MATLAB課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

張昊慧

淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 江蘇淮安 223001

作者：張昊慧，碩士，助教，主要從事信號(hào)與信息處理的研究。

1 引言

MATLAB軟件是適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大、界面友好、開(kāi)放性很強(qiáng)的大型優(yōu)秀應(yīng)用軟件，給幾乎所有的科學(xué)研究領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的支持。同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外高等院校數(shù)學(xué)、數(shù)值分析、數(shù)學(xué)建模、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制理論以及工程應(yīng)用等課程的基本教學(xué)和實(shí)驗(yàn)仿真工具，已成為大學(xué)生必須掌握的基本技能之一。因此，MATLAB成為電子信息、電氣工程、自動(dòng)化、電力工程與管理等專(zhuān)業(yè)本科生的基礎(chǔ)必修課，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。可見(jiàn)，學(xué)生對(duì)該課程掌握的程度將直接影響高校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。從往年的教學(xué)效果看，并不是很理想，許多學(xué)生在大一或大二就開(kāi)始學(xué)習(xí)MATLAB軟件，但直到大四做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，一些人還不能熟練掌握MATLAB語(yǔ)言。

探其根源，一方面依據(jù)該課程的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)大部分院校都將其課程性質(zhì)設(shè)置為考查課，因此學(xué)生的重視程度不夠，缺少學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力。而且近些年的擴(kuò)招使入學(xué)學(xué)生的素質(zhì)平均水平相對(duì)下降，學(xué)習(xí)效果自然不理想。另一方面，MATLAB是一個(gè)將通用性與專(zhuān)業(yè)性、一般目的應(yīng)用與高深科學(xué)技術(shù)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合的一個(gè)功能強(qiáng)大的軟件，而高校里安排本課程時(shí)，包含實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)在內(nèi)，總的教學(xué)課時(shí)一般在36～45學(xué)時(shí)，教師在有限的課時(shí)內(nèi)，根據(jù)所授學(xué)生的不同專(zhuān)業(yè)，有針對(duì)性地選取教學(xué)內(nèi)容的得當(dāng)與否，將影響該門(mén)課程的教學(xué)質(zhì)量。

如何在新的形勢(shì)下，與時(shí)俱進(jìn)，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量？近幾年，筆者根據(jù)淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我院”)的實(shí)際情況，對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了不斷探索與改進(jìn)。教學(xué)實(shí)踐說(shuō)明，這些措施的實(shí)施有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的能動(dòng)性，取得比較好的教學(xué)效果。

2 上好第一節(jié)課，強(qiáng)調(diào)課程地位，增加學(xué)生的重視程度與學(xué)習(xí)興趣

通常，學(xué)生在決定是否花時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)某門(mén)課程時(shí)，很大程度上取決于他們對(duì)該門(mén)課程的認(rèn)識(shí)與印象，而對(duì)該門(mén)課程的重視程度就決定他們能否投入足夠的學(xué)習(xí)能量以及采取什么樣的學(xué)習(xí)方式(被動(dòng)地應(yīng)試學(xué)習(xí)還是主動(dòng)地增強(qiáng)型學(xué)習(xí))。這在很大程度上決定該課程的教學(xué)效果。一個(gè)學(xué)期某門(mén)課程出勤率的最高峰值是在第一節(jié)課，學(xué)生精力最集中、好奇心最強(qiáng)的時(shí)間段就處在第一節(jié)課，第一節(jié)課將決定學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的認(rèn)識(shí)與印象。因此，第一課不論是對(duì)學(xué)生還是教師都非常重要。那么，第一課到底應(yīng)該講些什么內(nèi)容才能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的重視程度呢？

首先，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，搜索美國(guó)麻省理工學(xué)院和國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)所設(shè)置的MATLAB課程的基本信息、對(duì)該課程的定位、對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的基本要求，通過(guò)比較和分析，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到MATLAB是當(dāng)代大學(xué)生必須掌握的幾大計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一，以此來(lái)增加學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的緊迫感和主動(dòng)性。

然后，列舉幾個(gè)學(xué)生在之前其他的課程中曾經(jīng)用相應(yīng)的方法解決過(guò)的問(wèn)題，看看通過(guò)MATLAB又是怎樣解決的。

在MATLAB中輸入A=[124;051;4 -39];det(A),inv(A)，便可得出結(jié)果。

在MATLAB中輸入dsolve(‘Dy=y-2*x/y’,’y(0)=1’,’x’)，便可得出結(jié)果。

在MATLAB中輸入A=[50 -200;-2050 -20;0 -2040];U=[20;0;0];I=AU，便求出各支流的電流。

例4：繪制正弦、余弦曲線(xiàn)。

在MATLAB中輸入t=[0:0.5:360]*pi/180;plot(t,sin(t),t,cos(t))，便繪出一個(gè)周期的正弦、余弦曲線(xiàn)。

通過(guò)這些熟悉的題目，使學(xué)生基本上不知不覺(jué)地了解了MATLAB的部分功能，看到同樣的題目在MATLAB中通過(guò)輸入簡(jiǎn)單的幾行語(yǔ)句就可以準(zhǔn)確地運(yùn)算出他們用其他的方法花上幾倍的時(shí)間才能得出的結(jié)果，打消了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的畏懼感，激起學(xué)習(xí)本課程的興趣。

