[MATLAB/SIMULINK在“电工学”课程辅助教学中的应用]电工学秦曾煌第七版pdf

　　摘要：介绍了MATLAB/SIMULINK仿真软件在“电工学”理论课程和实验课程辅助教学的应用。与传统的板书加多媒体课件相结合的讲授方法比较，应用仿真辅助教学方法可以极大的激发学生的学习兴趣，增强教与学的互动性，避免了学时少内容多及实验设备不充足的问题，达到了提高教学效果的目的。
　　关键词：仿真；MATLAB/SIMULINK；电工学
　　作者简介：朱延枫（1977-），女，辽宁北镇人，辽宁工业大学电气工程学院，副教授；耿大勇（1971-），男，辽宁锦州人，辽宁工业大学电气工程学院，副教授。（辽宁?锦州?121001）
　　中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）24-0065-02电工学是一门非电类专业的技术基础课程，主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打下电工技术的理论基础，并使他们受到必要的基本技能的训练。[1]该课程内容几乎涉及到电工电子学科的各个领域，虽然其内容要求不深，但知识面广，信息量大，在有限的学时内用传统的授课方法去讲授，教学效果很不理想。
　　为了提高教学质量，辽宁工业大学（我校）“电工学”课程全部采用板书加多媒体课件（Powerpoint）的方式进行授课。这从某种程度上改善了教学中的课程内容多，学时少的问题。但是我们发现即使采用了多媒体课件这种授课方式，大多数也只是书中知识点的直接传授，互动性比较少，而且很多学生有时还跟不上讲课的速度。久而久之使学生觉得学习沉闷，枯燥，从而影响了教学质量。如果我们借助先进的仿真（虚拟）技术模拟一些教学及实验内容给同学呈现一个虚拟的电路环境和电路过程，就可以增加学生的感性认识，帮助学生理解枯燥的理论内容，而且还可以在很大程度上解决某些因设备不足或危险性较大难以实现的或要求学生自行设计的实验内容。
　　目前，用于电路仿真的EDA软件主要有PSPICE、Multisim、System-view、EWB、MATLAB等。[2]他们都具有各自的特点。与MATLAB仿真软件相比，其他仿真软件的不足是仿真后的数据处理不如MATLAB方便。[3]本文主要对MATLAB/SIMULINK仿真软件在“电工学”课程辅助教学中的应用做一简单介绍。
　　一、MATLAB/SIMULINK软件在电路仿真中的功能简介
　　MATLAB是一种功能强大，简单易学的仿真软件。其语言具有用户使用方便、编程效率高、语句简单、扩充能力强、高效矩阵和数组运算，方便的绘图功能等特点。目前MATLAB软件在科研教学及工程应用中显示出越来越强大的优越性，并在电路电子分析，计算和设计等领域得到了广泛应用。[4]MATLAB中的基于框图的仿真平台SIMULINK是挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，提供了各种仿真工具箱，并不断扩展，丰富其模块库，从SIMULINK4.1版本开始有了电力系统模块库（SimPowerSystems），应用其中的模块可以方便地进行RLC电路，电力电子电路，电机控制系统和电力系统的仿真。[5]因此利用MATLAB/SIMULINK仿真软件进行“电工学”课程理论教学和实验教学可以实现以传授知识为主向培养主动能力为主的转变，从被动接受为主向主动解惑为主，从以培养共性为主向以培养个性为主的素质教育模式的转变。另外，仿真技术能让学生在预习实验过程中对实验内容进行演示，破除学生的恐惧感和理解误操作产生的后果，从而养成良好的操作习惯，降低实验过程中对实验设备的损耗。[6]对于某些设计性实验可以在进入实验室真正实验之前，利用软件仿真来确定自己的设计方案并对设计方案不断改进，提高实验效率。
　　二、MATLAB/SIMULINK仿真软件在教学中的应用
　　基于MATLAB/SIMULINK仿真软件辅助教学的过程如下：
　　（1）选择合适的知识点，建立基于MATLAB/SIMULINK的电路仿真模型。基于MATLAB/SIMULINK软件的仿真模型的选取要考虑难度适中，代表性强的实例。这就需要任课教师在课下认真考虑哪个知识点适合作为仿真对象。
　　（2）熟练掌握运用建立好的电路仿真模型讲授知识的手段和技巧，熟练地演示对象的特征、关系和规律。在此过程中，任课教师一定要熟练操作，对多媒体内容和仿真内容做到顺利衔接，否则会使学生产生混乱感而达不到预期的教学效果。
　　为了不使多媒体课件（多采用的是Powerpoint幻灯片的形式）与基于MATLAB/SIMULINK软件的仿真电路模型混淆，仿真模型可以用Powerpoint幻灯片“超链接”的形式加在课件中。在解释和演示仿真模型的同时还可以借助板书的形式说明公式的推导以及是如何得到结果的。
　　在此还要注意“主次之分”，MATLAB/SIMULINK软件只是辅助教学工具，而“电工学”课程主要是向学生传授书中的基本理论、基本定律、基本概念及基本分析方法，因此课上不宜过多采用电路的仿真演示，要在调动了学生的积极性之余将重点放在理论教学上。
　　（3）结合仿真结果分析和归纳相关知识点。然后可以向学生布置与此知识点有关的课后作业和实验内容进行仿真练习，以巩固所学内容。
　　如果想让学生在这一环节按照教师的设想很好的完成课后作业和相关实验内容的仿真练习，就必须要求学生了解MATLAB/SIMULINK仿真软件使用方法。目前这种软件在高校的各个专业或多或少都有学习，而且这类软件的使用大多都很方便，学生可从网上自己下载安装该软件，然后通过自学熟悉该软件的使用。这一点也是这种辅助教学方法可以得到推广的关键一步。
　　三、基于MATLAB/SIMULINK软件的仿真教学实例
　　1. 建立“三相交流电路”的仿真模型
　　“三相交流电路中性线的作用”是在讲授三相电路这一章时一个很重要的知识点，并且具有实际意义。为了更好地向学生阐明这一知识点，我们利用秦增煌主编的《电工学》上册（第六版）的第162页例5.5.2和例5.5.3结合MATLAB/SIMULINK仿真辅助教学方法来说明三相电路的中性线的作用。按照书中例题的电路图（图1），以MATLAB/SIMULINK为平台，建立了如图2和图3所示的电路仿真模型。