數學建模背景下玀atlab學習與教學的變化

宋岑

【摘要】隨著全國大學生數學建模比賽的影響力越來越大，很多從未學習過編程的學生，甚至文科生也都在學習Matlab.這使得Matlab的學習與教學發生了新的變化.

【關鍵詞】數學建模；編程；Matlab

全國大學生數學建模比賽吸引了越來越多的學生參賽，學生們都希望通過這個平臺，為自己今后的發展添加一塊有力的基石.為了滿足學生們的需求，很多院校針對比賽開設了數學建模的相關課程，Matlab就是其中之一.在這個新背景下，Matlab的學習與教學正悄然發生著改變.

一、學習方面

（一）學習目的的變化

Matlab課程開設最初是因為工作崗位的需要.學生通過學習Matlab，可以更好地適應未來的工作崗位.但隨著數學建模比賽的影響力越來越大，在比賽中獲獎能成為找工作時的重要砝碼，許多學生學習Matlab的目的就變成了參賽獲獎，功利性較強.Matlab具有十分強大的繪圖和計算功能，即使不再學習其他編程軟件，也基本可以滿足數學建模比賽的需要.于是在有限的精力下，許多學生會選擇把Matlab作為自己的編程入門語言，而放棄學習以C語言為代表的其他傳統編程語言.

為了明確的目標而學習，實際上最能激發學生的學習動力.在嚴峻的就業形勢下，畢業生就業時的競爭力，更能直接地反映出一個高等院校的辦學水平.所以，應該在教學時給予這些學生更多的支持和照顧.

（二）學習難度的變化

Matlab是基于C語言開發的，它的編程語言和C語言非常接近.但是C語言程序和Matlab程序之間的轉化并不是簡單的復制粘貼.同樣的問題，Matlab可以利用自身的特點，寫出思路完全不同的解答.

例如，用Matlab建立矩陣A=1[]2[]3[]45[]6[]7[]89[]10[]11[]1213[]14[]15[]16.

解1（C語言思想的程序）

k=1；

for m=1：1：4

for n=1：1：4

A（m，n）=k；k=k+1；

end

end

解2（Matlab思想的程序）

A=zeros（4，4）；

k=1：1：16；

A（k）=k；

A=A′ ；

以上兩種解答程序各有特點，都需要學生掌握.對于初次接觸編程的學生來說，等于同時在學習C語言和Matlab.所以表面上是直接學習Matlab，實際上還是要先學C語言的思想.編程思想的建立需要一個積累過程，沒有捷徑可走.因此，直接學習Matlab的難度很大.

二、教學方面

（一）教學內容的變化

原本Matlab的開課時間較晚，學生都熟練地掌握了C語言.教學的重點主要在介紹軟件的功能，程序設計等內容均為略講.但現在開課時間被提前，學生編程基礎差的特點，使得傳統的教學內容已經不能滿足需求了.

針對學生沒有學過C語言的特點，擴充“Matlab程序設計”這一章的內容.原來本章只是簡單介紹幾個流程控制語句的范例，供學生參考使用.擴充后的本章與傳統的C語言教學內容基本一致，但所有的程序范例都是在Matlab的環境下運行，編程思想更傾向于Matlab而非C語言.本章的作用是讓學生們更快地掌握一定的編程思想，盡早跟上后續課程的進度.

針對學生學習負擔重的特點，舍棄部分Matlab編程語句的講授.例如，while語句和switch-case語句在數學建模的實際需求中大多可以被for語句和if替代.所以略去這些內容不講，留給學有余力的學生課后自學.

（二）教學模式的變化

在學生掌握了Matlab的基礎操作后，不再分章節地介紹Matlab的功能，而是帶著學生們重做往年的數學建模真題，讓學生在解題的過程中逐步學會使用比賽中需要的功能.Matlab的教學模式也由傳統的講授式變為任務驅動式.

以2013年全國大學生數學建模比賽專科組C題“古塔的變形”為例，題目附件中給出了對某古塔的4次觀測數據，要求根據數據分析古塔的變形情況.Matlab在問題中承擔著重要的數據預處理任務.首先，Excel格式的數據不能被Matlab 直接讀取，需要將數據復制到記事本中，再通過Matlab讀取.學生在這個過程中復習文件管理、工作地址管理等Matlab基礎操作.然后，因提供的數據有部分缺失，要通過數據插值或數據擬合的方法將缺失數據補全.學生在這個過程中學習數據插值和數據擬合的一般方法，并體會這兩種方法各自的優缺點.最后將所有數據整合，繪制古塔輪廓外貌.學生在這個過程中學習Matlab的各種繪圖語句并了解它們的特點.

通過任務驅動式的教學模式，使得學生對Matlab的學習更加積極主動.針對數學建模比賽的需要調整教學內容，舍棄數學建模中用不到的內容，增加數學建模的針對性練習，讓教與學的聯系更加緊密，教學效果提升明顯.

（三）老師的變化

數學建模的指導老師多為數學老師，他們了解數學建模，更能針對性地去指導學生學習Matlab.所以Matlab已由過去計算機老師授課，變成了現在數學老師在授課.老師的變化是教學中改變最大的一環.數學老師了解數學建模，講授Matlab時有其自身優勢，但同時也存在一些劣勢.例如，編程思想講解不到位，機房廣播軟件使用時機不合理等.所以，數學老師和計算機老師之間互相取長補短，才能讓Matlab的教學更上一層樓.

數學建模讓Matlab從自學為主的選修課變成了熱門課程，如何學好Matlab，如何教好Matlab，還需要在實踐中繼續探索與研究.