探析matlab教學(xué)中科學(xué)素養(yǎng)的培育

周本海

摘 要： 隨著科技的不斷進(jìn)步，我國已步入信息化社會。利用信息化手段進(jìn)行工程科學(xué)領(lǐng)域的分析與決策，是當(dāng)前各行各業(yè)使用最廣泛的手段。Matlab是一款功能強(qiáng)大的高級技術(shù)計算語言，在高等學(xué)校中是工學(xué)學(xué)生必修的一門課程。本文對matlab教學(xué)中如何對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行培育進(jìn)行研究，在教學(xué)理念、課堂組織及師資等方面提出相應(yīng)措施，為提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞： matlab 工學(xué) 工程 科學(xué)素養(yǎng)

1.引言

Matlab是當(dāng)前科技和工程界最流行的四大數(shù)學(xué)軟件之一，同時是一門高級技術(shù)計算語言。它可用于進(jìn)行算法設(shè)計、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計算等應(yīng)用，應(yīng)用范圍十分廣泛，諸如信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、仿真、財務(wù)建模和分析，以及計算生物學(xué)等眾多領(lǐng)域。在計算方面，matlab更傾向于向量及矩陣的運算，要比傳統(tǒng)的C，C++語言實現(xiàn)起來容易得多。這些計算式工程和科學(xué)的基礎(chǔ)，計算起來非常便捷。

因為Matlab在工程領(lǐng)域有強(qiáng)大的計算能力，所以在工科院校中，matlab成為一門必修課程。在matlab教學(xué)中，使學(xué)生了解科學(xué)計算方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生了解工程實際問題，并培養(yǎng)起創(chuàng)新思維，是matlab課程最重要的教學(xué)目的。

2.建立學(xué)生的科學(xué)計算方法理念

在大學(xué)期間，科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)對于學(xué)生來說非常必要。科學(xué)素養(yǎng)非傳統(tǒng)意義上課程的機(jī)械式重復(fù)，必須在掌握知識的同時學(xué)會學(xué)生以科學(xué)方法處理問題、解決問題。matlab在科學(xué)素養(yǎng)上的培養(yǎng)，主要指使用計算工具解決及分析計算問題的能力。在實際中，學(xué)生并沒有真正掌握科學(xué)素養(yǎng)的精髓，沒有真正將計算工具與學(xué)科相結(jié)合，依然延續(xù)原有的“土辦法”，簡單使用公式加筆算，實際上在浪費時間及資源，并且沒有提高效率及準(zhǔn)確性。

例如，在解決線性代數(shù)簡化處理的多元方程問題上，相當(dāng)數(shù)量的大學(xué)生不能使用新方法，依然利用消元法等初級方法，解決問題時間長、準(zhǔn)確度低。如果我們加強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，利用線性代數(shù)與計算語言相結(jié)合，那么在計算機(jī)的輔助下，通過較短的時間即可得到準(zhǔn)確的答案。

Matlab是一種功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)工具，主要是對線性代數(shù)及矩陣等數(shù)學(xué)難題的解決。試想，學(xué)生在實際實用中使用這種科學(xué)的計算方法，一些特別復(fù)雜計算問題的解決就變得非常便捷，以計算機(jī)編程方式解題與普通計算器相比，前者是對數(shù)字進(jìn)行集群運算，后者則只能逐一順序進(jìn)行運算，這不但在效率上不可同日而語，用建模方法解決工程問題，也存在相當(dāng)大的差異。因此，在科學(xué)的計算方法的指導(dǎo)下，運用計算機(jī)解決工程計算問題，相對于傳統(tǒng)的逐一運算解題方式，能夠大幅度提高運算的效率及準(zhǔn)確性，避免重復(fù)而無效率的勞動，對所用行業(yè)的發(fā)展有深遠(yuǎn)影響。

因此，對于科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，就是要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中潛移默化地形成用科學(xué)計算的意識，這需要一個長期的過程，需要在教育中努力推擴(kuò)。

3.Matlab課程中的科學(xué)素養(yǎng)方法

（1）在課堂教學(xué)上的改革

課堂上的教學(xué)內(nèi)容，除了對課時上的安排進(jìn)行增加及調(diào)整之外，最重要的是演示如何對matlab進(jìn)行操作的同時，將解決工程問題的方法傳授給學(xué)生，讓學(xué)生建立科學(xué)素養(yǎng)的意識。在教學(xué)實踐中，教師可以將方法融合到自己所傳授的專業(yè)課程中，在鞏固基礎(chǔ)中深化科學(xué)素養(yǎng)的能力，對部分工學(xué)學(xué)科如通信工程、數(shù)控等，用matlab教程進(jìn)行補(bǔ)充練習(xí)，著重演示在工程實際中利用matlab建模解決復(fù)雜問題的強(qiáng)大能力，讓學(xué)生設(shè)身處地地感受到利用matlab，通過科學(xué)方法解決問題的簡潔性，學(xué)生就會對科學(xué)計算產(chǎn)生濃厚興趣，逐步培養(yǎng)起科學(xué)素養(yǎng)。

（2）關(guān)于教材方面的補(bǔ)充

當(dāng)前，在高校工科的專業(yè)基礎(chǔ)課教材中，對matlab的介紹并利用其進(jìn)行科學(xué)方法解題實例的教程非常少，需加大對matlab與具體學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課的融合，增加使用科學(xué)計算方法解決復(fù)雜性問題的實例，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)實踐中體會到使用科學(xué)計算方法的好處，避免枯燥乏味的機(jī)械性解題，有利于學(xué)生逐步適應(yīng)利用科學(xué)計算方法解決問題的理念，有利于學(xué)生對工程問題深層次的認(rèn)識，切實提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4.結(jié)語

本文首先介紹了matlab在高校工學(xué)教育中的重要性，其次介紹了如何建立學(xué)生的工程科學(xué)計算的理念，最后探析了如何在matlab教學(xué)中提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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