MATLAB及其應用課程思政探索與實踐

摘" 要：MATLAB是國內外工程師主流的軟件平臺，在工程實踐和科學研究中應用較為廣泛。針對MATLAB及其應用課程缺乏對學生家國情懷、人文素養等精神層面的引領和培養的問題，圍繞強化工程思維教育、提升解決工程問題能力、樹立工程創新意識，深化知識體系與思政體系融合，基于課程思政建設思路的探索、課程思政元素的挖掘和課程思政案例的設計三個方面進行該課程的思政探索研究，依托課堂教學“主渠道”，更好地為社會主義的建設培養合格的接班人。

關鍵詞：課程思政；MATLAB及其應用；思政元素；案例應用；思政案例設計

中圖分類號：G641" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）11-0185-04

Abstract： MATLAB is the mainstream software platform for engineers at home and abroad， and is widely used in engineering practice and scientific research. In response to the lack of MATLAB and Its Application course in guiding and cultivating students' spiritual aspects， such as patriotism and humanistic qualities， an ideological and political exploration of this course is conducted through three key areas： strengthening the education of engineering thinking; improving students' abilities to solve engineering problems; enhancing awareness of innovation; deepening the integration of the knowledge system with ideological and political frameworks. Additionally， the ideological and political elements of the course are explored， and specific cases that reflect these elements are designed， based on investigation into the ideological and political construction of the curriculum. By relying on classroom teaching as the primary channel， the aim is to cultivate qualified successors for the construction of socialism more effectively.

Keywords： curriculum ideology and politics education; MATLAB and its application; ideological and political elements; case application; ideological and political case design

培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人是教育的根本問題，課程思政以“立德樹人”為根本任務[1]。立德樹人的成效是檢驗高校一切工作的根本標準[2]。

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出：“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面”[3]。課程思政在“三全育人”工作中起著十分關鍵的作用，其主要目的是圍繞專業知識體系，構建課程思政工作體系，將課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，通過不斷深入挖掘課程內容和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，包括思想價值和精神內涵，以課程專業知識為載體，將思政元素有機融入到課堂教學環節中，達到潤物無聲的育人效果，進而實現將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體[4]。《高等學校課程思政建設指導綱要》指出，“工學類專業課程，要注重強化學生工程倫理教育，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當”[5]。因此，只有深刻理解并準確把握課程思政的核心、內涵、特點和本質要義，才能構建全方位的課程思政教育體系[6]。

一" MATLAB及其應用課程簡介

MATLAB是人工智能的基礎編程語言，被國際學術界確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。國外在20世紀80年代已經普及，在許多國際一流學術刊物上（尤其是信息科學刊物）都可以看到MATLAB的應用[7]。在歐美大學里，諸如線性代數、數理統計分析、自動控制原理、數字信號處理、電力電子技術和機電動態系統仿真等課程都采用MATLAB軟件進行輔助教學[8]。隨著MATLAB在本科課程輔助教學的廣泛化應用，學生對MATLAB及其應用課程有著更高的期待，而思政元素的融入對于課程質量的提升至關重要，因此，課程思政顯得更加迫切而且意義重大。

MATLAB是國內外工程師主流的軟件平臺，在工程實踐和科學研究中應用較為廣泛[9]。功能強大的工具箱為解決復雜問題的快速入手、課程設計以及畢業設計的高質量完成、攻讀碩士學位期間科研成果的高水平產出提供了重要的技術手段，對于實踐技能的增進、創新能力的提升具有十分重要的意義。本科階段的MATLAB課程選課學生涵蓋了內蒙古農業大學機電工程學院的電氣工程及其自動化、農業電氣化、機械工程及其自動化和農業機械化專業；研究生階段的選課學生涵蓋內蒙古農業大學機電工程學院、食品科學與工程學院、水利與土木建筑工程學院和理學院，每學年度約300余人，受眾廣泛，數量大。

MATLAB及其應用課程既是一門交叉性課程，綜合了計算機技術、數學理論知識以及諸多工程理論知識，也是一門實踐性課程，以解決實際工程問題為導向，以培養能力為核心，最終達到綜合素養提升的目的。

