《MATLAB應用》課程教學思考與探討

許睿 張利偉

摘 ? ?要： MATLAB在科學計算、可視化及交互式程序設計等方面有很大的優(yōu)勢，也是學生本科階段學習的一個基本工具。《MATLAB應用》作為計算機科技與技術專業(yè)學生的專業(yè)課程，對于學生認知本專業(yè)特點及今后研究生階段的科學研究具有重要的理論指導意義。本文結(jié)合實際教學工作，探討本課程在教學中存在的若干問題及相應解決辦法，從而有效提高教學質(zhì)量。

關鍵詞： MATLAB應用 ? ?教學方法 ? ?分對象培養(yǎng) ? ?實踐性訓練

MATLAB是目前在科技界、工程界上著名的數(shù)學軟件，具有高效的數(shù)值計算及符號計算能力，完備的圖形處理功能，易于學習的自然化語言，友好的用戶界面及功能豐富的專用工具包，在財政金融、通信工程、圖像處理、神經(jīng)網(wǎng)絡、信號處理、動態(tài)仿真、計算機視覺、控制系統(tǒng)等方面都有廣泛的應用。現(xiàn)結(jié)合個人教學經(jīng)歷，分析教學中存在的問題，并提出相應辦法與建議，以期提高教學質(zhì)量。

一、課程目標

由于MATLAB在工程設計方面表現(xiàn)出色，因此得到很多工程技術人員和科研人員的重視，眾多高校都開設了相關課程，河南科技學院信息工程學院也開設了《MATLAB應用》，學習這門課有助于了解科學計算和建模的方法，培養(yǎng)計算機仿真和分析能力，在面對工程技術方面的實際問題時，具有分析、解決實際問題的能力。

由于授課對象包括三個方向的學生，分別是計算機網(wǎng)絡、計算機軟件及嵌入式，因此要根據(jù)不同方向的學生進行差別式的學習指導。根據(jù)學生個體差異分對象培養(yǎng)，針對學生不同的認知水平和思維方式適當調(diào)整教學內(nèi)容和方向，讓學生靈活地把握住本課程基本內(nèi)容，熟練地掌握MATLAB軟件的使用，同時采用實踐式訓練的方法，盡可能地激發(fā)學生的學習興趣，為日后進行工程技術分析及科學研究奠定良好的基礎。

二、教學中存在的問題

1.學生對于科學計算的認知理解能力有限。

《MATLAB應用》授課對象是大學三年級學生，在此之前他們已經(jīng)學習過線性代數(shù)和高級語言，有一定的理論基礎和編程基礎，但是MATLAB具有其自身獨特性質(zhì)，強調(diào)學生需要掌握一些科學方法，重點就是科學計算能力。比如，在求解方程組的時候，盡管線性代數(shù)課程中介紹過采用矩陣運算的方法，但是學生還是習慣性地采用基礎的代入消元法，浪費時間且正確率不高。學生在初次接觸科學計算時，會認為有難度，尤其是在學習基礎的抽象理論的時候比較吃力，導致學生學習興趣不高，對知識點掌握不扎實，以至于后期運用MATLAB解決實際問題時，感覺無從下手。

2.教學課時限制，學生實踐環(huán)節(jié)時間不足。

根據(jù)本校的《MATLAB應用》的教學計劃，學時的安排是：16課時講課，16課時上機。在有限的時間內(nèi)，教師的主要精力放在基礎部分的講解及通過教師演示介紹MATLAB的使用環(huán)境。要掌握一門語言，16課時的上機時間對于掌握一門語言是遠遠不夠的。由于課時的限制無法深入地講解MATLAB在工程設計和科學計算方面的強大應用，學生缺少解決實際問題的實踐動手機會。

3.傳統(tǒng)的考核方式約束了MATLAB的學習。

以往的教學偏重于知識講解，考核的方式是“考試+平時作業(yè)+考勤”，其中考試占很大比重，對培養(yǎng)學生的綜合能力不夠重視。結(jié)果就是，第一，學生在學習MATLAB中，沿用傳統(tǒng)被動式的學習，依賴老師課堂上講授的知識，自主學習能力不強，沒有主動查閱相關資料的習慣;第二，學生只是關注基礎部分的概念，應付考試，背誦記憶，對于科學計算法的作用認識不足，沒有與MATLAB應用相關的工程實踐與練習。這種情況，約束了學生的學習熱情，不利于他們掌握和使用MATLAB。

