地方院校數學類專業Matlab課程改革的探索與實踐

李軍成 楊煉 劉成志

摘要：Matlab課程在地方院校數學類應用型創新人才培養中具有重要的作用。該文以湖南人文科技學院數學類專業為例，首先分析了Matlab課程存在的問題，然后從四個方面探索了Matlab課程改革的舉措，最后介紹了通過課程改革取得的一些成效，為地方院校數學類專業Matlab課程的改革提供了一定的參考。

關鍵詞：地方院校;數學類專業;Matlab;課程改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0268-03

1 引言

Matlab是一款應用廣泛的工程計算應用軟件，它具有計算功能強、編程效率高、繪圖功能強等優點，已成為國內外理工科專業學生必備的一款軟件。

近年來，國內高校很多學者分別從不同角度對Matlab課程的改革進行了研究與實踐，取得了較為豐富的成果。例如，鄭小雪等[1]以應用為導向對Matlab課程的模塊化和任務驅動式教學模式進行了分析與探討;余國先等[2]結合自身的教學經驗，對培養學生科研創新能力的Matlab課程的教學模式進行了探索與實踐;朱高峰等[3]通過實例探討了任務驅動式教學方法在Matlab課程中的應用;張玉葉[4]針對電氣信息類專業Matlab課程存在的問題，探討了Matlab細節教學法以及實踐教學環節的改革思路;徐保國[5]分別從模式、內容、教材、教法等教學層面探討了Matlab課程立體化改革舉措;陳鋒等[6]針對Matlab軟件課程教學的不足，討論了模塊化教學體系的構建;劉衛國等[7]依托開放式精品示范課堂，對Matlab課程的教學改革進行了有益的實踐;周紅標等[8]從“Matlab+”課程群的角度分析了自動化專業依托Matlab推進創新人才培養的途徑;丁恒飛[9]通過實例分析了在數學與應數學專業創新班開設Matlab實踐課的必要性。

目前，Matlab課程已成為國內大多數地方院校數學類專業開設的一門專業必修課，該課程在地方院校數學類專業培養應用型創新人才中具有不可忽視的地位。雖然湖南人文科技學院數學類專業在Matlab課程的建設和教學改革方面取得了一定的成績，但仍存在一些問題。2018年以來，我們分別從輔助數學建模競賽的教學內容整合、“線上+線下”的混合式教學、以項目為驅動的課程設計、面向創新的課程后續指導等四個方面對Matlab課程的建設與教學進行了改革，取得了較好的成效，對其他地方院校數學類專業Matlab課程的改革具有一定的借鑒與參考價值。

2 數學類專業Matlab課程存在的問題

眾所周知，數學類專業的大多課程都具有較強的理論性，而培養學生實踐與應用能力的課程相對較少。Matlab課程是我校數學與應用數學、信息與計算科學兩個數學類專業的一門專業必修課，開設本課程的目的是使學生熟練掌握Matlab的數據及其運算、矩陣分析與處理、程序控制結構、繪圖、數值計算、符號計算等基礎知識，提高學生利用Matlab語言求解數學模型的水平，培養學生利用Matlab求解數學問題的能力，為利用數學軟件和數學模型解決實際工程問題打下基礎，在我校數學類應用型創新人才培養中具有重要的作用，如圖1所示。

在Matlab課程改革以前，雖然我校數學類專業在本課程的建設和教學改革方面取得了一定的成績，但仍存在以下幾個問題：

（1） 雖然本課程為數學類專業學生學習的第一門實踐性與應用性較強的課程，但部分學生的學習興趣不高。如何激發學生學習本課程的興趣是需要思考的問題。

（2） 少部分學生理論知識掌握得不夠扎實或計算機的使用不夠熟練，導致學習本課程有一定的困難。如何讓學生能利用課余碎片化的時間進行反復學習，提高學生學習本課程的主觀能動性是需要解決的問題。

（3） 本課程開設的對象是二年級本科生，學生雖然在一年級學習了《數學分析》《高等代數》《解析幾何》等專業基礎課，為本課程的學習奠定了一定的理論基礎，但由于本課程涉及的知識面較廣，導致部分學生雖然掌握了Matlab的使用，但對相關的理論知識卻一知半解。如何讓學生能有效地將理論知識與Matlab的使用有機結合起來需要探索的問題。

（4） 本課程僅開設1個學期，很多學生在課程結束后不會再觸碰Matlab軟件，本課程后續培養人才的地位和作用不明顯。既然本課程具有較高的實踐性與應用性，那么如何在課程結束后讓學生繼續深入學習與使用Matlab軟件，依托Matlab培養數學類應用型創新人才是值得關注的問題。

