《Matlab仿真应用》教学大纲

《Matlab仿真应用》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：21150191课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论16学时，上机16学时）先修课程：电机及拖动技术、自动控制原理C等后续课程：毕业设计适用专业：电缆工程开课单位：电缆工程学院一、课程说明《Matlab仿真应用》是电缆工程专业的一门专业选修课。本课程以Matlab软件为平台，深入浅出地介绍了编程基础知识及工程应用，包括Matlab安装与桌面环境、Matlab语言入门、Matlab数组、矩阵创建及运算、元胞数组、字符数组、结构数组、数值计算、绘图、符号计算，然后给出了Matlab仿真，包括电路分析仿真、自动控制原理仿真等，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重培养学生的计算机辅助设计与仿真的能力，以实际案例展示软件应用的最新发展，使学生了解我国软件技术的发展现状以及与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：具有健康的身心、良好的人文素养和团队合作精神、有效的沟通与表达能力及工程项目管理能力，能够胜任团队工作中的相应角色。课程目标2：掌握Matlab软件的基本语法、基本编程结构及常用数学函数的使用，能够进行简单的MATLAB程序编写，实现常用数学问题求解。课程目标3：掌握Matlab矩阵表达与矩阵运算，能够对矩阵进行各种操作，并利用矩阵对线性方程组求解等数学问题进行建模与分析。课程目标4：掌握Matlab绘图方法，能够进行二维及简单的三维绘图，并进行必要的图形修饰。三、课程目标与毕业要求《Matlab仿真应用》课程教学目标对电缆工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2能根据数学、自然科学和工程科学的基本原理分析电缆工程领域复杂工程问题，获得多种解决方案。课程目标1：具有健康的身心、良好的人文素养和团队合作精神、有效的沟通与表达能力及工程项目管理能力，能够胜任团队工作中的相应角色；M5.使用现代工具5.3能够针对具体对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测电缆工程领域复杂工程问题，并能够分析和理解其局限性。课程目标2：掌握Matlab软件的基本语法、基本编程结构及常用数学函数的使用，能够进行简单的Matlab程序编写，实现常用数学问题求解；课程目标3：掌握Matlab矩阵表达与矩阵运算，能够对矩阵进行各种操作，并利用矩阵对线性方程组求解等数学问题进行建模与分析；课程目标4：掌握Matlab绘图方法，能够进行二维及简单的三维绘图，并进行必要的图形修饰。H12.终身学习12.2能适应职业发展要求，及时关注并跟踪、把握电缆工程及相关专业领域前沿理论、技术的发展动态，具备不断获取新的知识、技能，持续自我提升的能力。课程目标1：具有健康的身心、良好的人文素养和团队合作精神、有效的沟通与表达能力及工程项目管理能力，能够胜任团队工作中的相应角色。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时上机学时对应的课程目标1.Matlab安装环境与桌面环境1.1Matlab产品体系1.2Matlab桌面环境1.3命令行窗口的数据显示格式1.4常用控制指令1.5Matlab的帮助系统及使用教学要求：使学生掌握Matlab的安装环境与安装方式；掌握操作界面的切换与调整；掌握命令行窗口的数据显示格式。重点：操作界面的切换与调整。2012.Matlab语言入门2.1矩阵和数组2.2变量2.3运算符2.4M文件与M函数2.5流程控制语句教学要求：使学生了解Matlab中矩阵和数组的概念；掌握运算符的使用方法；掌握M文件与M函数的使用方法与关系；掌握Matlab中流程语句的使用方法。重点：矩阵和数组的概念；M文件与M函数的使用方法与关系；Matlab中流程语句的使用方法。难点：M文件与M函数的使用方法与关系；Matlab中流程语句的使用方法。442、33.Matlab数组、矩阵创建及运算3.1向量创建3.2矩阵创建3.3矩阵元素的访问3.4矩阵和数组元素的运算3.5多维数组3.6稀疏矩阵3.7元胞数组3.8字符串数组3.9结构数组教学要求：使学生掌握Matlab中向量、矩阵的创建方法；掌握矩阵中元素的访问；掌握矩阵和数组元素的运算；了解多维数组和稀疏矩阵的概念；了解元胞数组的创建与操作；掌握字符串数组的操作。重点：矩阵创建；矩阵和数组元素的运算。442、34.Matlab绘图4.1基本绘图4.2绘制常用的二维图形4.3绘制常用的三维图形4.4图形标题，坐标轴的设置方法4.5图形的复制与打印教学要求：使学生掌握Matlab绘图的基本语句；掌握二维图形的绘制方法；掌握基本的三维图形的绘制方法；掌握图形标题，坐标轴的标注及图形的复制和打印。重点：二维图形的绘制方法；图形标题，坐标轴的设置方法。4445.Matlab数值计算5.1多项式运算5.2多项式的乘法与除法5.3曲线拟合方法及工具5.4方程求解5.5积分、微分的使用教学要求：使学生掌握Matlab多项式运算方法；掌握曲线拟合方法；掌握方程组的求解；掌握积分、微分方法的使用。重点：方程组求解；积分、微分方法使用。