《Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用》課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

徐國(guó)保

摘 要： Matlab語(yǔ)言是一門(mén)非常流行的程序設(shè)計(jì)高級(jí)語(yǔ)言，它被廣泛應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐、科學(xué)研究、工程研發(fā)、學(xué)科建設(shè)等領(lǐng)域。為了能滿(mǎn)足應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)需求，對(duì)《Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用》課程教學(xué)進(jìn)行改革和實(shí)踐。作者分析了Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用課程存在的四方面問(wèn)題，結(jié)合多年使用Matlab語(yǔ)言的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和講授這門(mén)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出四點(diǎn)教學(xué)改革措施。

關(guān)鍵詞： Matlab語(yǔ)言；教學(xué)改革；教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2016）24-0013-03

Matlab語(yǔ)言是一門(mén)基于矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)可視化、以及系統(tǒng)建模與仿真等諸多功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中的高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展、完善和推廣，Matlab語(yǔ)言已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外大學(xué)理工科大學(xué)生和研究生的通用計(jì)算工具，是學(xué)習(xí)知識(shí)和進(jìn)行科學(xué)研究的有力助手，是基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中最常用、最有效的工具。

國(guó)內(nèi)外高校都為理工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)了《Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用》課程。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有很多教師對(duì)Matlab語(yǔ)言在課程教學(xué)應(yīng)用做了很多嘗試，取得一定的效果。潘峰結(jié)合東北大學(xué)電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)《MATLAB語(yǔ)言與科學(xué)運(yùn)算》課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究了MATLAB語(yǔ)言課程在電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[1]。張建珍以汽車(chē)動(dòng)力性計(jì)算示例驗(yàn)證，研究了應(yīng)用Matlab語(yǔ)言提高理工類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)效率[2]。屈克慶的研究基于Matlab語(yǔ)言的理工科專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，提出高校課程教學(xué)結(jié)合Matlab語(yǔ)言的改革和實(shí)踐[3]。張華等人針對(duì)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程特點(diǎn)和社會(huì)對(duì)人才的需求，提出了 matlab 應(yīng)用于電類(lèi)課程的教改方案，從基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課兩個(gè)方面討論[4]。此外，國(guó)內(nèi)有很多高校教師對(duì)Matlab語(yǔ)言課程教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行研究和探討，在課程教學(xué)應(yīng)用做了很多嘗試，取得一定的成效[5-8]。

《Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用》課程是我校通信工程、電子信息工程、自動(dòng)化和電氣自動(dòng)化等各電類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的院級(jí)限選課。教師如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生盡可能掌握Matlab語(yǔ)言基本語(yǔ)法、編程技巧和使用方法， 應(yīng)用于基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，加深對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解，解決專(zhuān)業(yè)課程的問(wèn)題，是我們Matlab語(yǔ)言課程教學(xué)過(guò)程中迫切需要思考的問(wèn)題。本文在該課程教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容，教材編寫(xiě)和教學(xué)方法進(jìn)行了一些改革和探索，取得了較好的教學(xué)實(shí)踐效果。

一、Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用課程存在的問(wèn)題

目前，Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用課程存在的問(wèn)題有：

1）課程學(xué)時(shí)少，一般高校Matlab語(yǔ)言課程學(xué)時(shí)都是20到40學(xué)時(shí)。例如廣東海洋大學(xué)《2013級(jí)人才培養(yǎng)方案》中該課程是24個(gè)學(xué)時(shí)，而《2009級(jí)人才培養(yǎng)方案》中該課程是36個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)壓縮了50%。

2）課程內(nèi)容多：MathWorks公司幾乎每年都會(huì)推出一到兩個(gè)Matlab新的版本，功能越來(lái)越強(qiáng)大，軟件覆蓋到數(shù)學(xué)分析、計(jì)算、自動(dòng)控制、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、人工智能、電子系統(tǒng)、通信工程、生物化學(xué)和金融系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。每年隨著Matlab功能不斷更新和補(bǔ)充以及新的工具箱開(kāi)發(fā)， Matlab安裝軟件包，體積迅速膨脹，由低版本的1-200M，到目前幾個(gè)G。

3）該課程的教學(xué)內(nèi)容明顯滯后于新技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)手段仍是傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)，另外還存在教學(xué)方法不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。

