《工程計(jì)算軟件（matlab）》課程教學(xué)大綱

工程計(jì)算軟件（Matlab）課程教學(xué)大綱（Engineeringcalculationsoftware（Matlab））學(xué)時(shí)數(shù)：32其中：實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)：16課外學(xué)時(shí)：0學(xué)分?jǐn)?shù)：2適用專(zhuān)業(yè)：光源與照明一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)《工程計(jì)算軟件（Matlab）》是光源與照明專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，它是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理、財(cái)務(wù)分析、航天工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語(yǔ)音處理和雷達(dá)工程等各行各業(yè)，是國(guó)內(nèi)外高校和研究部門(mén)進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。理論與實(shí)踐相結(jié)合是學(xué)好本課程的主要途徑。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，積極上機(jī)實(shí)踐，以達(dá)到對(duì)理論知識(shí)的熟練簡(jiǎn)明應(yīng)用。本課程設(shè)置的主要任務(wù)是通過(guò)對(duì)MATLAB7.3概述、MATLAB基本運(yùn)算、數(shù)據(jù)的可視化、符號(hào)運(yùn)算、程序設(shè)計(jì)和M文件、MATLAB高級(jí)圖形設(shè)計(jì)、Simulink仿真環(huán)境、線性控制系統(tǒng)的分析等的學(xué)習(xí)，掌握應(yīng)用MATLAB進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算的能力；進(jìn)行簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)的技能；了解MATLAB在Simulink仿真環(huán)境中的應(yīng)用；了解MATLAB與其它應(yīng)用程序的接口；掌握在Notebook中使用MATLAB的方法。培養(yǎng)學(xué)生利用MATLAB軟件處理問(wèn)題的思維方式和程序設(shè)計(jì)的基本方法，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)將MATLAB引入到其它基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課。為其它專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，為進(jìn)行各種實(shí)用程序的開(kāi)發(fā)，畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施以及將來(lái)走上工作崗位的實(shí)際應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)的基本要求（一）能正確理解和闡述MATLAB科學(xué)運(yùn)算與工程應(yīng)用相關(guān)的術(shù)語(yǔ)、概念和定義。例如：熟悉MATLAB軟件環(huán)境，熟悉軟件庫(kù)函數(shù)。（二）在正確理解基本概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入各概念之間的區(qū)別和聯(lián)系，正確的使用規(guī)則等。要求掌握MATLAB軟件基本編程方法。（三）能靈活運(yùn)用學(xué)到的MATLAB知識(shí)和方法，解決實(shí)際問(wèn)題并在計(jì)算機(jī)上編程，調(diào)試并得出正確的結(jié)果。要求比較熟練對(duì)常用MATLAB工具箱函數(shù)的運(yùn)用，能夠綜合數(shù)學(xué)知識(shí)與MATLAB編程知識(shí)實(shí)現(xiàn)綜合性實(shí)際問(wèn)題的編程。達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的能力、培養(yǎng)學(xué)生用MATLAB解決實(shí)際問(wèn)題的能力的目的。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章MATLAB7.3概述一、教學(xué)目的和要求了解MATLAB的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工具箱；熟練掌握MATLAB7.3的環(huán)境設(shè)置和MATLAB的啟動(dòng)和退出、菜單和工具欄、通用窗口；掌握MATLAB的文件格式和設(shè)置搜索路徑；掌握Notobook的安裝和啟動(dòng)和Notobook的使用；使用MATLAB7.3幫助瀏覽器窗口和幫助命令等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）MATLAB7.3簡(jiǎn)介（二）MATLAB7.3的開(kāi)發(fā)環(huán)境（三）MATLAB7.3的其他管理（四）MATLAB的文字處理工具Notebook（五）MATLAB7.3的幫助系統(tǒng)重點(diǎn)：MATLAB的開(kāi)發(fā)環(huán)境和通用窗口的操作難點(diǎn)：MATLAB其他管理和幫助系統(tǒng)的使用第二章MATLAB基本運(yùn)算一、教學(xué)目的和要求掌握常數(shù)和變量、整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)、復(fù)數(shù)；熟練掌握數(shù)組的創(chuàng)建、數(shù)組的操作、矩陣和數(shù)組函數(shù)、矩陣和數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算、稀疏矩陣；掌握創(chuàng)建字符串、字符串函數(shù)；掌握日期和時(shí)間的表示格式、日期時(shí)間函數(shù)；了解元胞數(shù)組和結(jié)構(gòu)體；了解多維數(shù)組；掌握MATLAB的邏輯變量、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)；了解多項(xiàng)式的求根和求值、多項(xiàng)式的算術(shù)運(yùn)算。