MATLAB課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的研究與應(yīng)用

劉麗，朱學(xué)玲

（安徽新華學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

MATLAB課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的研究與應(yīng)用

劉麗，朱學(xué)玲

（安徽新華學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式的分析，指出當(dāng)前存在的問(wèn)題，分析課程教學(xué)特點(diǎn)，剖析了課程教學(xué)改革的必要性；在已有教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，加入任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式教學(xué)，提高課程應(yīng)用型；根據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的需要，合理設(shè)置教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.

任務(wù)驅(qū)動(dòng)；教學(xué)改革；應(yīng)用型

MATLAB程序設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用型較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)仿真課程，作為信息管理與信息技術(shù)的一門專業(yè)課，學(xué)生在大三上學(xué)期會(huì)接觸到這門課程.教師在教學(xué)中，主要采用的是理論和實(shí)踐相結(jié)合的授課形式，在機(jī)房完成教學(xué)，教師在同步完成演示之后，會(huì)布置相關(guān)的內(nèi)容給學(xué)生隨堂完成.在授課的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，例如學(xué)生不能夠很好的掌握語(yǔ)言的特點(diǎn)，對(duì)于相關(guān)的例子，缺乏舉一反三的能力，究其原因，在教與學(xué)的過(guò)程中總是存在隔閡，學(xué)生不能很好的理解課程的內(nèi)容，教學(xué)上還存在一些缺陷[1].基于這些問(wèn)題，課程需要進(jìn)行改革，在教學(xué)方法上加入任務(wù)驅(qū)動(dòng)元素.

1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的特點(diǎn)

任務(wù)式驅(qū)動(dòng)教學(xué)是教師與學(xué)生在教學(xué)的過(guò)程中，圍繞一個(gè)共同的任務(wù)，通過(guò)學(xué)習(xí)者的自主探索和相互協(xié)作，來(lái)解決教學(xué)任務(wù)的一種實(shí)踐活動(dòng)[2].教師在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，要根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)合理地完成任務(wù)分配，通過(guò)啟發(fā)式、分組式教學(xué)，讓學(xué)生找到解決任務(wù)的方式，在這個(gè)過(guò)程中，不但提高了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，還可以加強(qiáng)學(xué)習(xí)小組的配合度，在任務(wù)的解決過(guò)程中讓學(xué)生體會(huì)這門課程究竟能完成哪些功能是與他們的專業(yè)更加緊密相關(guān)的，并且進(jìn)行專業(yè)化的訓(xùn)練，強(qiáng)化課程內(nèi)容，完成專業(yè)課程體系的關(guān)聯(lián)性教學(xué).通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，讓學(xué)生從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效能提高，學(xué)習(xí)興趣增強(qiáng)[3].圖1為任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的組成形式.

2 MATLAB課程任務(wù)分解

MATLAB程序設(shè)計(jì)的課程改革中，將模塊化教學(xué)加入課程模塊，主要是把整個(gè)課時(shí)時(shí)間分段利用，以基礎(chǔ)模塊為主線，專業(yè)模塊為支撐，實(shí)訓(xùn)模塊為亮點(diǎn)，將三個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，并且穿插在教學(xué)中，這樣可以最大化地提高教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力.根據(jù)課程不同模塊的特點(diǎn)，在任務(wù)設(shè)置時(shí)合理分配，由淺入深，讓學(xué)生通過(guò)提出問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的模式，將知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，提高應(yīng)用水平.

（1）基礎(chǔ)模塊是課程的入門階段，在這個(gè)模塊的教學(xué)中，主要以MATLAB工具的基本功能為主線，將工具的典型性應(yīng)用方面做重點(diǎn)的介紹.學(xué)生在剛接觸MATLAB時(shí)，需要通過(guò)大量的實(shí)例來(lái)鞏固認(rèn)識(shí)，在任務(wù)的設(shè)置方面，主要是在各個(gè)章節(jié)設(shè)置單元任務(wù)，學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單的任務(wù)，先學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的方法，在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下將所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)合理掌握，提升了學(xué)習(xí)的積極性.

