高校《MATLAB及其應用》課程教學的研究與思考

王 珂 傅洪亮 管愛紅 樊 超 楊鐵軍 楊 靜

（河南工業大學信息科學與工程學院，河南鄭州450001）

0 引言

MATLAB 是Matrix Laboratory（矩陣實驗室）的縮寫，是美國Mathwork 公司推出的—種集矩陣分析、數值計算、符號計算、繪圖操作、系統建模仿真等多種功能于一體的計算機程序語言和軟件[1-2]，被廣泛應用于科研、工程技術等領域，已成為國際上影響最廣泛的計算機軟件之一。 MATLAB 在數學計算、數據處理等方面具備其它計算機語言所不具備的優勢，其主要特點是操作方便、語言簡潔、語法規則簡單、庫函數豐富、編程效率高、繪圖功能強大、開放性的源程序、良好的人機交互等[1，3]。 MATLAB 在9O 年代中期開始在我國逐漸興起，并在各高校和科研單位得到應用。目前，其已成為在讀本、專科學生、研究生、科研人員、工程技術人員等需要掌握的重要計算機語言[4]。

河南工業大學相繼為電子信息類專業的本科生、 專科生開設了《MATLAB 及其應用》課程，獲得了本、專科學生和相關專業課任課教師的一致好評。開設《MATLAB 及其應用》課程的目的是為了使電子信息類專業學生能熟練使用MATLAB 語言和軟件、 具備一定的編程能力、掌握MATLAB 在相關專業課中的應用方法。 作為一門電子信息類專業基礎課，《MATLAB 及其應用》課程內容涉及了學生在大學期間的大部分主要課程，例如：高等數學、線性代數、概率統計、大學物理、電路分析、信號與系統、數字信號處理、通信原理等[5]。熟練使用MATLAB來解決上述課程學習中遇到的問題，是提高學生理論學習能力、動手能力、創新能力的重要途徑。 由此可見《MATLAB 及其應用》課程的重要性，而如何完成好該課程的教學工作，也是高校教務管理部門和電子信息類專業任課教師十分關心的課題。 我們結合自身多年來使用MATLAB 的經驗，以及在河南工業大學《MATLAB 及其應用》課程教學中積累的實踐經驗，對該課程的教學安排和實施、教學改進和提高等方面進行了研究和思考。

1 課程教學的安排和實施

河南工業大學為電子信息類專業本、 專科學生開設的《MATLAB及其應用》課程的安排、實施，歸納起來主要包括兩個環節，即教學準備環節、教學實施環節。 下面，我們對上述兩個環節進行具體論述。

1）教學準備環節

①制定教學大綱

教學大綱是課程教學安排、實施的綱領、總則，是保障課程教學質量的基礎。因此，制定教學大綱是準備環節中的首要工作。河南工業大學經過多年的教學實踐，形成了完善、規范的教學大綱制定、修訂方案。 通常，教學大綱主要規定了課程的性質、目的和任務、課程教材用書和參考書、教學內容及基本要求、課程考試大綱、教學安排及方式等內容。 這為課程教學的順利、有序實施提供了有力保障。

②學生選課與教學安排

目前，國內許多高校都實現了教務系統的數字化、信息化、網絡化。 河南工業大學也使用了數字化、信息化、網絡化的教務系統，可供在校本、專科學生方便地進行網上選課。而學生選課的結果，經過教務系統自動化的信息處理，可將選課情況的各種信息、數據進行匯總、統計，以供教務管理部門和任課教師方便、及時地查詢、掌握。 在掌握選課情況后，教務管理部門可合理地安排上課教室的大小、上課時間等；任課教師也能合理地考慮、安排、準備多媒體教學、實驗課、課時計劃進度等。

③任課教師備課

任課教師作為課程教學實施的主體、負責人，是保障課程教學質量的關鍵。通常，在課程開始授課前，任課教師的一項主要工作就是備課。 備課對每位任課教師都是一項繁重的工作，任課教師需要嚴格按照教學大綱規定的內容、要求進行備課。 由于MATLAB 自身的特點，《MATLAB 及其應用》課程通常采用多媒體教學方式進行授課。任課教師在準備多媒體課件時，不僅備課內容要覆蓋教學大綱規定的全部知識點，而且還要通過課件中不同的字體顏色、大小、及圖形、圖像、動畫等可視化的方式進一步突出重、難點部分，這也正是多媒體教學的優勢。

