周本海

摘 要： 隨著科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)已步入信息化社會(huì)。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(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)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(duì)matlab教學(xué)中如何對(duì)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(shí)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(shí)是一門高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言。它可用于進(jìn)行算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計(jì)算等應(yīng)用，應(yīng)用范圍十分廣泛，諸如信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、仿真、財(cái)務(wù)建模和分析，以及計(jì)算生物學(xué)等眾多領(lǐng)域。在計(jì)算方面，matlab更傾向于向量及矩陣的運(yùn)算，要比傳統(tǒng)的C，C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易得多。這些計(jì)算式工程和科學(xué)的基礎(chǔ)，計(jì)算起來(lái)非常便捷。

因?yàn)镸atlab在工程領(lǐng)域有強(qiáng)大的計(jì)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(jì)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(shí)際問(wèn)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(jì)算方法理念

在大學(xué)期間，科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)非常必要?？茖W(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(shí)的同時(shí)學(xué)會(huì)學(xué)生以科學(xué)方法處理問(wèn)題、解決問(wèn)題。matlab在科學(xué)素養(yǎng)上的培養(yǎng)，主要指使用計(jì)算工具解決及分析計(jì)算問(wèn)題的能力。在實(shí)際中，學(xué)生并沒(méi)有真正掌握科學(xué)素養(yǎng)的精髓，沒(méi)有真正將計(jì)算工具與學(xué)科相結(jié)合，依然延續(xù)原有的“土辦法”，簡(jiǎn)單使用公式加筆算，實(shí)際上在浪費(fèi)時(shí)間及資源，并且沒(méi)有提高效率及準(zhǔn)確性。

例如，在解決線性代數(shù)簡(jiǎn)化處理的多元方程問(wèn)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(jí)方法，解決問(wèn)題時(shí)間長(zhǎng)、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(jì)算語(yǔ)言相結(jié)合，那么在計(jì)算機(jī)的輔助下，通過(guò)較短的時(shí)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(duì)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(shí)際實(shí)用中使用這種科學(xué)的計(jì)算方法，一些特別復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題的解決就變得非常便捷，以計(jì)算機(jī)編程方式解題與普通計(jì)算器相比，前者是對(duì)數(shù)字進(jìn)行集群運(yùn)算，后者則只能逐一順序進(jìn)行運(yùn)算，這不但在效率上不可同日而語(yǔ)，用建模方法解決工程問(wèn)題，也存在相當(dāng)大的差異。因此，在科學(xué)的計(jì)算方法的指導(dǎo)下，運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決工程計(jì)算問(wèn)題，相對(duì)于傳統(tǒng)的逐一運(yùn)算解題方式，能夠大幅度提高運(yùn)算的效率及準(zhǔn)確性，避免重復(fù)而無(wú)效率的勞動(dòng)，對(duì)所用行業(yè)的發(fā)展有深遠(yuǎn)影響。

因此，對(duì)于科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，就是要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中潛移默化地形成用科學(xué)計(jì)算的意識(shí)，這需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)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(duì)課時(shí)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(duì)matlab進(jìn)行操作的同時(shí)，將解決工程問(wèn)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(shí)。在教學(xué)實(shí)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(duì)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(shí)際中利用matlab建模解決復(fù)雜問(wèn)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(guò)科學(xué)方法解決問(wèn)題的簡(jiǎn)潔性，學(xué)生就會(huì)對(duì)科學(xué)計(jì)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(duì)matlab的介紹并利用其進(jìn)行科學(xué)方法解題實(shí)例的教程非常少，需加大對(duì)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(jì)算方法解決復(fù)雜性問(wèn)題的實(shí)例，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐中體會(huì)到使用科學(xué)計(jì)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(jì)算方法解決問(wèn)題的理念，有利于學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題深層次的認(rèn)識(shí)，切實(shí)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

4.結(jié)語(yǔ)

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(jì)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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