王偉征

摘要：為了提升MATLAB這門公共選修課的教學(xué)效果，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)過程實(shí)施、課程成績評定等方面進(jìn)行了探究與實(shí)踐。提出的教學(xué)實(shí)施方案以興趣培養(yǎng)為基本出發(fā)點(diǎn)，以項(xiàng)目驅(qū)動為主要教學(xué)手段，以多樣化考評為重要激勵(lì)方式。實(shí)踐證明它能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，提高學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力，取得了非常好的教學(xué)效果，為高校MArLAB公選課程的教學(xué)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：MALAB教學(xué)；創(chuàng)造性學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)主體；興趣培養(yǎng)；項(xiàng)目驅(qū)動

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-8228（2017）01-73-03

0.引言

MATLAB是一款數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件，不但具有很強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，而且還具備繪制函數(shù)圖像、對非線性動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真等功能，其廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)分析、工程計(jì)算、自動控制、圖像處理、信號處理與通訊、人工智能、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。它不僅功能強(qiáng)大，而且簡單易學(xué)、編程效率高，深受廣大工程師、學(xué)者等科技工作者的喜愛，現(xiàn)已成為公認(rèn)的最優(yōu)秀的工程應(yīng)用開發(fā)環(huán)境之一。

鑒于MATLAB強(qiáng)大的功能和廣泛的應(yīng)用背景，我國很多高校把MATLAB編程列為本科生、甚至研究生需要掌握的基本編程技能之一。大部分理工科專業(yè)都開設(shè)了這門選修課，因此在很多高校MATLAB是一門全校性的公共選修課。在其教學(xué)實(shí)施過程中，任課教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的專業(yè)、年級等特點(diǎn)組織教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)方式，因材施教，以達(dá)到教學(xué)效果的最優(yōu)化。本文作者結(jié)合自己多年的教學(xué)實(shí)踐，對該課程的實(shí)施方案進(jìn)行了探究。

1.當(dāng)前MATLAB課程教學(xué)中普遍存在的問題

（1）目前高校的MATLAB公選課教學(xué)通常采用理論講授與上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的方式。理論講授占用的課時(shí)一般大于上機(jī)實(shí)踐課時(shí)。一般來說，學(xué)生對選修課的重視程度沒有必修課那么高。而像MATLAB這種計(jì)算機(jī)語言類課程的理論課普遍采用“填鴨式”的教學(xué)方式，學(xué)生沒有主動思維的空間，課聽起來枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不大，學(xué)習(xí)動力不足，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。另一方面，沒有充足的上機(jī)實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生的動手能力就無法提升。

（2）學(xué)生對MATLAB的實(shí)用性認(rèn)識不夠。教學(xué)內(nèi)容沒能與專業(yè)知識接軌，大部分學(xué)生不明白學(xué)習(xí)這門課程能為他們將來的學(xué)習(xí)和工作帶來什么幫助，學(xué)習(xí)時(shí)不知道應(yīng)該重點(diǎn)掌握什么。相當(dāng)一部分學(xué)生學(xué)習(xí)的目的只是通過考試，拿到學(xué)分。這也在很大程度上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（3）考核形式不能有效激勵(lì)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)。MATLAB課程慣用的考核大都采用平時(shí)考試（課外作業(yè)、實(shí)驗(yàn)作業(yè)、考勤等）和期末考試（理論考試和上機(jī)考試）相結(jié)合的方式。這種考核結(jié)果通常不能準(zhǔn)確地反應(yīng)學(xué)生對MATLAB的實(shí)際掌握程度，也不能有效地激勵(lì)學(xué)生深入系統(tǒng)地學(xué)習(xí)MATLAB。2強(qiáng)調(diào)MATLAB的美和實(shí)用性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在授課過程中可以利用MATLAB強(qiáng)大的繪圖和動畫功能，向?qū)W生展示MATLAB繪制的優(yōu)美圖片或絢麗的動畫。例如：編寫代碼繪制優(yōu)美的螺旋曲面圖；利用MATLAB程序演示煙花之美，如墨的夜空，煙花朵朵綻放，進(jìn)射出璀璨奪目的光彩，絢麗至極。癡迷于煙花之美的同學(xué)，會對MATLAB留下美好的印象。能讓學(xué)生覺得MATLAB可以創(chuàng)造出美的東西，給人以愉悅的精神享受，就容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

