基于MATLAB建模全英文研究性教學

張琦 陳冬冬 陳世棟 邱變變 繆宏 羅西鋒 孟悅

摘 要：美國堪薩斯州立大學和揚州大學聯合開展基于MATLAB建模的全英文碩士課程，比較美國現有的工程建模課堂模式與國內的工程建模課程教學模式不同，從而借鑒美國工程建模課程的優勢，堅持以現實生活中的實際的問題為出發點，引導學生進行發散性思維，通過對實際問題進行分析、思考、研究，借助于MATLAB來進行數學模型的建立。通過這種方法可以讓學生體驗生活中現實案例問題，并且親自參與進來，從而可以提高自己學習的積極主動性，本論文主要介紹了此門課程的設計與教學方法。

關鍵詞：美國教育模式；本科；工程建模；MATLAB

工程建模不同于其他的數學建模，它是以現實生產生活中實際的需要為出發點，通過發現問題、分析問題、解決問題為主。工程建模不僅僅涉及了高等數學問題、整數規劃、微分方程，也涉及了現實生活中的生產和制造問題。比如現實生活中的污水處理、滾動軸承的故障的工程建模、背袋問題、車輛路徑問題等。工程問題與之對應的就是工程建模。只有通過把工程實際中復雜的抽象問題具體化，我們才能找到解決問題的途徑和方法。

現在對于復雜的工程問題輔助軟件的幫助必不可少，而MATLAB就是一款工程數據分析軟件。MATLAB的基本單位是矩陣、它的指令表達式與數學、工程中常用的形式十分的相似MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。

我國的教育理念與美國相差很大。美國教學方法教學法是以學生為主角，突出了學生在學習中的主導地位。教師只是負責拋磚引玉來引導學生學習，圍繞著問現實生活中的問題，學生以小組合作的方式來共同解決實際或真實的問題，從而可以最大可能地發揮自己的主觀能動性，積極參與到問題的解決中。與國內教學法相比，美國教學法有利于促進學生提高發現問題、分析問題和解決問題的能力，可以更好地提升自己的創造能力，同時也可以培養學生的團隊協作能力。教師應該通過實際的工程案例作為最主要的講課方式，其中包括：案例分析、小組討論、學生發言、老師總結。因此，作者在揚州大學機械工程學院與美國堪薩斯州立大學合作開設了一門基于MATLAB建模的全英文課程。模擬美國課堂環境，改進現有的工程建模課程枯燥難懂的弊端。通過學生分組討論積極發揮自己的主觀能動性，親自參與進來從而可以抽象的問題實際化，讓學生有一種現實的收獲的成就感。從而提高自身的綜合素質。

一、 中美國教學風格的對比

美國的教學風格更多的是讓學生親自參與到整個教學中，美國的大學課堂氣氛比較輕松，一般是同學圍著一個圓形桌。老師會拋磚引玉，讓大家積極思考問題。共同提出一個解決方案，可以充分地發達自己的意見。

中國教育的教學方式一般是老師在黑板上不斷的講題，沒有充分的了解到學生的接受程度，對一些現實的工程問題并沒有讓學生親自參與。同時對于建模中的輔助軟件也只是在課堂中草草演示一遍，沒有讓學生親自去學習MATLAB代碼的編寫以及結果的計算。從而沒有讓學生在整個工程建模的學習中收獲到學習的快樂感以及動手解決實際問題的能力。

本次的基于MATLAB的建模教學中，通過全英文的美國教學模式，一方面鍛煉學生的英文表達能力，另一方面可以讓學生更快地融入到美國課堂的教學氛圍中。本課程的設計主要以下面三個方面為教學目的。第一，讓學生在課前主動地去尋找關于工程的建模的現實案例并且給出自己的解決方法。第二，在課堂上學生發言給出自己現實的工程問題，大家集體的討論，給出一個解決方法。第三，老師在大家發言之后作一個陳述性的總結給出一些必要的意見。

二、 教學目標和策略

通過本課程的教學方式的設計，由于全英文課程的環境下，學生需要時間適應全英文環境，因此不適合用特別復雜的全英文數學建模和matlab方面的書籍，采用具體MATLAB進行教學，通過讓大家親自參與進來了解到MATLAB的操作界面和一些語句的書寫方法從而讓學生達到如下的目標：1）提高學生發現問題、提出問題以及分析問題的能力。通過親自參與工程實際問題的解決從而達到一種學習的滿足感。2）基于MATLAB的教學過程中讓大家學會對MATLAB這款軟件的使用，對操作界面的熟悉從而自己能夠獨立地進行語言命令的撰寫。3）通過小組成果匯報的方式讓大家用英語來進行表達，同時在下面聆聽的同學需要給陳述的同學提出一個自己的問題。4）成績評定：在該門課程結束后，教師將通過學生們的學習反饋。基于MATLAB的工程建模全英文教學課程受到了學生們的普遍歡迎，部分同學表示由于英文基礎比較薄弱，在一些課程上不是很能理解，建議以后可用中文再講述一遍重要的知識點。

三、 總結

中美高校聯合舉辦的基于MATLAB的工程建模全英文教學課程能夠讓學生獨立自主去發現問題、分析問題、到最后的解決問題。讓大家積極發表自己的意見，從而培養了學生獨立思考與團隊協作的精神，學生成為學習的主體而教師只起到一個引入的角色。（通訊作者：陳世棟）

參考文獻：

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[2]馬玉真，宋方臻，邵海燕，等.建模仿真實例教學在研究生創新教育中的應用[J].實驗技術與管理，2012.

[4]何國棟，謝小娟，馮友宏，等.MATLAB在通信原理教學中的應用[J].山西電子技術，2014.

作者簡介：

張琦，陳冬冬，陳世棟，邱變變，繆宏，羅西鋒，孟悅，江蘇省揚州市，揚州大學機械工程學院。