高校《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)的研究與思考

王 珂 傅洪亮 管愛(ài)紅 樊 超 楊鐵軍 楊 靜

（河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河南鄭州450001）

0 引言

MATLAB 是Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫，是美國(guó)Mathwork 公司推出的—種集矩陣分析、數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、繪圖操作、系統(tǒng)建模仿真等多種功能于一體的計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言和軟件[1-2]，被廣泛應(yīng)用于科研、工程技術(shù)等領(lǐng)域，已成為國(guó)際上影響最廣泛的計(jì)算機(jī)軟件之一。 MATLAB 在數(shù)學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等方面具備其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言所不具備的優(yōu)勢(shì)，其主要特點(diǎn)是操作方便、語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、語(yǔ)法規(guī)則簡(jiǎn)單、庫(kù)函數(shù)豐富、編程效率高、繪圖功能強(qiáng)大、開(kāi)放性的源程序、良好的人機(jī)交互等[1，3]。 MATLAB 在9O 年代中期開(kāi)始在我國(guó)逐漸興起，并在各高校和科研單位得到應(yīng)用。目前，其已成為在讀本、?？茖W(xué)生、研究生、科研人員、工程技術(shù)人員等需要掌握的重要計(jì)算機(jī)語(yǔ)言[4]。

河南工業(yè)大學(xué)相繼為電子信息類專業(yè)的本科生、 ?？粕_(kāi)設(shè)了《MATLAB 及其應(yīng)用》課程，獲得了本、專科學(xué)生和相關(guān)專業(yè)課任課教師的一致好評(píng)。開(kāi)設(shè)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的目的是為了使電子信息類專業(yè)學(xué)生能熟練使用MATLAB 語(yǔ)言和軟件、 具備一定的編程能力、掌握MATLAB 在相關(guān)專業(yè)課中的應(yīng)用方法。 作為一門電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課，《MATLAB 及其應(yīng)用》課程內(nèi)容涉及了學(xué)生在大學(xué)期間的大部分主要課程，例如：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、大學(xué)物理、電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理等[5]。熟練使用MATLAB來(lái)解決上述課程學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，是提高學(xué)生理論學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的重要途徑。 由此可見(jiàn)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的重要性，而如何完成好該課程的教學(xué)工作，也是高校教務(wù)管理部門和電子信息類專業(yè)任課教師十分關(guān)心的課題。 我們結(jié)合自身多年來(lái)使用MATLAB 的經(jīng)驗(yàn)，以及在河南工業(yè)大學(xué)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程教學(xué)中積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程的教學(xué)安排和實(shí)施、教學(xué)改進(jìn)和提高等方面進(jìn)行了研究和思考。

1 課程教學(xué)的安排和實(shí)施

河南工業(yè)大學(xué)為電子信息類專業(yè)本、 ?？茖W(xué)生開(kāi)設(shè)的《MATLAB及其應(yīng)用》課程的安排、實(shí)施，歸納起來(lái)主要包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，即教學(xué)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)。 下面，我們對(duì)上述兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行具體論述。

1）教學(xué)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

①制定教學(xué)大綱

教學(xué)大綱是課程教學(xué)安排、實(shí)施的綱領(lǐng)、總則，是保障課程教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。因此，制定教學(xué)大綱是準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中的首要工作。河南工業(yè)大學(xué)經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，形成了完善、規(guī)范的教學(xué)大綱制定、修訂方案。 通常，教學(xué)大綱主要規(guī)定了課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)、課程教材用書(shū)和參考書(shū)、教學(xué)內(nèi)容及基本要求、課程考試大綱、教學(xué)安排及方式等內(nèi)容。 這為課程教學(xué)的順利、有序?qū)嵤┨峁┝擞辛ΡＵ稀?/p>

②學(xué)生選課與教學(xué)安排

目前，國(guó)內(nèi)許多高校都實(shí)現(xiàn)了教務(wù)系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化。 河南工業(yè)大學(xué)也使用了數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的教務(wù)系統(tǒng)，可供在校本、?？茖W(xué)生方便地進(jìn)行網(wǎng)上選課。而學(xué)生選課的結(jié)果，經(jīng)過(guò)教務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)化的信息處理，可將選課情況的各種信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)，以供教務(wù)管理部門和任課教師方便、及時(shí)地查詢、掌握。 在掌握選課情況后，教務(wù)管理部門可合理地安排上課教室的大小、上課時(shí)間等；任課教師也能合理地考慮、安排、準(zhǔn)備多媒體教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課、課時(shí)計(jì)劃進(jìn)度等。

