專業(yè)認證標準下改進MATLAB課程教學的研究與實踐

王珂，廉飛宇，樊超，李衛(wèi)東，段金龍

（河南工業(yè)大學信息科學與工程學院，鄭州 450001）

0 引言

MATLAB是由國際著名的MathWorks公司設計、研發(fā)的服務于復雜科學計算的交互式計算機軟件[1-2]，其克服了以往非交互式程序語言的缺點[2-4]，是系統(tǒng)綜合了矩陣計算、可視化界面、模型仿真、系統(tǒng)實驗、專門工具箱等多種功能的計算機語言與軟件[3-4]，已被廣泛應用于科學計算、工程設計、數(shù)據(jù)分析、經(jīng)濟金融等領域、行業(yè)，其代表了國際上目前專業(yè)計算軟件的領先水平[4]。自上世紀90年代末MATLAB在國內(nèi)獲得了重視并迅速流行起來[2]，在各高等院校、科研院所、工程設計單位、高新技術企業(yè)均得到了廣泛應用[1-4]。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，MATLAB已成為當前理工類專業(yè)在讀本科生、研究生、有關科技人員等最常用、最重要的計算機語言和計算軟件[1-4]。

近年來，河南工業(yè)大學已在電子信息工程專業(yè)設置了《MATLAB及其應用》課程，并受到了在讀本科生和該專業(yè)教師的肯定和好評。《MATLAB及其應用》定位于電子信息工程專業(yè)的專業(yè)基礎課，其課程內(nèi)容涉及了專業(yè)培養(yǎng)方案中的多門主干專業(yè)課，例如：程序設計基礎、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理等[5-6]。培養(yǎng)學生掌握、運用MATLAB以滿足上述專業(yè)課實驗和實踐教學的需要，是輔助、深化學生課堂理論學習，鍛煉、提高學生動手能力、實踐能力的重要手段。由此可見對于電子信息工程專業(yè)，MATLAB課程具有特殊而重要的作用，尤其是在當前工程教育專業(yè)認證背景下，如何改進提高MATLAB課程教學，如何發(fā)揮其在電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)體系中的作用，已成為電子信息工程專業(yè)教學領域關注的熱點問題。本文結合河南工業(yè)大學電子信息工程專業(yè)在《MAT?LAB及其應用》課程教學實踐中積累的經(jīng)驗，對專業(yè)認證標準下改進MATLAB課程教學的有關方面進行了研究和探討。

1 專業(yè)認證及其標準要求

為了推動我國高等工程教育實現(xiàn)工程學位國際互認即加入《華盛頓協(xié)議》，按照其協(xié)議規(guī)定要求，我國在2015年正式成立了工程教育專業(yè)認證協(xié)會。國家教育部作為其主管部門，其主要負責我國工程教育專業(yè)認證的組織、實施、管理等有關工作[7]。該協(xié)會由多家全國性行業(yè)組織參與，是非政府、非營利性、代表政府部門開展工程教育專業(yè)認證的第三方權威機構[7]。我國已于2016年正式加入了《華盛頓協(xié)議》成為其組織成員，標志著我國高等工程教育進入了走向國際化的、新的發(fā)展階段。

工程教育專業(yè)認證是工程學位走向國際化、互認的基礎，是工科類專業(yè)國際上廣泛采用的培養(yǎng)質(zhì)量評價體系、保障制度，其核心是對照行業(yè)普遍認可的既定質(zhì)量標準，全面評估工科類專業(yè)畢業(yè)生對其標準的達成情況[8-9]。在培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、持續(xù)改進、課程體系、師資隊伍、支持條件等方面[8-9]，專業(yè)認證對工科類專業(yè)均有明確、全面、客觀、具體的標準要求[8-9]。其中尤其強調(diào)工科類專業(yè)應以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導向，并建立專業(yè)持續(xù)改進機制以有效保障培養(yǎng)質(zhì)量[8-9]。目前，專業(yè)認證已成為我國高等工程教育評估體系中的重要組成，其對提升工科類專業(yè)教學質(zhì)量有著十分顯著的意義和作用。

經(jīng)過近年來的持續(xù)努力，河南工業(yè)大學電子信息工程專業(yè)于2018年順利通過了工程教育專業(yè)認證?！禡ATLAB及其應用》課程對于電子信息工程專業(yè)，具有較強的實踐性和應用性，對培養(yǎng)、鍛煉、提高學生的編程能力、實踐能力有著重要作用。對照專業(yè)認證的各項標準，《MATLAB及其應用》應達到的課程目標主要是：能夠培養(yǎng)學生具有分析、研究、設計、開發(fā)“復雜工程問題”解決方案及對其正確、全面、合理、客觀理解和評價的能力[10]，以及“使用現(xiàn)代工具：能夠針對復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性”的能力[10-11]。顯然《MAT?LAB及其應用》課程的教學實施應圍繞上述專業(yè)認證標準，以有力支撐電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的有效達成[9]。

