《MATLAB及其工程應用》的教學探索

張紅升 周前能 胡章芳

摘 要 MATLAB是一個重要的科學運算和數據可視化處理軟件。MATLAB既是一個軟件也是一門編程語言，因此《MATLAB及其工程應用》既具有一定的理論性，又具有較強的實踐性。根據這個特點，在開課時間、課時安排和授課內容方面對該課程的教學進行了探索和改革，取得了較好的教學效果。

關鍵詞 MATLAB 教學改革 教學探索

中圖分類號：TP319-4文獻標識碼：A文章編號：1002-7661（2012）06-0009-02

對許多理工科專業而言，專業課程和專業基礎課程往往需要較多的數學知識或大量復雜的運算。這些復雜的運算往往是學生最感頭疼的問題，并因此使很多學生失去了專業課程學習的興趣，進而影響了其專業技能的提升和后續的深造。因此，對現代理工科大學生而言，必須學會至少一門輔助計算的軟件或語言，使其學會處理繁瑣的運算，提高專業課學習效果，并為以后的研究和深造打下良好的基礎。MATLAB就是一門輔助計算軟件，它具有強大的科學計算功能和數據可視化功能，可以方便地畫出二維和三維的多種曲線和圖形，同時MATLAB語法簡潔，易于上手。鑒于這個特點，筆者所在的重慶郵電大學光電學院采用了MATLAB作為全院學生的必修課程。我們通過近幾年的教學實踐，對《MATLAB及其工程應用》的教學進行了一些探索和改革，取得了較好的效果。

一、開課時間的安排

由于MATLAB是以矩陣運算為基礎，同時其語法風格具有類似C語言的特性，因此要求在MATLAB教課時，學生最好應先修過《線性代數》和《C程序設計》。如果這兩個課程沒有學過，那么必將導致教師浪費大量的時間解釋MATLAB的相關運算原理以及相關語法，從而沒有時間去講授MATLAB的工程應用和實際編程。我們對重慶郵電大學光電學院和其他學院，以及國內其他高校的課程安排做了調查，發現《線性代數》和《C程序設計》一般都安排在大學一年級，至于是在上學期或下學期完成，則每個學校各有不同。因此《MATLAB及其工程應用》的最佳開課時間應該是不晚于大二上學期。若大一上學期即學完《線性代數》和《C程序設計》，那么開在大一下學期也是可以的；或者大一下學期開設《線性代數》和《C程序設計》，但把《MATLAB及其工程應用》的開課時間定在學期的后半部分?？傊?，一定要保證學生有一定的《線性代數》和《C程序設計》基礎后，才能開設《MATLAB及其工程應用》，這樣學生在學習的時候，才能感到輕松（因為MATLAB相對于C語言要簡單得多，而且MATLAB非常易于處理線性代數的復雜運算）和有趣（因為MATLAB可以做出很漂亮的圖形），進而激發出很強的學習興趣。

二、課時和學分安排

MATLAB不是一個專門的理論課程，而且其使用方法相對其他編程語言要簡單得多，因此《MATLAB及其工程應用》不需要太多的理論課時。MATLAB既是一個軟件也是一門編程語言，因此《MATLAB及其工程應用》既具有一定的理論性，又具有較強的實踐性。從教學目的上來說，其實踐性要強于理論性，因此《MATLAB及其工程應用》又需要較多的實驗課時。同時，由于總體學分的限制，我們在重慶郵電大學光電學院的教學過程中，對該課程分配了2個學分，總共32課時，其中理論課和實驗課各占16課時。每上完一次理論課，即在當周或后一周安排相關的上機實驗，以及時鞏固課堂教學的效果，提高學生實際編程的能力。

三、教學內容的改革

如前所述，在總課時保持為32學時的情況下，為了體現《MATLAB及其工程應用》的實踐性，切實提高學生利用MATLAB編程和解決實際問題的能力，我們加大了實驗學時的比例，從原來的8學時提高到16學時，這樣理論教學的學時就從原來的24學時減為16學時。但同時，MATLAB本身的內容又十分豐富，具有龐大的工具箱和內嵌函數。因此必須合理安排教學內容，使得主要內容能被學生有效掌握。

為此，我們針對重慶郵電大學光電學院的專業特點，并通過多年的教學實踐，對授課內容不斷進行調整，最終確定了較為合理的授課內容。詳細的調整如下：

1.MATLAB的基本語法知識，如變量的命名/存儲/調用和賦值、條件判斷、循環操作等，由于和C語言極為類似，因此只需要4個學時即可完成MATLAB的基本知識的講述。

2.在講完MATLAB基本語法的基礎上，需要4個學時講述MATLAB的畫圖功能。由于對大學本科生而言，其處理的主要數據和圖形一般都是二維的，因此應重點講述二維畫圖的操作，而只需分配其中的1個學時簡單介紹三維畫圖的操作方法。由于二維畫圖做了較為詳細的講述，因此三維畫圖的講述只需要做拋磚引玉即可，一般學生都可以很快掌握相關函數的用法。畫圖部分要重點講述，因為這一部分最能體現MATLAB的強大，也最能激發學生的學習興趣。

3.由于MATLAB的函數和函數文件與C有較大的不同，因此要用專門的2個學時來講述函數的用法。必須提到MATLAB的函數可以有多個返回值，可以只傳遞部分輸入參數。這些地方都和C語言很不相同，但正是這些特性使得MATLAB更加容易使用。

4.省去MATLAB的符號運算的講述。因為從我們的調查看，絕大部分本科生在本科階段從來不使用符號運算。因此在學時受限的情況下，略去這部分內容是完全可行的。

5.剩下6學時用來重點講述MATLAB的工程應用。應結合學生剛剛學過的《高等數學》和《大學物理》中相關例子來進行講述，如曲線擬合，數據分析、處理和圖示，微積分，常微分方程求解，物理實驗的建模和分析等。這些例子都是學生們剛剛學習過的同時感到比較頭疼的數據處理或運算，通過講述如何用MATLAB解決這些問題，一方面鍛煉了學生熟練應用MATLAB的能力，另一方面也有利于克服學生對復雜運算的恐懼心理，提高學習效果。

四、結束語

《MATLAB及其工程應用》教學過程是一個不斷探索、總結與創新的過程。我們針對重慶郵電大學光電學院的《MATLAB及其工程應用》課程，在開課時間、課時安排和授課內容進行了探索和改革，取得了較好的教學效果。相關教學經驗也可以為其他學校和專業的MATLAB教學提供參考。

參考文獻：

[1]周開利，鄧春暉．MATLAB基礎及其應用教程[M]，北京：北京大學出版社，2007.

[2]薛山．MATLAB基礎教程[M]，北京：清華大學出版社，2011.

[3]李彤，闞文彬，曹昱彭．學習Matlab應從大一開始[J]．實驗技術與管理，2008，（8）：102-104．

（責任編輯 鄭文）