二" 課程思政建設

（一）" 建設目標的確立

以“團結、求實、博學、創新”的校訓為指引，以培養德智體美勞全面發展的社會主義高質量人才為目標，增強科學素養，提升創新意識，強化解決復雜工程問題的能力。著力知識體系結構與專業的緊密結合，引入教師科研成果和企業生產案例，突出課程思政理念，通過思想政治教育與知識體系教育的有機融合，堅定科技興國信念、增強社會責任感、培育工匠精神和創新精神。

（二）" 建設思路的探索

MATLAB及其應用課程的教學內容，針對不同的授課專業，主要包括以下模塊：MATLAB數值運算、數據可視化、SIMULINK建模與仿真、數據統計與分析、機器學習等。目前該課程的教學存在以下問題：

一是MATLAB及其應用課程是一門交叉性課程[10]，綜合了數學以及專業理論知識和計算機技術等，在學習MATLAB數值運算、數據統計與分析等內容的過程中，因對相應線性代數、數理統計分析等數學理論知識掌握不牢，致使相關內容理解不全面、掌握不扎實。另外，因該部分內容命令函數多，學生對函數的不同調用格式及其應用不能準確把握，導致面對具體問題時，求解的邏輯和思路不正確或徹底無從下手。

二是在講授SIMULINK建模與仿真內容時，學生對于SIMULINK模塊庫和所用的專業模塊庫的熟悉程度不夠，有時不能準確實現相應模塊的路徑提取，在進行模塊參數和仿真參數的設置時，對于參數的理解不到位，不能就理論參數與模塊參數進行很好的對應，以致常常出現參數設置錯誤，不能得出正確的結論。

三是MATLAB及其應用課程缺乏對學生家國情懷、人文素養等精神層面的引領和培養，造成了課程學習和思政教育的分離。因此，在教學中需要不斷挖掘專業內容的課程思政要素和資源，發揮其在教學中的指導作用，引領課程教學方向。此外，教師在以前授課中以知識點的傳授、技能的鍛煉為重，而忽略了育人功能。

因此，圍繞強化工程思維教育、提升解決工程問題能力、樹立工程創新意識，采用“知識+思政+案例”的教學方式，通過知識體系結構與思政體系結構相融合，凝練典型工程應用案例，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，不僅提升了能力，同時也將文化自信和民族自豪感、科技自強創新意識、哲學的辯證思維、工匠精神和愛國情懷等根植于學生的內心深處和行為之上，實現德育與才育的有機統一。建設思路與方案如圖1所示，以實踐技能遞進式提升為基本目標，以創新能力螺旋式提升為提高目標，圍繞知識認知、思政認知和實踐認知三個層面，達到擁有扎實的基礎知識、深度的思政融入、典型的案例應用目標。

三" 思政元素的挖掘

MATLAB是一門實踐性較強的課程，通過課程內容與思政元素的有機結合，從增強文化自信、文化認同和民族自豪感，培養科技自強創新意識，培養工匠精神，激發愛國情懷，樹立建設科技強國的初心和使命等思政點，為國家培養價值與能力共存的人才。

依據教學內容，深入挖掘知識體系中蘊含的思政元素，重構課程教學內容與教學體系，映射融入點見表1。

四" 思政案例的設計

以矩陣的MATLAB運算、子系統的建立與封裝、電機建模與仿真和概率分布的內容為例，設計思政案例。

（一）" 矩陣的MATLAB運算

本節在矩陣及其元素的表示基礎上，學習矩陣的MATLAB運算，包含加、減、乘、除、乘方、轉置、逆、秩、特征值、特征多項式和行列式的值求解線性方程等線性方程組求解，是通過矩陣的除法實現的。早在東漢時期的《九章算術》就描述了多個未知數的方程組的求解方法。在中華文明五千年的悠長歷史中，科學和數學的發展一直是人類智慧的重要體現。在眾多古代科學成就中，《九章算術》獨樹一幟，它不僅是中國古代數學的集大成之作，更在世界數學史上占據著舉足輕重的地位，代表了中國古代在數學領域的最高成就。它不僅是中國古代數學的瑰寶，更是全人類共有的文化遺產。這些成就能夠切實增強學生的文化自信和民族自豪感。