4.高質(zhì)量教材不多，教師科學計算能力需要提高。

本課程雖然開設了一段時間，但是市場上專業(yè)基礎教材中，很少涉及利用MATLAB求解實際問題的實例及綜合練習，這對學生熟練地掌握科學計算方法不利。同時，MATLAB課程對于師資的要求很高，首先要求任課老師有很好的工程數(shù)學方面的基礎，對于線性代數(shù)、傅里葉變換等知識非常熟悉，而且要求教師具備其他專業(yè)的背景，有一定的工程經(jīng)歷。這需要教師打開視野，拓展思路，改變觀念，盡可能多地了解MATLAB相關的科研和工程方面的知識，實現(xiàn)融會貫通。

三、教學方法探究

1.精選授課內(nèi)容，采用實例式教學。

由于大部分學生已經(jīng)學過C/C++、JAVA等編程語言，有一定的編程基礎，而且MATLAB基本編程指令與這些語言有很多相似之處，因此在教學中，通過對比教學的方法，縮減了基礎部分的教學時間，側(cè)重于基本矩陣運算（矩陣加減乘除、求左、右逆等）的教學，學習這些內(nèi)容使學生認識到矩陣運算的簡便性，激發(fā)他們的學習興趣，而且在解決實際問題的實踐中這些知識是必備的。

從教學經(jīng)驗看，興趣是學習最好的伙伴。所以在第一節(jié)課的時候，就要讓學生對于本課程有全面認識，讓他們知道MATLAB是專門以矩陣形式處理數(shù)據(jù)的科學計算軟件，具有良好的圖形展示、計算效率和準確性，從而激發(fā)學生對于這門課的學習興趣。在具體的教學中，有針對性地結(jié)合具體實例進行知識點講解，以便學生更形象、直觀地學習。比如：在講授三維繪圖時，教師先演示一個三維曲線圖，然后將繪圖任務分解成簡單的命令，引導學生領會并掌握。這樣有利于學生理清思路，靈活掌握知識點。

2.根據(jù)專業(yè)不同，分對象培養(yǎng)。

該課程是大三學生的專業(yè)課程，授課對象分為計算機網(wǎng)絡、計算機軟件及嵌入式三個方向的學生。在具體教學過程中，對于不同學生也需要差異化地學習指導。三個方向?qū)W生在日后都會利用MATLAB進行專業(yè)設計及應用，但是應用領域會略有不同，在授課時用廣泛的實例列舉拓寬學生知識面，引入一些實際工程中的問題進行討論，對于實際中常用的信號處理工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱與遺傳算法工具箱等進行簡單講解，同時也要培訓學生查閱文獻資料的能力?？傊琈ATLAB課程要根據(jù)培養(yǎng)學生的差異性，制訂針對性的教學方案，使得學生學習收益最大化。

3.提高學習興趣，采用互動式教學。

從教學經(jīng)驗看，上課時教師要充分考慮學生的聽課情況，上課不是教師一個人的獨角戲，要讓學生參與教學的各個環(huán)節(jié)。比如課堂的提問環(huán)節(jié)，當學生對問題感興趣時，會積極配合、踴躍發(fā)言，反之則會沉默寡言、無所事事，教師通過學生表現(xiàn)及時了解學生的聽課狀態(tài)，從而及時調(diào)整授課的速度和順序，這樣學生不再是被動參與者，而是主動地參與進來，調(diào)動他們的學習主動性。在課堂上，可以采取討論交流的教學形式，要求學生用多樣化的思路求解實際問題，加深學生對知識點的理解，激發(fā)學生的探索性思維。比如在求解方程組時，教師要求學生采用不同方法，然后組織交流討論，分析每一種解法的優(yōu)缺點。

4.改革考核形式，進行實踐性訓練。

鑒于傳統(tǒng)的考核手段，側(cè)重于基礎測試。嘗試對考核方式進行調(diào)整，采取“期末筆試+小組作品+答辯”的形式。對于“小組作品”，首先將學生按照學號交叉分組，以三五人一組，讓每組的學生有一定的差異性，以積極的學生帶動不積極的學生，小組內(nèi)部的成員有不同的分工;其次，根據(jù)學生所學專業(yè)方向的不同，設置備選的設計題目要求，每個小組選擇一個設計題目;再次，促使學生去圖書館查資料、通過網(wǎng)絡學習MATLAB的相關工具箱;最后讓他們親自參與解決實際問題的每一個步驟，設計程序方法，安排實驗步驟，制訂詳細方案，撰寫報告，等等，提高學生自我學習的能力和解決問題的能力;在完成“小組作品”的過程中，著力培養(yǎng)學生之間的團結(jié)協(xié)作能力。

四、結(jié)語

在MATLAB課程教學過程中，要充分體現(xiàn)該軟件的特色，考慮學生的知識背景及發(fā)展方向，通過實例式教學、分對象培養(yǎng)、互動式教學與實踐性訓練等多種方式，調(diào)動學生的學習積極性和主動性，培訓學生解決實際問題的能力，達到培養(yǎng)應用型人才的目的。

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