3 形式多樣的教學(xué)方法

由于該門(mén)課程內(nèi)容龐雜，如果教學(xué)內(nèi)容針對(duì)性不強(qiáng)，教學(xué)重點(diǎn)不突出，就會(huì)遮蓋MATLAB軟件專(zhuān)業(yè)工具的特性，學(xué)生掌握起來(lái)也會(huì)失去方向。如果教學(xué)中采用“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)方式，教師只注重了教學(xué)中“講”的作用，而忽視了學(xué)生“學(xué)”的作用。這樣幾次課下來(lái)，學(xué)生就失去學(xué)習(xí)興趣，更不可能有積極性和主動(dòng)性，從而影響教學(xué)效果。因此，擺在教師面前的問(wèn)題就是必須要找到一些更合適的教學(xué)方法，以增強(qiáng)教學(xué)效果。

3.1 針對(duì)性教學(xué)

近些年來(lái)，為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，各高校都在調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和課程門(mén)類(lèi)，優(yōu)化課程體系，以使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)人才的需求。課程門(mén)類(lèi)的增加必然會(huì)減少教學(xué)學(xué)時(shí)。而MATLAB軟件具有指令眾多，內(nèi)部集成函數(shù)豐富的特點(diǎn)。在傳統(tǒng)MATLAB教學(xué)中，教師為了在有限的學(xué)時(shí)里盡可能多地講授內(nèi)容，通常采用“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)方式。但這種方式往往導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間集中精神跟隨教師的思路，長(zhǎng)此以往就會(huì)使學(xué)生抓不住重點(diǎn)，失去學(xué)習(xí)的興趣。因此，為了保證培養(yǎng)目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)，其相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也要進(jìn)行調(diào)整，以便體現(xiàn)教學(xué)的重點(diǎn)，突出教學(xué)的針對(duì)性。

筆者認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容突出針對(duì)性和實(shí)用性，關(guān)鍵是要在專(zhuān)業(yè)特色上下功夫，即體現(xiàn)出為專(zhuān)業(yè)服務(wù)的宗旨。根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的需要，教學(xué)內(nèi)容的選取必須與專(zhuān)業(yè)背景緊密配合，重點(diǎn)講授與本專(zhuān)業(yè)密切相關(guān)的內(nèi)容，這樣才能突出針對(duì)性。例如，在講授MATLAB的繪圖功能時(shí)，針對(duì)電子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)繪制幅頻、相頻曲線(xiàn)，單位沖激響應(yīng)曲線(xiàn)；而針對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)繪制根軌跡圖和伯德圖。同時(shí)，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生使用MATLAB中的help功能，讓學(xué)生自己去探索其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以幫助他們觸類(lèi)旁通地理解與掌握相關(guān)指令和函數(shù)的用法，提高教學(xué)效率。

3.2 實(shí)踐性教學(xué)

在重視理論教學(xué)的同時(shí)，必須加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)。學(xué)生只有積極主動(dòng)地參與上機(jī)實(shí)踐，才能更好地促進(jìn)理論教學(xué)，避免出現(xiàn)“聽(tīng)得懂，編不出”的現(xiàn)象。當(dāng)然，在上機(jī)的實(shí)驗(yàn)中，不能僅僅停留在學(xué)生讀程序，輸入程序然后顯示結(jié)果用以驗(yàn)證的階段。而應(yīng)該根據(jù)專(zhuān)業(yè)特色，布置一些與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的有趣的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生自己找資料或上網(wǎng)查找解決問(wèn)題的方法。這樣既培養(yǎng)學(xué)生寫(xiě)程序、調(diào)試程序的能力，提高學(xué)生上機(jī)的興趣，又能鍛煉學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐的能力。

例如，在綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)GUI界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的簡(jiǎn)單處理。要求：1)在GUI界面上顯示原圖像和處理后的圖像；2)利用按鈕或菜單對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)加常量、加椒鹽噪聲和乘以常量3種基本處理。這樣調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀(guān)能動(dòng)性，才能使學(xué)生真正學(xué)會(huì)如何編寫(xiě)和調(diào)試程序來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)，我院也嘗試開(kāi)設(shè)合作式、討論式實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生合作能力與從事科研工作的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎寄芰Α?/p>

3.3 交互式教學(xué)

計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)區(qū)別于其他媒體技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一就是可以進(jìn)行人機(jī)交互，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的反饋交流。校園網(wǎng)絡(luò)為輔助課堂教學(xué)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。不僅能實(shí)現(xiàn)學(xué)生與計(jì)算機(jī)之間的交互，還能實(shí)現(xiàn)學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間的多向交流。在課堂之外，教師可以將有關(guān)MATLAB課程的多媒體課件、參考文獻(xiàn)及其他學(xué)習(xí)資料發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，學(xué)生除了可以自主選擇和決定學(xué)習(xí)內(nèi)容與時(shí)間外，還可以在學(xué)習(xí)的過(guò)程中針對(duì)遇到的各種問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)地與同學(xué)和教師進(jìn)行交流，及時(shí)解決問(wèn)題，避免部分學(xué)生因長(zhǎng)時(shí)間得不到有效幫助而失去信心與興趣，從而放棄學(xué)習(xí)的情況。教師借助校園網(wǎng)絡(luò)，在各種信息反饋中也可以對(duì)教學(xué)不斷加以總結(jié)和改進(jìn)，進(jìn)一步提高課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是筆者近些年來(lái)根據(jù)我院的實(shí)際情況對(duì)MATLAB課程的一些教學(xué)體會(huì)與實(shí)踐。MATLAB課程教學(xué)要想取得良好的教學(xué)效果，其關(guān)鍵就在于怎樣將教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行合理有效地組合，最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這需要不斷地探索與實(shí)踐。

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