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MATLAB在电工学教学中的应用
信息部 达雯
引言：
随着计算机技术的发展，多媒体教学越来越受到人们的重视。现代教育理论认为：全面实施素质教育，传统教学陈旧的教学手段和简单的教学技术在当今世界的多层次教学、演示教学、实验教学等现代化课堂教学中就显得力不从心。实验心理学家赤瑞特拉通过大量的实验证实：人类获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉，1.5%来自触觉，这三个加起来达到95.5%。可见如何充分利用这三者来提高教学质量是人类认知心理学的要求。
多媒体计算机辅助教学是指利用多媒体计算机，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息，把多媒体的各个要素按教学要求，进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来，同时按需要加上声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。Matlab 是美国 MathWorks 公司自 20 世纪 80 年代中期推出的数学软件，具有优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力。尽管MatLab并不是一专门的教学软件，但其强大的绘图功能使得电工教学中的抽象概念直观易解。
一、多媒体教学特点
多媒体技术的特性主要包括信息载体的多样化、集成性和交互性三个方面。信息载体的多样化指的就是信息媒体的多样化多媒体就是要把机器处理的信息多样化或多维化, 使之在信息交互的过程中, 具有更加广阔和更加自由的空间。多媒体的集成性主要表现在两个方面,即多媒体信息媒体的集成和处理这些媒体的设备的集成,。对于前者而言,各种信息媒体尽管可能会是多通道的输入或输出,但应该成为一体。对于后者而言,指的是多媒体的各种设备应该成为一体。多媒体的交互性则是指用户在使用多媒体过程中可以与之进行交互，输入目标参数，从而得到理想中的多媒体信息输出。
多媒体技术的特性决定了多媒体教学如下特点：
1）  教学手段集成化
多媒体计算机集激光唱盘、录像机、电视机和计算机控制于一体, 即可以充分利用语音和电视教学的优势, 又有计算机交互式教学的特点,克服了传统教学手段三个“一”（一支粉笔、一本书一张嘴）的单一性缺点。
2）  教学方式多样化
多媒体技术可以充分发挥信息载体的光、声、电特性，在课堂教学过程中充分挖掘学生认知过程中视觉、听觉甚至触觉（譬如利用虚拟现实技术）的潜力。教师在教学中可以充分利用已有的教学软件，如使用Authorware软件、PowerPoint 软件、《几何画板》和MatLab等软件制作课件，通过计算机播放文字、图像、动画、声音等多媒体信息，创设开放式的教学情景，使得学生在课堂上进行观察、试验、归纳和创新思维活动成为可能。
3）  教学过程互动化
在多媒体教学中，教师可以根据学生的疑问方便的修改教学内容。同时学生还可以自己制作多媒体课件，并在课堂上进行演示。在制作的过程中，多媒体的直观形象不仅可以加深学生对知识的理解，同时学生也成为教学过程中的主动获取者，改变了传统教学中学生作为被动接受者的弊病。计算机友好的交互界面，使学生感到学习不再是一件枯燥乏味的事，特别是基于网络的教学模式产生后，彻底改变了传统教学过程中学生被动接受的状态，而使学生处于积极主动的地位，提高了课堂教学效率。
二、MATLAB介绍
MATLAB软件是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境。MATLAB是英文MATrix LABoratory(短阵实验室)的缩写。在MATLAB环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。
MTALAB系统由五个主要部分组成，下面分别加以介绍：
(1)MATALB语言体系。MATLAB是高层次的矩阵／数组语言．具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。利用它既可以进行小规模端程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。
(2)MATLAB工作环境。这是对MA丁LAB提供给用户使用的管理功能的总称．包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。
(3)图形句相系统。这是MATLAB图形系统的基础，包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成图形显示等功能的高层MATLAB命令，也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层MATLAB命令，以及开发GUI应用程序的各种工具。
(4)MATLAB数学函数库。这是对MATLAB使用的各种数学算法的总称．包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。
(5)MATLA应用程序接口(API)。这是MATLAB为用户提供的一个函数库，使得用户能够在MATLAB环境中使用c程序或FORTRAN程序，包括从MATLAB中调用于程序(动态链接)，读写MAT文件的功能。
可以看出MATLAB是一个功能十分强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境。
三、MATLAB在电工教学中的应用
MATLAB图形用户界面设计工具是一个能快速产生各种图形对象的开发环境，可以用户方便地设计出符合各种功能要求的人机交互界面。下面利用MATLAB提供的可视化设计工具guide设计图形界面，该界面用来调用前面设计的程序、Simulink模型文件和GUI界面，以方便在教学中调用使用。
建立GUI对象与修改对象属性的设计方法与RLC串联电路GUI设计方法类似。不同的是，界面中axesl5的”NextPlot”属性修改为replacechildren,replacechildren表示移除当前坐标轴中所有子对象，但不重新设置坐标轴的所有属性，界面中使用了6个Popup Menu对象，Popup Menu主要用以建立下拉菜单，当结合switch…. Case陈述式，可达到选取选项触发指定操作的作用，6个Popup Menu对象的”Callback”属性都不做任何更动，即使用默认的%automatic，以便通过M文件编辑器来编写Callback程序，界面中还使用了Button Group对象，Button Group是与Panel非常类似的群组对象，主要应用与Radio Buttons与Toggle这两类的按钮，因它可以用来管理排外选取的对象，也就是同一个群组中不能一次选取两个Radio Buttons或Toggle按钮，在该Button Group对象中建立了两个Radio Buttons对象，Tag名称分别为radiobutton1、radiobutton2，String分别为MATLAB编程仿真、Simulink仿真。当选取某一Radio Buttons时，该Radio Buttons的Value属性会返回1，反之，不选取时返回0。配合Value属性与逻辑判断式即可控制是执行MATLAB编程仿真还是Simulink仿真。
教学中若要计算含受控源的电阻电路，选择Simulink仿真（或者选择MATLAB编程仿真，）再单击界面中Poupup Menul对象（直流电阻电路）下拉菜单的“含受控源的电阻电路”选项，界面中坐标轴处显示含受控源的电阻电路的电路图，同时弹出含受控源的电阻电路的Simulink仿真模型图，即example091.mdl，若是选择MATLAB编程仿真则弹出MATLAB仿真程序，即example10.m。
四、总结：
在电工学教学中MATLAB，不仅能解决传统教学中存在的弊端，弥补实验器材不足，提高教学效率和质量，还可提高学生对电工学的学习兴趣，扩宽学生的视野，培养学生的创新能力。