基于MATLAB的“电气工程基础”课程实验教学改革研究
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摘 要 根据电气工程及其自动化专业对人才培养的特点，将MATLAB的编程仿真技术引入电气工程基础课程的实验教学。经过教学实践证明，不仅能加强学生对理论知识的理解，提高理论联系实践的能力，还能激发学生的学习兴趣，提升学生学好本课程的信心，达到较好的学习效果。
关键词 电气工程基础 实验教学改革 人才培养
“电气工程基础”课程是本校电气自动化专业必修核心课之一，实验8学时，占总学时（56）的七分之一，虽然实验学时不多，但实验教学的好坏，直接反应了学生对理论学习的理解程度，并且对学生以后在该专业领域的学习研究有很大影响，因此对本课程进行实验教学改革研究十分必要。[1]MATLAB的M文件编程仿真技术能够让学生开动脑筋，结合课本的理论知识，对系统进行建模，编写程序，观察仿真结果，非常适合“电气工程基础”课程的实验教学和研究。其友好的交互界面和编程环境，有利于培养学生在专业课实验环节的创新实践能力。在实物实验条件达不到良好效果的情况下，运用计算机数字仿真技术可弥补其不足，提高实验教学的效果。在“电气工程基础”课程中引入MATLAB的M文件编程仿真技术进行实验教学是非常有意义的。
1 传统实验教学模式
“电气工程基础”是一门理论性、实践性及专业性比较强的课程，为了提高教学水平，必须具备较高水平的实验教学和良好的教学环境，传统的实验教学模式是固定实验学时和实验设备，学生的实践能力和创新能力的培养都受到限制，无法提高。学生几乎都是被动的在老师或实验指导书的指导下机械式地连线、读取实验数据、完成实验报告，甚至有些学校根本没有开设实验部分，学生在课本中学到的理论知识无法得到验证，分析问题、解决问题的能力未能得到任何提高。学生对实验教学的兴趣不大，没有较高的积极性，造成“电气工程基础”课程实验教学水平无法提高。因此，需要对传统的实验教学进行改革和创新，在满足课程教学目标的同时，提升学生的动手能力，本文提出利用MATLAB的M文件编程仿真技术进行本课程的实验教学，能有效弥补传统实验教学的不足。
2 实验教学改革研究
传统的实物实验受场地环境和设备的限制，不容易实现综合性系统实验，且准确性和精度都不高。[2-3]而MATLAB仿真软件以综合性和开放性的实验平台为支撑，为学生提供综合性的实验教学界面，可以进行绘制函数和数据、进行矩阵运算、创建可视化较好的用户界面、与其他编程语言的程序进行连接等，其主要优势表现在：[4]（1）不受时间和空间限制，可信度高、编程运算效率高；（2）其高效的数值计算和符号计算功能使用户摆脱复杂的数学运算分析；（3）MATLAB较强的图形处理功能，能够实现运算计算结果的可视化；（4）丰富的应用功能工具箱，为用户提供了有效且方便实用的处理工具。程序设计具有较高的灵活性和图形处理功能强大等，在应用过程中，将教学内容、教学方法和教学手段进行全面改革，基于M文件自身特点，让每一位学生都参与进来，结合课本的理论知识，对系统进行建模，编写程序，观察仿真结果，并与课本中的理论分析结果进行比较。
2.1 实验内容改革
学生的学习兴趣是学好一门课程的关键，要提高学生的学习兴趣，本课程的实验内容必须改革，才能培养出具有创新能力，并且适应能力强的高素质人才。“电气工程基础”作为一门专业基础课，涉及的内容广，比如电力系统潮流计算、电力系统短路计算、继电保护、发电厂和变电站的一次和二次系统、电力系统稳定运行等专业课的相关内容，只有对这本门课实行实验教学内容改革，才能为后续的专业课程及研究生课程做好充分准备。
为了在“电气工程基础”课程中更好的开展实验教学，MATLAB课程应该作为基础平台课程先行开设，作为工科专业学习的工具，尽量安排在学生学习专业课甚至专业基础课之前。在开设专业课时，要尽量选用含有仿真实验内容的教材方便学生实验，或者通过教研组编写包含传统实验和仿真实验的实验讲义供学生实验时学习。并逐步改善专业实验室环境，在实验室里，除了传统的实验仪器，应该配备学生电脑和多媒体教学设备，方便教师演示仿真程序。