③任課教師備課

任課教師作為課程教學(xué)實(shí)施的主體、負(fù)責(zé)人，是保障課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。通常，在課程開(kāi)始授課前，任課教師的一項(xiàng)主要工作就是備課。 備課對(duì)每位任課教師都是一項(xiàng)繁重的工作，任課教師需要嚴(yán)格按照教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容、要求進(jìn)行備課。 由于MATLAB 自身的特點(diǎn)，《MATLAB 及其應(yīng)用》課程通常采用多媒體教學(xué)方式進(jìn)行授課。任課教師在準(zhǔn)備多媒體課件時(shí)，不僅備課內(nèi)容要覆蓋教學(xué)大綱規(guī)定的全部知識(shí)點(diǎn)，而且還要通過(guò)課件中不同的字體顏色、大小、及圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等可視化的方式進(jìn)一步突出重、難點(diǎn)部分，這也正是多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

2）教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)

①課堂授課教學(xué)

課堂授課是《MATLAB 及其應(yīng)用》課程教學(xué)的主要方式，其直接關(guān)系到本、 專科學(xué)生對(duì)課程理論的學(xué)習(xí)效果。 在國(guó)內(nèi)各高校中，《MATLAB 及其應(yīng)用》課程每次上課一般是2 小節(jié)課時(shí)，任課教師每次上課通常是按照預(yù)先制定的課時(shí)計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行授課。 所以，任課教師應(yīng)能在2 小節(jié)課時(shí)內(nèi)層次有序、邏輯清楚、重難點(diǎn)突出地講授完課時(shí)計(jì)劃中的教材相應(yīng)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)。任課教師授課時(shí)，應(yīng)該用普通話、口齒清楚、聲音洪亮，以使每個(gè)學(xué)生能夠聽(tīng)清、聽(tīng)懂授課的內(nèi)容。另外，任課教師在授課的過(guò)程中，要充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，將MATLAB 軟件的使用操作、語(yǔ)法規(guī)則、編程方法、應(yīng)用實(shí)例等，融會(huì)貫通地進(jìn)行可視化、互動(dòng)式教學(xué)，以使學(xué)生能直觀、有效地掌握知識(shí)點(diǎn)和重難點(diǎn)。 這也為學(xué)生課后自學(xué)MATLAB 軟件的使用、應(yīng)用及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)課，打下了良好的基礎(chǔ)、創(chuàng)造了有利條件。

②實(shí)驗(yàn)課教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課是《MATLAB 及其應(yīng)用》課程教學(xué)的重要組成，其直接關(guān)系到對(duì)本、專科學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)效果。 在國(guó)內(nèi)高校，《MATLAB 及其應(yīng)用》課程通常都會(huì)安排一定學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課[6]。河南工業(yè)大學(xué)開(kāi)設(shè)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程時(shí)，也非常重視相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，在教學(xué)大綱中規(guī)定該課程的總學(xué)時(shí)為44 小節(jié)， 其中實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)為16 小節(jié)，約占總學(xué)時(shí)的36.4%。 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)時(shí)，以學(xué)生的獨(dú)立上機(jī)操作、實(shí)驗(yàn)為主，任課教師的講授為輔，任課教師講授的主要是操作演示、應(yīng)用示例、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求等，學(xué)生隨后按照任課教師的要求進(jìn)行相應(yīng)內(nèi)容的上機(jī)實(shí)驗(yàn)。 在學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，任課教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)，主要包括回答學(xué)生的各類提問(wèn)、為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)操作中遇到的問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中常犯的錯(cuò)誤、向?qū)W生傳授MATLAB 的編程經(jīng)驗(yàn)和技巧等。努力培養(yǎng)好學(xué)生的動(dòng)手能力、編程能力，使學(xué)生真正能用好MATLAB，并能利用其解決一些實(shí)際問(wèn)題。