多項(xiàng)式的擬合和插值。二、教學(xué)內(nèi)容（一）數(shù)據(jù)類(lèi)型（二）矩陣和數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算（三）字符串（四）日期和時(shí)間（五）結(jié)構(gòu)體和元胞數(shù)組（六）多維數(shù)組（七）關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算（八）數(shù)組的信息獲取（九）多項(xiàng)式重點(diǎn)：MATLAB數(shù)組和矩陣在運(yùn)算過(guò)程中區(qū)別難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與元胞數(shù)組的使用第三章數(shù)據(jù)的可視化一、教學(xué)目的和要求掌握MATLAB的繪圖的一般步驟、基本繪圖函數(shù)、多個(gè)圖像的繪制、設(shè)置曲線繪制方式；掌握特殊圖形繪制、特殊坐標(biāo)軸圖形繪制；掌握?qǐng)D形窗口界面、圖形的打印和輸出；掌握三維曲線圖、三維曲面圖、設(shè)置視角和色彩等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）二維繪圖（二）特殊圖像和坐標(biāo)的繪制（三）MATLAB的圖形窗口（四）基本三維繪圖命令重點(diǎn)：繪圖的一般步驟、多個(gè)圖形的繪制難點(diǎn)：特殊圖形繪制、基本三維繪圖命令第四章符號(hào)運(yùn)算一、教學(xué)目的和要求掌握符號(hào)常量和符號(hào)變量、符號(hào)表達(dá)式、符號(hào)矩陣；掌握符號(hào)對(duì)象的基本運(yùn)算、任意精度的算術(shù)運(yùn)算；掌握符號(hào)表達(dá)式中的自由符號(hào)變量、符號(hào)表達(dá)式的化簡(jiǎn)和替換、計(jì)算反函數(shù)和復(fù)合函數(shù)、多項(xiàng)式符號(hào)表達(dá)式；了解符號(hào)表達(dá)式的微積分、極限和級(jí)數(shù)等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）符號(hào)對(duì)象的創(chuàng)建和使用（二）符號(hào)對(duì)象的運(yùn)算（三）符號(hào)表達(dá)式的變換（四）符號(hào)微積分、極限和級(jí)數(shù)重點(diǎn)：符號(hào)對(duì)象的創(chuàng)建和符號(hào)對(duì)象的基本運(yùn)算難點(diǎn)：符號(hào)表達(dá)式的變換和應(yīng)用第五章程序設(shè)計(jì)和M文件一、教學(xué)目的和要求掌握分支控制、循環(huán)控制、錯(cuò)誤控制語(yǔ)句；掌握M文件的一般結(jié)構(gòu)、M腳本文件和M函數(shù)文件；掌握主函數(shù)和子函數(shù)、函數(shù)的輸入輸出參數(shù)、嵌套函數(shù)、私有函數(shù)和重載函數(shù)；掌握M文件編輯、調(diào)試窗器口；掌握全局變量、局部變量和靜態(tài)變量的使用。了解匿名函數(shù)、inline對(duì)象和函數(shù)句柄的使用；了解fplot命令、ezplot命令；掌握求最小值和過(guò)零點(diǎn)、數(shù)值積分、微分方程組數(shù)值求解；了解M-Lint分析、Profiler分析工具的使用。二、教學(xué)內(nèi)容（一）程序控制（二）M文件結(jié)構(gòu)（三）函數(shù)的使用（四）程序的調(diào)試（五）匿名函數(shù)和函數(shù)句柄（六）函數(shù)繪圖（七）數(shù)值分析（八）M文件剖析重點(diǎn)：M文件的結(jié)構(gòu)和函數(shù)文件的使用難點(diǎn)：程序的控制與程序的調(diào)試※第六章MATLAB高級(jí)圖形設(shè)計(jì)一、教學(xué)目的和要求掌握句柄圖形對(duì)象的體系和操作；能夠使用圖形用戶(hù)界面、回調(diào)函數(shù)和GUI程序文件；掌握?qǐng)D形用戶(hù)界面的輸入框、輸出框和文件管理框；了解圖像和聲音的處理；了解視頻和動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）句柄圖形對(duì)象（二）圖形用戶(hù)界面（GUI）（三）對(duì)話(huà)框（四）圖像和聲音（五）視頻和動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)重點(diǎn)：句柄圖形對(duì)象、圖形用戶(hù)界面、對(duì)話(huà)框難點(diǎn)：圖像和聲音、視頻和動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)※第七章Simulink仿真環(huán)境一、教學(xué)目的和要求了解Simulink的模型窗口、工作原理和模塊庫(kù)；掌握創(chuàng)建模型、仿真參數(shù)的設(shè)置、常用模塊的設(shè)置、仿真結(jié)構(gòu)參數(shù)化；能夠使用命令創(chuàng)建和運(yùn)行Simulink模型