《MATLAB應用》課程教學思考與探討

許睿 張利偉

摘 ? ?要： MATLAB在科學計算、可視化及交互式程序設計等方面有很大的優勢，也是學生本科階段學習的一個基本工具。《MATLAB應用》作為計算機科技與技術專業學生的專業課程，對于學生認知本專業特點及今后研究生階段的科學研究具有重要的理論指導意義。本文結合實際教學工作，探討本課程在教學中存在的若干問題及相應解決辦法，從而有效提高教學質量。

關鍵詞： MATLAB應用 ? ?教學方法 ? ?分對象培養 ? ?實踐性訓練

MATLAB是目前在科技界、工程界上著名的數學軟件，具有高效的數值計算及符號計算能力，完備的圖形處理功能，易于學習的自然化語言，友好的用戶界面及功能豐富的專用工具包，在財政金融、通信工程、圖像處理、神經網絡、信號處理、動態仿真、計算機視覺、控制系統等方面都有廣泛的應用。現結合個人教學經歷，分析教學中存在的問題，并提出相應辦法與建議，以期提高教學質量。

一、課程目標

由于MATLAB在工程設計方面表現出色，因此得到很多工程技術人員和科研人員的重視，眾多高校都開設了相關課程，河南科技學院信息工程學院也開設了《MATLAB應用》，學習這門課有助于了解科學計算和建模的方法，培養計算機仿真和分析能力，在面對工程技術方面的實際問題時，具有分析、解決實際問題的能力。

由于授課對象包括三個方向的學生，分別是計算機網絡、計算機軟件及嵌入式，因此要根據不同方向的學生進行差別式的學習指導。根據學生個體差異分對象培養，針對學生不同的認知水平和思維方式適當調整教學內容和方向，讓學生靈活地把握住本課程基本內容，熟練地掌握MATLAB軟件的使用，同時采用實踐式訓練的方法，盡可能地激發學生的學習興趣，為日后進行工程技術分析及科學研究奠定良好的基礎。

二、教學中存在的問題

1.學生對于科學計算的認知理解能力有限。

《MATLAB應用》授課對象是大學三年級學生，在此之前他們已經學習過線性代數和高級語言，有一定的理論基礎和編程基礎，但是MATLAB具有其自身獨特性質，強調學生需要掌握一些科學方法，重點就是科學計算能力。比如，在求解方程組的時候，盡管線性代數課程中介紹過采用矩陣運算的方法，但是學生還是習慣性地采用基礎的代入消元法，浪費時間且正確率不高。學生在初次接觸科學計算時，會認為有難度，尤其是在學習基礎的抽象理論的時候比較吃力，導致學生學習興趣不高，對知識點掌握不扎實，以至于后期運用MATLAB解決實際問題時，感覺無從下手。

2.教學課時限制，學生實踐環節時間不足。

根據本校的《MATLAB應用》的教學計劃，學時的安排是：16課時講課，16課時上機。在有限的時間內，教師的主要精力放在基礎部分的講解及通過教師演示介紹MATLAB的使用環境。要掌握一門語言，16課時的上機時間對于掌握一門語言是遠遠不夠的。由于課時的限制無法深入地講解MATLAB在工程設計和科學計算方面的強大應用，學生缺少解決實際問題的實踐動手機會。

3.傳統的考核方式約束了MATLAB的學習。

以往的教學偏重于知識講解，考核的方式是“考試+平時作業+考勤”，其中考試占很大比重，對培養學生的綜合能力不夠重視。結果就是，第一，學生在學習MATLAB中，沿用傳統被動式的學習，依賴老師課堂上講授的知識，自主學習能力不強，沒有主動查閱相關資料的習慣;第二，學生只是關注基礎部分的概念，應付考試，背誦記憶，對于科學計算法的作用認識不足，沒有與MATLAB應用相關的工程實踐與練習。這種情況，約束了學生的學習熱情，不利于他們掌握和使用MATLAB。