4）學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的積極性不高。大多數(shù)學(xué)生都意識(shí)不到該計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的重要性。

隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，Matlab語(yǔ)言功能越來(lái)越強(qiáng)大，內(nèi)容越來(lái)越豐富，然而課程學(xué)時(shí)日益減少?，F(xiàn)有《Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用》的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)模式，考核形式和教學(xué)方法已不能適應(yīng)新形勢(shì)下計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程教學(xué)的要求。

二、Matlab語(yǔ)言課程教學(xué)改革措施

根據(jù)目前Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用課程存在的問(wèn)題，結(jié)合本人在Matlab語(yǔ)言課程多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文提出優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容，編寫(xiě)適合的教材，課件制作和教學(xué)手段要改革和創(chuàng)新等教學(xué)改革措施。

1.優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容

面對(duì)教學(xué)學(xué)時(shí)少，Matlab軟件功能越來(lái)越強(qiáng)大，教學(xué)內(nèi)容越來(lái)越多的矛盾，教師在授課過(guò)程中要優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容，篩選和提煉教學(xué)內(nèi)容。

作為一種基于矩陣運(yùn)算的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言， Matlab語(yǔ)法的介紹是教學(xué)重點(diǎn)之一。由于Matlab是一種基于矩陣運(yùn)算的語(yǔ)言，因此，在課堂上應(yīng)該重點(diǎn)講解有關(guān)矩陣的定義和運(yùn)算規(guī)則等。在介紹 Matlab 語(yǔ)言語(yǔ)法時(shí)，要同語(yǔ)法特征相似C語(yǔ)言和 C++ 語(yǔ)言對(duì)比學(xué)習(xí)，這樣有助于學(xué)生盡快學(xué)會(huì) Matlab 語(yǔ)言的語(yǔ)法。

Matlab涉及的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域非常多，有豐富的工具箱函數(shù)，學(xué)生只需了解與自己專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的功能即可。在教學(xué)中，任課教師要考慮聽(tīng)課學(xué)生的專(zhuān)業(yè)背景，有針對(duì)性地講解與其專(zhuān)業(yè)相關(guān)的工具箱函數(shù)，將功能相似的一類(lèi)函數(shù)一起講解，講解幾個(gè)有代表性的函數(shù)，點(diǎn)到為止。Matlab 語(yǔ)言具有完備強(qiáng)大的幫助系統(tǒng)，應(yīng)教會(huì)學(xué)生使用help和look for 幫助函數(shù)以及在線幫助系統(tǒng)，幫助文檔一般都會(huì)給出函數(shù)的功能、語(yǔ)法、參數(shù)說(shuō)明外，還給出具體例子。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)給出的函數(shù)例子，能更好地了解該函數(shù)的用法。

每次課程，任課教師講授理論知識(shí)和Matlab函數(shù)之后，要根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的背景，選取和講解幾個(gè)本專(zhuān)業(yè)實(shí)際問(wèn)題的例子，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力。

2.編寫(xiě)適合的教材

目前市面上有很多參差不齊，難易不適的Matlab語(yǔ)言教材，不太適合我校大電專(zhuān)業(yè)學(xué)生使用。從我校學(xué)生整體基礎(chǔ)不太好的實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合我校通信工程、電子信息工程、自動(dòng)化和電氣工程及其自動(dòng)化四個(gè)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及應(yīng)用，組織編寫(xiě)一本適合我校學(xué)生學(xué)習(xí)的教材顯得尤為必要。

本書(shū)的特點(diǎn)是先介紹Matlab軟件基本語(yǔ)法，主要功能知識(shí)和基本函數(shù)，然后介紹Matlab在電子，自動(dòng)化和通信專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用問(wèn)題，最后給出Matlab實(shí)驗(yàn)。本書(shū)主要內(nèi)容如下：Matlab語(yǔ)言概述，Matlab矩陣及其運(yùn)算，Matlab程序設(shè)計(jì)，Matlab數(shù)值計(jì)算，Matlab符號(hào)計(jì)算，Matlab繪圖及圖像處理基礎(chǔ)，Matlab Simulink仿真，Matlab在電子信息工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用，Matlab在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)應(yīng)用，Matlab在通信工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用。