③課程考試及總結(jié)

課程考試是《MATLAB 及其應(yīng)用》課程教學(xué)的必需組成，其集中反映了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)效果和任課教師的教學(xué)效果。 考慮到《MATLAB 及其應(yīng)用》的課程特點(diǎn)，河南工業(yè)大學(xué)在該課程的教學(xué)大綱中規(guī)定考試方式為開(kāi)卷筆試結(jié)合實(shí)驗(yàn)機(jī)試，其中開(kāi)卷筆試成績(jī)占總成績(jī)的70%，實(shí)驗(yàn)機(jī)試成績(jī)占總成績(jī)的30%。 筆試試卷應(yīng)題量適中、難易適度、覆蓋該課程主要的知識(shí)點(diǎn)和重難點(diǎn)，并經(jīng)過(guò)任課教師的試卷試做和教務(wù)管理部門的試卷命題審核。實(shí)驗(yàn)機(jī)試由任課教師選定一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)題目，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立上機(jī)完成；任課教師根據(jù)學(xué)生完成的情況，給出實(shí)驗(yàn)機(jī)試成績(jī)。由此可見(jiàn)，學(xué)生該課程的總成績(jī)既反映了學(xué)生對(duì)課程理論的學(xué)習(xí)效果，也反映了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)效果。最后，任課教師需要對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行總結(jié)，主要包括對(duì)學(xué)生的總成績(jī)、筆試成績(jī)、機(jī)試成績(jī)、及格率、優(yōu)秀率、成績(jī)分布等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。這些統(tǒng)計(jì)、分析數(shù)據(jù)將是任課教師評(píng)估、改進(jìn)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程教學(xué)效果，及教務(wù)管理部門進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量管理、定期組織修訂教學(xué)大綱等的重要依據(jù)。

2 課程教學(xué)的改進(jìn)和提高

河南工業(yè)大學(xué)開(kāi)設(shè)的《MATLAB 及其應(yīng)用》課程，經(jīng)過(guò)近幾年的摸索、調(diào)整、優(yōu)化，已逐步成為一門教學(xué)設(shè)置合理、實(shí)施規(guī)范的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課，也受到了選課學(xué)生、信號(hào)與系統(tǒng)等專業(yè)課任課教師的廣泛好評(píng)。 但我們?cè)趯?shí)施、講授《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)了若干問(wèn)題，并思考了改進(jìn)、提高的措施，在這里進(jìn)行探討。具體包括以下幾個(gè)方面：

1）開(kāi)展課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)

河南工業(yè)大學(xué)在總結(jié)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 于2012 年對(duì)該課程開(kāi)展了以課程組負(fù)責(zé)人和課程組制度為核心的課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)。 該團(tuán)隊(duì)建設(shè)的目的是加快形成穩(wěn)定、高素質(zhì)的課程團(tuán)隊(duì)，建立標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一、規(guī)范的課程教學(xué)質(zhì)量保障體系，促使任課教師全面參與課程建設(shè)。 課程組負(fù)責(zé)人由長(zhǎng)期講授該課程的、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的副教授及以上職稱的優(yōu)秀教師擔(dān)任，課程組成員由所有該課程的任課教師組成。 由此形成的課程團(tuán)隊(duì)全面負(fù)責(zé)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的組織、教學(xué)、改革、建設(shè)，便于課程組內(nèi)進(jìn)行集體備課，及在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行交流；而教學(xué)大綱制定、修訂的具體工作也從院系轉(zhuǎn)移到課程團(tuán)隊(duì)。這樣，使該課程從組織到實(shí)施、從教學(xué)大綱到授課，實(shí)現(xiàn)了一體化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的課程體系，從根本上解決了以往任課教師分散式教學(xué)帶來(lái)的諸如教學(xué)實(shí)施不統(tǒng)一、教學(xué)效果難評(píng)估、教學(xué)質(zhì)量難監(jiān)管等問(wèn)題，有效地提高了《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的教學(xué)質(zhì)量。

