啟發式的電氣信息類專業Matlab課程教學方法探索

【摘 要】Matlab其本身是一款數學仿真軟件，在電氣信息類專業的教學中較為抽象，而且本門課程一般開設在專業課之前，學生還不清楚他們專業中的系統與模型等方面的知識，他們很難非常清楚地認識到本專業中的一些科學問題處理方法。所以除要求學生掌握課程中編程問題之外，還需讓學生明白Matlab在本專業研究方向上的作用，如何將實際問題轉化為Matlab處理的問題。筆者結合近年來在Matlab教學中的體會，總結了在本門課程中所采用的啟發式教學方法。

【關鍵詞】教學方法 啟發式 Matlab課程 電氣信息類

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）18-0059-02

一 引言

“啟發”一詞源于我國的大教育家孔子，出自其《論語·述而》：“不憤不啟，不悱不發。舉一隅不以三隅反，則不復也。”宋代理學家朱熹解釋：“憤者，心求通而未得之狀也；悱者，口欲言而未能之貌也。啟，謂開其意；發，謂達其辭。”所以孔子的意思是說人如果不到他努力想弄明白而不得的程度，不要去開導他；不到他心里明白卻不能完善表達出來的程度，不要去啟發他。如果他不能舉一反三，就不要再給他舉例了。由此可見所謂啟發是在適當的時間進行的，如若時間不對而盲目地對學生進行“啟發”，將更多的信息發送給學生，由于學生對教師所講授的知識實質不清楚，會使學生不確定你所講授的重點在哪里。這更多的信息分散了學生的注意力，而且降低了課堂的效率。

“舉一隅不以三隅反”聯合《周易·系辭》上“引而伸之，觸類而長之，天下之能事畢矣也”與《乾》中的“六爻發揮，旁通情也”組成了我們常說的“舉一反三，觸類旁通”。這句話的意思是通過學習一個例子解決方法可以推導出很多種類似的事情的解決方法，接觸某一類事物，可以明白與這一類事物相關的事物。這句話點明了“啟發”的手段是“舉一”“觸類”，目的是“反三”“旁通”。孔子在其主要思想中還指出了幾種“舉一”“觸類”的方法：由淺入深、叩其兩端、旁引側證、側面誘導等。

古希臘哲學家蘇格拉底提出的“問題教學法”或“產婆術”，是西方最早的啟發式教學。

由上可見，所謂的啟發模式教學要求教師在適當的時候對學生進行適當的實例講解，達到使學生能夠掌握授課知識的實質與規律，進而可以使其具有利用這些知識處理更多類似問題的能力。有很多文獻將學生經過啟發之后的狀態描述為“頓悟”確實十分神似。為了達到這一目標，教師如何“舉一”“觸類”就非常重要了。要達到這一目就需思考目前Matlab課程中存在的問題，然后對教學中的案例加以提煉和修正。

二 Matlab課程教學中的問題

Matlab、Mathematica與Maple并稱為三大數學軟件。Matlab以其在電氣信息類專業的巨大應用價值而得到了越來越多的關注。在歐美大學里，諸如應用代數、數理統計、自動控制、數字信號處理、動態系統仿真等課程的教科書都把Matlab作為內容。Matlab是攻讀學位的學生必須掌握的基本工具。而目前國內尚未將Matlab作為一種必須掌握的基本工具來要求學生，而是將其定義為輔助教學、實驗的軟件工具。且大多國內院校尚未專門針對本科生開設專門的Matlab課程，而是將該部分內容均歸屬于某些專業課的實驗內容。這樣不能引起學生的充分重視，同時實驗教師一步一步地手把手地教導學生該怎么做Matlab的實驗，學生們就只為實驗而機械地跟隨操作。結果就是很多學過的學生，知道有Matlab這個軟件，而不懂得如何使用它來解決實際問題，致使“教”與“學”脫節、“學”與“用”脫節。所以，在電氣信息

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* 中國礦業大學教育教學改革與建設課題“基于Simulink任務驅動模式的《自動化軟件工具》課程教學改革研究”

