專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下改進(jìn)MATLAB課程教學(xué)的研究與實(shí)踐

王珂，廉飛宇，樊超，李衛(wèi)東，段金龍

（河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州 450001）

0 引言

MATLAB是由國際著名的MathWorks公司設(shè)計、研發(fā)的服務(wù)于復(fù)雜科學(xué)計算的交互式計算機(jī)軟件[1-2]，其克服了以往非交互式程序語言的缺點(diǎn)[2-4]，是系統(tǒng)綜合了矩陣計算、可視化界面、模型仿真、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、專門工具箱等多種功能的計算機(jī)語言與軟件[3-4]，已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)計算、工程設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、經(jīng)濟(jì)金融等領(lǐng)域、行業(yè)，其代表了國際上目前專業(yè)計算軟件的領(lǐng)先水平[4]。自上世紀(jì)90年代末MATLAB在國內(nèi)獲得了重視并迅速流行起來[2]，在各高等院校、科研院所、工程設(shè)計單位、高新技術(shù)企業(yè)均得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，MATLAB已成為當(dāng)前理工類專業(yè)在讀本科生、研究生、有關(guān)科技人員等最常用、最重要的計算機(jī)語言和計算軟件[1-4]。

近年來，河南工業(yè)大學(xué)已在電子信息工程專業(yè)設(shè)置了《MATLAB及其應(yīng)用》課程，并受到了在讀本科生和該專業(yè)教師的肯定和好評。《MATLAB及其應(yīng)用》定位于電子信息工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其課程內(nèi)容涉及了專業(yè)培養(yǎng)方案中的多門主干專業(yè)課，例如：程序設(shè)計基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理等[5-6]。培養(yǎng)學(xué)生掌握、運(yùn)用MATLAB以滿足上述專業(yè)課實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)的需要，是輔助、深化學(xué)生課堂理論學(xué)習(xí)，鍛煉、提高學(xué)生動手能力、實(shí)踐能力的重要手段。由此可見對于電子信息工程專業(yè)，MATLAB課程具有特殊而重要的作用，尤其是在當(dāng)前工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，如何改進(jìn)提高M(jìn)ATLAB課程教學(xué)，如何發(fā)揮其在電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)體系中的作用，已成為電子信息工程專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文結(jié)合河南工業(yè)大學(xué)電子信息工程專業(yè)在《MAT?LAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，對專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下改進(jìn)MATLAB課程教學(xué)的有關(guān)方面進(jìn)行了研究和探討。

1 專業(yè)認(rèn)證及其標(biāo)準(zhǔn)要求

為了推動我國高等工程教育實(shí)現(xiàn)工程學(xué)位國際互認(rèn)即加入《華盛頓協(xié)議》，按照其協(xié)議規(guī)定要求，我國在2015年正式成立了工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會。國家教育部作為其主管部門，其主要負(fù)責(zé)我國工程教育專業(yè)認(rèn)證的組織、實(shí)施、管理等有關(guān)工作[7]。該協(xié)會由多家全國性行業(yè)組織參與，是非政府、非營利性、代表政府部門開展工程教育專業(yè)認(rèn)證的第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)[7]。我國已于2016年正式加入了《華盛頓協(xié)議》成為其組織成員，標(biāo)志著我國高等工程教育進(jìn)入了走向國際化的、新的發(fā)展階段。

工程教育專業(yè)認(rèn)證是工程學(xué)位走向國際化、互認(rèn)的基礎(chǔ)，是工科類專業(yè)國際上廣泛采用的培養(yǎng)質(zhì)量評價體系、保障制度，其核心是對照行業(yè)普遍認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，全面評估工科類專業(yè)畢業(yè)生對其標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成情況[8-9]。在培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)、課程體系、師資隊伍、支持條件等方面[8-9]，專業(yè)認(rèn)證對工科類專業(yè)均有明確、全面、客觀、具體的標(biāo)準(zhǔn)要求[8-9]。其中尤其強(qiáng)調(diào)工科類專業(yè)應(yīng)以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，并建立專業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制以有效保障培養(yǎng)質(zhì)量[8-9]。目前，專業(yè)認(rèn)證已成為我國高等工程教育評估體系中的重要組成，其對提升工科類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量有著十分顯著的意義和作用。