2.2 实验教学方法的改革
曾经的实验教学中，教师习惯性在实验之前讲解实验原理，甚至给出实验程序，学生只要照着已有的程序敲进电脑点击运行按钮即可。在这个过程中，学生没有参与到建立模型这一重要环节，对实验结果的对错也无法做出自己的判断。为了提高学生的积极主动性，并且考虑实验只有8个学时，故在实验之前一到两周时间把实验题目发送给大家，大家可以根据课本的理论知识，互相讨论，如何建立数学模型。也可以通过网络查询相关类似程序，从中吸取有用的知识，以备自己的上机写程序需要。在上机过程中，教师要尽力做到有问必答、一一指导。由于班级人数较多，有时候一一指导会忙不过来，可以先指导实验完成较好的同学，然后带领几位同学一起指导编程速度较慢的同学，遇到问题大家共同探讨、研究，既培养了师生之间、同学之间的感情，又培养了团队合作意识，学生也会在编程的过程中体验到自己完成程序所带来的成就感。每次实验结束，总有学生感叹，终于理解了课本上的理论。在实验教学方法改革之前，教师仅仅通过学生提交的实验报告给实验成绩，但由于实验报告抄袭严重，实验成绩无法区分层次。实验教学方法改革之后，大部分同学的程序都是自己努力完成，实验报告除了实验原理和实验内容是大家相同的以外，实验程序部分用自己的程序即可，抄袭现象自然就不存在了。通过完成两个基本实验，一个综合实验，学生门不仅对“电气工程基础”这门课程的核心内容有了更好的理解，为我们电气专业的学生毕业以后读研或者工作都做了良好的铺垫。
例如，本课程开的实验之一为用牛顿拉夫逊法进行潮流计算，首先在理论课中给大家讲解了什么是牛顿拉夫逊法，由于大家之前都没有听过这种数学方法，现在要将其应用到电力系统潮流计算中，大家觉得像是听天书一样，课本中给出的算例，也不知道算例结果是否准确，结果是怎么来的，自己通过手算又很难完成，计算量太大。通过开设的实验课程，大家先将课本中讲解的公式变成计算机语言，然后根据实例的数据进行仿真，再将结果与课本中的结果进行比较，从中发现问题，解决问题，彻底理解高难度的理论知识。
2.3 考核方式改革
成绩对学生的学习态度影响很大，部分优秀的同学对自己本身要求比较严格，奔著拿高分去做实验，这部分同学往往是不用老师操心就可以完成的。大部分同学为了完成实验任务，也会认真对待实验，还有一小部分同学是为了及格而去参与实验。为了公平对待，并能体现出优良中差，在给实验打分的时候分成几部分，实验的原创性占60%，实验的调试及结果的准确性占30%，对实验结果进行总结归纳，完成实验报告占10%。如果不认真对待实验，仅完成实验报告，实验成绩是无法及格的。
3 总结
经过几年努力，将MATLAB的M文件编程仿真技术引入到“电气工程基础”课程的实验教学中，使实验教学更加生动，教学内容更加充实，能够让学生将“电气工程基础”理论课中无法消化的内容，通过编程彻底消化吸收，更重要的是培养了学生的主动参与性，通过参与整个实验过程，掌握现代科研的能力，使自己的综合能力得到提升，并在其它领域和后续学习工作中能够发挥更好的作用。
参考文献
[1] 高嬿，张运波，张龙斌.电气工程专业”电力系统分析”教学改革探索[J].中国电力教育，2013（20）：52-53.
[2] 艾青，李时东.基于MATLAB的电气工程专业实验教学改革研究[J].中国电力教育，2014（35）：152-153.
[3] 孙歆钰.基于MATLAB的电气工程综合仿真实验教学研究[J].信息通信，2015（10）：274-275.
[4] 刘荆飞，康积涛.基于 MATLAB/SIMULINK 的电力系统动态仿真分析[J].东北电力技术，2007（10）：16-19.
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