242合计16162.上机部分上机部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3上机项目、上机内容与学时上机项目上机内容和要求上机学时对应的课程目标1.Matlab的基本操作和基本运算上机内容：练习Matlab命令的基本操作；练习m文件的基本操作；Matlab数值的基本运算等。上机要求：学习了解Matlab语言环境。41、2、32.Matlab的数组、矩阵的创建与运算上机内容：练习Matlab数组、矩阵的创建与运算方法。上机要求：学习了解Matlab数组、矩阵的计算环境。41、2、33.Matlab图形的绘制上机内容：学习Matlab的各种二维、三维绘图；学习Matlab的绘图修饰（多种绘图，图形注释，绘图颜色，色图矩阵）。上机要求：学习了解Matlab绘图环境与绘图设置。41、44.Matlab数值计算上机内容：学习Matlab中多项式的运算方法；练习方程组的求解方法；积分、微分方法的使用方法。上机要求：学习了解Matlab的数值计算环境。41、2合计16五、教学方法及手段本课程以课堂讲授和软件应用（理论实践结合）为主，结合讨论、案例、视频资源共享、上机等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养，使学生比较全面地理解仿真的基本原理、方法和特点，掌握将软件仿真与应用相结合的知识和技能，具备运用软件技术实现分析、辅助设计与仿真的能力。在上机教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生Matlab仿真应用的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材王敏杰,朱连轩,潘金凤.MATLAB编程基础与工程应用[M].北京:机械工业出版社,2022.2.参考书（1）刘德胜,赵魁,陈晓伟.MATLAB建模与仿真应用教程[M].北京:机械工业出版社,2022.（2）王正林.MATLAB/Simulink与控制系统仿真[M].北京:电子工业出版社,2020.（3）李国勇.计算机仿真技术与CAD（第4版）[M].北京:电子工业出版社,2016.（4）徐保国.MATLAB/Simulink实用教程[M].北京:清华大学出版社,2017.（5）李献.MATLAB/Simulink系统仿真[M].北京:清华大学出版社,2017.（6）王晶.电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2018.（7）杨辰光.机器人仿真与编程技术[M].北京:清华大学出版社,2018.3.期刊（1）科技资讯,北京国际科技服务中心.（2）系统仿真学报,中国仿真学会.（3）实验技术与管理,清华大学.（4）电网与清洁能源,国网陕西省电力公司;西安理工大学水利水电土木建筑研究设计院.（5）电网技术,国家电网有限公司.（6）仪器与仪表学报,中国仪器仪表学会.（7）ComputerVisionandImageUnderstanding,UNITEDSTATES.4.网络资源（1）MATLAB中文论坛:.（2）Mathworks:/products/simulink.html．七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标1234过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√3223上机过程15（1）根据每次的上机操作过程及完成情况和评分，满分100分；（2）每次上机单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以上机成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√3444作业15（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√4443期末考核60（1）期末考核方式为大作业；（2）期末大作业成绩100分，以期末大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√15151515合计：100分25252525八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、平时作业、上机操作过程、期末大作业成绩等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重60%），作业评价、课堂讨论、上机操作过程等过程性评价成绩为100分（权重40%）；过程性评价和期末大作业分值分配与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现25笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。上机过程37.5上机预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，上机操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，上机结果详实、结论清晰、讨论合理。上机前有预习，能够掌握方法与步骤，上机操作过程正确、规范，遵规守纪、团结协作，