2）優(yōu)化課程內(nèi)容，滿足不同需求

眾所周知，MATLAB 的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，除電子信息領(lǐng)域外，其還廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、電氣、機(jī)械、土木、金融等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的學(xué)生也開(kāi)始要求開(kāi)設(shè)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程。 加之本、?？撇煌瑢W(xué)歷層次學(xué)生對(duì)該課程教學(xué)的深度、廣度、難度有不同的需求。所以，《MATLAB 及其應(yīng)用》課程若要滿足不同專業(yè)、不同學(xué)歷層次學(xué)生的需求，則需對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整。 一方面，對(duì)于不同專業(yè)的學(xué)生，根據(jù)其專業(yè)特點(diǎn)和需要，在課程教學(xué)時(shí)可對(duì)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)、覆蓋的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，本著“學(xué)以致用”的原則，使課程內(nèi)容與專業(yè)需求進(jìn)行對(duì)接；另一方面，對(duì)于不同學(xué)歷層次的學(xué)生，在課程教學(xué)時(shí)可對(duì)內(nèi)容的深度、廣度、難度進(jìn)行區(qū)分設(shè)置，即分層次教學(xué)，使本、專科學(xué)生對(duì)MATLAB 的掌握程度能適合各自學(xué)歷層次的學(xué)習(xí)需求。 這些對(duì)課程內(nèi)容的優(yōu)化，將被寫入修訂后的教學(xué)大綱、固定下來(lái)，逐步形成多專業(yè)、多層次、多元化的課程教學(xué)方案，解決了以往單一模式教學(xué)難以滿足學(xué)生不同需求的問(wèn)題，滿足了學(xué)生對(duì)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的內(nèi)在需求。

3）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)

《MATLAB 及其應(yīng)用》是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力有較高的要求，而培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的主要途徑就是上機(jī)實(shí)驗(yàn)?？梢?jiàn)，實(shí)驗(yàn)課在該課程教學(xué)中的地位十分重要。經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)整、改進(jìn)，河南工業(yè)大學(xué)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)已經(jīng)比較合理、成熟，但我們發(fā)現(xiàn)仍存在兩個(gè)主要問(wèn)題：一是，實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容較為單一，對(duì)相關(guān)專業(yè)課的支撐作用有待提高；二是，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)局限于具體題目，對(duì)學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)有待加強(qiáng)。因此，我們正在逐步改進(jìn)該課程的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，一方面，在教材配套實(shí)驗(yàn)題目的基礎(chǔ)上，增加信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等相關(guān)專業(yè)課的綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生相當(dāng)于進(jìn)行小型的課程設(shè)計(jì)，將MATLAB 與相關(guān)專業(yè)課的內(nèi)容相結(jié)合，以提高對(duì)相關(guān)專業(yè)課的支撐作用；另一方面，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時(shí)，不僅要講解具體題目、具體操作，更要對(duì)解決這類題目的思路是什么、解決過(guò)程中可能遇到哪些問(wèn)題、怎樣使用MATLAB 的Help 功能進(jìn)行自學(xué)以解決遇到的問(wèn)題等，進(jìn)行深入地講解，以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，讓學(xué)生逐漸能使用MATLAB 自己解決問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐、調(diào)整、改進(jìn)、提高，河南工業(yè)大學(xué)的《MATLAB及其應(yīng)用》課程教學(xué)獲得了較好的效果，課程建設(shè)取得了一定的成果，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)水平也在穩(wěn)步提高。對(duì)于目前該課程教學(xué)中存在的若干問(wèn)題，我們進(jìn)行了深入思考、分析研究，并及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、理清思路，采取有效措施對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)、 提高。 相信經(jīng)過(guò)繼續(xù)努力，《MATLAB 及其應(yīng)用》在河南工業(yè)大學(xué)將成為一門教學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)秀、滿足學(xué)生不同需求、廣受師生好評(píng)的精品課程。 而《MATLAB 及其應(yīng)用》課程本身也將建成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、多元化、高質(zhì)量、高水平的課程體系。 可見(jiàn)，本文對(duì)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程實(shí)施的論述，對(duì)課程教學(xué)的思考及改進(jìn)、提高的探討，對(duì)國(guó)內(nèi)各高校開(kāi)設(shè)《MATLAB 及其應(yīng)用》課程、及其課程教學(xué)和課程建設(shè)都具有重要的參考價(jià)值。

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