4.高質量教材不多，教師科學計算能力需要提高。

本課程雖然開設了一段時間，但是市場上專業基礎教材中，很少涉及利用MATLAB求解實際問題的實例及綜合練習，這對學生熟練地掌握科學計算方法不利。同時，MATLAB課程對于師資的要求很高，首先要求任課老師有很好的工程數學方面的基礎，對于線性代數、傅里葉變換等知識非常熟悉，而且要求教師具備其他專業的背景，有一定的工程經歷。這需要教師打開視野，拓展思路，改變觀念，盡可能多地了解MATLAB相關的科研和工程方面的知識，實現融會貫通。

三、教學方法探究

1.精選授課內容，采用實例式教學。

由于大部分學生已經學過C/C++、JAVA等編程語言，有一定的編程基礎，而且MATLAB基本編程指令與這些語言有很多相似之處，因此在教學中，通過對比教學的方法，縮減了基礎部分的教學時間，側重于基本矩陣運算（矩陣加減乘除、求左、右逆等）的教學，學習這些內容使學生認識到矩陣運算的簡便性，激發他們的學習興趣，而且在解決實際問題的實踐中這些知識是必備的。

從教學經驗看，興趣是學習最好的伙伴。所以在第一節課的時候，就要讓學生對于本課程有全面認識，讓他們知道MATLAB是專門以矩陣形式處理數據的科學計算軟件，具有良好的圖形展示、計算效率和準確性，從而激發學生對于這門課的學習興趣。在具體的教學中，有針對性地結合具體實例進行知識點講解，以便學生更形象、直觀地學習。比如：在講授三維繪圖時，教師先演示一個三維曲線圖，然后將繪圖任務分解成簡單的命令，引導學生領會并掌握。這樣有利于學生理清思路，靈活掌握知識點。

2.根據專業不同，分對象培養。

該課程是大三學生的專業課程，授課對象分為計算機網絡、計算機軟件及嵌入式三個方向的學生。在具體教學過程中，對于不同學生也需要差異化地學習指導。三個方向學生在日后都會利用MATLAB進行專業設計及應用，但是應用領域會略有不同，在授課時用廣泛的實例列舉拓寬學生知識面，引入一些實際工程中的問題進行討論，對于實際中常用的信號處理工具箱、神經網絡工具箱與遺傳算法工具箱等進行簡單講解，同時也要培訓學生查閱文獻資料的能力。總之，MATLAB課程要根據培養學生的差異性，制訂針對性的教學方案，使得學生學習收益最大化。

3.提高學習興趣，采用互動式教學。

從教學經驗看，上課時教師要充分考慮學生的聽課情況，上課不是教師一個人的獨角戲，要讓學生參與教學的各個環節。比如課堂的提問環節，當學生對問題感興趣時，會積極配合、踴躍發言，反之則會沉默寡言、無所事事，教師通過學生表現及時了解學生的聽課狀態，從而及時調整授課的速度和順序，這樣學生不再是被動參與者，而是主動地參與進來，調動他們的學習主動性。在課堂上，可以采取討論交流的教學形式，要求學生用多樣化的思路求解實際問題，加深學生對知識點的理解，激發學生的探索性思維。比如在求解方程組時，教師要求學生采用不同方法，然后組織交流討論，分析每一種解法的優缺點。

4.改革考核形式，進行實踐性訓練。

鑒于傳統的考核手段，側重于基礎測試。嘗試對考核方式進行調整，采取“期末筆試+小組作品+答辯”的形式。對于“小組作品”，首先將學生按照學號交叉分組，以三五人一組，讓每組的學生有一定的差異性，以積極的學生帶動不積極的學生，小組內部的成員有不同的分工;其次，根據學生所學專業方向的不同，設置備選的設計題目要求，每個小組選擇一個設計題目;再次，促使學生去圖書館查資料、通過網絡學習MATLAB的相關工具箱;最后讓他們親自參與解決實際問題的每一個步驟，設計程序方法，安排實驗步驟，制訂詳細方案，撰寫報告，等等，提高學生自我學習的能力和解決問題的能力;在完成“小組作品”的過程中，著力培養學生之間的團結協作能力。

四、結語

在MATLAB課程教學過程中，要充分體現該軟件的特色，考慮學生的知識背景及發展方向，通過實例式教學、分對象培養、互動式教學與實踐性訓練等多種方式，調動學生的學習積極性和主動性，培訓學生解決實際問題的能力，達到培養應用型人才的目的。

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