融合專業主干課程的教學改革

摘要：電子類專業學生需要掌握從電子材料、電子器件，到電子電路、集成電路直至電子應用系統等諸多領域的知識，Matlab在這些領域內均有著廣泛應用。本文介紹了以Matlab為平臺融合電子類專業主干課程的教學改革研究，從教學思路的定位、教學內容的安排、教學手段的探索幾方面介紹了對電子類專業Matlab教學的改革。使學生在掌握應用技能的同時能深入理解專業主干課程的脈絡和內容，培養學生融會貫通、綜合應用的能力。

關鍵詞：電子類專業；Matlab；主干課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）22-0032-03

基于《Matlab電路與系統實踐》課程嘗試了融合電子類專業主干課程的教學改革，將Matlab作為加深對專業知識理解的工具和溝通各專業課程的橋梁。在教學內容上對基礎知識教學與主干課程應用教學、理論教學與實踐教學、課堂教學與課外自學進行了合理安排；在教學手段上做出了一系列探索，有效的提高了Matlab課程教學的質量，培養了學生對專業知識融會貫通、綜合應用的能力。本文提出的以應用型課程融合專業主干課程的思想對理工類專業教學體系及課程建設具有參考意義。

一、主干課程融合的需求與Matlab教學的定位

隨著信息技術的不斷發展，對電子類專業人才的需求越來越大，要求也越來越高。適應我國IT行業實際需要，作為從事光電功能材料、光電子元器件、新產品的研究、開發和管理工作的創新性人才，電子專業學生所需掌握的專業主干課程的知識涵蓋了電子應用系統的諸多領域。如何將這些內容有效的進行串接和融合，使學生能牢固掌握專業知識，并將其應用于實踐之中，是電子類專業課程體系建設面臨的實際需求。近年來，Matlab憑借其強大的計算能力和良好的交互環境，在電子類專業諸多主干課程領域內均有著廣泛的應用。在電子材料方向的研究可使用其完成材料特性的計算，如S.Kim等使用Matlab計算了應變遂穿聲子晶體的能帶結構；在電子器件方向的研究可使用其完成器件的建模，如G.V.Angelov等基于Matlab實現了MOSFET器件的EKV模型；在應用系統方向的研究可使用其進行系統的分析和設計，如J.J.D’Azzo等對使用Matlab完成線性控制系統的設計給出了詳細論述。Matlab對電子類專業學習和科研作用巨大，但相應的教學工作卻顯得較為滯后。傳統Matlab教學要么是僅對某一具體的課程或知識點做簡單應用，要么是脫離專業背景做純粹軟件工具學習。按照這兩種思路組織的教學難以在電子類專業課程體系中擁有獨立的地位。考慮到對電子類專業主干課程融合的要求和現有Matlab教學的困難，我們對電子科學與技術專業（專業代碼080606，電子信息類專業的典型代表）開設了《Matlab電路與系統實踐》課程。將Matlab定位為融合各專業課程（不限于電路與系統）的橋梁。在課程中對Matlab在電子材料、電子器件、電子電路、電子系統等各方向的應用做出探討，加深學生對主干課程知識的理解，并培養其融會貫通、綜合應用的能力。

二、融合專業主干課程的Matlab教學探索

在以Matlab為平臺融合電子類專業主干課程的教學過程中，對教學內容和教學方法進行了探索和拓展，并取得了良好的教學效果。其中的一些心得體會列出如下，供相應的教學科研參考。

1.教學內容的安排。一方面，作為在科學研究及工程應用各領域都有著廣泛應用的工具，Matlab涵蓋的內容很廣；但另一方面，能安排的教學學時又是有限的。因此教學內容的選擇就十分關鍵。為此，我們從以下三個方面出發做出安排：①基本方法教學和專業方向應用教學的分配。為融合專業主干課程，Matlab基本方法集中的以“Matlab語言基礎”和“Simulink仿真技術”兩章的形式出現，其余章節內容按電子類專業知識脈絡體系展開，如表一所示：

從表一可以看出，除去基本原理的講授外，大部分章節的內容和電子類專業的主干課程相對應，在授課中結合相應課程的主體知識點設置Matlab實例和分析。這種內容安排方式使學生體會Matlab與該課程知識領域的聯系，解決了傳統教學中Matlab工具講授與專業主干課程脫節的問題，并為學生今后在該領域開展科研應用打下基礎。②理論教學和實踐教學的分配。對Matlab基本方法和專業主干課程應用這兩個主體內容的講授，在以實踐為主導的基礎上，適當補充相應理論知識，保證學生既能將學到的知識投入應用，又能具有一定的理解深度。如在第四章“Simulink仿真技術”對Simulink這一Matlab基本方法做講解的過程中，以Simulink仿真算法選擇和仿真參數配置為切入點，展開介紹Simulink的工作原理，使學生深入理解其仿真過程，確保仿真的正確性。③課堂教學和課外自學的分配。受教學方案總課時數的限制，本門課程只有36個學時。在有限的時間內完成Matlab基礎知識和其在電子類專業主干課程應用的講授，必需向課堂外要時間，把部分內容安排在課外，依靠學生自學。考慮到課堂外的自學對學生學習的主動性和自覺性要求較高，在內容上做了以下兩類知識的安排。一類是提高性知識，是在課堂講授內容上的進一步發展。為方便學生自學，以課件的形式給出這些內容的講解，并做到比課堂講授內容的課件更加詳細。如，第二章“Matlab語言基礎”中布置了一個“查閱并總結Matlab與其他電子設計工具結合使用的文獻資料”的習題。通過這種方式，一方面達到了掌握知識的目的，另一方面也培養了學生的文獻查閱和分析的能力。

