条件:所有极点都分布在S平面的虚轴左侧。)

1.2 利用MATLAB仿真程序完成时域分析法中二阶系统的阶跃响应曲线分析

在控制系统的时域分析中,二阶系统是其重要组成部分之一,而其中二阶系统的阶跃响应则又与其重要的参数无阻尼振荡频率ωn和阻尼比ξ直接相关,不同阻尼比的二阶系统阶跃响应曲线反映了几种不同情况下的暂态响应。利用MATLAB仿真程序把不同阻尼比的响应曲线绘制在同一幅图上,通过互相比较,可以清楚的了解零阻尼、欠阻尼、临界阻尼及过阻尼四种情况的差异,并能利用系统的动态性能指标加以深度分析[4]。

例如:典型二阶系统闭环传递函数为,式中令ωn为一固定值,则系统的瞬态响应只与参变量ξ有关。下面用MATLAB仿真软件分析ξ取0变至1时(每隔0.1取一值)及等于3.0时的单位阶跃响应[5]。

其仿真程序如下:

则图2即为该程序运行后的响应曲线。

从上述共12条曲线可以看出,(1)最上方的曲线不平滑,但明显可看出带有持续的等幅振荡过程,随时间基本不衰减,是零阻尼情况(即ξ=0);(2)最下方的曲线是过阻尼情况(即ξ>1),而紧挨它上方的就是临界阻尼情况(即ξ=1),两者在动态性能指标上存在差异(如上升时间,调节时间等);(3)其余中间部分曲线便是二阶系统中最常见的欠阻尼情况(即0<ξ<1),从曲线上可以直观的看到欠阻尼的稳态值为1,而暂态值是一个随时间t增长而衰减的振荡过程。

除了以上两点教学应用实例,在自动控制原理的诸多部分,都能引入MATLAB辅助教学,如:系统结构图的等效变换,系统的稳态误差分析,利用SIMULINK建立系统模型及仿真,绘制奈奎斯特图(Nyquist)、伯德图(Bode)及根轨迹图等,尤其在绘图时,人工绘制步骤多、计算量大且结果不精确,参数不易调整,而MATLAB方便、快捷、直观的解决了这些问题,大大提高了教学的效率及效果。

2 结语

鉴于《自动控制原理》课程的理论性,抽象性和工程应用性,加之该课程需要的一定数学基础,而我们现在的高职学生普遍数学基础较差,学习吃力,进而导致对该课程研究对象不明确,缺乏兴趣[6]。经过近两学年对MATLAB辅助教学的强化,教学效率及效果有了进一步的提高。以12级高职机电班为例,引入仿真软件教学后,从实验报告的内容分析及心得体会方面,从后续相关知识点讲解的难易度方面,从课堂上教与学的互动程度及学生对问题的关注点方面,都能感觉到明显的变化。尤其是在时域分析中对典型输入信号的响应情况的建模与仿真、频域分析法中对伯德图的绘制、系统校正前后的比较等方面,效果十分明显。

因此,MATLAB仿真与自控课程的有机整合,一方面提高了教学效率,使得原来枯燥的课堂教学变得更加灵活,使得教学模式多样化,给高职相关理工类课程的改革提供了参照;另一方面更重要的是充分调动了学生的积极性和主动性,给学生打开了另一扇了解控制技术的窗口,对他们工程实践能力和创新能力的提高创造了有利条件。

参考文献

[1]张德喜.MATLAB语言程序设计教程[M].北京:中国铁道出版社,2006:1-2.

[2]焦斌.自动控制原理与应用[M].北京:高等教育出版社,2004:70-71.

[3]王划一.自动控制原理[M].北京:国防工业出版社,2006:141-142.

[4]张岳,白霞,孔晓红.自动控制原理(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2010:38-42.

[5]邹伯敏.自动控制理论(第3版)[M].北京:机械工业出版社,2007:96-97.