（2）專業(yè)模塊側(cè)重的是對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用，讓學(xué)生將MATLAB應(yīng)用于以往所學(xué)的專業(yè)課程中，學(xué)生對(duì)自己所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用并且能夠?qū)⑶昂笏鶎W(xué)的專業(yè)課內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，側(cè)重應(yīng)用型教學(xué)，讓學(xué)生明白學(xué)這個(gè)東西到底有什么用，能夠結(jié)合實(shí)際使用才是真正有用的東西.專業(yè)模塊的任務(wù)設(shè)置時(shí)要結(jié)合課程性質(zhì)，例如電路課程，在仿真時(shí)主要應(yīng)用的是Simulink圖形庫(kù)仿真，在任務(wù)分配時(shí)，首先要讓學(xué)生明確電路課程里的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，然后將電路里需要解決的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為MATLAB工具箱所能完成的問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要掌握的是解決專業(yè)問(wèn)題的方法，通過(guò)將專業(yè)知識(shí)點(diǎn)與MATLAB的結(jié)合，讓學(xué)生理解MATLAB究竟能做什么，同時(shí)將專業(yè)知識(shí)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實(shí)體仿真，加深了學(xué)生對(duì)于電路知識(shí)的進(jìn)一步了解，努力讓學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中學(xué)會(huì)知其然，并知其所以然，提高學(xué)習(xí)興趣.

這樣的應(yīng)用在高數(shù)微積分、曲線擬合、繪圖，界面生成以及仿真模型的建立等方面都有結(jié)合的部分，在任務(wù)分配時(shí)主要以專業(yè)知識(shí)點(diǎn)為切入口，結(jié)合MATLAB編程，合理設(shè)置任務(wù)難度，讓學(xué)生可以通過(guò)努力完成任務(wù)要求，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣.在教學(xué)時(shí)加強(qiáng)實(shí)例教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)課的理解，同時(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，知識(shí)能力水平得到進(jìn)一步的提升[4].

（3）課程在前兩個(gè)模塊的基礎(chǔ)上，在后期可以加入實(shí)訓(xùn)模塊，側(cè)重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，主要實(shí)現(xiàn)綜合性教學(xué)，實(shí)訓(xùn)模塊主要側(cè)重內(nèi)容的交叉和實(shí)際動(dòng)手的能力培養(yǎng)，通過(guò)小組合作，分工協(xié)作，對(duì)某一個(gè)專業(yè)方向的內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用.

教師在任務(wù)制定時(shí)可以提前和學(xué)生溝通，對(duì)于學(xué)生感興趣的或者比較愿意去實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容可以加入任務(wù)選項(xiàng)，在任務(wù)分配時(shí)要注意任務(wù)的難度，選擇合適的教學(xué)手段，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，將任務(wù)進(jìn)行分解，讓每個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)集體任務(wù)的一部分[5].通過(guò)不斷的討論，完成解決任務(wù)的過(guò)程，教師需要起到引導(dǎo)的作用，把更多的自主權(quán)利交給學(xué)生團(tuán)隊(duì)，在任務(wù)解決的過(guò)程中，學(xué)生可以最大化的發(fā)揮主觀能動(dòng)性，提升自身能力.

3 任務(wù)的具體完成實(shí)例

學(xué)生在進(jìn)行任務(wù)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，往往需要接觸的是全新的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，這對(duì)學(xué)生是個(gè)挑戰(zhàn)，也是增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力的好的方法.現(xiàn)以圖形處理界面作為任務(wù)，分解相關(guān)任務(wù)量.

3.1 任務(wù)布置

①要求學(xué)生以5人一個(gè)團(tuán)隊(duì)，完成對(duì)于LINA圖的相關(guān)圖像處理，包括圖像灰度處理，平滑濾波，直方圖等多種圖像預(yù)處理的效果實(shí)現(xiàn)；

②在圖像預(yù)處理的基礎(chǔ)上完成Roberts,Sobel,Log,Canny和Prewitt五種邊緣檢測(cè)算子的效果圖，并比較各種算子的特點(diǎn)；

③在完成圖像處理的基礎(chǔ)上將內(nèi)容與GUI圖形界面相結(jié)合，生成可視化界面，加強(qiáng)程序的可視化.

3.2 任務(wù)準(zhǔn)備階段

在學(xué)習(xí)MATLAB之前學(xué)生沒(méi)有任何圖像處理方面的知識(shí)，這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)自主學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì).在任務(wù)分配以后，在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了分工，各自負(fù)責(zé)圖像處理的MATLAB預(yù)處理實(shí)現(xiàn)、邊緣檢測(cè)算子的功能實(shí)現(xiàn)和GUI的界面設(shè)計(jì)三個(gè)部分，學(xué)生通過(guò)大量查找書籍和閱讀論文，收集了很多的資料，在課程上結(jié)合MATLAB工具進(jìn)行源程序編寫，在大量的試驗(yàn)后尋找到合適的解決路徑，為任務(wù)的順利完成奠定了基礎(chǔ).

