MATLAB軟件在高等職業工科專業教育中的運用研究

摘要：在高等職業教育工科專業教學中應用MATLAB軟件，解決工科基礎理論課程教學和學習中大量數學運算及邏輯、電路、電力、信號系統、控制仿真等模擬運算所存在的困難。本文就如何應用MATLAB數學運算軟件來提高高等職業教育理論課程教學及學生學習質量的探索及建議。

關鍵詞：高等職業教育;MATLAB軟件;工科;教學;運用探究

引言

高等職業教育隨社會對職業技能人才培養需求發展，越來越重視理論應用教育教學知識技能的延伸，從而促成了專業理論教學性質的動態變化特點，以工科專業尤為突出。運用 MATLAB 軟件（美國 MathWorks 公司出品）等技術創新手段，可以在安全試驗環下，模擬仿真地幫助學生迅速解決學習中理論應用運算所遇困難，促使學生積極參與課堂教學中，提供學生自主學習路徑和拓延學習實踐方法。學習過程在計算機軟件上進行的，仿真現實問題環境或實驗材料特性，使學生更專注于學習理論知識的應用成果和技能提升。這就促使高職教育專業教師更加關注這類教學內容和教學技能的教育改革，從而適應技術社會的飛速發展。

1 .MATLAB軟件在教學中的重要性

MATLAB，全稱為 Matrix Laboratory，是 MathWorks 公司推出的用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境的商業數學軟件。越來越多的行業、專業領域發展出許多現代技術方法，應運而生的諸多技術工具可以增強和促進學生對所未來職業技能需要的理解，以備將來滿足社會需求。這些工具共通之處都采用計算機輔助學習，顯著參與教學工作，諸如MATLAB、Octave、Scilab 和 Mathematica 等軟件應用于高等教育教學已很常見，其中最廣泛使用的是MATLAB 軟件，它被認為是技術計算和科學領域的標桿。

MATLAB 是一款非常強大的計算和仿真工具，以虛擬仿真技術為核心，提供高性能計算服務。在此基礎上，MATLAB 提供了附加工具箱，通過在技術、經濟、醫學和生物學等專業領域添加更多擴展功能來增強其應用，逐漸應用于不同領域。MATLAB 不僅在計算中得到了應用，而且在教學過程中也得到了廣泛應用。在該軟件環境中，有一些應用可以幫助學習。

在學校工科專業教學中使用 MATLAB，以為工科專業教育者創造最新認知機會為前提，教師在教授工科專業理論時，需對理論專業內容、教育學和技術有深入的理解。同時，還要考慮如何教授理論專業概念所體現的重要內容及應用，由此項技術可將概念闡釋和具象顯示為學生可以理解的形式。

MATLAB內置了非常強大的許多用于解決問題和開發圖形化虛擬的工具。該軟件使用方法為交互式，學生可輸入一個專業理論表達式及運算數據，MATLAB 立即響應結果。還可以應用該軟件按順序執行的命令組方式編寫可執行的腳本及程序，擴充解決實際問題。MATLAB 提供具有數值、圖形和編程功能的圖形軟件包，內置了許多操作功能，可添加這些工具箱來增強這些功能，應用于虛擬仿真、邏輯電路、信號處理等。

對于高職工科專業教師而言，應當緊跟教育政策與學科的教學密切相關變化，將計算機軟件作為一種有效的教學手段，尤其以MATLAB為例，有必要為滿足自身在計算機輔助教學中使用部分軟件的需求 做好準備。將傳統教學中，教師和學生在演算紙上進行的計算，轉變為MATLAB 軟件中可用代碼程序所呈現出可視化的軌跡，以更好地理解和表述問題，包括矢量矩陣、坐標平面兩點間距離、正弦及其導數圖、三維條形圖、聯立方程圖和二次方程圖的教學。

另外， MATLAB軟件教學應用應擺脫只供教師使用的局限，而考慮讓學生也學會如何創建自己的腳本和程序，解決專業理論技能知識中所遇到的困難。培養學生編寫 MATLAB 腳本程序，解決困難而復雜抽象的專業問題興趣。借此促使學生學習基本編程算法的寫作，培養其自發解決問題的技能。

2 在教學中的運用探究

采用該軟件的方式進行工科基礎理論教學，實驗硬件功能可轉變為軟件化，節省大量的實訓設備儀器耗材購置投入，其經濟優勢是相當明顯的。只需在安裝 MATLAB 軟件的計算機中打開程序命令窗口，交互調用工具包或其他功能，包括函數運算、矩陣運算等，可立即獲得響應結果，節省實驗環境條件設置和實驗周期。另外，可根據實驗系統的實際結構與系統各變量之間實驗或理論規律，建立系統的數學模型系統，借助軟件內化的微分方程和傳遞函數解決方案，獲得準確的實驗數據。MATLAB 所提供的各類基本模塊庫，如可直接用于系統電路的搭建，運行可靠經濟。

2.1 MATLAB 數組運算

“數組”一詞也經常用來泛指向量或矩陣。在 MATLAB 中，一些可以在向量或矩陣上執行的操作被稱為數組運算。 MATLAB 軟件將矩陣運算、數值分析、圖形處理、編程技術結合在一起，可為用戶提供解決科學及工程問題強有力的分析計算。以某高職工科專業教學用 MATLAB 來實現為例， 其他軟件編譯語言中的一維數組、二維陣列分別等價于數學運算中的向量和矩陣。擁有控制系統（ControlSystem）、神經網絡（Neural Network）和模糊邏輯（Fuzzy Logic）（Toolbox）等專門的工具箱，以及可視化動態仿真系統、功能強大的圖形用戶界面的MATLAB軟件，非常適合解決電氣、電子、智能控制等工科專業教學條件不足的問題。

2.2 三維條形圖的繪制

MATLAB 包含強大的 2D 和 3D 圖形的繪圖功能，為了讀取普通數據計算輸出數據，提供了必要函數和腳本命令。在繪制三維圖形時，通過 Meshgrid 命令創建三維空間網格。但教學中發現學生理解改變繪圖屬性這個重要的知識概念困難，因此需要創建繪圖處理程序，并使用 GET 和 SET 命令更改線條顏色或類型，使得學生更加直觀的觀察實驗數據結果和現象，提升專業理論知識教學效果。

3 結束語

該軟件被應用在高等職業教育工科專業理論知識教學方法中，旨在提高學生對理論問題的理解和解決問題的技能水平。運用 MATLAB 現實教學經驗，突破實驗環境資源的限制，對學生的學習策略有很強的影響，通過良好的課程設計，使學生和教師在一定程度上在降低教學實驗條件的同時，滿足控制教學目標，從而可以有效地提高專業學習效果。

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作者簡介：王齊珍時 性別：男 籍貫：山東省淄博市，民族：漢族 出生年月：1980年3月 學位：碩士，職稱：講師 研究方向：信息計算科學 單位：淄博職業學院