Matlab课程 篇10

关键词：独立学院,MATLAB,《控制系统工程》

一、引言

《控制系统工程 》 课程是南京航空航天大学金城学院 ( 以下简称我院) 机电工程系和车辆工程系一门重要的专业基础课, 大三开课, 要求学生掌握自动控制的基本原理, 具备对简单系统进行定性

分析、定量计算的能力, 是利用自动控制理论的基本原理解决机械工程中实际问题的一门学科。

《控制系统工程 》课程的特点是其内容不仅计算量大还涉及系统响应曲线、根轨迹、奈氏图和伯德图等大量的绘图。 该课程学时少, 内容多, 若用传统的教学方法, 一大部分时间被计算和绘图所占, 可能达不到预期的效果。 为了提高本课程的教学质量, 达到良好的教学效果, 进而提高学生的实际动手能力, 在该课程教学中引入MATLAB软件, 利用MATLAB的分析、 计算、绘图和仿真功能使课堂教学直观、形象。

二、MATLAB软件介绍

MATLAB是Math Works公司开发的科学与工程计算软件, 它将高性能的数值计算和可视化集成在一起, 从而被广泛地应用于科学计算、信号处理、控制系统等领域的分析、仿真和设计工作。 《控制系统工程》课程的内容包括系统的时域和频域分析、根轨迹分析等, 利用MATLAB的函数库, 通过M文件建立自己的控制模型和控制算法, 方便的绘制各类响应曲线、根轨迹、奈氏图、伯德图。

MATLAB课程在我院是系定选修课, 在设置教学计划时, 可把它作为大一大二的选修课开设, 使得学生熟练掌握MAT- LAB的基本技术, 包括基本数学计算、 矩阵处理、 符号运算和绘图等。

三、控制系统工程与MATLAB的结合

我院是独立学院, 在“本三”批次招生, 学生的文化基础相对较差, 依赖性强, 自学能力较弱。 因此, 激发学生的学习兴趣, 活跃课堂气氛, 提高学生的参与度, 这在一定程度上会影响该课程的教学效果。 结合MATLAB讲解控制系统工程中的分析方法, 在可视化环境下通过屏幕直接在课堂中给学生展示复杂难懂的控制理论、信号波形和各种曲线的绘制, 不仅发挥辅助教学功能, 而且增强学生的感性认识, 加深学生对理论知识的理解, 可增强课堂教学效果。

1.时域分析法与MATLAB

时域分析法是在时间域内研究控制系统性能的方法, 主要包括稳定性分析、动态性能指标计算和稳态误差求解等。

系统稳定性分析:系统稳定的充要条件为闭环系统的所有特征根具有负实部, 也即在s平面的左半平面, 对于高阶系统很难人为的对特征方程进行因式分解, 可利用MATLAB的相关函数直接求解, 简单方便。

例:系统的闭环传递函数为:

可见系统的特征根都具有负实部, 都在s平面的左半平面, 故系统稳定。

动态性能指标是描述稳定的系统在单位阶跃信号作用下, 动态过程随时间变化的指标, 主要包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。传统的教学方法去推导计算性能指标不仅花费时间多, 而且教学效果差。可根据定义对一阶二阶系统的性能指标公式进行推导, 让学生有基本的认识, 对于高阶系统, 可直接引入MATLAB, 利用step函数直接画出单位阶跃响应曲线并标出相关性能指标进行讲解。

2.根轨迹分析法与MATLAB

根轨迹分析法是一种适合于高阶系统的图解分析方法, 研究s平面上根的位置随参数变化的规律及其与系统性能的关系。传统教学方法, 是根据根轨迹绘制的七大法则手动绘制概略的根轨迹图, 在此基础上分析系统的相关性能。若引入MATLAB, 可用rlocus函数方便的画出根轨迹图。

例:系统的开环传递为:

3.频域分析法与MATLAB

频域分析法主要根据系统开环传递函数的频率特性曲线, 判断闭环系统的稳定性和稳定裕量。在MATLAB环境下, 应用nyquist和margin函数可以很容易的绘制系统的幅相频率特性曲线和对数频率特性曲线, 并在图上标出幅值裕量和相位裕量。应用MATLAB编程实现对控制系统的分析, 可以节省较多的绘图时间, 提高课堂教学效率。

例:系统的开环传递函数为:

四、综合实例应用

基于MATLAB/GUI设计一个交互式界面, 把控制系统工程中的三种分析方法集合到一起, 操作简单, 直观形象。 在设计过程中, 学生不仅可以把所学的自控理论加以巩固, 还可以在软件操作、界面设计、函数文件编写等方面有所提高。

五、结语

将MATLAB融入控制系统工程课程教学, 一方面既丰富了教学内容、增强了教学效果, 又让学生直观地理解和领会了控制理论的抽象内容, 提高了学生的学习积极性。 另一方面应用MATLAB对控制系统进行分析和设计, 提高了学生的编程能力, 增强了学生的实际动手能力, 可谓一举多得。

参考文献

[1]郑阿奇.《MATLAB实用教程》第2版[M].北京:电子工业出版社, 2007, 8.

[2]黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京:高等教育出版社, 2009.

[3]王蕊.MATLAB在《机械控制工程基础》教学中的应用[J].机电产品开发与创新, 2011, 7:179-180.

Matlab课程 篇11

关键词：自动控制 系统仿真 MATLAB 实验实践 教学质量

一、引言

《自动控制原理》是高等学校信息类专业的一门主干课程，同时它也是一门理论性与实践性结合很强的专业课程。但由于课程内容抽象，计算性强，作图方法多，学生往往不易理解和掌握，甚至产生厌学情绪。为了在教学中充分调动学生的积极性，提高该课程教学质量，取得更好的教学效果，本文将控制系统仿真软件MATLAB与《自动控制原理》课程有机结合，把MATLAB/Simulink引入到传统教学方法中，实现《自动控制原理》课堂教学的图形化和交互化，这样不仅可以简化课堂授课的解题过程，也可以充分利用计算机强大的表现能力，把抽象的问题具体化，便于加深学生对抽象理论知识的理解和接受，有利于学生深入掌握该课程的实质。

另一方面，实验环节也是《自动控制原理》课程不可缺少的一部分。传统的《自动控制原理》实验一般仅采用自控实验箱，在实验箱面板上完成相应典型环节的连接，再通过示波器观察系统的响应曲线。这种单纯依赖自控实验箱的实验方式虽然可以在一定程度上锻炼学生的动手能力，但观察效果差，操作复杂，学生只能被动接受实验，实验设备高度集成化，可扩展和创新性差，不利于学生学习主动性和积极性的培养。因此，结合MATLAB仿真软件，克服传统《自动控制原理》模拟实验的局限性，扩展开发自控实验箱的可视化功能，利用MATLAB仿真技术促进《自动控制原理》实验教学改革也是本文研究目标之一。

二、利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程教学主要研究内容

（1） 将课堂教学与MATLAB仿真工具相结合，利用MATLAB形象、生动的演示功能来推进演示性课堂教学的实施，使学生在文字描述的基础上结合MATLAB仿真的精确图形，更直观、更准确地理解自动控制原理课程理论中的基本概念。

（2） 利用MATLAB仿真软件改进《自动控制原理》课程实验内容，指导学生以MATLAB软件为仿真工具，用计算机解决《自动控制原理》课程中的相关知识点问题。实验过程中通过MATLAB语言编制交互性能良好的程序，加深学生对抽象理论知识的理解，增强学生分析问题、解决问题的能力。

