《MATLAB及其工程應(yīng)用》的教學(xué)探索

張紅升 周前能 胡章芳

摘 要 MATLAB是一個重要的科學(xué)運算和數(shù)據(jù)可視化處理軟件。MATLAB既是一個軟件也是一門編程語言，因此《MATLAB及其工程應(yīng)用》既具有一定的理論性，又具有較強的實踐性。根據(jù)這個特點，在開課時間、課時安排和授課內(nèi)容方面對該課程的教學(xué)進行了探索和改革，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 MATLAB 教學(xué)改革 教學(xué)探索

中圖分類號：TP319-4文獻標識碼：A文章編號：1002-7661（2012）06-0009-02

對許多理工科專業(yè)而言，專業(yè)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程往往需要較多的數(shù)學(xué)知識或大量復(fù)雜的運算。這些復(fù)雜的運算往往是學(xué)生最感頭疼的問題，并因此使很多學(xué)生失去了專業(yè)課程學(xué)習(xí)的興趣，進而影響了其專業(yè)技能的提升和后續(xù)的深造。因此，對現(xiàn)代理工科大學(xué)生而言，必須學(xué)會至少一門輔助計算的軟件或語言，使其學(xué)會處理繁瑣的運算，提高專業(yè)課學(xué)習(xí)效果，并為以后的研究和深造打下良好的基礎(chǔ)。MATLAB就是一門輔助計算軟件，它具有強大的科學(xué)計算功能和數(shù)據(jù)可視化功能，可以方便地畫出二維和三維的多種曲線和圖形，同時MATLAB語法簡潔，易于上手。鑒于這個特點，筆者所在的重慶郵電大學(xué)光電學(xué)院采用了MATLAB作為全院學(xué)生的必修課程。我們通過近幾年的教學(xué)實踐，對《MATLAB及其工程應(yīng)用》的教學(xué)進行了一些探索和改革，取得了較好的效果。

一、開課時間的安排

由于MATLAB是以矩陣運算為基礎(chǔ)，同時其語法風(fēng)格具有類似C語言的特性，因此要求在MATLAB教課時，學(xué)生最好應(yīng)先修過《線性代數(shù)》和《C程序設(shè)計》。如果這兩個課程沒有學(xué)過，那么必將導(dǎo)致教師浪費大量的時間解釋MATLAB的相關(guān)運算原理以及相關(guān)語法，從而沒有時間去講授MATLAB的工程應(yīng)用和實際編程。我們對重慶郵電大學(xué)光電學(xué)院和其他學(xué)院，以及國內(nèi)其他高校的課程安排做了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)《線性代數(shù)》和《C程序設(shè)計》一般都安排在大學(xué)一年級，至于是在上學(xué)期或下學(xué)期完成，則每個學(xué)校各有不同。因此《MATLAB及其工程應(yīng)用》的最佳開課時間應(yīng)該是不晚于大二上學(xué)期。若大一上學(xué)期即學(xué)完《線性代數(shù)》和《C程序設(shè)計》，那么開在大一下學(xué)期也是可以的；或者大一下學(xué)期開設(shè)《線性代數(shù)》和《C程序設(shè)計》，但把《MATLAB及其工程應(yīng)用》的開課時間定在學(xué)期的后半部分。總之，一定要保證學(xué)生有一定的《線性代數(shù)》和《C程序設(shè)計》基礎(chǔ)后，才能開設(shè)《MATLAB及其工程應(yīng)用》，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候，才能感到輕松（因為MATLAB相對于C語言要簡單得多，而且MATLAB非常易于處理線性代數(shù)的復(fù)雜運算）和有趣（因為MATLAB可以做出很漂亮的圖形），進而激發(fā)出很強的學(xué)習(xí)興趣。

二、課時和學(xué)分安排

MATLAB不是一個專門的理論課程，而且其使用方法相對其他編程語言要簡單得多，因此《MATLAB及其工程應(yīng)用》不需要太多的理論課時。MATLAB既是一個軟件也是一門編程語言，因此《MATLAB及其工程應(yīng)用》既具有一定的理論性，又具有較強的實踐性。從教學(xué)目的上來說，其實踐性要強于理論性，因此《MATLAB及其工程應(yīng)用》又需要較多的實驗課時。同時，由于總體學(xué)分的限制，我們在重慶郵電大學(xué)光電學(xué)院的教學(xué)過程中，對該課程分配了2個學(xué)分，總共32課時，其中理論課和實驗課各占16課時。每上完一次理論課，即在當(dāng)周或后一周安排相關(guān)的上機實驗，以及時鞏固課堂教學(xué)的效果，提高學(xué)生實際編程的能力。

