模塊化教學(xué)模式在Matlab 軟件課程中的應(yīng)用

陳 鋒，關(guān)麗紅

(長春大學(xué) 理學(xué)院，長春130022)

數(shù)學(xué)專業(yè)課程重于理論教學(xué)，而Matlab 課程教學(xué)主要以大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)課程為主線，內(nèi)容涵蓋線性代數(shù)、數(shù)值分析、數(shù)學(xué)分析、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、常微分方程、運籌學(xué)、空間解析幾何、圖論等課程，重于實踐學(xué)習(xí)，它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中的數(shù)值計算方面首屈一指，Matlab 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，它的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，因此用Matlab 來解決問題要比其他軟件語言完成同樣的事情簡捷得多，然而，要想學(xué)習(xí)此門軟件語言并非易事，需要建立一種學(xué)習(xí)模型，用自己的方式將繁瑣復(fù)雜的專業(yè)語言給抽象出來，歸納總結(jié)出學(xué)習(xí)的實質(zhì)，因此，采用模塊化的教學(xué)手段簡化繁瑣的學(xué)習(xí)方法，不僅可以讓學(xué)生明確各個專業(yè)課程與Matlab 軟件之間的聯(lián)系，還可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)Matlab 的興趣，提高學(xué)習(xí)積極性，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，注重實踐才能夠更好地學(xué)習(xí)和理解理論知識，構(gòu)建一個“理解、記憶、聯(lián)系、糾錯、構(gòu)建”的過程，幫助我們把平常的學(xué)習(xí)過程拓展延伸，再根據(jù)實際情況進行修改補充，通過模塊化的學(xué)習(xí)方式簡化學(xué)習(xí)內(nèi)容，降低學(xué)習(xí)壓力，將Matlab 分成模塊的學(xué)習(xí)方式既有條理性又有邏輯性，而中國的教育從“應(yīng)試教育”向“素質(zhì)教育”的轉(zhuǎn)型，這一教學(xué)模式受到諸多教育理論工作者及各類學(xué)科教師的青睞。

1 研究目標(biāo)

Matlab 是解決專業(yè)課程問題最直觀的手段，有利于學(xué)生對專業(yè)知識的理解和掌握，而模塊化的教學(xué)手段讓各個專業(yè)課之間相互聯(lián)系起來，我們根據(jù)專業(yè)課的不同，分專業(yè)科目模塊討論Matlab 與專業(yè)課之間的聯(lián)系，得出模塊化的教學(xué)手段對Matlab 學(xué)科是否有幫助的結(jié)論，從而得出Matlab 模塊化教學(xué)的必要性。 又以Matlab 軟件學(xué)科為基礎(chǔ)，解決數(shù)學(xué)專業(yè)課程的大數(shù)據(jù)問題。 模塊化教學(xué)法作為新型學(xué)習(xí)方式，適應(yīng)目前軟件學(xué)習(xí)的要求，它是具有靈活性、綜合性、實踐性等特點的個性化教學(xué)。 它的好處有很多，最重要的就是有利于學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的劃分，在學(xué)習(xí)過程中優(yōu)化學(xué)習(xí)方法，大大提高學(xué)習(xí)效率，也可以根據(jù)學(xué)習(xí)需求作出相應(yīng)調(diào)整。

2 文獻綜述

隨著社會日益向前發(fā)展，計算機領(lǐng)域可謂是如日中天，各大種類的軟件平臺相繼出現(xiàn)，給相關(guān)教育行業(yè)者一大啟示。 在《〈MATLAB 程序設(shè)計〉教學(xué)模塊化改革的研究與實施》中就提出了要進一步提出模塊化的教學(xué)特點，要構(gòu)建三個模塊化教學(xué)體系，分別是：專業(yè)模塊、基礎(chǔ)模塊和實訓(xùn)模塊；在羅印的《模塊化教學(xué)在軟件教學(xué)中的應(yīng)用》中提出要將理論和實踐相結(jié)合；軟件教學(xué)的重要性呼之欲出，教育者們對加強其理論與實踐相結(jié)合的態(tài)度也是堅定不移，同時模塊化教學(xué)的出現(xiàn)及應(yīng)用也為軟件教學(xué)提供了巨大幫助。 現(xiàn)階段職業(yè)教育普遍認(rèn)可的教育教學(xué)理念是專業(yè)模塊化教學(xué)，這種教學(xué)模式以培養(yǎng)學(xué)生全方位能力和綜合素質(zhì)為最終目標(biāo)。 模塊化教學(xué)的教法與學(xué)法均強調(diào)知行一體，是集中師資、場地、設(shè)備等資源開展理論知識和操作技能相輔相成的一體化教學(xué)模式。 在王霞的《模塊化教學(xué)在軟件教學(xué)中的應(yīng)用》中提出了模塊化教學(xué)在軟件教學(xué)中的現(xiàn)狀及應(yīng)用，并針對這一問題提出解決方案；在《Matlab 軟件在定積分教學(xué)中的應(yīng)用》中了解到Matlab 具有強大的數(shù)值處理功能，在《計算機嵌入式系統(tǒng)模塊化教學(xué)設(shè)計》中針對傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的理論化、知識化傳授方法中存在的問題，以模塊化教學(xué)為導(dǎo)向，提出嵌入式課程教學(xué)分層次人才培養(yǎng)，設(shè)計了實驗教學(xué)功能單元精細(xì)化、分模塊化平臺教學(xué)方案，優(yōu)化了教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，提升了教學(xué)效果，提高了學(xué)生嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用能力。 而Matlab 是一種優(yōu)越的數(shù)值處理軟件，具有強大的數(shù)值處理功能，在數(shù)學(xué)教學(xué)以及工程實用中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 因此，學(xué)好Matlab 軟件課程尤為重要，對于學(xué)生而言，Matlab 是解決專業(yè)課程問題最直觀的手段，有利于學(xué)生對專業(yè)知識的理解和掌握，而模塊化的教學(xué)手段讓各個專業(yè)課之間相互聯(lián)系起來，我們根據(jù)專業(yè)課的不同，分專業(yè)科目討論Matlab 與專業(yè)課之間的聯(lián)系，得出模塊化的教學(xué)手段對Matlab 學(xué)科是否有幫助的結(jié)論，從而得出Matlab 模塊化教學(xué)的必要性。