2）教學實施環節

①課堂授課教學

課堂授課是《MATLAB 及其應用》課程教學的主要方式，其直接關系到本、 專科學生對課程理論的學習效果。 在國內各高校中，《MATLAB 及其應用》課程每次上課一般是2 小節課時，任課教師每次上課通常是按照預先制定的課時計劃進度進行授課。 所以，任課教師應能在2 小節課時內層次有序、邏輯清楚、重難點突出地講授完課時計劃中的教材相應內容和知識點。任課教師授課時，應該用普通話、口齒清楚、聲音洪亮，以使每個學生能夠聽清、聽懂授課的內容。另外，任課教師在授課的過程中，要充分發揮多媒體教學的優勢，將MATLAB 軟件的使用操作、語法規則、編程方法、應用實例等，融會貫通地進行可視化、互動式教學，以使學生能直觀、有效地掌握知識點和重難點。 這也為學生課后自學MATLAB 軟件的使用、應用及后續的實驗課，打下了良好的基礎、創造了有利條件。

②實驗課教學

實驗課是《MATLAB 及其應用》課程教學的重要組成，其直接關系到對本、專科學生動手能力的培養效果。 在國內高校，《MATLAB 及其應用》課程通常都會安排一定學時的上機實驗課[6]。河南工業大學開設《MATLAB 及其應用》課程時，也非常重視相應的實驗課教學，在教學大綱中規定該課程的總學時為44 小節， 其中實驗課學時為16 小節，約占總學時的36.4%。 實驗課教學時，以學生的獨立上機操作、實驗為主，任課教師的講授為輔，任課教師講授的主要是操作演示、應用示例、實驗內容和要求等，學生隨后按照任課教師的要求進行相應內容的上機實驗。 在學生上機實驗過程中，任課教師對學生進行上機實驗的指導，主要包括回答學生的各類提問、為學生講解實驗操作中遇到的問題、發現并糾正學生實驗操作中常犯的錯誤、向學生傳授MATLAB 的編程經驗和技巧等。努力培養好學生的動手能力、編程能力，使學生真正能用好MATLAB，并能利用其解決一些實際問題。

③課程考試及總結

課程考試是《MATLAB 及其應用》課程教學的必需組成，其集中反映了學生對該課程的學習效果和任課教師的教學效果。 考慮到《MATLAB 及其應用》的課程特點，河南工業大學在該課程的教學大綱中規定考試方式為開卷筆試結合實驗機試，其中開卷筆試成績占總成績的70%，實驗機試成績占總成績的30%。 筆試試卷應題量適中、難易適度、覆蓋該課程主要的知識點和重難點，并經過任課教師的試卷試做和教務管理部門的試卷命題審核。實驗機試由任課教師選定一個綜合性實驗題目，要求學生在規定時間內獨立上機完成；任課教師根據學生完成的情況，給出實驗機試成績。由此可見，學生該課程的總成績既反映了學生對課程理論的學習效果，也反映了對學生動手能力的培養效果。最后，任課教師需要對課程教學進行總結，主要包括對學生的總成績、筆試成績、機試成績、及格率、優秀率、成績分布等進行統計、分析。這些統計、分析數據將是任課教師評估、改進《MATLAB 及其應用》課程教學效果，及教務管理部門進行教學質量管理、定期組織修訂教學大綱等的重要依據。

2 課程教學的改進和提高

河南工業大學開設的《MATLAB 及其應用》課程，經過近幾年的摸索、調整、優化，已逐步成為一門教學設置合理、實施規范的電子信息類專業基礎課，也受到了選課學生、信號與系統等專業課任課教師的廣泛好評。 但我們在實施、講授《MATLAB 及其應用》課程的教學實踐中也發現了若干問題，并思考了改進、提高的措施，在這里進行探討。具體包括以下幾個方面：

1）開展課程團隊建設

河南工業大學在總結《MATLAB 及其應用》課程多年教學實踐經驗的基礎上， 于2012 年對該課程開展了以課程組負責人和課程組制度為核心的課程團隊建設。 該團隊建設的目的是加快形成穩定、高素質的課程團隊，建立標準、統一、規范的課程教學質量保障體系，促使任課教師全面參與課程建設。 課程組負責人由長期講授該課程的、教學經驗豐富的副教授及以上職稱的優秀教師擔任，課程組成員由所有該課程的任課教師組成。 由此形成的課程團隊全面負責《MATLAB 及其應用》課程的組織、教學、改革、建設，便于課程組內進行集體備課，及在教學的各個環節進行交流；而教學大綱制定、修訂的具體工作也從院系轉移到課程團隊。這樣，使該課程從組織到實施、從教學大綱到授課，實現了一體化、集約化、標準化、專業化的課程體系，從根本上解決了以往任課教師分散式教學帶來的諸如教學實施不統一、教學效果難評估、教學質量難監管等問題，有效地提高了《MATLAB 及其應用》課程的教學質量。