三、教學(xué)內(nèi)容的改革

如前所述，在總課時保持為32學(xué)時的情況下，為了體現(xiàn)《MATLAB及其工程應(yīng)用》的實踐性，切實提高學(xué)生利用MATLAB編程和解決實際問題的能力，我們加大了實驗學(xué)時的比例，從原來的8學(xué)時提高到16學(xué)時，這樣理論教學(xué)的學(xué)時就從原來的24學(xué)時減為16學(xué)時。但同時，MATLAB本身的內(nèi)容又十分豐富，具有龐大的工具箱和內(nèi)嵌函數(shù)。因此必須合理安排教學(xué)內(nèi)容，使得主要內(nèi)容能被學(xué)生有效掌握。

為此，我們針對重慶郵電大學(xué)光電學(xué)院的專業(yè)特點，并通過多年的教學(xué)實踐，對授課內(nèi)容不斷進行調(diào)整，最終確定了較為合理的授課內(nèi)容。詳細的調(diào)整如下：

1.MATLAB的基本語法知識，如變量的命名/存儲/調(diào)用和賦值、條件判斷、循環(huán)操作等，由于和C語言極為類似，因此只需要4個學(xué)時即可完成MATLAB的基本知識的講述。

2.在講完MATLAB基本語法的基礎(chǔ)上，需要4個學(xué)時講述MATLAB的畫圖功能。由于對大學(xué)本科生而言，其處理的主要數(shù)據(jù)和圖形一般都是二維的，因此應(yīng)重點講述二維畫圖的操作，而只需分配其中的1個學(xué)時簡單介紹三維畫圖的操作方法。由于二維畫圖做了較為詳細的講述，因此三維畫圖的講述只需要做拋磚引玉即可，一般學(xué)生都可以很快掌握相關(guān)函數(shù)的用法。畫圖部分要重點講述，因為這一部分最能體現(xiàn)MATLAB的強大，也最能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.由于MATLAB的函數(shù)和函數(shù)文件與C有較大的不同，因此要用專門的2個學(xué)時來講述函數(shù)的用法。必須提到MATLAB的函數(shù)可以有多個返回值，可以只傳遞部分輸入?yún)?shù)。這些地方都和C語言很不相同，但正是這些特性使得MATLAB更加容易使用。

4.省去MATLAB的符號運算的講述。因為從我們的調(diào)查看，絕大部分本科生在本科階段從來不使用符號運算。因此在學(xué)時受限的情況下，略去這部分內(nèi)容是完全可行的。

5.剩下6學(xué)時用來重點講述MATLAB的工程應(yīng)用。應(yīng)結(jié)合學(xué)生剛剛學(xué)過的《高等數(shù)學(xué)》和《大學(xué)物理》中相關(guān)例子來進行講述，如曲線擬合，數(shù)據(jù)分析、處理和圖示，微積分，常微分方程求解，物理實驗的建模和分析等。這些例子都是學(xué)生們剛剛學(xué)習(xí)過的同時感到比較頭疼的數(shù)據(jù)處理或運算，通過講述如何用MATLAB解決這些問題，一方面鍛煉了學(xué)生熟練應(yīng)用MATLAB的能力，另一方面也有利于克服學(xué)生對復(fù)雜運算的恐懼心理，提高學(xué)習(xí)效果。

四、結(jié)束語

《MATLAB及其工程應(yīng)用》教學(xué)過程是一個不斷探索、總結(jié)與創(chuàng)新的過程。我們針對重慶郵電大學(xué)光電學(xué)院的《MATLAB及其工程應(yīng)用》課程，在開課時間、課時安排和授課內(nèi)容進行了探索和改革，取得了較好的教學(xué)效果。相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗也可以為其他學(xué)校和專業(yè)的MATLAB教學(xué)提供參考。

參考文獻：

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（責(zé)任編輯 鄭文）