（二）" 子系統的建立與封裝

本節通過介紹SIMULINK仿真環境、模塊的基本操作、信號線的基本操作和系統模型的基本操作，進一步學習子系統的建立與封裝。系統模型比較大且復雜的情況下，可以把實現同一種功能或幾種功能的多個模塊組合成一個子系統，并“包裝”成一個模塊，從而簡化模型。

美國的一紙禁令，切斷了華為芯片供應鏈，也堵上了華為購芯的道路，然而，在層層打壓之下，華為仍然迸發出強大創新能力，芯片堆疊技術為無法代工其芯片的窘境找到解決方案。華為的混合3D堆疊技術方案增加了堆棧的表面尺寸，從而簡化了冷卻，同時堆棧仍然小于2.5D封裝。這對智能手機、筆記本電腦或平板電腦等移動應用很重要。這種為了解決“卡脖子”問題而不斷創新的精神激發了同學們的愛國情懷。

（三）" 電機建模與仿真

本節在完成了同步發電機模型、變壓器模型以及輸電線路模型的教學內容后，主要講解負荷模型，內容包括靜態負荷模塊、三相動態負荷模塊、異步電動機模塊和直流電機模塊。

清華大學原校長高景德院士幾十年如一日，始終工作在教學第一線，為我國的電機及電力系統方向的科研發展做出了重要貢獻。他在求學期間非常刻苦，畢業后主動選擇去發電廠任技術人員，拓展實際生產知識。1951年作為首批赴蘇留學生，在列寧格勒加里寧工學院電機系學習。1956年被越級授予技術科學博士學位，成為我國第一位蘇聯博士學位獲得者。研究期間開拓并發展了電機復數分量理論和電機動態過程理論；發展了電機參數辨識及測算的新方法；發展了電力系統過渡過程數字仿真的新方法并建立和完善了電力系統物理模型實驗室；又領導了電力系統及大型發電設備安全控制和仿真國家重點實驗室的建設；開拓并推動了電力電子新學科的研究和發展。他在理論上的創見，在新的研究方向和研究領域上的開拓，推動了中國電工學科的發展。這種不畏艱險、堅韌不拔的科學精神值得所有老師和學生學習。

（四）" 概率分布

本節在離散分布和連續分布學習的基礎上，講解抽樣分布，主要內容包括χ2分布、t分布和F分布。

t分布是由英國統計學家戈塞特提出的，他在吉尼斯父子釀造廠工作中發現，供釀酒的每批麥子質量相差很大，而同一批麥子中能抽樣供試驗的麥子又很少，每批樣本在不同的溫度下做實驗，其結果相差很大。這樣一來，實際上取得的麥子樣本，不可能是大樣本，只能是小樣本。可是，從小樣本來分析數據是否可靠？誤差有多大？1907年戈塞特為了把小樣本和大樣本之間的差別搞清楚，他做了大量的紙牌抽樣試驗，試圖把一個總體中的所有小樣本的平均數的分布刻畫出來，由此提出了t分布函數。從這個故事中培養學生的科學精神。

五" 課程思政組織實施

實施模式和路徑如圖2所示，重新組織課程內容，融入思政映射點，將民族自信、工匠精神、創新精神等思政內容在課程理論與實踐應用中貫穿始終。

六" 課程評價方法

課程的考核主要由過程考核和期末上機測試兩部分構成，過程考核包含線上學習和上機練習，成績評定為：線上學習成績×10%+上機練習成績×40%+期末上機測試×50%。課程評價主要通過學校、學院督導聽評課反饋，學生問卷調查、學生上機練習操作過程等多個環節評價課程思政教學效果和改革成效。

七" 結束語

隨著思政教育的不斷深入，在課堂教學“主渠道”，將思政元素與授課內容相結合，必將有助于課程的建設與發展，同時對于學生工程素養和創新能力的培養會起到積極的支撐作用，更好地為社會主義的建設培養合格的接班人。

參考文獻：

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[4] 王健，張永，崔紅梅，等.一流課程建設背景下的課程思政探索研究——以“MATLAB與電氣系統仿真”課程為例[J]. 工業和信息化教育，2022（8）：56-60.

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