2.教學手段的探索。為達到良好的教學效果，在教學手段上也做出了相應的探索，列舉如下：①理清知識脈絡，向學生展示并強調本課程與電子類專業主干課程的聯系、本課程內各章節之間的聯系、以及每章內各知識點之間的聯系。將這些聯系作為經緯線，串接起講授內容。學生在理解了知識點之間的內在邏輯關系后，綱舉目張，加深了對專業主干課程的理解。②重視課堂實例的演示，讓學生理解實踐訓練的重要性。相較于自學等其他教學方式，課堂教學對學生的影響最為深刻。因此，在課堂上安排了大量的演示實例，通過現場演示，加深學生對應實踐技巧的感性認識。整個課程的36個課堂教學學時中，總共提供了基于電子類各主干課程的54個可運行的實例，所有實例均給出了Matlab代碼或Simulink仿真模型，方便學生在課堂演示外自行驗證和體會。③探索新的習題講授方式，激發學生學習興趣。傳統的習題講授，往往是教師直接給出標準答案，學生的參與度較低。為激發學生興趣、提高課堂外的學習質量，在習題作業方面做出了探索。一方面，在內容上將一些擴展性的知識以習題的形式安排（已在“教學內容的安排”中討論）；另一方面，在習題的講授上，引導學生積極參與。具體而言，在習題批閱中，挑選完成情況優秀和具有普遍代表性的兩類樣本。講授習題時，不是單純給出標準答案，而是對這兩種樣本進行分析。通過這種新方法的實踐，學生的積極性被成功調動，課程上建立了良性競爭的氛圍，作業質量大為提高。④拓展教學反饋途徑，激發學生溝通熱情。教學反饋是教學中不可或缺的環節，通過它能了解學生對教學內容的掌握，并據此對教學方法做出調整，以保證良好的教學效果。但教學反饋又是教學中的難點，往往難以得到良好的落實。為破解這一難題，我們從拓展教學反饋途徑和激發學生溝通熱情這兩方面做出了探索。缺乏反饋途徑是直接約束教學反饋的瓶頸。為拓展教學反饋途徑，構建了多個與學生交流的平臺。首先在課堂上，鼓勵學生對教學內容和方法提出意見和建議，這種面對面的交流方式最為直接；其次，通過電話、電子郵件等通訊手段，和學生進行課下溝通，對具體學術內容和個體問題進行討論。學生缺乏溝通熱情往往是教學反饋效率不高的另一個重要原因。為調動學生的積極性，嘗試對教學反饋給出一定的激勵。一方面在制度上鼓勵交流，對良好的交流溝通，給出一定的平時成績；另一方面，教師也積極投入，充分利用反饋渠道。通過一系列步驟，激發了學生的熱情，提高了反饋的效率。本課程網站也得到了學生和學校的認可，在首屆武漢大學“課程中心”優秀網站評選中獲得了二等獎。

三、教學效果

通過上述探索，《Matlab電路與系統實踐》課程取得了良好的教學效果。在最近一輪的包括“教學態度”、“教學內容”、“教學方式”、“教學管理”、“教學效果”等內容的武漢大學課堂教學質量評價中，學生對課程給出了較高的評價，課程綜合評分達到了97.39（100滿分）。除了對課程本身的評價外，更值得關心的是學生在學習了這門課程后能否加深對主干課程知識的理解并將其融合到實踐應用之中。通過調查，我們欣喜的發現，不少學生已經在電子專業各主干方向的科研工作中將Matlab作為一項重要工具來使用。例如，2011級碩士生鄧雄彰將Matlab選做其對納米碳基器件進行器件建模的工具；電子科技系EDA實驗室將Matlab確定為其FPGA電路設計的算法驗證平臺；2008級本科生田彩霞在Matlab上展開畢業論文，設計和分析閃電信號定位系統。從以上舉例中可看出，Matlab在電子材料、電子器件、電子電路、電子系統等電子類專業主干課程領域均得到了應用，踐行了設立這一課程的初衷，達到了課程定位的要求。

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基金項目：武漢大學教學改革研究項目（20113009）

作者簡介：常勝（1980-），武漢大學副教授，碩士研究生導師；黃啟俊（1965-），武漢大學，教授，博士研究生導師。