MATLAB程序設(shè)計(jì)公選課教學(xué)研究與探討

摘 要：本文結(jié)合筆者M(jìn)ATLAB程序設(shè)計(jì)教學(xué)體會(huì)，著重從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面探討和研究了該課程的教學(xué)實(shí)施情況。

關(guān)鍵詞：MATLAB；公選課；任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)；教學(xué)模式；案例教學(xué)

公選課是高?；谏鐣?huì)對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型人才的迫切需要，為實(shí)施通識(shí)教育而面向全校學(xué)生開(kāi)設(shè)的跨學(xué)科、跨專(zhuān)業(yè)的選修課程，目前已成為高校課程體系的重要組成部分。但與必修課相比，公選課的教學(xué)常常出現(xiàn)學(xué)生上課不認(rèn)真、缺課率高、教學(xué)效果不好等不盡人意的情況，嚴(yán)重影響公選課的教學(xué)質(zhì)量。如何解決這個(gè)問(wèn)題，是各高校公選課教學(xué)工作中必須面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

一、MATALB公選課概述

MATLAB作為一種高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，自其誕生以來(lái)功能越來(lái)越強(qiáng)，在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣，為此國(guó)內(nèi)外大多數(shù)高校都開(kāi)設(shè)了MATLAB課程。目前MATLAB課程的設(shè)置方式主要有兩種：一種是將MATLAB作為一門(mén)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程獨(dú)立開(kāi)設(shè)，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是MATLAB編程和基本工具的使用；另一種是將MATLAB與其他課程進(jìn)行整合，學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是課程中相關(guān)問(wèn)題的MATLAB求解方法。長(zhǎng)江大學(xué)的開(kāi)課情況也大致如此：較早時(shí)在計(jì)科、電信、信計(jì)等專(zhuān)業(yè)的信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理等課程中講解MATLAB相關(guān)知識(shí)，后來(lái)在部分工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)MATLAB編程的選修課，再后來(lái)面向全校各專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)MATLAB程序設(shè)計(jì)的公選課，目前三種開(kāi)形式都有，但以公選課為主。筆者已開(kāi)講MATLAB程序設(shè)計(jì)公選課多年，修課人數(shù)眾多，經(jīng)過(guò)多年的探索，形成了比較成熟的教學(xué)模式和教學(xué)風(fēng)格，課程受到學(xué)生的普遍歡迎，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力起到了積極的作用。

二、教學(xué)改革思路

高校設(shè)置公選課的目的是拓寬學(xué)生的知識(shí)面。雖然大多數(shù)學(xué)生很積極地上選修課，但仍有一部分學(xué)生以消極的態(tài)度對(duì)待公選課，只把公選課當(dāng)做一項(xiàng)任務(wù)被動(dòng)去完成，這需要學(xué)校和任課教師的正確引導(dǎo)和監(jiān)督。公選課面向全校不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，選課學(xué)生專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)和知識(shí)水平各異。針對(duì)學(xué)生的差異性，如何提高不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，如何選擇教學(xué)內(nèi)容和素材，如何確定教學(xué)方式和考核方式等對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)無(wú)疑是至關(guān)重要的，這就要求教師要深入研究和探討教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)模式實(shí)施。

三、教學(xué)實(shí)踐中的一些有效做法

1.精心準(zhǔn)備第一堂課，激發(fā)學(xué)生興趣。興趣是開(kāi)發(fā)智力、挖掘潛能的鑰匙，也是行動(dòng)的最好動(dòng)力。公選課既要在形式上引人入勝，又要在內(nèi)容上新穎別致，才能激發(fā)學(xué)生的興趣。在具體實(shí)施中還是需要技巧的，這體現(xiàn)在如何上好第一堂課。不少教師常采用在課堂上為學(xué)生展示MATLAB的強(qiáng)大功能或者結(jié)合實(shí)例為學(xué)生展示MATLAB在解決具體數(shù)學(xué)問(wèn)題上的便捷性等。不可否認(rèn)，這在一定程度上會(huì)調(diào)動(dòng)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，但課堂所展示的MATLAB功能或?qū)嵗吘褂邢蓿簧賹W(xué)生仍存有“工具雖好，與己無(wú)關(guān)”的思想。筆者主要通過(guò)以下兩個(gè)步驟來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣：第一，在介紹MATLAB的概念、基本功能以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀后做一次課堂問(wèn)卷調(diào)查，以掌握學(xué)生選修該課程的動(dòng)機(jī)，使后續(xù)教學(xué)更具針對(duì)性；第二，在正式授課之前再介紹一些MATLAB軟件幫助學(xué)生在全國(guó)數(shù)學(xué)建模大賽、仿真大賽中獲獎(jiǎng)、找得好工作的真實(shí)事跡，這都頗能吸引學(xué)生的眼球，具有很好的帶動(dòng)效應(yīng)。

2.針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)組織教學(xué)內(nèi)容，分層次、分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)教學(xué)。由于MATLAB的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，不同的學(xué)科專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)該課程的性質(zhì)有所不同，學(xué)生具有不同的特長(zhǎng)和喜好，其接受能力也存在一定的差異。教學(xué)過(guò)程中有部分學(xué)生趕不上教學(xué)進(jìn)度，尤其是對(duì)于沒(méi)有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基礎(chǔ)的學(xué)生，程序設(shè)計(jì)對(duì)于他們來(lái)說(shuō)相當(dāng)困難。MATLAB功能非常強(qiáng)大，想要學(xué)好全部功能是不可能的，所以一定要針對(duì)各自的學(xué)科領(lǐng)域選擇學(xué)習(xí)相關(guān)的功能模塊，因此，本課程應(yīng)采用分層次、分領(lǐng)域的教學(xué)模式。