經(jīng)過近年來的持續(xù)努力，河南工業(yè)大學(xué)電子信息工程專業(yè)于2018年順利通過了工程教育專業(yè)認(rèn)證。《MATLAB及其應(yīng)用》課程對于電子信息工程專業(yè)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，對培養(yǎng)、鍛煉、提高學(xué)生的編程能力、實(shí)踐能力有著重要作用。對照專業(yè)認(rèn)證的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，《MATLAB及其應(yīng)用》應(yīng)達(dá)到的課程目標(biāo)主要是：能夠培養(yǎng)學(xué)生具有分析、研究、設(shè)計、開發(fā)“復(fù)雜工程問題”解決方案及對其正確、全面、合理、客觀理解和評價的能力[10]，以及“使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性”的能力[10-11]。顯然《MAT?LAB及其應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)施應(yīng)圍繞上述專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，以有力支撐電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的有效達(dá)成[9]。

2 改進(jìn)課程教學(xué)的分析與探討

依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)明確《MATLAB及其應(yīng)用》課程目標(biāo)之后，審視電子信息工程專業(yè)的課程體系，不難發(fā)現(xiàn)其中多門主干專業(yè)課例如程序設(shè)計基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理等[5-6]，要求學(xué)生不僅具有解決“復(fù)雜工程問題”的理論分析能力，同時也要具有“使用現(xiàn)代工具”對“復(fù)雜工程問題”進(jìn)行預(yù)測、模擬等的能力。雖然傳統(tǒng)的、以往的《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)的各環(huán)節(jié)已經(jīng)比較規(guī)范、成熟，但以專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)重新審視《MATLAB及其應(yīng)用》課程后，發(fā)現(xiàn)仍存在兩個主要問題：一是學(xué)生對MATLAB知識點(diǎn)的理解、掌握僅局限于教材內(nèi)容，對于相關(guān)專業(yè)課可能用到的新知識點(diǎn)，學(xué)生持續(xù)自學(xué)的能力薄弱；二是MATLAB上機(jī)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容綜合性不夠，對于相關(guān)專業(yè)課涉及的“復(fù)雜工程問題”預(yù)測、模擬，學(xué)生解決問題的實(shí)踐能力薄弱。顯然，之所以以往的課程教學(xué)會存在上述問題，是因?yàn)樵趯I(yè)認(rèn)證視角下，電子信息工程專業(yè)的課程體系中各門課程不再是孤立的，而是相互影響、共同作用，整體促成了培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求的達(dá)成[9]。為了保證專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求的有效達(dá)成，需要對《MATLAB及其應(yīng)用》課程進(jìn)行改進(jìn)，將其與電子信息工程專業(yè)相關(guān)專業(yè)課教學(xué)有機(jī)結(jié)合、融會貫通，以培養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生具有相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)所需的持續(xù)自學(xué)能力、編程實(shí)踐能力。

以電子信息工程專業(yè)為例，為了加強(qiáng)《MATLAB及其應(yīng)用》對相關(guān)專業(yè)課程的配合、支撐、輔助作用，我們探討如何對《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)、提高，采取的主要措施包括：

（1）將《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)與相關(guān)專業(yè)課的課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生深入理解MATLAB程序設(shè)計能夠解決相關(guān)專業(yè)課涉及的哪些“復(fù)雜工程問題”，從而激發(fā)學(xué)生對《MATLAB及其應(yīng)用》課程的學(xué)習(xí)興趣，有助于深化學(xué)生對MATLAB知識點(diǎn)及程序設(shè)計的學(xué)習(xí)效果。通過MATLAB程序設(shè)計實(shí)現(xiàn)相關(guān)專業(yè)課的模擬、仿真實(shí)驗(yàn)，能使枯燥的理論知識直觀化、可視化，使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)好《MATLAB及其應(yīng)用》課程對相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)是大有裨益的，培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)自學(xué)MATLAB知識點(diǎn)和鍛煉編程實(shí)踐能力的內(nèi)在動力。