；掌握在Simulink調(diào)試器窗口中調(diào)試模型；了解S函數(shù)的工作原理和M文件S函數(shù)的模板格式；掌握創(chuàng)建子系統(tǒng)、封裝子系統(tǒng)、定義自己的模塊庫(kù)等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）Simulink的概述（二）Simulink的工作環(huán)境（三）建立模型（四）Simulink的應(yīng)用實(shí)例（五）模型的調(diào)試（六）子系統(tǒng)與封裝（七）S函數(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用重點(diǎn)：Simulink的工作環(huán)境、建立模型、模型的調(diào)試難點(diǎn)：S函數(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、子系統(tǒng)與封裝※第八章線性控制系統(tǒng)的分析一、教學(xué)目的和要求了解系統(tǒng)的模型參數(shù)、系統(tǒng)模型的連接和簡(jiǎn)化；掌握創(chuàng)建系統(tǒng)的模型并相互轉(zhuǎn)換；使用拉普拉斯變換和逆變換計(jì)算時(shí)域響應(yīng)；了解線性系統(tǒng)的時(shí)域分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)與時(shí)域性能指標(biāo)；了解線性系統(tǒng)的頻域分析、頻域分析性能指標(biāo)；了解線性系統(tǒng)的根軌跡分析、根軌跡設(shè)計(jì)工具；根據(jù)閉環(huán)特征方程判定系統(tǒng)穩(wěn)定性；掌握用頻率特性法判定系統(tǒng)穩(wěn)定性、用根軌跡法判定系統(tǒng)穩(wěn)定性；掌握穩(wěn)態(tài)誤差分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)；了解線性定常系統(tǒng)仿真圖形工具LTIViewer和SISO設(shè)計(jì)工具sisotool等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（二）時(shí)域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)（三）頻域分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)（四）根軌跡分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)（五）穩(wěn)定性分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)（六）穩(wěn)態(tài)誤差分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)（七）線性定常系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的圖形工具重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、頻域分析、根軌跡分析、穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)：線性定常系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的圖形工具四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求（一）本課程包括課堂教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)兩部分，課堂講授16課時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。（二）在教學(xué)中以教材為主，及時(shí)補(bǔ)充新內(nèi)容，并要求學(xué)生多看科技刊物，擴(kuò)充知識(shí)面，了解科技動(dòng)態(tài)，活躍思維能力。五、學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內(nèi)容講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題課外其它小計(jì)1MATLAB7.3概述24622MATLAB基本運(yùn)算42633數(shù)據(jù)的可視化22434符號(hào)運(yùn)算44835程序設(shè)計(jì)和M文件4483合計(jì)16163214六、課程與其它課程的聯(lián)系1、本課程的先修課程為《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》。2、本課程的后續(xù)課程是《半導(dǎo)體物理與器件》、《照明配光設(shè)計(jì)與CAD》、《虛擬儀器技術(shù)（LabView）》。七、教材與教學(xué)參考書(shū)（一）教材曹弋主編．MATLAB教程及實(shí)訓(xùn)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010年．（二）教學(xué)參考書(shū)[1]劉保柱等編著，《MATLAB7.0從入門(mén)到精通》(修訂版)．北京：人民郵電出版社．2010年．[2]劉會(huì)燈等編著，《MATLAB編程基礎(chǔ)與典型應(yīng)用》．北京：人民郵電出版社，2008年．[3]周建興等編著，《MATLAB從入門(mén)到精通》．北京：人民郵電出版社，2008年．[4]蘇金明等編著，《MATLAB高級(jí)編程》（第2版）．北京：電子工業(yè)出版社，2008年．[5]劉勍著．MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用．南京：東南大學(xué)出版社，2011年．[6]王正林著．精