對(duì)于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，應(yīng)先注重基本概念教學(xué)，由淺入深，根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容層層深入程序設(shè)計(jì)，這樣可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)思路。而對(duì)于不同學(xué)科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，講授過(guò)程中注重MATLAB在其學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用程度。如對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)圖像處理方向的學(xué)生，講授的重點(diǎn)將是圖像處理工具箱的應(yīng)用；而對(duì)數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)講授數(shù)值計(jì)算、矩陣運(yùn)算等。由于授課課時(shí)有限，授課內(nèi)容不可能面面俱到，但教師在講授過(guò)程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)其他的知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到事半功倍的效果。

“授人以魚(yú)不如授人以漁”，MATLAB中有著數(shù)量驚人的函數(shù)，沒(méi)有一本書(shū)能夠完全包含這些函數(shù)，但MATLAB作為一個(gè)優(yōu)秀的科學(xué)計(jì)算軟件，其幫助系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)交互界面，考慮了不同用戶(hù)的需求，構(gòu)成了一個(gè)比較完備的幫助體系。在教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)盡量多地演示MATLAB的幫助體系，讓學(xué)生盡可能地掌握幫助體系的使用方法。

3.多種措施促實(shí)踐，切實(shí)提高應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力。MATLAB課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，MATLAB課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生之間、師生之間相互討論、相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)，因此教師應(yīng)當(dāng)營(yíng)造一種平等、民主、和諧的教學(xué)氛圍，為學(xué)生搭建一個(gè)交流平臺(tái)。每個(gè)人都有自己的學(xué)習(xí)方法，對(duì)于同樣一個(gè)問(wèn)題學(xué)生所理解的角度也有所不同，因此，在學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)讓學(xué)生多交流，互相幫助。

目前我校公選課只有理論教學(xué)，沒(méi)安排實(shí)踐教學(xué)，為此還應(yīng)充分利用課外時(shí)間。教師可布置一些難度適當(dāng)?shù)拇笞鳂I(yè)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的欲望。大作業(yè)一般是把課程的主要內(nèi)容通過(guò)一個(gè)程序讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)，有一定難度。對(duì)于能力強(qiáng)的學(xué)生，一個(gè)人可以獨(dú)立完成，但對(duì)于能力一般的學(xué)生，則需要鼓勵(lì)他們組成小組，成員間互相協(xié)作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神與協(xié)作意識(shí)。為了進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生挑戰(zhàn)困難的勇氣，完成大作業(yè)還可舉行程序設(shè)計(jì)比賽，把實(shí)現(xiàn)效果、軟件運(yùn)行性能、程序可讀性等方面作為指標(biāo)進(jìn)行比較，促進(jìn)良好學(xué)風(fēng)的形成。

合理地使用MATLAB資源，可以幫助學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識(shí)。教師要鼓勵(lì)學(xué)生合理利用網(wǎng)絡(luò)資源；另外還可組織學(xué)生剖析成熟的系統(tǒng)，分析開(kāi)源代碼，幫助學(xué)生理解大系統(tǒng)的構(gòu)造及具體功能的實(shí)現(xiàn)；在課程后期，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己的專(zhuān)業(yè)方向和研究興趣，查閱文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)綜述報(bào)告，以提高學(xué)生跟蹤學(xué)科前沿的能力。

4.采用案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，改善課程教與學(xué)脫節(jié)問(wèn)題。傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式枯燥乏味，容易使學(xué)生出現(xiàn)學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、精力分散等問(wèn)題，為此學(xué)者建議采用案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法。案例教學(xué)是通過(guò)對(duì)具體案例的分析引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生對(duì)基本知識(shí)、原理方法的理解掌握，挖掘?qū)W生的潛能，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的一種教學(xué)模式。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是一種主動(dòng)探究型教學(xué)模式，其特點(diǎn)是以學(xué)生為中心，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)。所謂任務(wù)驅(qū)動(dòng)，是指通過(guò)完成一項(xiàng)或多項(xiàng)與學(xué)科相關(guān)的任務(wù)來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)和獲得技能。

在課程教學(xué)中，教師先講清本次課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，讓學(xué)生在頭腦里有個(gè)目標(biāo)，接著給學(xué)生展示精心設(shè)計(jì)的綜合案例，再對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行講解。然后設(shè)計(jì)一些綜合應(yīng)用課堂知識(shí)點(diǎn)的案例，只將最后的設(shè)計(jì)結(jié)果展示給學(xué)生，讓學(xué)生親自去分析、判斷，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律并綜合使用課堂知識(shí)設(shè)計(jì)出該案例。教師通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生去解決問(wèn)題，了解學(xué)生如何思考問(wèn)題，對(duì)于學(xué)生的回答應(yīng)采取正面的評(píng)價(jià)，如出現(xiàn)錯(cuò)誤應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題存在的原因。學(xué)生完成任務(wù)的過(guò)程，既是學(xué)習(xí)理論知識(shí)的過(guò)程，也是綜合應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程。

5.重視教學(xué)的過(guò)程化管理與綜合考評(píng)。重視教學(xué)的過(guò)程化管理與考核是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段，考評(píng)的目的不僅是為了考核學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握課程的情況，更重要的是鼓勵(lì)和督促學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。對(duì)課堂、作業(yè)、課后實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正每一環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題?？己藭r(shí)打破單純?cè)嚲淼目荚u(píng)方式，采用自評(píng)、同學(xué)互評(píng)和教師綜評(píng)相結(jié)合的綜合考評(píng)方式，充分重視學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、綜合運(yùn)用及創(chuàng)新能力等各方面的情況。

多年的MATLAB教改實(shí)踐表明：只有不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，才能提高教學(xué)質(zhì)量，真正使MATLAB公選課成為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)復(fù)合型人才的實(shí)用課程之一。

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