3 數學類專業Matlab課程改革的舉措

2018年來，針對Matlab課程存在的幾個問題，我們對課程建設與教學進行了改革，并逐步形成了“依托Matlab線上線下混合式教學模式驅動培養數學類應用型創新人才”的教學理念。我們對Matlab課程進行改革的基本思路如圖1所示。

（1） 輔助數學建模競賽的教學內容整合

雖然我們在教學中選用的《Matlab程序設計與應用》（劉衛國主編）是一本非常經典的教材，但對于地方院校數學類專業學生而言，該教材的內容偏多，部分內容所需的理論基礎要求較高。另一方面，我校數學類專業開設Matlab課程的其中一個主要目的是為學生后續參加數學建模競賽做好準備。為此，我們根據數學類專業學生的實際情況，以輔助數學建模競賽為目的，將Matlab課程的教學內容整合為10個模塊，各模塊的知識點層層遞進，同時在部分例題中融入數學建模問題的求解，如圖3所示。

通過對課程教學內容的整合，同時在課程教學中有目的的融入數學建模問題的求解，一方面讓學生體會到Matlab軟件的強大功能，另一方面讓學生體驗到解決實際工程問題的樂趣，在很大程度上激發了學生學習本課程的興趣。

（2） “線上+線下”的混合式教學

為了提高教學效率，我們采用線上線下混合式教學模式開展Matlab課程教學獲活動，教學活動的組織形式如圖4所示。

近年來，我們利用“超星泛雅平臺”和“超星學習通App”輔助課程教學。經過幾年的建設，在“超星泛雅平臺”建立了課程門戶網站，包括課程章節、教學團隊、教學目標、教學模塊、參考教材、教學成果等內容，教學資源包括各章節的Mooc視頻18個、課件17個、習題7套、實訓報告9個等。同時，我們在“超星學習通App”創建教學班級，共上傳課件17個、作業庫21套、其他資料12個。

在課程教學前，利用“超星學習通”發布預習任務，要求學生通過“超星泛雅平臺”的課程門戶網站預習即將要講授的內容，并做好相關筆記及疑難問題。在課程教學中，在機房采取“講練結合”的方式開展常規教學，教師講完一個知識點后即指導學生上機，同時利用“超星學習通”開展簽到、選人答題、隨堂練習、主題討論等線上活動，提高教學效率。在課程教學結束后，利用“超星學習通”進行作業布置、提交與批改，并通過微信群進行交流討論，鞏固學習效果。

線上線下混合式教學模式的運用，不僅引導學生全程參與教學活動，提高了課堂教學效率，而且還讓課堂教學更為生動，進一步激發了學生學習本課程的興趣。而“超星泛雅平臺”課程門戶網站的建立和“超星學習通App”的使用，使得學生能利用課余碎片化的時間對課程內容進行反復學習，提高了學生學習本課程的主觀能動性。

（3） 以項目為驅動的課程設計

近年來，我們在課程結束時會要求每名學生利用Matlab軟件設計一個GUI（圖形用戶界面）系統，所設計的GUI系統難易程度不限，但內容必須要與前期學習過的《數學分析》《高等代數》《解析幾何》等課程相關。

開展以項目為驅動的課程設計，不僅能進一步提高學生使用Matlab的水平，到達學以致用的目的，而且還能有效地讓學生將理論知識與Matlab的使用有機結合起來。

（4） 面向創新的課程后續指導

近年來，為了持續依托Matlab培養數學類應用型創新人才，我們在課程結束后繼續積極指導學生基于Matlab開展各種創新活動，深化學生創新能力的培養，如圖5所示。

4 課程改革取得的成效

自開展課程改革以來，我們取得了以下教育教學效果與成果：

（1） 組建了Mooc教學團隊，加強了教學團隊建設。課程改革以前，雖然已組建了課程的教學團隊，但團隊成員在教學方法、教學手段、教學資源等方面都各有差別，這在很大程度上制約了教學團隊的建設。2018年以來，我們組建了Mooc課程教學團隊，將教學方法、教學手段、教學資源等進行了統一，教學團隊建設取得了較大的進步。目前，教學團隊核心成員有3人，其中教授1人、副教授1人、講師1人，3人均具有博士學位。