（3） 借助MATLAB仿真软件完成创新性实验，让学生直观地进入实验的本质阶段，体味自动控制仿真的乐趣和创造性，起到激发学生科学创造性的作用。

三、利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程教学研究的关键技术点

（1） 应用MATLAB进行模型处理；

（2） 利用MATLAB绘制线性控制系统的时域响应曲线，并结合MATLAB仿真结果分析系统时域特性；

（3） 利用MATLAB绘制线性控制系统的根轨迹图，并根据根轨迹图判断系统的稳定性；

（4） 利用MATLAB绘制线性控制系统的频域响应图（含Bode图及Nyquist曲线），并根据仿真结果研究、分析控制系统的频域特性；

（5） 应用MATLAB进行离散控制系统分析；

（6） 利用MATLAB软件的Simulink仿真工具箱，搭建一级直线倒立摆自动控制系统，并通过仿真实验分析研究系统特性。

四、利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程解决问题举例

时域分析是线性控制系统中最基本的问题，其思路是分析在典型输入信号作用下，系统在时间域的响应（包括暂态响应和稳态响应）。传统解法就是在已知系统模型结构的基础上，求出在典型输入信号下系统输出的拉氏变换，再通过求解拉氏逆变换得出解析表达式，进而通过绘制响应曲线求得对应的暂态指标和稳态指标。显然，在运用解析法进行分析时，需要很多复杂的数学推导，并且往往伴随有大量的计算。如果将大量的时间用在计算和推导过程上，教学过程显得主次不清，而且有时候繁琐的运算会使学生感到枯燥，容易分神，甚至把太多注意力集中到运算上，从而忽略了对方法本身的理解。考虑到MATLAB强大的计算能力和绘图能力，可以直接用来辅助课堂教学，改善教学效果。

在线性控制系统的时域分析法中，MATLAB软件不仅提供了阶跃响应函数step、脉冲响应函数impulse等命令，而且还能够迅速地求出系统时域指标。例如：在对高阶系统进行性能分析时，通常采用的方法是主导极点法，即只考虑离虚轴最近而且附近又

没有零点的主导极点的影响，其他的零、极点都忽略不计。授课过程中，通常采用的做法是通过比较该高阶系统的单位阶跃响应曲线和只考虑其主导极点的低阶系统的单位阶跃响应曲线，去分析两个系统的各性能指标的差异。为了能够节省有限的课堂时间，这个时候就可以利用MATLAB软件来快速地绘制出相应的阶跃响应曲线，可以极大地节省课堂时间。

例如，欲求闭环传递函数为G（s）=10s2+2s+10的系统的阶跃响应曲线和指标。系统的阶跃响应曲线可以用MATLAB软件仿真出来（如图1所示）。由图1可以很容易地看出，这个系统的调节时间分别为3.21s和4.11s，峰值时间为1.05 s，最大峰值1.35，

超调量为35%。因此可见，利用MATLAB来辅助线性系统时域分析是可行的。

图1 MATLAB下线性系统的阶跃响应五、本文创新之处

（1） 授课过程中将MATLAB仿真与传统《自动控制原理》多媒体课件有机结合，

制作引入MATLAB仿真的新《自动控制原理》多媒体课件，简化解题过程，运用MATLAB强大的计算能力和绘图能力，直接辅助课堂教学，改善教学效果。

（2）上机实验环节，锻炼学生在教师指导下以MATLAB为工具，处理《自动控制

原理》课程中的时域分析、根轨迹分析和频域分析等重要问题，加深学生对抽象理论的理解。

（3）开发基于MATLAB仿真平台的直线一级倒立摆教学实验，在倒立擺实验箱基

础上以MATLAB为工具开展实验内容，有利于培养学生创新能力和解决实际问题能力。

六、总结

本文利用MATLAB仿真改进《自动控制原理》课程教学，解决了《自动控制原理》课程教学方法转换的迫切需求，且通过实践表明，教学效果令人满意，极大提高了课堂效率、增强了学生的动手能力，激发了学生的学习兴趣。

参考文献：

[1]刘军. 高职高专《自动控制原理》课程教学的研究. 现代企业教育，2007，（22）.

[2]陈旭，余国林. 自动控制原理探索与研究. 电气电子教学学报刊，2009， 10.

[3]刘文慧，袁金燕. 浅析《自动控制原理》课程教学改革. 职业时空，2011，07（11）.

该项目为沈阳化工大学教学研究基金项目，项目编号2012C36.

