高職院校數(shù)學計算軟件MATLAB教學研究

生靜(棗莊科技職業(yè)學院 山東 棗莊 277500)

高職院校數(shù)學計算軟件MATLAB教學研究

生靜
(棗莊科技職業(yè)學院 山東 棗莊 277500)

當下高職院校對高職數(shù)學的教學情況不容樂觀，隨著教學模式的不斷改革，高校教師應當著眼于教學手段的更新，從而提升學生的學習熱情，進一步塑造具有綜合素養(yǎng)的復合型技術人才。MATLAB軟件包是溝通數(shù)學教學與實際應用的良好媒介，它強大的數(shù)值計算系統(tǒng)為高效解決高職數(shù)學很多問題奠定了堅實的基礎。本文將結合高職院校數(shù)學教學實際和MATLAB計算軟件實踐，探討高職院校數(shù)學計算軟件MATLAB的教學方法和應用等相關問題。

高職院校；數(shù)學實驗；MATLAB；教學

近年來，我國的高等教育模式已經實現(xiàn)了由精英式向大眾化的轉型，高等職業(yè)教育作為高等教育的組成部分取得了突破性發(fā)展[1]。高職院校的職責也進一步延伸，從單純的教學擴展到了培養(yǎng)復合型技術人才，以滿足社會對于生產建設、統(tǒng)籌管理等各方面的需求。數(shù)學作為一門基礎學科，其在高職院校教學培養(yǎng)計劃中的作用不言而喻，它與其他各學科專業(yè)的交叉，也為許多實際問題提供了高效的解決方案。為了實現(xiàn)高職院校培養(yǎng)復合型技術人才這一目標，應當注重以下幾點：增強課程的實用性，充分調動學生參與的自主性，考核方式多樣化。本文結合高職數(shù)學教學實際和MATLAB計算軟件實踐，探討高職院校數(shù)學計算軟件MATLAB的教學方法和應用等相關問題。

1.引入MATLAB進入高職數(shù)學教育的必要性

雖然高職院校教學改革已在廣大院校推廣，但目前高職數(shù)學教學現(xiàn)狀仍然與預期相距甚遠，這一現(xiàn)象的主要原因在于，不同學生的數(shù)學基礎差異較大，而高職院校開設的專業(yè)性質的數(shù)學課程學時少、教學模式陳舊、評價模式單一，因此學生的學習熱情普遍不高，甚至會逐漸感覺枯燥乏味，長此以往，教學效率越發(fā)低下。新的教育制度下，高職數(shù)學教育應當進一步加強數(shù)學教育的改革，改變沉悶的課堂氣氛，從而提高學生的學習熱情與自主能力。

Matlab軟件包是溝通數(shù)學理論教學與解決實際問題的良好媒介，其高效的數(shù)值計算系統(tǒng)為解決各類問題奠定了堅實的基礎。Matlab由美國Mathworks公司于1984年開發(fā)，目前已經成為國際科學界最具影響力、最具活力的科學計算軟件[2]。MATLAB能夠有效將數(shù)學理論與實際運用相結合，將抽象的數(shù)學原理運用于實際問題，不僅提升了學生的興趣，也提升了學生解決實際問題的能力。同時，Matlab的易用性可以提高數(shù)學教學的效率，進一步提升學生的興趣。MATLAB可以作為學生的一項技能，為將來步入社會奠定堅實的基礎。基礎差的高職院校學生通過Matlab的學習，能夠掌握一門實用的技能，從而在將來的工作中實現(xiàn)自身的價值。

2.Matlab語言的特點

Matlab集數(shù)值計算、圖形圖像處理、符號計算、文字處理、數(shù)字建模、實時控制、動態(tài)仿真、信號處理等功能為一體，適應多學科、多重工作平臺，功能強大。其主要特點有以下幾點：