3.3 任務(wù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

圖2 LINA界面

圖3 圖像預(yù)處理界面

圖4 邊緣檢測(cè)算子界面

在實(shí)現(xiàn)LINA圖形的處理及生成可視化界面的任務(wù)要求下，都需要結(jié)合MATLAB的相關(guān)功能模塊完成，教師在任務(wù)布置的同時(shí)，給出學(xué)生解決問(wèn)題的方向，具體的方法由學(xué)生自行討論，尋找一條最優(yōu)化解決路徑.在圖形處理的階段，學(xué)生通過(guò)自學(xué)專業(yè)知識(shí)，掌握了圖形處理的MATLAB庫(kù)函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了語(yǔ)言編程，強(qiáng)化了對(duì)MATLAB工具的認(rèn)知；在可視化界面生成部分，學(xué)生根據(jù)界面的特點(diǎn)，完成了界面的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上，添加了個(gè)性化控件，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生明白了如何把語(yǔ)言和界面進(jìn)行整合.具體的實(shí)現(xiàn)界面如圖2、3、4所示.這些內(nèi)容只有通過(guò)學(xué)生自身的實(shí)踐才能被真正掌握，通過(guò)小組合作的方式，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性加強(qiáng)，同時(shí)也完成了深層次的應(yīng)用，加深了學(xué)生對(duì)于MATLAB工具的認(rèn)知.

在任務(wù)的完成過(guò)程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況選取適合自己的目標(biāo)，也可以把自己感興趣的內(nèi)容提出，完成實(shí)體的設(shè)計(jì)，形成規(guī)范的文字性材料，這樣就把學(xué)生以前學(xué)習(xí)的東西和現(xiàn)在的MATLAB語(yǔ)言結(jié)合了起來(lái)，既能夠?qū)ATLAB得以實(shí)際的應(yīng)用，也能把現(xiàn)今所學(xué)的知識(shí)和自身專業(yè)相結(jié)合，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，也增加了課程的趣味性.通過(guò)這個(gè)LINA圖形設(shè)計(jì)的過(guò)程，我們看到了學(xué)生的進(jìn)步，也充分相信學(xué)生能在老師的引導(dǎo)下完成任務(wù)，在上課的內(nèi)容中，學(xué)生通過(guò)努力完成了以上的界面，在這些界面中，還是多采用控件形式而未發(fā)揮菜單的作用，在和團(tuán)隊(duì)的交流過(guò)程中，也給大家提出了更高的要求，希望有興趣的同學(xué)在課下繼續(xù)完成界面的整合，設(shè)計(jì)出更加完善的圖形界面，將更多的內(nèi)容有序的進(jìn)行排列，這樣才能更好地理解界面的用途.

4 結(jié)語(yǔ)

MATLAB是一個(gè)實(shí)用性很強(qiáng)的工具，在目前的職業(yè)需求上也是很熱門的一個(gè)軟件，由于它在專業(yè)課程的仿真上基本上都能找到相關(guān)的方法，對(duì)于這個(gè)軟件的學(xué)習(xí)也可以進(jìn)行專業(yè)上的推廣，不同的專業(yè)根據(jù)自身的特色選取合適的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)會(huì)起到比較好的作用.在教學(xué)過(guò)程中，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，可以提高學(xué)生的自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)配合力，也對(duì)教師提出了更高的要求.教師在合理設(shè)置任務(wù)的同時(shí)，也需要通過(guò)學(xué)生的反饋來(lái)衡量任務(wù)的難度設(shè)置是否合理.在完成基礎(chǔ)任務(wù)的同時(shí)，根據(jù)不同學(xué)生的特點(diǎn)，可以適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)一些提高性的任務(wù)，這樣才能充分調(diào)動(dòng)不同狀態(tài)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也不會(huì)讓一些基礎(chǔ)較差的學(xué)生感覺(jué)壓力過(guò)大，而喪失對(duì)學(xué)習(xí)的熱情.在以后的教學(xué)中，我們還會(huì)繼續(xù)總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法下，能夠獲得更多的成長(zhǎng).

〔1〕秦紅.地方本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的實(shí)踐與思考[J].高等工程教育研究，2016（02）.

〔2〕趙振寧,方志剛,高云.“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”與“講授法”在教學(xué)中的對(duì)比研究[J].大學(xué)教育,2015（01）.

〔3〕李秀坤,婁久,張巖.“自適應(yīng)”任務(wù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究與實(shí)施[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015（05）.

〔4〕劉陽(yáng),譚珺雋,王傳林,馬明蘭,張琳.試點(diǎn)學(xué)院框架下應(yīng)用型人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（01）.

〔5〕周本海.探析matlab教學(xué)中任務(wù)教學(xué)法的應(yīng)用[J].信息技術(shù)教學(xué)與研究,2015（08）.

G642.0

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1673-260X（2017）07-0193-02

2017-05-26

安徽新華學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（2014jgkcx08）