3 模塊化教學(xué)特點

3.1 模塊化教學(xué)法

模塊化教學(xué)法(Modules of Employable Skills， MES)是20 世紀(jì)70 年代初由國際勞工組織研究開發(fā)出來的以現(xiàn)場教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式。 模塊化教學(xué)在學(xué)習(xí)應(yīng)用中由于具有靈活性、時效性、經(jīng)濟性、針對性的一些優(yōu)點，正巧中國的教育正在從“應(yīng)試教育”向“素質(zhì)教育”轉(zhuǎn)型，這一教學(xué)模式受到許多教育工作者及各類學(xué)科教師的青睞。

3.2 模塊化教學(xué)的意義

模塊化教學(xué)在數(shù)學(xué)專業(yè)中有著獨特的優(yōu)勢和特點，其意義同樣重要。 模塊化學(xué)習(xí)改變了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，為學(xué)生提供了更優(yōu)越的學(xué)習(xí)環(huán)境。 利用這種學(xué)習(xí)方法，在Matlab 軟件學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用。 但是如果想在學(xué)習(xí)過程中長期使用，模塊化的分配和教師與學(xué)生之間的磨合以及學(xué)習(xí)的接受能力都起到了非常重要的作用。

與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)形式不同，模塊化學(xué)習(xí)能夠更好地突出學(xué)生的主體地位，可以將學(xué)生分成小組的形式，共同學(xué)習(xí)共同進步，老師也可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況對教學(xué)進行修改和更新，使得學(xué)習(xí)效率大大提高。 當(dāng)然，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)習(xí)往往處于被動狀態(tài)，只能死記硬背，而在多媒體大學(xué)習(xí)環(huán)境下，教師可以通過控制電腦示范給學(xué)生，學(xué)生們可以自己操作，實踐能力也會大大增強。

3.3 創(chuàng)建模塊

我們不僅要把學(xué)習(xí)課程分模塊學(xué)習(xí)，也要把整個學(xué)習(xí)體系分成模塊。 學(xué)習(xí)模塊就像一個復(fù)雜的市場，里面有許多種類的事物，將事物分類別才能更直觀地辨認(rèn)，學(xué)習(xí)體系也一樣，將學(xué)習(xí)體系分成“理解、記憶、聯(lián)系、糾錯、構(gòu)建”幾個部分，能有效地提高學(xué)習(xí)效率。

4 教學(xué)模塊

4.1 模塊分類

(1)MATLAB 在微分方程中的應(yīng)用；

(2)MATLAB 在曲面積分中的應(yīng)用；

(3)MATLAB 在曲線積分中的應(yīng)用；

(4)MATLAB 在方程組求解中的應(yīng)用；

(5)MATLAB 在矩陣初等變換及二次型中的應(yīng)用；

(6)MATLAB 在圖論中的應(yīng)用；

(7)MATLAB 在解析幾何中的應(yīng)用；

(8)MATLAB 在規(guī)劃問題中的應(yīng)用；

(9)MATLAB 在函數(shù)零值問題的應(yīng)用；

(10)MATLAB 在假設(shè)檢驗中的應(yīng)用；

(11)MATLAB 在參數(shù)估計中的應(yīng)用；

(12)MATLAB 在方差分析中的應(yīng)用；

(13)MATLAB 在回歸分析中的應(yīng)用；

(14)MATLAB 關(guān)于隨機變量的數(shù)字特征中的應(yīng)用；

(15)MATLAB 在插值中的應(yīng)用；

(16)MATLAB 在曲線擬合中的應(yīng)用；

(17)MATLAB 在無窮級數(shù)和極限中的應(yīng)用。

4.2 模塊內(nèi)容

表1

5 模塊化教學(xué)體系

5.1 體系構(gòu)建

圖1 體系構(gòu)建

5.1.1 基礎(chǔ)模塊

基礎(chǔ)模塊是課程的入門階段，也就是要學(xué)好Matlab 的基礎(chǔ)知識，由易到難，將工具的典型性應(yīng)用方面重點學(xué)習(xí)，并結(jié)合實例加深對工具和知識的理解，這是對后續(xù)專業(yè)模塊和實踐模塊打基礎(chǔ)，這一部分學(xué)好了，就是掌握了解決問題的手段。

