《MATLAB與仿真》課程教學改革的探討和思考

摘 要：MATLAB軟件是科學研究、工程技術以及管理決策等領域內廣泛使用的科學計算環境和仿真平臺。本文結合作者多年使用MATLAB軟件的實踐和教授這門課程的教學經驗，針對《MATLAB與仿真》這門課的教學上，以學生掌握MATLAB程序設計的基本方法與基本技能為基準，同時兼顧創新能力的培養，基于多樣化原則，從教學方法、實踐環節等方面對課程建設與教學改革進行了探討和思考。分析了教學中存在的主要問題，并提出了解決方案。

關鍵詞：MATLAB語言 程序 實踐 多樣化 課程建設 教學改革

中圖分類號：G71文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0184-01

MATLAB（MATrix LABoratory）已成為科學研究、工程技術、管理決策等領域廣泛應用的科學計算環境和標準仿真平臺。由于具有高效、直觀與簡單的性能，MATLAB語言類課程已經成為高等理工科院校普遍開設的一門計算機輔助設計的課程，同時也是理工科大學生、研究生需要掌握的一種基本技能。然而，MATLAB軟件涉及到多個學科領域，如何從使用者的角度出發組織《MATLAB與仿真》課程的教學值得我們探討和思考。

1 《MATLAB與仿真》的課程設置與知識體系

我校的《MATLAB與仿真》課程開設在大二下學期，是一門面向多個專業的限選課。此時，學生已經具備高等數學、線性代數、概率統計、復變函數等數學基本知識，具備了大學物理、電路系統、信號處理等專業的公共基礎知識，學習MATLAB軟件必須的基礎知識已經具備。《MATLAB與仿真》是一門重實踐的計算機語言課程，其知識體系包括：基本知識介紹，符號計算，數值計算，M函數與腳本文件，圖形可視化，Simulink仿真，圖形用戶界面等。這些知識均屬于MATLAB軟件的共性，即無論哪個專業的學生，如需要使用MATLAB軟件進行仿真、預研等工作，都需要掌握的基礎知識。

2 教學中存在的問題

教學中，常常是課堂上學生的積極性不高，課下學生不會用MATLAB軟件解決問題。這主要是因為：

教學模式上的問題。一般而言，我們采用多媒體教室授課，教師一邊講授，一邊演示程序，講授完一部分知識后，學生進入實驗室進行集中試驗。這種先理論，后實踐的方法，學生在課堂上往往是被動地接受理論灌輸，然后再到實驗室編個程序，驗證一下課堂所學。學生在學習的過程中，積極性不高，主動性不強，感覺乏味枯燥，不能掌握MATLAB語言的核心思想與編程技巧，難以提升學生的創新性思維和解決問題的實踐能力。

實踐教學環節的問題。MATLAB與仿真是一門實踐性很強的課程，除了課堂上的程序演示與練習外，需要一定量和一定難度的實驗才能掌握MATLAB語言的核心內容和編程技巧。然而，目前的實踐教學環節，目的是掌握基礎知識為主，而不是實踐應用為主。一般針對教材上的基本知識點，給出一些仿真問題，而沒有把這門課程所學的內容融會貫通起來，結合學生的具體專業背景，給出一些實際問題，請學生去用MATLAB軟件解決。這就造成了學生學的時候，覺得這門課簡單易學，而真正應用的時候又無從下手，這不利于培養學生的工程創新能力。

3 《MATLAB與仿真》課程教學改革的思考與探討

3.1 充分調動學生的積極性，采用以學生為主體的現代教學模式

在教學內容的選擇上，要充分考慮學生的專業背景，結合學生的專業背景演示程序與安排實踐性環節。在數值計算和符號計算這部分知識的教學上，將高等數學中的積分、常微分方程求解等學生感覺麻煩或者易出錯的知識，利用MATLAB軟件來求解，吸引學生利用計算機工具解決問題。并將大學物理、電路系統、信號處理等專業基礎方面的問題，通過數學建模的方法，得到數學模型，利用MATLAB求解，并可視化，培養學生利用計算機工具解決本專業的計算問題，并培養一定的科研素養。在Simulink與圖形界面這部分知識的教學上，就要結合學生的專業背景，安排教學內容與實踐環節。如針對自動化專業的學生，利用Simulink來演示液壓控制系統、倒立擺系統的控制等；而針對通信專業的學生上課，就要利用Simulink演示編碼、變換等。

3.2 靈活運用項目驅動的方法，提高學生的實踐能力

MATLAB軟件以矩陣向量為基本數據結構，教學過程中，要時刻體現MATLAB軟件的這一特點。《MATLAB與仿真》這門課程的主要任務是令學生掌握利用MATLAB軟件解決專業學習、產品預研、科學探索過程中的計算與仿真問題，因此，無論是理論教學還是實踐教學，都要充分體現程序編制在本門課程中的重要性，都要充分調動學生的積極性，積極參與到利用MATLAB語言的程序編制中來。

項目驅動的方式是以項目的目標為導向與核心，圍繞著具體的任務，讓學生去自主探索，提高主動性和實踐能力。在理論教學過程中，將本次課用到的基本知識先講授出來，然后將程序設計項目給學生，請學生利用所學知識解決問題。對于簡單的項目，要求學生獨立完成；對于有難度的項目，要求學生以小組的形式完成，這樣既培養了學生獨立探索的能力，又培養了學生的團隊協作能力。在實踐教學中，明確實驗目的與實驗要求。將學生劃分小組，并請學生根據自己小組的專業特點或者知識背景，給出項目和任務，并利用MATLAB軟件完成。考慮到現在的大學生，幾乎人手一臺電腦的情況，以及本門課程的特點，實踐環節以大型作業的形式，請學生課下完成。課堂上，對每組的作業進行詳細的點評，提高學生的編程技巧。這樣的實踐教學環節，能夠提高學生發現問題、解決問題的能力，提升學生的創新性科研素養以及創新性工程素養。

3.3 改革成績評定方式，量化考核標準

課程的考核是以成績的形式給出，是檢驗學生學習效果與教師教學效果的重要手段之一。MATLAB與仿真課程的考核一般是筆試，試卷內容涵蓋了理論基礎以及程序開發，這種方式對于檢測理論學習非常有效，而對于實踐能力方面的檢測成效不明顯，往往使學生將注意力集中到基礎知識的學習上，而忽略了實踐能力的提高。改革成績評定方式，將平時的大型作業等體現實踐能力的教學環節納入考核范圍，注重對平時學習積極性、學習效果的監督，提升學生的實踐能力。學生的總成績=課堂研討×20%+大型作業×40%+期末考試×40%。期末考試采用上機考試的形式，建有本門課程的試題庫，試題覆蓋基礎知識和實踐能力，隨機選取試題。

4 結語

本文總結了作者運用MATLAB軟件的經驗，并將其體現到日常教學中。我們教學過程中，要充分體現MATLAB軟件的特色與特點，充分考慮學生的專業背景和知識背景，調動學生的主動性和積極性，提升學生的創新思維，培養學生發現問題和解決問題的能力。

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