模塊化教學模式在Matlab 軟件課程中的應用

陳 鋒，關麗紅

(長春大學 理學院，長春130022)

數學專業課程重于理論教學，而Matlab 課程教學主要以大學數學專業課程為主線，內容涵蓋線性代數、數值分析、數學分析、概率論與數理統計、常微分方程、運籌學、空間解析幾何、圖論等課程，重于實踐學習，它在數學類科技應用軟件中的數值計算方面首屈一指，Matlab 可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，它的基本數據單位是矩陣，它的指令表達式與數學、工程中常用的形式十分相似，因此用Matlab 來解決問題要比其他軟件語言完成同樣的事情簡捷得多，然而，要想學習此門軟件語言并非易事，需要建立一種學習模型，用自己的方式將繁瑣復雜的專業語言給抽象出來，歸納總結出學習的實質，因此，采用模塊化的教學手段簡化繁瑣的學習方法，不僅可以讓學生明確各個專業課程與Matlab 軟件之間的聯系，還可以培養學生學習Matlab 的興趣，提高學習積極性，實踐是檢驗真理的唯一標準，注重實踐才能夠更好地學習和理解理論知識，構建一個“理解、記憶、聯系、糾錯、構建”的過程，幫助我們把平常的學習過程拓展延伸，再根據實際情況進行修改補充，通過模塊化的學習方式簡化學習內容，降低學習壓力，將Matlab 分成模塊的學習方式既有條理性又有邏輯性，而中國的教育從“應試教育”向“素質教育”的轉型，這一教學模式受到諸多教育理論工作者及各類學科教師的青睞。

1 研究目標

Matlab 是解決專業課程問題最直觀的手段，有利于學生對專業知識的理解和掌握，而模塊化的教學手段讓各個專業課之間相互聯系起來，我們根據專業課的不同，分專業科目模塊討論Matlab 與專業課之間的聯系，得出模塊化的教學手段對Matlab 學科是否有幫助的結論，從而得出Matlab 模塊化教學的必要性。 又以Matlab 軟件學科為基礎，解決數學專業課程的大數據問題。 模塊化教學法作為新型學習方式，適應目前軟件學習的要求，它是具有靈活性、綜合性、實踐性等特點的個性化教學。 它的好處有很多，最重要的就是有利于學習結構的劃分，在學習過程中優化學習方法，大大提高學習效率，也可以根據學習需求作出相應調整。

2 文獻綜述

隨著社會日益向前發展，計算機領域可謂是如日中天，各大種類的軟件平臺相繼出現，給相關教育行業者一大啟示。 在《〈MATLAB 程序設計〉教學模塊化改革的研究與實施》中就提出了要進一步提出模塊化的教學特點，要構建三個模塊化教學體系，分別是：專業模塊、基礎模塊和實訓模塊；在羅印的《模塊化教學在軟件教學中的應用》中提出要將理論和實踐相結合；軟件教學的重要性呼之欲出，教育者們對加強其理論與實踐相結合的態度也是堅定不移，同時模塊化教學的出現及應用也為軟件教學提供了巨大幫助。 現階段職業教育普遍認可的教育教學理念是專業模塊化教學，這種教學模式以培養學生全方位能力和綜合素質為最終目標。 模塊化教學的教法與學法均強調知行一體，是集中師資、場地、設備等資源開展理論知識和操作技能相輔相成的一體化教學模式。 在王霞的《模塊化教學在軟件教學中的應用》中提出了模塊化教學在軟件教學中的現狀及應用，并針對這一問題提出解決方案；在《Matlab 軟件在定積分教學中的應用》中了解到Matlab 具有強大的數值處理功能，在《計算機嵌入式系統模塊化教學設計》中針對傳統嵌入式系統教學的理論化、知識化傳授方法中存在的問題，以模塊化教學為導向，提出嵌入式課程教學分層次人才培養，設計了實驗教學功能單元精細化、分模塊化平臺教學方案，優化了教學實踐環節，提升了教學效果，提高了學生嵌入式系統綜合應用能力。 而Matlab 是一種優越的數值處理軟件，具有強大的數值處理功能，在數學教學以及工程實用中得到了越來越廣泛的應用。 因此，學好Matlab 軟件課程尤為重要，對于學生而言，Matlab 是解決專業課程問題最直觀的手段，有利于學生對專業知識的理解和掌握，而模塊化的教學手段讓各個專業課之間相互聯系起來，我們根據專業課的不同，分專業科目討論Matlab 與專業課之間的聯系，得出模塊化的教學手段對Matlab 學科是否有幫助的結論，從而得出Matlab 模塊化教學的必要性。

3 模塊化教學特點

3.1 模塊化教學法

模塊化教學法(Modules of Employable Skills， MES)是20 世紀70 年代初由國際勞工組織研究開發出來的以現場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式。 模塊化教學在學習應用中由于具有靈活性、時效性、經濟性、針對性的一些優點，正巧中國的教育正在從“應試教育”向“素質教育”轉型，這一教學模式受到許多教育工作者及各類學科教師的青睞。

3.2 模塊化教學的意義

模塊化教學在數學專業中有著獨特的優勢和特點，其意義同樣重要。 模塊化學習改變了傳統的學習模式，為學生提供了更優越的學習環境。 利用這種學習方法，在Matlab 軟件學習過程中發揮教師的主導作用，體現了學生的主體作用。 但是如果想在學習過程中長期使用，模塊化的分配和教師與學生之間的磨合以及學習的接受能力都起到了非常重要的作用。