5.1.2 專業(yè)模塊

掌握Matlab 基本使用的目的就是為了能夠應(yīng)用于實際，根據(jù)第二部分教學(xué)模塊，將專業(yè)知識分模塊教學(xué)，將Matlab 應(yīng)用于以往所學(xué)的專業(yè)課程中，并對自己所學(xué)的專業(yè)課程進行實例應(yīng)用，結(jié)合實際使用才是真正有用的東西。

在大一、大二階段，對個人而言，學(xué)習(xí)專業(yè)知識相對理解比較困難，成績也只是剛過及格線的成績，每學(xué)期的期末都會有為期兩周的實踐環(huán)節(jié)，專業(yè)知識沒學(xué)好的同學(xué)，實踐起來會非常困難，在指導(dǎo)老師的幫助下，才能將所學(xué)的專業(yè)知識和Matlab 軟件的應(yīng)用結(jié)合起來，所以學(xué)習(xí)專業(yè)知識也非常重要。 將專業(yè)課分模塊講解，能夠更好地理解，在實踐環(huán)節(jié)的時候能夠快速應(yīng)用。

5.1.3 實踐模塊

在前兩個模塊的基礎(chǔ)上，實踐模塊是在學(xué)習(xí)過程中進步最快的方式，主要側(cè)重綜合能力的培養(yǎng)，模塊的內(nèi)容選取主要看第二部分模塊內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己學(xué)習(xí)的實際情況選取適合自己的模塊內(nèi)容，完成實踐內(nèi)容，并提交文字性材料，這樣既可以把專業(yè)知識加以復(fù)習(xí)，又可以練習(xí)Matlab 的使用，提高動手操作能力，也增加了課程的趣味性。

在大三、大四階段，主要以實踐課程為主，教師會給學(xué)生分成小組進行學(xué)習(xí)，給定幾個模塊進行選取，這對學(xué)習(xí)Matlab 軟件提供了很好的機會，同時，每學(xué)期都會有大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，這也對Matlab 軟件的使用提出了更高的要求，同時也是彌補不足和學(xué)習(xí)的過程，因此，實踐模式是很必要的。

Matlab 是一個實用性很強的工具，在目前的職業(yè)需求上也是很熱門的一個軟件，對于這個軟件的學(xué)習(xí)，不同的專業(yè)根據(jù)自身的特色選取相應(yīng)模塊進行教學(xué)。

5.2 課程模塊化體系分解圖

在教學(xué)過程中，通過模塊化教學(xué)形成一套完整的教學(xué)模式，不但可以提高教師的教學(xué)水平，同時還可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從總體上促進課程的發(fā)展。

6 結(jié)語

圖2 課程模塊化體系分解圖

隨著社會日益向前發(fā)展，計算機領(lǐng)域可謂是如日中天，各大種類的軟件平臺相繼出現(xiàn)，給相關(guān)教育行業(yè)者一大啟示。 軟件教學(xué)的重要性呼之欲出，教育者們對加強其理論與實踐相結(jié)合的態(tài)度也是堅定不移，同時模塊化教學(xué)的出現(xiàn)及應(yīng)用也為軟件教學(xué)提供了巨大幫助。 專業(yè)模塊化教學(xué)是現(xiàn)階段職業(yè)教育普遍認(rèn)可的教育教學(xué)理念，這種教學(xué)模式以培養(yǎng)學(xué)生全方位能力和綜合素質(zhì)為最終目標(biāo)。 模塊化教學(xué)的教法與學(xué)法均強調(diào)知行一體，是集中師資、場地、設(shè)備等資源開展理論知識和操作技能相輔相成的一體化教學(xué)模式。 針對傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的理論化、知識化傳授方法中存在的問題，以模塊化教學(xué)為導(dǎo)向，提出嵌入式課程教學(xué)分層次人才培養(yǎng)，設(shè)計了實驗教學(xué)功能單元精細(xì)化、分模塊化平臺教學(xué)方案，優(yōu)化了教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，提升了教學(xué)效果，提高了學(xué)生嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用能力。 而Matlab 是一種優(yōu)越的數(shù)值處理軟件，具有強大的數(shù)值處理功能，在數(shù)學(xué)教學(xué)以及工程實用中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 通過課程模塊化的教學(xué)，使課程的內(nèi)容更加緊湊，在上課時，更側(cè)重于從做中學(xué)，強調(diào)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的作用，尤其是一些綜合性的問題，對專業(yè)性的要求也非常高，所以要將專業(yè)課分模塊，將實踐環(huán)節(jié)分模塊，這樣才能提高Matlab 的應(yīng)用。