（2）完善、改進(jìn)《MATLAB及其應(yīng)用》課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選取時，加入程序設(shè)計基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理等[5-6]專業(yè)課的有關(guān)編程經(jīng)典實(shí)例。上機(jī)實(shí)驗(yàn)時，可將若干實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合組成一個單元并分配給充足學(xué)時，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性、復(fù)雜性，即相當(dāng)于鍛煉學(xué)生解決小型的“復(fù)雜工程問題”，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將MATLAB與相關(guān)專業(yè)課進(jìn)行對接、結(jié)合，將顯著增強(qiáng)對相關(guān)專業(yè)課的配合、支撐、輔助作用，培養(yǎng)學(xué)生具有解決相關(guān)專業(yè)課所涉及“復(fù)雜工程問題”的編程實(shí)踐能力。

（3）教師在對學(xué)生進(jìn)行《MATLAB及其應(yīng)用》課程上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時，不僅要講解清楚具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、編程步驟、具體操作，更要對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的程序設(shè)計思路、方法是什么，其能解決哪些“復(fù)雜工程問題”的預(yù)測、模擬，編程實(shí)現(xiàn)過程中可能會遇到哪些困難、問題，怎樣利用MATLAB的Help（幫助）功能查找相關(guān)命令的使用說明、應(yīng)用舉例，如何自學(xué)MATLAB程序設(shè)計以解決相關(guān)專業(yè)課遇到的“復(fù)雜工程問題”等，進(jìn)行深入、細(xì)致地講解分析和示例教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的持續(xù)自學(xué)能力，使學(xué)生能掌握MATLAB這一現(xiàn)代工具去自主分析、解決問題。

（4）繼續(xù)改進(jìn)《MATLAB及其應(yīng)用》課程的考核方式，在考核階段引入課程試卷考核與MATLAB程序設(shè)計考核相結(jié)合的方式，使課程考核更全面、多元化。傳統(tǒng)的課程考核是采用期末試卷成績與平時成績按各自占比加權(quán)計算的方式，引入MATLAB程序設(shè)計上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核，并將學(xué)生使用MATLAB對相關(guān)專業(yè)課經(jīng)典實(shí)例進(jìn)行程序設(shè)計加入到上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核中，引導(dǎo)學(xué)生對MATLAB編程實(shí)踐能力的重視和鍛煉。多元化的考核方式能更全面地考察學(xué)生對《MATLAB及其應(yīng)用》課程的整體理解能力，及運(yùn)用MATLAB程序設(shè)計解決“復(fù)雜工程問題”的實(shí)踐能力，能更真實(shí)地反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況，保證專業(yè)認(rèn)證中達(dá)成評價的準(zhǔn)確性[9]。

3 結(jié)語

本文針對電子信息工程專業(yè)由工程教育專業(yè)認(rèn)證的概念出發(fā)，深入論述了MATLAB課程的作用，專業(yè)認(rèn)證的概念和標(biāo)準(zhǔn)要求，及對照專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)《MAT?LAB及其應(yīng)用》應(yīng)達(dá)到的課程目標(biāo)；詳細(xì)分析、梳理了專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)審視下，傳統(tǒng)的、以往的《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)存在的不足之處；結(jié)合河南工業(yè)大學(xué)電子信息工程專業(yè)參加專業(yè)認(rèn)證過程中改進(jìn)課程教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對照專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)研究、探討了改進(jìn)《MAT?LAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)的途徑和若干措施。我們以參加專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，通過全面總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、理清改進(jìn)思路、采取有效措施，將進(jìn)一步顯著提高《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)的教學(xué)水平、有力保障電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)質(zhì)量。同時，本文在專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下對《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，及改進(jìn)其課程教學(xué)的有關(guān)論述、分析、研究、探討等，對國內(nèi)高校開展MAT?LAB課程建設(shè)具有借鑒意義和參考價值。