2）優化課程內容，滿足不同需求

眾所周知，MATLAB 的應用領域十分廣泛，除電子信息領域外，其還廣泛應用于數學、物理、力學、電氣、機械、土木、金融等領域。這些領域相關專業的學生也開始要求開設《MATLAB 及其應用》課程。 加之本、專科不同學歷層次學生對該課程教學的深度、廣度、難度有不同的需求。所以，《MATLAB 及其應用》課程若要滿足不同專業、不同學歷層次學生的需求，則需對課程內容進行優化、調整。 一方面，對于不同專業的學生，根據其專業特點和需要，在課程教學時可對內容的側重點、覆蓋的知識點進行調整，本著“學以致用”的原則，使課程內容與專業需求進行對接；另一方面，對于不同學歷層次的學生，在課程教學時可對內容的深度、廣度、難度進行區分設置，即分層次教學，使本、專科學生對MATLAB 的掌握程度能適合各自學歷層次的學習需求。 這些對課程內容的優化，將被寫入修訂后的教學大綱、固定下來，逐步形成多專業、多層次、多元化的課程教學方案，解決了以往單一模式教學難以滿足學生不同需求的問題，滿足了學生對《MATLAB 及其應用》課程的內在需求。

3）改進實驗課教學

《MATLAB 及其應用》是一門實踐性、應用性很強的課程，對學生的動手能力有較高的要求，而培養、鍛煉學生動手能力的主要途徑就是上機實驗。可見，實驗課在該課程教學中的地位十分重要。經過不斷地調整、改進，河南工業大學《MATLAB 及其應用》課程的實驗課教學已經比較合理、成熟，但我們發現仍存在兩個主要問題：一是，實驗課的內容較為單一，對相關專業課的支撐作用有待提高；二是，對學生的實驗指導局限于具體題目，對學生自學能力的培養有待加強。因此，我們正在逐步改進該課程的實驗課教學，一方面，在教材配套實驗題目的基礎上，增加信號與系統、數字信號處理等相關專業課的綜合性實驗，使學生相當于進行小型的課程設計，將MATLAB 與相關專業課的內容相結合，以提高對相關專業課的支撐作用；另一方面，在對學生進行實驗指導時，不僅要講解具體題目、具體操作，更要對解決這類題目的思路是什么、解決過程中可能遇到哪些問題、怎樣使用MATLAB 的Help 功能進行自學以解決遇到的問題等，進行深入地講解，以培養學生的自學能力，讓學生逐漸能使用MATLAB 自己解決問題。

3 結束語

經過近幾年的實踐、調整、改進、提高，河南工業大學的《MATLAB及其應用》課程教學獲得了較好的效果，課程建設取得了一定的成果，對學生的培養水平也在穩步提高。對于目前該課程教學中存在的若干問題，我們進行了深入思考、分析研究，并及時總結經驗、理清思路，采取有效措施對課程教學進行改進、 提高。 相信經過繼續努力，《MATLAB 及其應用》在河南工業大學將成為一門教學質量優秀、滿足學生不同需求、廣受師生好評的精品課程。 而《MATLAB 及其應用》課程本身也將建成標準化、規范化、多元化、高質量、高水平的課程體系。 可見，本文對《MATLAB 及其應用》課程實施的論述，對課程教學的思考及改進、提高的探討，對國內各高校開設《MATLAB 及其應用》課程、及其課程教學和課程建設都具有重要的參考價值。

［1］劉衛國.MATLAB 程序設計與應用.2 版[M].北京：高等教育出版社，2006.

［2］劉慧穎.MATLAB R2007 基礎教程[M].北京：清華大學出版社，2008.

［3］王志新.《Matlab 程序設計》課程建設的思考[J].黑龍江科技信息，2009，21：190-191.

［4］胡章芳，羅元，王艷.《MATLAB 及其工程應用》課程建設的探索[J].科學咨詢：決策管理，2010，10：112-113.

［5］馬斌.Matlab 語言及其工程應用課程教學方法的探索和思考[J].甘肅科技，2011，27（2）：162-163.

［6］陳健，黃愛華，周琦.“MATLAB 語言及應用”課程的教學體會[J].廣東工業大學學報：社會科學版，2002，2：106-107.