（編號：013Y14）

類專業中應該使Matlab具有在學科背景下的科學性實踐性的應用價值。

在筆者調查中還發現，國內目前開設Matlab課程的院校將本門課程的課程性質一般定為專業選修或公選課，課時都比較少。由于本門課程必須進行上機實驗，講授課時就更短，而Matlab又涵蓋比較多的內容，授課任務較重。所以Matlab這門課程應該通過授課內容引導學生興趣，促其課下自學，結合實驗課實踐與答疑的方式才能更好地完成教學任務。

三 啟發模式教學的具體方法

授課時要考慮專業背景進行啟發式“舉一”和“觸類”。以各種專業實際項目或在研問題中的一部分作為本門課程的任務，讓學生從工程背景、專業背景的角度了解專業問題如何在Matlab中得以解決。這種方法是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學方法，將所要講授的知識隱含在一個或幾個任務中，通過指導學生們對目標任務的學習探索，完成知識內容的講授。其重點在于選好合適的任務，可以涵蓋整門課程的重要知識點，同時例子要有實際意義，可以讓學生更感興趣，激發學生的參與熱情。開課時將任務布置給學生，教師授課時需要靈活地引領學生入門并教授學生本門課程的基本研究、自學方法。該部分主要以演示操作為主，讓學生了解Matlab的基本操作環境，兩課時左右即可。以解決任務為授課的中心，強調課前自學，帶著問題來課堂。還需注意的是課堂與試驗課時要合理安排，讓學生們即學即用，可以利用小班授課或將課堂搬到實驗室等方法實現。教師的啟發引導更多的是把知識加以延伸和拓展，使學生能夠觸類旁通。

例如在自動化專業學生授課時，可以使用工業機械手項目作為本課程教學使用的案例。為方便學生研究可以將機械手自由度降低，并且可以將這一個項目分解成幾個問題來進行：首先，忽略各關節電機，將機械手各臂視為質量分布均勻的桿臂，通過受力分析構建數學模型，利用M文件完成機械手端抓取重物移動的數學模型分析仿真。在此過程中可以講述M文件編寫的基本輸入方式、矩陣運算、結構語句、基本繪圖命令等。其次，完成動態圖形的制作，講解句柄圖形、三維圖形的一些基本命令。然后利用Simulink工具箱完成整個機械臂的設計與仿真，講授Simulink的基本操作以及常用工具箱。此部分還可以插入利用Simulink對M文件進行調用的內容。在教學中要以學生為中心進行教學，培養學生的自主性、創造性學習能力，留給學生更多的思考空間、自學空間，培養學生閱讀參考書、科技文獻和寫讀書報告的習慣。

要穿插使用比較、類比啟發的手段。因為在開設Matlab課程之前，學生們已學過C語言，而且C語言與M文件編程語言語法、命令非常相似，所以在講授基本輸入和M文件編程時可以用類比C語言中命令和操作的方法進行授課。大部分學生對于Matlab語言的學習比較感興趣，認為在已經學習了C語言的基礎上掌握這門課難度并不大。利用這一點，還可以使學生對本門課程的學習更有信心。在我以往的授課中取得了很好的效果。

還要用提問的方法對學生加以啟發式引導。要使提問具有啟發性，所提問題須具有實時、新穎、學生關心或感覺有意思的特點。提問要遵循學生認識規律，對于專業課學習較少的大二下學期或者大三上學期的學生要注意其知識構成。注重引導學生學習知識的內在聯系，逐步建立“Matlab基礎知識—理論聯系實際—Matlab深入了解”的認知體系。

四 結語

經常課前、課間、課后與學生討論或者以不記名調查問卷的方式接觸、了解學生對本課程的建議與想法，實時把握學生們的想法也是上好這門課程的重要一環。筆者根據這些討論與心得，已經試著制作了包括機械手、射頻信號發送接收、DC-DC升壓變壓器在內的三部案例分別用于不同專業方向的學生授課，目前取得了良好的教學效果。見三兩學生抱頭研究討論，恍然大悟，齊聲發出一聲帶著興奮的感嘆，我心亦欣然。

參考文獻

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〔責任編輯：林勁〕