基于 Matlab 的电气工程综合仿真实验教学研究

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热度0票  浏览107次 时间：2018年8月04日 14:10

　　摘要：基于电气工程专业的特点，通过 Matlab 仿真软件开展实践教学，不仅增强了电气工程学生对理论知识的理解和工程实践能力，而且提升了学生实验教学的水平，进而促进实验教学改革，推动电气工程教学的不断进步。文章介绍了传统实验教学的模式，在此基础上进行改革和创新，全面分析和介绍基于 Matlab 仿真技术的应用和电气工程综合仿真实验教学的相关内容，同时从教学实验内容、实验方式以及实验手段和考核方式提升学生的创新意识和动手能力。

　　关键词：Matlab；电气工程；仿真实验；教学改革中图分类号：TM0-4；TP319 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0274-02近年来，科学技术在不断提高，高校教学模式也在不断改革和创新，开始注重对学生实践能力和创新能力的培养。本文详细介绍了电气工程综合仿真实验教学，重点培养学生将理论与实践相结合，打破传统的教学模式，进而达到提升学生的创新能力和综合素质的目标。将综合仿真实验教学将课本中的理论知识、学生的学习兴趣以及学生的实践能力相融合，以此来增强电气工程专业学生的实验操作技能，将理论知识系统化，达到知识、素质和能力协调发展的目标。

　　1 传统实验教学模式

　　电气工程是一个实践性、工程性以及专业性比较强的科学，为了提高教学水平，必须要具备较高水平的实验室教学和良好的教学环境，然而传统的实验教学模式，在固定课时和压缩实践设备等局限下，限制并影响了电气工程学生实践能力和创新能力的培养。在教学过程中，学生处于被动地位，在教师的指导下未能够更好地分析问题、解决问题，缺乏实践能力，学生对实验教学的兴趣不足，没有较高的积极性，造成电气工程专业实验教学水平大大降低。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，提升学生操作技能，本文提出了基于Matlab仿真技术应用下，改革实验教学水平。

　　2 基于 Matlab 的电气工程综合仿真实验教学的应用和改革基于 Matlab 仿真技术的应用下，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环境。该技术在应用中，其优势主要表现在：不受时间和空间限制，可信度高、编程效率高、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，基于自身提供的系统模型图形输入工具Simulink工具箱，能够更加直观地让学生对系统进行操作和电路仿真研究。综合仿真实验在教学过程中，以 Simulink 为运算环境，合并电源、电器元件、电机、电力电子元件、连接件、测量仪器以及其他相关的电气模块库共同组成综合仿真实验系统。例如，电气工程学生在发电机性能仿真实验操作中，学生在利用Matlab仿真技术的前提下，结合电机学、电力电子技术以及电磁场等相关的专业理论知识，通过具体实验操作，详细了解电磁场内部情况及设备的运行性能。另外，学生在教师的指导下，首先全面了解直流电动机启动、调速以及工作性能后，让学生通过实验，设计直流电动机的各种特性，以便掌握直流电动机启动、额定工作状态下的转速等具体情况，在实验具体操作下，了解调整直流电路中相关控制参数，达到对直流电动机调速系统进一步优化和完善的目的。

　　在基于 Matlab 仿真技术的应用下，电气工程综合仿真实验教学在不断完善和改进，笔者通过自身多年实践工作经验，以及对电气工程实验研究的了解，具体探究了 Matlab 电气工程专业实施综合仿真实验教学的改革措施有以下几点。

　　2.1 实验内容和课程设置的改革和完善

　　为了提升电气工程专业学生的实验教学水平，基于Matlab 仿真技术下，在教师的指导和帮助下，尽量安排学生学习专业理论知识，选择有关仿真实验教学的相关教材，为学生具体的实验操作提供指导，同时学校要为学生提供良好的实验环境和先进的实验设备，为学生创造开展综合仿真实验教学的准确工作。为了提升学生综合仿真实验教学质量，在电气工程专业课程设置方面，必须要完善各门课程实验的理论知识，具体包含电路、电机学、电力电子技术课程、电力系统分析等必修课程，另外，根据Matlab仿真技术操作逐步提升学生的实践能力。在教师的引导下，给定具体电路图，让学生从 Simulink工具箱中复制电阻、电感以及电流源等有关实验的元器件，让学生独立连接电路结构，并设置相关的电路参数，验证电路原理的相关理论知识，促进学生在专业课程学习和实验的过程中，设计电路的动态过程，耦合电感电路等实验项目，同时在Matlab 仿真技术应用中，不受时间和空间的限制，将虚拟的理论知识实践化，同时大大提高了学生对电气工程深入研究的兴趣，培养了自身的开拓意识、实践能力和创新能力，从而增强电气工程专业学生的实践操作能力。

