Matlab與科學(xué)計(jì)算課程教學(xué)方法改革

聶建輝

摘 要：Matlab是一種集數(shù)值與符號(hào)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化以及交互式仿真環(huán)境于一體的計(jì)算語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、圖像處理以及計(jì)算生物學(xué)等諸多領(lǐng)域。Matlab與科學(xué)計(jì)算課程教學(xué)方法的改革可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)Matlab語(yǔ)言的理解，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Matlab；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2017）19-0005-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.19.001

一、引言

Matlab是一種集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算以及圖形顯示為一體的大型集成化科學(xué)計(jì)算軟件和編程語(yǔ)言，因其功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)、編程效率高，深受廣大科技工作者的歡迎。Matlab的第一個(gè)商業(yè)版本于1984年發(fā)行，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，當(dāng)前Matlab已經(jīng)在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號(hào)分析、圖像處理、金融、數(shù)學(xué)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科學(xué)計(jì)算工具。

Matlab與科學(xué)計(jì)算是理工科專(zhuān)業(yè)廣泛開(kāi)設(shè)的一門(mén)課程。對(duì)于理工科學(xué)生來(lái)說(shuō)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，他們可以掌握現(xiàn)代科學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真語(yǔ)言的基本編程思想和方法，提高利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)輔助科學(xué)研究和解決工程問(wèn)題的能力。

二、教學(xué)方法改革內(nèi)容

我結(jié)合在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題，探討如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高M(jìn)atlab課程的教學(xué)質(zhì)量。

（一）提高對(duì)課程重要性的認(rèn)識(shí)

在歐美大學(xué)，Matlab是學(xué)習(xí)線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、電力系統(tǒng)仿真等課程時(shí)的必講內(nèi)容，是攻讀學(xué)位必須掌握的計(jì)算工具[1]。而國(guó)內(nèi)高校對(duì)該課程重要性的認(rèn)識(shí)普遍不足，基本上將其作為教學(xué)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的一種輔助工具。很多學(xué)校將Matlab課程安排在大學(xué)二年級(jí)，由于此時(shí)學(xué)生還沒(méi)有開(kāi)始專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，因此，很難在學(xué)習(xí)過(guò)程中體會(huì)到Matlab對(duì)于專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的重要性，更談不上在后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程中的應(yīng)用。鑒于此，任課教師在課程開(kāi)始之前可以系統(tǒng)的分析Matlab課程與學(xué)生大學(xué)課程間的聯(lián)系，并可以圖文并茂引入一些實(shí)例以展示Matlab在解決數(shù)學(xué)問(wèn)題和工程問(wèn)題的強(qiáng)大能力，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)Matlab課程的作用和重要性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課程的積極性。

（二）啟發(fā)式教學(xué)方法

傳統(tǒng)教學(xué)方式的基本形態(tài)是教師講課，學(xué)生被動(dòng)接受[2]。這種枯燥單一教學(xué)方式不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果也不盡人意。為此，在教學(xué)過(guò)程中需要改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)理念，轉(zhuǎn)而采用啟發(fā)式教學(xué)方法。應(yīng)積極了解學(xué)生思考問(wèn)題的方式特點(diǎn)，積極鼓勵(lì)學(xué)生的探索性嘗試，并對(duì)此過(guò)程中出現(xiàn)的偏差進(jìn)行及時(shí)的分析和糾正，從而建立良好的教學(xué)互動(dòng)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師在講授理論知識(shí)的同時(shí)，注重引導(dǎo)學(xué)生以自己的方式理解知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)一步通過(guò)與現(xiàn)實(shí)中的實(shí)例相結(jié)合，來(lái)闡述相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的用途。通過(guò)這種方式，教師可以有效地活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（三） 注重學(xué)以致用

高等教育在進(jìn)行理論教學(xué)的同時(shí)，不應(yīng)忽略對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)[3]。教師應(yīng)在講課過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)多讀、多寫(xiě)、多調(diào)試來(lái)熟悉語(yǔ)法、提高編程能力。同時(shí)，在深刻分析教材知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，教師可以將工程實(shí)際問(wèn)題引入到教學(xué)過(guò)程中來(lái)，展示如何利用Matlab語(yǔ)言去解決這些與課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。此外，上機(jī)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是Matlab與科學(xué)計(jì)算的重要組成部分，教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做大概的講解，并適當(dāng)提出一些問(wèn)題，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)不再是僅僅驗(yàn)證書(shū)本內(nèi)容，而是帶著問(wèn)題做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中融入自己的思考。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的思路解決問(wèn)題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，并通過(guò)對(duì)學(xué)生提出的解決方案加以比較和點(diǎn)評(píng)，提高學(xué)生分析和解決工程問(wèn)題的能力。

（四） 結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行講授

Matlab軟件除了具備基本的數(shù)值計(jì)算功能外，還包含了針對(duì)各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工具箱，如控制系統(tǒng)工具箱、信號(hào)處理工具箱、圖像處理工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱、函數(shù)擬合工具箱等等。要想把Matlab的所有功能都熟悉和掌握難度很大[4]。因此，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)講解Matlab的基本語(yǔ)句格式以及編程風(fēng)格，同時(shí)，針對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)介紹與其密切相關(guān)的一到兩個(gè)工具箱的用法，如對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可以著重介紹控制系統(tǒng)工具箱，而對(duì)通信專(zhuān)業(yè)的學(xué)生著重介紹信號(hào)處理工具箱。此外，Matlab函數(shù)編寫(xiě)的程序結(jié)構(gòu)與C/C++等高級(jí)語(yǔ)言在很大程度上是相似的。而Matlab與科學(xué)計(jì)算的開(kāi)課時(shí)間要比C/C++課程晚，因此，在教學(xué)過(guò)程中可以通過(guò)類(lèi)比的方式講授Matlab編程方法。同時(shí)，在類(lèi)比過(guò)程中要讓學(xué)生體會(huì)到相對(duì)于C/C++等語(yǔ)言，Matlab封裝了許多科學(xué)計(jì)算常用的數(shù)學(xué)函數(shù)，具有更高的編程效率，其語(yǔ)言風(fēng)格也更接近于自然語(yǔ)言。這樣，有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)Matlab課程的信心。

三、結(jié)語(yǔ)

Matlab與科學(xué)計(jì)算是一門(mén)偏向應(yīng)用的課程，同時(shí)其授課內(nèi)容又與線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)等理論性很強(qiáng)的課程息息相關(guān)，學(xué)習(xí)好Matlab對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力十分重要。在Matlab與科學(xué)計(jì)算教學(xué)過(guò)程中，可以通過(guò)強(qiáng)調(diào)Matlab的重要性，使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)到課程的重要性；采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；通過(guò)將工程實(shí)際問(wèn)題引入到教學(xué)中來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力；針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)講解的重點(diǎn)各有不同，使學(xué)生能夠熟悉與其專(zhuān)業(yè)最緊密的Matlab工具箱的使用方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王玉芳，葉小嶺，陳逸菲.電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)Matlab課程教學(xué)改革探討[J].軟件導(dǎo)刊，2016（11）：218-220.

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[3] 馬斌. Matlab語(yǔ)言及其工程應(yīng)用課程教學(xué)方法的探索和思考[J].甘肅科技，2011（2）：162-163.

[4] 石磊，李曉輝，劉世磊.電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)Matlab教學(xué)探索與改革[J].科技信息，2012（32）：43-144.