3.課件制作要改革和創(chuàng)新

Matlab語(yǔ)言的函數(shù)、代碼以及幫助文件等都是英文，所以課件制作上盡量要用英文，少用中文，課件例子也盡量用英文表述。課件在制作例子時(shí)候，例子的代碼要晚一兩分鐘顯示出來(lái)，這樣可以留一點(diǎn)時(shí)間給學(xué)生思考，或者教師在黑板上帶領(lǐng)學(xué)生一句一句編寫(xiě)代碼，這樣更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)語(yǔ)言的積極性。

在制作第一次課件時(shí)候，為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以介紹Matlab 語(yǔ)言的作用。通過(guò)介紹相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程中的經(jīng)典仿真案例，Matlab軟件自帶的Demo 和 Example，還可以簡(jiǎn)單講解本人在博士碩士論文用Matlab編程實(shí)現(xiàn)算法的思路，并演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來(lái)說(shuō)明Matlab 語(yǔ)言在不同領(lǐng)域和不同專(zhuān)業(yè)應(yīng)用狀況。考慮到大一學(xué)生還未開(kāi)始學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程，缺乏對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)，實(shí)際例子和仿真案例的講解不宜過(guò)細(xì)，點(diǎn)到為止，讓學(xué)生知道Matlab語(yǔ)言對(duì)今后課程和專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)是有用的。

另外每次課件后面要結(jié)合學(xué)生的專(zhuān)業(yè)，找到相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，給出代碼和結(jié)果，這樣提高學(xué)生學(xué)習(xí)Matlab語(yǔ)言的積極性。在介紹基本語(yǔ)法結(jié)束后，最后一次課件中，應(yīng)該重點(diǎn)講解Matlab語(yǔ)言解決本專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題。讓學(xué)生知道今后學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課時(shí)候，Matlab語(yǔ)言是有用的。

4.教學(xué)手段要改革和創(chuàng)新

Matlab語(yǔ)言的理論教學(xué)要建立以多媒體授課為主、以板書(shū)為輔的授課模式。要在黑板上推導(dǎo)一些簡(jiǎn)單的理論公式，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和邏輯推理能力。授課地點(diǎn)應(yīng)該改在電腦機(jī)房里進(jìn)行，這樣學(xué)生可以在老師講解Matlab函數(shù)時(shí)候，可以在電腦上操作，在Matlab環(huán)境下調(diào)用函數(shù)，查看函數(shù)幫助文件，更容易，更直觀學(xué)習(xí)和掌握函數(shù)的使用。老師講解完例題后，學(xué)生可以在電腦里輸入例題代碼，運(yùn)行代碼，很直觀的查看到代碼的結(jié)果，這樣將枯燥的代碼和函數(shù)變?yōu)榻鉀Q實(shí)際問(wèn)題的工具和方法，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的興趣，提高了學(xué)習(xí)效果。

此外，課堂上應(yīng)多引入實(shí)例。教師提出實(shí)際問(wèn)題，先讓學(xué)生思考一會(huì)，然后畫(huà)出流程圖，再給出Matlab程序代碼，最后對(duì)程序代碼進(jìn)行詳細(xì)講解。這種實(shí)例教學(xué)模式既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，又能培養(yǎng)學(xué)生的分析和思考問(wèn)題能力。

另外，還需教會(huì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)方法，教師可以在有限學(xué)時(shí)內(nèi)講解基本語(yǔ)法和必要的教學(xué)內(nèi)容外，更多的教學(xué)內(nèi)容可放手讓學(xué)生自學(xué)，可以利用互聯(lián)網(wǎng)資源和Matlab的在線幫助系統(tǒng)尋求幫助，這樣提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，解決了“教學(xué)學(xué)時(shí)越來(lái)越少和Matlab語(yǔ)言?xún)?nèi)容越來(lái)越多”的矛盾。

三、結(jié)束語(yǔ)

Matlab語(yǔ)言在教學(xué)、科研和工程計(jì)算中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，高校很多專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)了《Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用》課程。本文分析了Matlab語(yǔ)言及應(yīng)用課程存在課程學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，教學(xué)內(nèi)容滯后，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等問(wèn)題。結(jié)合本人多年的Matlab語(yǔ)言教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容，編寫(xiě)適合的教材，課件制作、教學(xué)手段要改革和創(chuàng)新等教學(xué)改革措施。以期為Matlab語(yǔ)言教學(xué)效果的提高提供一些有益的建議。

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（編輯：郭桂真）