2.1 高效的編程能力

與JAVA，C，C++等程序相比，Matlab與人們的思維方式具有更多的相似性，更符合人們思考的習慣，更容易被理解掌握，用Matlab編寫程序的效率也因此較高。

2.2 強大的計算性能

Matlab的主要運算對象是維數(shù)無需被事先指定的矩陣及數(shù)組，而在解決實際問題，進行工程運算的過程中，矩陣、數(shù)組以及向量發(fā)揮了強大的作用。

2.3 簡便的使用模式

Matlab預言使用簡便，且運用方式靈活，將編譯、鏈接、執(zhí)行等流程有機的結合為整體，使用者的語法、書寫等錯誤可以在同一窗口被發(fā)現(xiàn)并排除，這大大減少了調試程序、修改錯誤的時間。與此同時，Matlab的計算結果以熟悉的符號呈現(xiàn)，不需要強大的計算機知識，這也為使用者進一步提供了便捷。

2.4 數(shù)據(jù)的可視化功能

Matlab中圖形例程占據(jù)了很大的比重，這也為數(shù)據(jù)可視化創(chuàng)造了條件。在內部，Matlab借助圖形句柄控制圖形的顯示，涵蓋了直線、文本等多種形式，同時對于對象的操作方法也進行了說明。同時，Matlab中的高級圖形命令可以繪制出網(wǎng)格圖、陰影圖、曲線圖等多種多維圖形，進一步加強了數(shù)據(jù)可視化的程度。

2.5 擴充的便捷性

在Matlab中，用戶可以根據(jù)自身的需求，構建文件與庫函數(shù)以備調用，這也擴充了計算功能，為使用進一步提供了便捷。不僅如此，Matlab還可以與C++語言、C語言等混合編程，更加延展了它的使用范圍。

2.3.1 諧波運動成像 （harmonic motion imaging，HMI）諧波運動成像是通過一個外部聲源發(fā)射超聲波，超聲波產生的聲輻射力對被檢組織形成周期性的壓力，使得被檢組織產生諧波運動，通過采集組織被激發(fā)前后的超聲圖像進行位移相位估計，可間接反映組織的彈性狀況，彈性越大，應變就越大[6]。應變是組織硬度的相對指標，會隨壓力的改變而改變。

3.Matlab在高職數(shù)學中的應用

3.1 在求導中的應用

導數(shù)運算是高等數(shù)學中的基本內容，掌握求導運算對數(shù)學能力的提高是學習數(shù)學的基本技能之一。利用MTALAB我們可以輕松地求得導數(shù)。例如我們對式子（1）進行求導

導數(shù)運算的Matlab代碼是：

>>a=[4,2,7];

>>b=[3,2,2];

>>k=polyder(a,b)

k=

48 42 66 18

因此求得的導數(shù)如式（2）所示：

3.2 求極限的中的應用

函數(shù)的極限是高等數(shù)學中最基本概念，極限的計算是教學上的一個重點，也是一個難點，其計算方法非常多，如單調有界性、四則運算法、等價無窮小法、洛必達求導法和泰勒展開法等。MATLAB可以輕易地求解出極限。在區(qū)間［0,3］π作函數(shù)：

的圖像，觀察當x→＋∞的時候，函數(shù)的極限。MATLAB代碼如下所示：

由圖1可知y=3e-xcos(2x2)的極限為0，即3e-xcos(2x2)=0。

圖1 3e-xcos(2x2)的極限示意圖

3.3 曲面圖形的繪制

MATLAB具有強大的繪圖功能，一系列的繪圖函數(shù)及命令使得繪圖過程簡單實現(xiàn)。2-D圖，柱形圖，曲面圖形，圖像擬合等均只需要簡單的函數(shù)命令實現(xiàn)，還可以在圖上標注圖的標題，坐標軸的標注，還可以對圖像進行旋轉查看圖像的各個角度的視角，使得數(shù)學教學更加的形象具體，生動有趣。下面我們展示曲面圖像的繪制。對于拋物曲面：