與傳統的學習形式不同，模塊化學習能夠更好地突出學生的主體地位，可以將學生分成小組的形式，共同學習共同進步，老師也可以根據學生的掌握情況對教學進行修改和更新，使得學習效率大大提高。 當然，在傳統的教學中，學習往往處于被動狀態，只能死記硬背，而在多媒體大學習環境下，教師可以通過控制電腦示范給學生，學生們可以自己操作，實踐能力也會大大增強。

3.3 創建模塊

我們不僅要把學習課程分模塊學習，也要把整個學習體系分成模塊。 學習模塊就像一個復雜的市場，里面有許多種類的事物，將事物分類別才能更直觀地辨認，學習體系也一樣，將學習體系分成“理解、記憶、聯系、糾錯、構建”幾個部分，能有效地提高學習效率。

4 教學模塊

4.1 模塊分類

(1)MATLAB 在微分方程中的應用；

(2)MATLAB 在曲面積分中的應用；

(3)MATLAB 在曲線積分中的應用；

(4)MATLAB 在方程組求解中的應用；

(5)MATLAB 在矩陣初等變換及二次型中的應用；

(6)MATLAB 在圖論中的應用；

(7)MATLAB 在解析幾何中的應用；

(8)MATLAB 在規劃問題中的應用；

(9)MATLAB 在函數零值問題的應用；

(10)MATLAB 在假設檢驗中的應用；

(11)MATLAB 在參數估計中的應用；

(12)MATLAB 在方差分析中的應用；

(13)MATLAB 在回歸分析中的應用；

(14)MATLAB 關于隨機變量的數字特征中的應用；

(15)MATLAB 在插值中的應用；

(16)MATLAB 在曲線擬合中的應用；

(17)MATLAB 在無窮級數和極限中的應用。

4.2 模塊內容

表1

5 模塊化教學體系

5.1 體系構建

圖1 體系構建

5.1.1 基礎模塊

基礎模塊是課程的入門階段，也就是要學好Matlab 的基礎知識，由易到難，將工具的典型性應用方面重點學習，并結合實例加深對工具和知識的理解，這是對后續專業模塊和實踐模塊打基礎，這一部分學好了，就是掌握了解決問題的手段。

5.1.2 專業模塊

掌握Matlab 基本使用的目的就是為了能夠應用于實際，根據第二部分教學模塊，將專業知識分模塊教學，將Matlab 應用于以往所學的專業課程中，并對自己所學的專業課程進行實例應用，結合實際使用才是真正有用的東西。

在大一、大二階段，對個人而言，學習專業知識相對理解比較困難，成績也只是剛過及格線的成績，每學期的期末都會有為期兩周的實踐環節，專業知識沒學好的同學，實踐起來會非常困難，在指導老師的幫助下，才能將所學的專業知識和Matlab 軟件的應用結合起來，所以學習專業知識也非常重要。 將專業課分模塊講解，能夠更好地理解，在實踐環節的時候能夠快速應用。

5.1.3 實踐模塊

在前兩個模塊的基礎上，實踐模塊是在學習過程中進步最快的方式，主要側重綜合能力的培養，模塊的內容選取主要看第二部分模塊內容，學生可以根據自己學習的實際情況選取適合自己的模塊內容，完成實踐內容，并提交文字性材料，這樣既可以把專業知識加以復習，又可以練習Matlab 的使用，提高動手操作能力，也增加了課程的趣味性。

在大三、大四階段，主要以實踐課程為主，教師會給學生分成小組進行學習，給定幾個模塊進行選取，這對學習Matlab 軟件提供了很好的機會，同時，每學期都會有大學生數學建模競賽，這也對Matlab 軟件的使用提出了更高的要求，同時也是彌補不足和學習的過程，因此，實踐模式是很必要的。

Matlab 是一個實用性很強的工具，在目前的職業需求上也是很熱門的一個軟件，對于這個軟件的學習，不同的專業根據自身的特色選取相應模塊進行教學。

5.2 課程模塊化體系分解圖

在教學過程中，通過模塊化教學形成一套完整的教學模式，不但可以提高教師的教學水平，同時還可以增加學生的學習積極性，從總體上促進課程的發展。

6 結語

圖2 課程模塊化體系分解圖

隨著社會日益向前發展，計算機領域可謂是如日中天，各大種類的軟件平臺相繼出現，給相關教育行業者一大啟示。 軟件教學的重要性呼之欲出，教育者們對加強其理論與實踐相結合的態度也是堅定不移，同時模塊化教學的出現及應用也為軟件教學提供了巨大幫助。 專業模塊化教學是現階段職業教育普遍認可的教育教學理念，這種教學模式以培養學生全方位能力和綜合素質為最終目標。 模塊化教學的教法與學法均強調知行一體，是集中師資、場地、設備等資源開展理論知識和操作技能相輔相成的一體化教學模式。 針對傳統嵌入式系統教學的理論化、知識化傳授方法中存在的問題，以模塊化教學為導向，提出嵌入式課程教學分層次人才培養，設計了實驗教學功能單元精細化、分模塊化平臺教學方案，優化了教學實踐環節，提升了教學效果，提高了學生嵌入式系統綜合應用能力。 而Matlab 是一種優越的數值處理軟件，具有強大的數值處理功能，在數學教學以及工程實用中得到了越來越廣泛的應用。 通過課程模塊化的教學，使課程的內容更加緊湊，在上課時，更側重于從做中學，強調實踐教學環節的作用，尤其是一些綜合性的問題，對專業性的要求也非常高，所以要將專業課分模塊，將實踐環節分模塊，這樣才能提高Matlab 的應用。