基于matlabgui的自动控制原理翻转实验教学研究

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1、基于MATLABGUI的自动控制原理翻转实验教学研宄摘要针对自动控制原理实验教学中学生盲目操作和仪器可靠性低等问题，开展基于MATLABGUI虚拟动态仿真实验平台的翻转实验教学研究。该平台作为课前的主要学习资源，并完成虚拟仿真实验，课上有的放矢地进行实验，从而加深对理论与实验结果之间差异的认识。实践表明，该方法能激发学生的学习兴趣，提高实验教学效率。关键词翻转课堂；MATLABGUI；自动控制原理；实验教学中图分类号：G642.423文献标识码：B文章编号：1671-489X(2017)06-0127-031引言自动控制原理是高等院校自动化、测控技术、机械电子等专业本科学生的必

2、修核心课程，主要研宄自动控制系统的一般规律［1-3］，其理论性强，理解和消化课程理论内容的重要途径就是实验课。但是，目前的实验教学仪器陈旧和实验学时少，实验沦为理论知识的一种验证，学生盲目地按实验任务书要求进行导线连接等机械式操作，不能充分发挥学生的能动性。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，其GUI(GraphicalUserInterfaces)是—种新型的图形用户界面编程工具。通过MATLABGUI设计和开发自动控制原理虚拟实验平台，采用翻转课堂教学模式，在实验课前将实验任务书、MATLABGUI实验软件、思考小问题、小测验发放给学生，使学生实验前

3、就对实验内容及结果有一定掌握。实验课上针对学生课前测验中遇到的问题开展讨论，并针对多数人出现的问题统一讲解和指导，而个别人的问题单独讲解。这样不但能很好地解决传统实验存在的问题，又能加深对自动控制原理课程内容的理解，更能调动学生学习的积极性，将学生盲目按指导书操作模式朝向为什么要这样做、怎样做更好、还能做些什么转变。2翻转课堂教学针对自动控制原理强调方法论，理论性强，从而面对较多的抽象概念和数学公式，教师的教学过程让学生感觉枯燥乏味的问题［4］，基于MATLABGUI编写的虚拟实验软件，以翻转课堂的形式对该课程实验教学进行改革。翻转课堂的起源2007年，美国科罗拉多州林地公园高

4、中的化学教师乔纳森?伯尔曼OonBergmann)和亚伦?萨姆斯(AaronSams)为了给由于天气原因缺课的学生补课，将上课内容进行录像后，通过电邮等网络形式将教学内容发送给学生，学生在家看视频听讲解，课堂上教师主要用来讲解学生在视频学习或作业中出现的问题，成功帮助缺课而跟不上教学进度的学生［5-6］。这就是风靡全世界的翻转课堂教学模式［5-7］o翻转课堂的定义翻转课堂(FlippedClassroom),即学生首先在家提前完成视频等相关材料的学习，省却教师的课堂讲解，教师课堂上则集中精力开展问题讲解和分组讨论。该方法颠倒了传统学校“课上教师讲授，课后完成作业”的教学安排［5

5、-7］。翻转课堂的意义首先，在教学内容及进度一样的情况下，因为能力差异，学生掌握学习知识的程度必然出现差异。翻转课堂“以学生为中心”，注重在课上进行教师针对性的指导，实现因材施教。同时，学生根据自身的学习习惯和能力，课前自主计划学习方法。其次，课堂上学与课后练习相结合模式被课前学习新知识，教师不再单纯对实验内容讲解和监督，以指导小组协作学习及答疑解惑为主所替代，针对课前自学知识遇到的问题，帮助学生更好掌握。最后，在翻转课堂中，学生由填鸭式被动接受知识转变成主动学习者、研宄者，提高了学习能动性。3自动控制原理课程实验教学存在的问题长期以来，实验课程几乎是理论教学的知识验证，尽管学

6、生动手做了一些实验，却无法站在系统的高度掌握所学知识，更谈不上综合设计，灵活应用到实践中。又由于有限实验学时，实验课就成了教师的讲解为主，学生机械地完成硬件连接、记录结果，对出现的与理论的差异及如何分析出现的原因却很少进行探讨，更谈不上完成创新设计来激发兴趣，就无法有效地培养解决实际问题的能力。现有的大部分实验教学仪器还处于传统模拟实验类型，实验箱是高度集成封闭的，通过导线连接不同的实验模块构成典型环节或系统，在典型激励信号作用下，通过示波器或计算机观察系统响应。这种实验方法存在明显不足：1）实验仪器箱集成度高，学生实验就成了连接导线，无法知道模块功能如何实现，对实验呈现出盲目

7、性；2）理论学习和实验动手操作相互分离，实验不能用于?固理论知识，理论也无法指导实践；3）由于元器件的非理想特性，当实验结果与理论值差异较大时，缺乏分析、讨论出现问题原因的环节。4基于MATLABGUI实验平台的翻转实验教学改革基于MATLABGUI的翻转课堂教学模式构建2011年美国学者杰姬?格斯丁OackieGerstein）将课堂划分为由体验学习阶段、概念探宄阶段、意义建构阶段以及展示应用阶段组成的翻转课堂教学模型［5］。在此基础上，美国的RobertTalbert教授在多年实践研究后