　　因此，基于Matlab仿真技术的应用下，使得学生在综合仿真实验教学过程中更加直观、灵活的将电机性能显示出来，提高了自身分析问题、解决问题的能力，进一步加深对理论知识的理解从而激发自身实验学习和理论学习的积极性和创造性。

　　另外，当学生掌握了电机以及动态仿真实验后，为以后学习电力电子变流电路和直流调速系统的仿真实验操作奠定良好的基础。基于 Matlab 仿真技术的应用下，学生可以在宿舍自行进行实验研究，基于对电力电子和电力传动仿真实验的全面了解，将自身所掌握的有关电力学理论知识与工程实践能力相结合，最终达到实践的目的，培养其创新意识。

　　2.2 电气工程专业实践教学方法的改革和创新

　　在研究Matlab仿真技术中，基于电气工程专业课程学习的特点，将仿真技术带入实验教学过程中，打破了传统的实验教学模式，培养学生的实践能力和创新能力。使得学生通过实验来验证抽象的理论知识，通过实验来发现问题、分析问题最终达到解决问题的目标。本文在研究电气工程综合仿真实验教学中，重点引导学生如何解决实际能力，将工程实际抽象出仿真实验模型作为整个实验教学研究的基础，最终验证实验结果。基于 Matlab 仿真技术的应用下，让学生深入了解电路结构、磁场以及电流分布等有关知识，将工程实际与仿真联系起来，在实验中感受理论知识中的各个参数，再通过仿真变换参数，使得学生逐渐感觉到电路参数性能的存在和变化方式，这种综合实验教学的过程，不仅提高了学生自己动手的能力和兴趣，拓展了学生的思维，而且有利于引导学生进入更深层次的电路系统分析中去，提高对电气工程实际问题的解决能力。这种将实物实验与虚拟实验相结合的教学方式，并且在整个实验过程中将知识、兴趣与实践相融合，让学生在全面掌握电气工程理论知识的前提下，通过教师的帮助和指导，自己动手操作，以实践结果去验证理论存在感，进而改善并提高了电气工程学生理论设计、计算机仿真以及实践操作能力，最终达到综合型和创新型电气工程人才的目标。例如：在电机学教学过程中，直流发电机特性实验、单相变压器空载及短路实验、异步电动机的启动实验、同步发电机与电网的并联运行实验研究等，这些实验在具体操作过程中，都需要验证各类电机的特定，了解其曲线和相关参数测定等知识后，从而展开具体的实验操作，整个过程需要学生一步一步探究，最终得到实验结果或者是验证实验结果。因此，这种 Matlab 仿真技术在指导学生探究和创新的过程中，促进学生探究式学习的不断进步。以电气工程综合仿真实验教学为研究对象，引导高校学生进行探究性学习，丰富专业课程实验教学的内容。

　　2.3 综合仿真实验教学考核方式的改革

　　为了提升电气工程学生实验教学水平，基于 Matlab 仿真技术的应用下，将其划分成三个组成部分，全面考察和了解学生对专业理论知识和实验操作能力，因此提出了对综合仿真实验教学考核方式的改革，高校在专业课程设置中，增加Matlab 上机考试，并将每次实验的总分设置为 40%占有率，从而让学生认真对待每次实验的操作，提升上机操作能力。

　　3 结语

　　综上所述，为了提升电气工程学生综合仿真实验教学水平，本文基于Matlab仿真技术的应用下，能够系统地让学生掌握和了解有关电气工程综合应用的相关知识，除此之外，本次研究中，通过实验教学内容、实验教学方式以及实验教学手段的改革，使得教学内容更加生动、灵活，激发了学生学习的主观能动性，不仅让学生掌握了一种分析问题、设计问题、思考问题到解决问题的过程，更重要的是培养了电气工程学生掌握现代科研手段的能力，让学生在整个实验过程中主动参与，全方位锻炼自己的综合能力，打破传统实验室中的灌输模式，笔者希望更多人士能够投入到电气工程综合仿真实验教学研究课题中来，通过不断总结和归纳，进而达到提高电气工程综合仿真实验教学水平的目的，全面提高教学水平。

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　　基金项目：此文为项目编号 JX2013-23 荆楚理工学院 2013 年度校级教学研究项目“地方高校电气工程专业实践教学仿真研究”的阶段性成果。

　　作者简介：孙歆钰（1981-），女，湖北荆门人，硕士，讲师，研究方向为电气自动控制。