基于MATLAB平臺的應用型本科院校工科線性代數的教學改革與實踐

嚴欽容

[摘要]為了培養(yǎng)新工科高素質的應用型人才，從課程教學理念、課程設計原則、課程實施方案、課程改革成效、課程創(chuàng)新特色等方面闡述了我校基于MATLAB平臺的工科線性代數的教學改革與實踐情況。這為應用型本科院校的線性代數教學改革提供了參考與建議。

[關鍵詞]線性代數;MATLAB;教學改革

[中圖分類號] G642

[文獻標識碼]A

1改革背景

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，云計算、數據挖掘等名詞的出現，給傳統(tǒng)大學數學課程的教學帶來了嚴峻的挑戰(zhàn).因此，更新教學模式，探索一種以計算機軟件為輔助教學工具展開工科數學教學的全新模式受到了國內外同行的普遍關注，已成為當前大學工科數學教學改革的熱點，在國內，華中科技大學、西安電子科技大學、東北大學、西南大學等研究型高?；诖髮W生科研創(chuàng)新的視角，借助MATLAB軟件對公共數學課程的教學模式改革進行了積極的探索，以此提高學生創(chuàng)新能力;湖南農業(yè)大學、揚州大學、湖北工業(yè)大學等教學型高校從提升課堂教學效果的角度出發(fā)，在工科線性代數的教學中積極引入MATLAB仿真軟件，從而促進學生學習興趣的提高;在應用型高校中，關于MATLAB軟件在工科數學課程教學改革中的應用較少，廣東白云學院做了有益的嘗試，但僅局限于課程中某幾個知識點，理念仍不夠系統(tǒng)與全面.

在當前工程認證背景下，現代工程技術要求工科大學生具備扎實的數學實踐與應用能力。而目前面向汽車行業(yè)的應用型高校大學生對數學的學習常常呈現“學而無趣”、 “學而無用”現象，折射出的教學問題為：理論與實踐脫節(jié)，缺少實踐環(huán)節(jié).因此，將MATLAB軟件融入到該類院校工科線性代數的教學改革之中刻不容緩。

2改革意義

（1）提升學生對于MATLAB軟件的操作能力與應用能力，為后續(xù)專業(yè)課程（自動控制、信號處理、系統(tǒng)仿真、機器學習、量化投資等）所需的科學計算能力與數據處理能力提供強力支撐。在充分考慮我?！皺C械、電信、材料、汽車”四大工科學院對學生工程計算能力的需求，精準科學地對在線性代數課程體系中融入MATLAB軟件實踐，凸顯特色。

（2）借助MATLAB軟件可將抽象、復雜的線性代數問題變得直觀、形象、易于理解，且容易檢驗筆算的正誤，從而激發(fā)學生的主動學習興趣，開拓學生的視野，培養(yǎng)學生的獨立思考、動手實踐和自主創(chuàng)新能力，這和新工科所倡導的理念是不謀而合的。同時也使教師突破傳統(tǒng)的教學模式，既提高了教師的教科研水平，又達到了提升線性代數教學質量的目的。

（3）在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面取得顯著成效。以“重視基礎理論一面向應用需求一培養(yǎng)創(chuàng)新意識”為主線，在完成工科線性代數課程教學內容后，定期開設MATLAB軟件以及數學類競賽講座（全國大學生數學競賽、全國大學生數學建模競賽等），同時在全校范圍內積極宣傳，吸引學生廣泛參與，實現大學四年對數學的不間斷學習，將“教學、培訓、競賽”三者有機銜接，促進我校數學類競賽和考研數學成績的持續(xù)提高。

3改革策略

3.1 課程教學理念

（l）立德樹人，以德為先。我校工科線性代數課程始終堅持把立德樹人作為人才培養(yǎng)的中心環(huán)節(jié)，把思想政治教育貫穿于教學全過程。通過幫助學生樹立辯證唯物主義世界觀，鍛煉學生勤于思考、刻苦鉆研的品質，增強學生的民族自信心和自豪感等使得線性代數課程與思政理論課同向同行，形成協(xié)同效應。

（2）教授負責，打造一流教學團隊。經過多年的建設，我校工科線性代數課程形成了一個以教授為課程負責人，年齡、職稱、學緣合理，師德高尚、愛崗敬業(yè)的高水平的教學團隊，并于2018年獲得湖北省優(yōu)秀基層教學組織。

（3）呈工科特色、富創(chuàng)新精神，貫徹“兩性一度”的“金課”標準。在教學內容上，數學理論與工程實際相結合，體現課程的高階性;在教學模式上，深化教學供給側改革，融人科學計算軟件——MATLAB，體現課程教學的創(chuàng)新性;在考核方法上，加大過程考核力度，提高卷面試題難度，增加課程的挑戰(zhàn)度。

（4）堅持以學生為中心。宏觀上將“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的OBE教學理念貫徹課程的教學的全過程;微觀上將“引入、目標、前測、參與式學習、后測、總結”的BOPPPS教學模式貫穿于每一次的課堂教學。

3.2課程設計原則

（1）“三位一體”的課程目標導向。一是獲取知識，使學生系統(tǒng)地獲得工科線性代數的基本知識，掌握基本理論和方法;二是培養(yǎng)能力，培養(yǎng)學生的抽象思維、邏輯推理和利用MATLA軟件解決復雜工程實際問題的科學計算能力;三是弘揚數學文化，滲透社會主義核心價值觀，實現課程育人、數學育人。