2 改進課程教學的分析與探討

依據(jù)工程教育專業(yè)認證標準明確《MATLAB及其應用》課程目標之后，審視電子信息工程專業(yè)的課程體系，不難發(fā)現(xiàn)其中多門主干專業(yè)課例如程序設計基礎、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理等[5-6]，要求學生不僅具有解決“復雜工程問題”的理論分析能力，同時也要具有“使用現(xiàn)代工具”對“復雜工程問題”進行預測、模擬等的能力。雖然傳統(tǒng)的、以往的《MATLAB及其應用》課程教學的各環(huán)節(jié)已經(jīng)比較規(guī)范、成熟，但以專業(yè)認證標準重新審視《MATLAB及其應用》課程后，發(fā)現(xiàn)仍存在兩個主要問題：一是學生對MATLAB知識點的理解、掌握僅局限于教材內(nèi)容，對于相關專業(yè)課可能用到的新知識點，學生持續(xù)自學的能力薄弱；二是MATLAB上機實驗課內(nèi)容綜合性不夠，對于相關專業(yè)課涉及的“復雜工程問題”預測、模擬，學生解決問題的實踐能力薄弱。顯然，之所以以往的課程教學會存在上述問題，是因為在專業(yè)認證視角下，電子信息工程專業(yè)的課程體系中各門課程不再是孤立的，而是相互影響、共同作用，整體促成了培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求的達成[9]。為了保證專業(yè)培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求的有效達成，需要對《MATLAB及其應用》課程進行改進，將其與電子信息工程專業(yè)相關專業(yè)課教學有機結合、融會貫通，以培養(yǎng)、促進學生具有相關專業(yè)課學習所需的持續(xù)自學能力、編程實踐能力。

以電子信息工程專業(yè)為例，為了加強《MATLAB及其應用》對相關專業(yè)課程的配合、支撐、輔助作用，我們探討如何對《MATLAB及其應用》課程教學進行改進、提高，采取的主要措施包括：

（1）將《MATLAB及其應用》課程教學、上機實驗與相關專業(yè)課的課程內(nèi)容有機結合，讓學生深入理解MATLAB程序設計能夠解決相關專業(yè)課涉及的哪些“復雜工程問題”，從而激發(fā)學生對《MATLAB及其應用》課程的學習興趣，有助于深化學生對MATLAB知識點及程序設計的學習效果。通過MATLAB程序設計實現(xiàn)相關專業(yè)課的模擬、仿真實驗，能使枯燥的理論知識直觀化、可視化，使學生認識到學好《MATLAB及其應用》課程對相關專業(yè)課學習是大有裨益的，培養(yǎng)學生持續(xù)自學MATLAB知識點和鍛煉編程實踐能力的內(nèi)在動力。

（2）完善、改進《MATLAB及其應用》課程的上機實驗教學，在實驗內(nèi)容選取時，加入程序設計基礎、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理等[5-6]專業(yè)課的有關編程經(jīng)典實例。上機實驗時，可將若干實驗內(nèi)容綜合組成一個單元并分配給充足學時，強化實驗內(nèi)容的綜合性、復雜性，即相當于鍛煉學生解決小型的“復雜工程問題”，其實驗內(nèi)容將MATLAB與相關專業(yè)課進行對接、結合，將顯著增強對相關專業(yè)課的配合、支撐、輔助作用，培養(yǎng)學生具有解決相關專業(yè)課所涉及“復雜工程問題”的編程實踐能力。

（3）教師在對學生進行《MATLAB及其應用》課程上機實驗指導時，不僅要講解清楚具體實驗內(nèi)容、編程步驟、具體操作，更要對實驗內(nèi)容的程序設計思路、方法是什么，其能解決哪些“復雜工程問題”的預測、模擬，編程實現(xiàn)過程中可能會遇到哪些困難、問題，怎樣利用MATLAB的Help（幫助）功能查找相關命令的使用說明、應用舉例，如何自學MATLAB程序設計以解決相關專業(yè)課遇到的“復雜工程問題”等，進行深入、細致地講解分析和示例教學，以培養(yǎng)學生的持續(xù)自學能力，使學生能掌握MATLAB這一現(xiàn)代工具去自主分析、解決問題。

（4）繼續(xù)改進《MATLAB及其應用》課程的考核方式，在考核階段引入課程試卷考核與MATLAB程序設計考核相結合的方式，使課程考核更全面、多元化。傳統(tǒng)的課程考核是采用期末試卷成績與平時成績按各自占比加權計算的方式，引入MATLAB程序設計上機實驗考核，并將學生使用MATLAB對相關專業(yè)課經(jīng)典實例進行程序設計加入到上機實驗考核中，引導學生對MATLAB編程實踐能力的重視和鍛煉。多元化的考核方式能更全面地考察學生對《MATLAB及其應用》課程的整體理解能力，及運用MATLAB程序設計解決“復雜工程問題”的實踐能力，能更真實地反映學生學習情況，保證專業(yè)認證中達成評價的準確性[9]。

3 結語

本文針對電子信息工程專業(yè)由工程教育專業(yè)認證的概念出發(fā)，深入論述了MATLAB課程的作用，專業(yè)認證的概念和標準要求，及對照專業(yè)認證標準《MAT?LAB及其應用》應達到的課程目標；詳細分析、梳理了專業(yè)認證標準審視下，傳統(tǒng)的、以往的《MATLAB及其應用》課程教學存在的不足之處；結合河南工業(yè)大學電子信息工程專業(yè)參加專業(yè)認證過程中改進課程教學的實踐經(jīng)驗，對照專業(yè)認證標準研究、探討了改進《MAT?LAB及其應用》課程教學的途徑和若干措施。我們以參加專業(yè)認證為契機，通過全面總結經(jīng)驗、理清改進思路、采取有效措施，將進一步顯著提高《MATLAB及其應用》課程教學的教學水平、有力保障電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)質(zhì)量。同時，本文在專業(yè)認證標準下對《MATLAB及其應用》課程教學的實踐經(jīng)驗總結，及改進其課程教學的有關論述、分析、研究、探討等，對國內(nèi)高校開展MAT?LAB課程建設具有借鑒意義和參考價值。