我們可以先用meshgrid命令繪制生成x,y平面的網(wǎng)格數(shù),然后繪制這些網(wǎng)格對應的z值，由曲面繪制函數(shù)mesh命令生成曲面。MATLAB代碼如下所示：

4.靈活多變的教學方法

Matlab的實用性很強，尤其是Matlab的各種工具包，不同學科使用的工具包也不同，因此要根據(jù)高職數(shù)學內容特點，有針對性的選擇適合的Matlab工具包。在這一特點下，提升高職院校教學的針對性就十分關鍵，否則不僅會降低學生學習的興趣、運用的能力，也無法突出Matlab軟件自身的特點。課堂學必須將教室的講授與學生的學習相互結合，從而提升課堂教學的參與性，全面提升課堂效果。這也是高職院校教師需要解決的首要問題。對此，本文提出了以下解決方案。

4.1 互動式教學

與其他課程不同，計算機類的課程允許學生進行上機操作，實戰(zhàn)演練，這也是計算機教學與其他教學的顯著不同之處。上機操作使得學生有了更為直觀的理解和認識，也為檢驗自身掌握程度提供了良好的平臺。除了有效的人機互動，還能夠實現(xiàn)學生與學生之間，師生之間的互動交流。這種交流不僅僅局限于課堂，在課余，教師可以向學生提供更多的參考文獻、相關資料、自學課件等，便于學生根據(jù)自己的實際情況和時間安排，進行自主學習，同時，網(wǎng)絡作為有效的互動平臺，方便了學生與教師的溝通，對于學生的問題疑惑，教師可以即時了解及解答，避免了反饋時間過長而造成的興趣缺失、知識體系構建困難等問題。教師通過與學生的交流溝通，也可以進一步完善自己的教學方法，從而提升教學質量。

4.2 針對性教學

隨著社會競爭的日益激烈，學生的綜合素質已經受到了各大高校的普遍關注，為了培養(yǎng)高素質的復合型實用人才，各個高校都把優(yōu)化教學計劃、豐富課程門類提上日程。而課程豐富是一把雙刃劍，在豐富知識涵蓋面的同時，也不可避免的減少了教學的學時。Matlab中的指令代碼很多，以往的教學中，教師為了在有限的時間內講授更多的知識，往往講解枯燥無味。因此，學生很難長時間集中注意力，保持高度集中，因此也無法掌握關鍵。所以高職數(shù)學教學必須有所重點和針對性，以提升學生的興趣，同時也使得教學更有效率。

4.3 實踐性教學

高職院校的目標在于培養(yǎng)技術型人才，因此教學必須將理論與實踐相結合，加強Matlab教學中學生上機操作的環(huán)節(jié)。只有學生主動進行上機操作，才能及時發(fā)現(xiàn)自身存在的問題，加以改進完善，這也進一步促進了理論教學的改革，使得學生的掌握不僅僅是停留于理論層面，而是強化訓練了他們解決實際問題的能力。Matlab教學也應當與具體的專業(yè)結合，根據(jù)專業(yè)的特點設置有趣的實際問題，提高學生自主解決問題的能力。這種教學模式不僅提高了學生對于Matlab的掌握，也增強了他們對于本專業(yè)知識的理解。

5.總結

將Matlab引入到高職院校數(shù)學的教學中，對于高職教學的改革具有重要的意義，有助于高職院校培養(yǎng)更多綜合素質優(yōu)秀的復合技術型人才。Matlab的教學不僅克服了傳統(tǒng)的數(shù)學教學過于抽象等問題，也激發(fā)了學生的學習興趣。

［1］劉穎,徐瑩.高職院校開展數(shù)學建模活動模式探討[J].教育與職業(yè),2010(014): 147-148.

［2］平怡.Matlab在大學數(shù)學教學中的應用研究[J].湖北廣播電視大學學報,2008,4: 135-136.

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2095-7327（2016）-04-0069-02