Matlab课程 篇12

通信原理是高等院校通信工程、电子信息工程等专业重要的专业基础课程之一, 也是许多高校通信电子类专业的研究生入学考试科目之一。课程原理性、工程性性及实践性强, 涉及的知识面宽, 承接信号与系统、概率论与数理统计、信息论等课程, 又为后续课程《移动通信原理》、《现代交换》等专业课程奠定基础。但由于课程概念和原理很抽象, 理论性也较强, 对数学基础及其应用能力要求较高, 学生普遍觉得该课程内容空泛, 难于理解和掌握。将仿真软件运用到通信原理教学中, 可简化计算过程, 把计算结果以图的形式形象地显示出来, 同时仿真软件可以仿真许多通信系统, 通过改变某些参数来观察通信系统的性能, 加深学生对知识的理解, 从而可以获得比较好的教学效果。

1 Matlab简介

Matlab是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境, 它用于科学和工程的计算与可视化。Matlab具有强大的Simulink动态仿真环境, 可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口, 它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比, 更直观、方便和灵活。用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包 (Communication Toolbox, 通信工具箱) 是Matlab语言中的一个科学性工具包, 提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能。

下面对通信原理课程模拟调制中的双边带抑制载波调制解调系统和数字调制中的二进制频移键控 (2FSK) 进行计算机仿真演示。

2 Matlab仿真在通信原理教学中的应用实例

2.1 双边带抑制载波 (DSB) 调制解调系统

如图1所示建立仿真模型, 仿真步进设置为0.001s, 采用固定步长算法。其中Signal Generator产生的基带信号为正弦波, 幅度为1V, 频率为2Hz, 在DSBSC AM Modulator模块中将载波频率为100Hz, 初始相位设置为π/2。传输信道为高斯白噪声信道, 在AWGN Channel模块中, 将信噪比SNR设置为10d B, 输入功率为0.25W, 解调模块的载波频率也设置为100 Hz。为了观察解调锁相环的锁定过程, 可设置解调器VCO的初始相位与调制载波初始相位不同, 设置为π/100, 采样时间设置为0.001s, 等于仿真步进。

仿真模型执行后, 在示波器中显示的是基带波形、解调输出波形以及调制输出波形, 如图2所示。对比基带信号和解调信号, 可知在开始1s内不能正确解调, 这是因为解调模块中锁相环还没有锁定载波, 如果将解调模块中的初始相位设置为与调制模块中的初始相位相同, 则解调模块从仿真开始时刻就能够正确解调。图3和图4分别为基带信号和调制信号的频谱图, 可以看出基带信号的频谱集中在f=2Hz处, 无直流成分, DSB调制后, 基带信号频谱朝f=100Hz处进行了搬移, 与理论结果一致。

2.2 二进制频移键控 (2FSK)

二进制频移键控 (2FSK) 是将基带信号用两种不同频率的载波进行调制, 而保持振幅不变。为了让学生能更直观更容易的理解2FSK的原理及其信号特点, 在讲解其理论知识的同时, 利用Matlab编程实现了2FSK的仿真, 仿真结果见图5。

基带信号为1001011010, 码元速率为200Baud, 两路载波频率分别为300Hz和1000Hz, 通过仿真, 可以很清楚地看到, 2FSK是通过载波频率的变化来传递信息的, 载波稀疏 (频率小) , 对应数字信息中的0, 载波稠密 (频率大) , 对应数字信息中的1, 这样学生理解起来会更清楚、直观。

将上述过程在课堂上再现, 并依据仿真结果加以解释, 学生感觉这种教学方式直观、生动、便于理解, 同时也激发了学生的学习积极性。

3 总结

Matlab是适合多学科、多种工作平台的功能强大、界面友好且开放性很强的大型应用软件, 同时也是国内外高等院校通信原理、数值分析、数字信号处理等课程的基本教学和实验仿真工具。Matlab的通信工具箱是一个运算函数和仿真模块的集合体, 可以用来进行通信领域的研发、系统设计和仿真分析。将Matlab引入通信原理的课堂演示教学和实验教学, 可以加强学生对通信理论的理解, 提高学生的自学能力、拓宽学生研究分析的视野;同时, 能使学生熟悉Matlab软件和仿真方法, 增强学生的动手能力和计算机应用能力。S

参考文献

[1]樊昌信, 曹丽娜.通信原理[M].6版.北京:国防工业出版社, 2006.

[2]陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真[M].北京:国防工业出版社, 2003.

[3]胡荣林.Mat lab在通信类课程教学改革中的应用研究[J].中国科技信息, 2008 (24) :207-209.