（2） 完成了Mooc課程錄制與課程門戶網站建設，為學生開辟了課外學習陣地。課程改革以前，學生學習本課程的主要陣地是課堂，而少部分學生由于理論知識掌握得不夠扎實或計算機的使用不夠熟練，導致學習本課程有一定的困難。2018年以來，Mooc課程與課程門戶網站使得學生能利用課余碎片化的時間對課程內容進行反復學習，大大提高了學生的學習效果。

（3） 將“超星泛雅平臺”“、超星學習通App”等信息化手段應用于教學中，為課堂教學提供了強有力的輔助手段，提高了課堂教學效率。課程改革以前，課堂教學主要以“講練結合”為主，學生的課堂參與度不高。2018年以來，團隊共同錄制了Mooc課程、在“超星泛雅平臺”建設了課程門戶網站，并使用“超星學習通App”輔助課堂教學，引導學生全程參與課堂教學，大大提高了課堂教學的效率。

（4） 激發了學生的學習熱情，提高了學生學習的主觀能動性。2018年以來，通過對課程教學內容的整合，以及采取線上線下混合式教學模式，不僅讓學生體驗到解決實際工程問題的樂趣，而且還讓課堂教學更為生動，大大激發了學生學習本課程的興趣。近3年來，“超星泛雅平臺”上課程門戶網站的訪問量達24萬余次。

（5） 推動了課程教學改革研究。2018年以來，團隊成員積極開展課程的教學改革研究，發表了與課程教學改革緊密相關的研究論文3篇。

（6） 深化了數學類應用型創新人才的培養。2018年以來，團隊成員指導本科生利用Matlab軟件參加學科競賽獲得國家級獎勵2項、省級獎勵12項，立項省級研創項目5項，發表學術論文2篇，申請軟件著作權2項。

5 結語

本文以湖南人文科技學院數學類專業為例，從四個方面對Matlab課程的改革進行了探索與實踐。雖然我們取得了一些效果與成果，但仍有很多地方值得進一步深化與完善，如何構建并完善“Matlab+驅動數學類應用型創新人才培養模式”將是我們今后努力探索的方向。同時，我們也希望所總結的改革舉措能為其他地方院校數學類專業Matlab課程的改革提供有價值的參考依據。

參考文獻：

[1] 鄭小雪， 林威. 以應用為導向的本科Matlab教學實踐與探討[J]. 高教學科， 2018（7）：67-70.

[2] 余國先， 王峻. 面向科研創新的Matlab課程教學模式探索[J]. 西南師范大學學報（自然科學版）， 2018，43（1）：164-168.

[3] 朱高峰， 張艷蕾， 梁平元. Matlab課程教學改革與實踐[J]. 中國教育技術裝備， 2018（6）：83-85.

[4] 張玉葉. Matlab語言課程教學中若干問題探討[J]. 實驗室研究與探索， 2018，37（3）：176-179.

[5] 徐國保. Matlab語言及應用課程的多元立體化教學改革探析[J]. 計算機教育， 2019（6）：94-96.

[6] 陳鋒， 關麗紅. 模塊化教學模式在Matlab軟件課程中的應用[J]. 長春大學學報， 2019， 29（10）：111-115.

[7] 劉衛國， 蔡旭暉， 呂格莉， 等. 開放式精品示范課堂的教學改革實踐——以“科學計算與Matlab語言”課程為例[J]. 工業和信息化教育， 2020（11）：23-28.

[8] 周紅標， 柏小穎. 自動化專業"Matlab+"課程群建設及創新人才培養[J]. 大學教育， 2020（11）： 43-46.

[9] 丁恒飛. 數應專業開設Matlab軟件實踐課的教學思考——以天水師范學院數學與應用數學專業創新人才班為例[J]. 蘭州文理學院學報（自然科學版）， 2020， 34（1）：112-115.

【通聯編輯：王力】

收稿日期：2021-02-15

基金項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目“基于學科競賽驅動培養地方院校數學類應用型創新人才的研究與實踐”（湘教通[2018]436號No.732）;湖南省普通高等學校教學改革研究項目“高校數學類課程案例式實驗教學方法研究及實驗教學系統構”（湘教通[2020]232號No. HNJG-2020-0954）;湖南人文科技學院本科課程教學案例庫建設項目“數學建模課程教學案例庫”（校教通[2019]165號No.28）

作者簡介：李軍成（1982—），男，湖北省漢川市人，教授，博士，主要研究方向為幾何設計與計算、數學建模;楊煉（1981—），男，湖南省隆回人，講師，博士，主要研究方向為計算機圖形學、數學建模;劉成志（1986—），男，湖南省洞口人，副教授，博士，主要研究方向為幾何設計與計算、數學建模。