（2）基于工程教育認證理念設置課程目標。目標一，為獲得現代科學技術知識奠定必要的數學基礎;目標二，使學生初步具有借助MATLAB軟件對一些工程問題進行科學計算與建模仿真;目標三，培養(yǎng)學生具有終身學習能力，形成適應社會發(fā)展的綜合素養(yǎng)。

（3）教學內容與時俱進。教學內容不斷融入MATLAB實踐練習環(huán)節(jié)，打破了以往重理論輕計算的困境，同時課程教材始終選用國家級優(yōu)質教材，隨著教材中例題配套的MATLAB程序代碼的不斷完善，保證了教學內容的與時俱進。

（4）教學設計堅持以學生為中心，實行因材施教。在教學過程中實現“預習引導、課堂教學、課堂測試、課后作業(yè)、答疑輔導”五位一體;教學方法上以課堂教學為主陣地、充分發(fā)揮信息化教學手段的作用。

3.3課程實施方案

（1）由點及面輻射全校工科專業(yè)。項目初期在部分學院（3個教學班）試點，經過一年后在全校工科專業(yè)課程教學中推廣。通過本項目的實施，對教師而言，將逐步改變我校線性代數教學中重理論輕應用的教學理念;對學生而言，徹底改變學生對線性代數計算問題只會手寫筆算不會編程機算的落后局面，為后續(xù)專業(yè)課程學習所需的科學計算能力與數據處理能力提供強有力的支撐。

（2）堅持以課堂教學為主陣地，借助信息化技術輔助教學。選用魅力師資、打造精品課堂;在課堂教學中引入微助教、雨課堂，打破“課堂沉默”，激發(fā)學生學習興趣;采用微課、“超星”學習通等信息化教學載體輔助教學，作為課堂教學的有益補充。

（3）課堂教學普遍采用BOPPPS教學模式。通過吸引注意、引發(fā)興趣的開場引言，明確、恰當、可評估的學習目標，了解先備知識與能力的課堂測驗，專業(yè)、互動、有效的參與式學習，檢測學習目標完成度的課后測試，完美收尾、承前啟后的課程總結等六個環(huán)節(jié)，將整個課堂教學銜接起來形成閉環(huán)，實現課堂的有效教學。

（4）課程教學評價規(guī)范，強化過程考核。我校工科線性代數課程建立了完整立體的課程評價方案，尤為注重過程考核，制定了詳實的平時成績評定標準。除了期末測試成績（占比60%）以外，過程考核部分分為三塊內容：平時課程作業(yè)（占比15%）、課堂參與答題（占比10%）、MATLAB實踐（占比15%）。

4改革成效

（1）課程教學得到學生的贊譽和專家好評。一方面，學生對課程的滿意度普遍較高，通過近兩年來學生對線性代數教學團隊教師的教學評教分數均在98分以上，顯著高于學校平均水平。另一方面，我校督導專家基于對全校各院系教師的聽課情況進行比較，對該課程給與了高度評價。

（2）從產出結果分析，課程教學效果顯著。經過對改革前后學生課程學習目標達成度的對比分析，改革后的目標達成度顯著提高，為我校車輛工程、材料成型及控制工程兩個工科專業(yè)順利通過工程教育專業(yè)認證提供了強力的支撐。

（3）取得了大量的教學成果及榮譽。近兩年來成功獲批湖北省教育廳高等學校教學研究項目2項;湖北省教育廳科學技術研究項目4項;校級教學研究課題30項;發(fā)表教學研究論文20余篇;教學團隊成員多次獲得我校優(yōu)秀教師稱號;近3年我校學生在全國數學競賽以及全國大學生數學建模競賽中成績優(yōu)異，獲得獎項40余項。

5課程創(chuàng)新特色

（1）理念創(chuàng)新。基于OBE理念，通過細化教學目標，以教學目標為導向設計大綱、內容、策略和考核辦法并開展教學，然后進行目標達成情況的評價，以便持續(xù)改進，形成一個不斷上升的閉環(huán)。

（2）模式創(chuàng)新。在課程理論教學的基礎上融入MATLAB軟件實踐環(huán)節(jié)，將一維的教學模式拓展為二維的教學模式。這一模式更加符合應用型高校的教學規(guī)律，更加契合以學生為中心的教育理念。

（3）課程思政。通過挖掘線性代數課程的“思政”元素，突出課程的“思政”功能，將思想政治教育巧妙地融入到數學課程的教學中，讓數學課程內容更具深度、課堂氛圍更有溫度、思政教育更有力度，達到“隨風潛入夜、潤物細無聲”的育人效果。

6結語

課程改革與實踐是一項長期性的工作，線性代數作為工科專業(yè)的一門重要的基礎必修課程，有著具足輕重的作用。我校為了面向汽車行業(yè)培養(yǎng)高素質的應用型工科人才，教師在傳授學生基礎數學理論知識的同時，還要積極地改善線性代數的教學內容與教學方法，打破數學知識、專業(yè)課程與工程應用三者之間的學科壁壘。通過在工科線性代數課程中融入MATLAB軟件的教學改革與實踐，希望能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，逐步提高學生的數學素養(yǎng)、數學思維能力和應用數學知識解決復雜工程問題的計算能力，使之成為新時代的新工科人才。

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