除此之外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)MATLAB的實(shí)用性。學(xué)生在學(xué)習(xí)MATLAB時(shí)，已經(jīng)或正在學(xué)習(xí)線性代數(shù)，在第—堂課時(shí)可以講一些MATLAB求解線性方程組的解、求矩陣的秩和行列式等例題。還可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)，講解MATLAB工具箱在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，土木工程專業(yè)的學(xué)生經(jīng)常要做一些結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后需要對獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、誤差分析、數(shù)據(jù)回歸等操作，教師可以講解應(yīng)用MATLAB提供的數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具箱statistic Toolbox對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的成功案例。讓學(xué)生體會到MATLAB可以幫助他們學(xué)習(xí)其他課程或者解決一些實(shí)際問題，有利于吸引學(xué)生對MATLAB的重視。

3.項(xiàng)目驅(qū)動，提升教學(xué)效果

3.1采用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)

MATLAB程序設(shè)計(jì)課程作為專業(yè)選修課或公共選修課，課時(shí)相對較少，要完成MATLAB所有內(nèi)容的講授，難度非常大，而且講授太快往往欲速不達(dá)。另外，對于程序設(shè)計(jì)類課程來說單純的講授往往枯燥乏味，學(xué)生聽起來昏昏欲睡。因此，要想更好地完成MATLAB這門課程的教學(xué)任務(wù)需要借助于項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法，促使學(xué)生課下自學(xué)完成項(xiàng)目，課上講解，以項(xiàng)目講解開展知識點(diǎn)的傳授。

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)是一種用項(xiàng)目把教學(xué)內(nèi)容貫穿起來的教學(xué)方法，它能激發(fā)學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動性和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，合理有效地設(shè)計(jì)項(xiàng)目內(nèi)容。項(xiàng)目應(yīng)是一個(gè)寬泛的概念，可以來自教師的科研項(xiàng)目、橫向項(xiàng)目或者根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的仿真題目。學(xué)生在做項(xiàng)目的同時(shí)能夠完成課程相關(guān)知識和技能的積累。這種教學(xué)方法通過讓學(xué)生自學(xué)、自我探索、團(tuán)隊(duì)合作，改變了傳統(tǒng)的學(xué)生被動接受知識的模式，發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，培養(yǎng)了學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力。它能讓學(xué)生體驗(yàn)到任務(wù)完成的成就感，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。

實(shí)施基于項(xiàng)目的教學(xué)法對教師提出了更高的要求。教師需要對課程體系重新梳理，將課程內(nèi)容重新整理，然后按照課程內(nèi)容設(shè)計(jì)若干個(gè)項(xiàng)目（或若干個(gè)項(xiàng)目模塊）。項(xiàng)目的難度要恰到好處，難度太大會讓學(xué)生畏難止步，而項(xiàng)目過于簡單學(xué)生就體檢不到探索的樂趣。同時(shí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)也要考慮學(xué)生的專業(yè)。例如在為自動化專業(yè)學(xué)生講授MATLAB課時(shí)，為了讓學(xué)生掌握M文件編寫的基本輸入方式、程序控制結(jié)構(gòu)、矩陣運(yùn)算、靜態(tài)及動態(tài)圖形的繪制等知識，可以選擇工業(yè)機(jī)械手項(xiàng)目作為教學(xué)使用項(xiàng)目。此項(xiàng)目要求將機(jī)械手各臂視為質(zhì)量分布均勻的桿臂，通過受力分析構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，利用M文件完成機(jī)械手端抓取重物移動的數(shù)學(xué)模型分析仿真。為了讓學(xué)生掌握simulink的使用技巧，亦可要求學(xué)生用Simulink工具箱完成整個(gè)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與仿真。為了順利完成項(xiàng)目，學(xué)生首先要通過自學(xué)進(jìn)行相關(guān)知識的積累，然后嘗試編寫MATLAB代碼來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求的模型分析與仿真。整個(gè)教學(xué)過程以學(xué)生為主體，教師的作用只是引導(dǎo)，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候給予提示，最后給予講解以強(qiáng)化知識和技能的掌握。

3.2基于項(xiàng)目引導(dǎo)提升學(xué)生的編程思維能力

教師在下達(dá)項(xiàng)目任務(wù)后，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)、分析、探索，最終找到問題的解決方法。在項(xiàng)目的引導(dǎo)階段，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的編程邏輯思維能力。教師引導(dǎo)學(xué)生對項(xiàng)目化大為小、化整為零，把大目標(biāo)分解成小目標(biāo)逐個(gè)解決，然后整合為整個(gè)項(xiàng)目的解決方案。教師鼓勵(lì)學(xué)生在MATLAB程序設(shè)計(jì)過程中大膽地進(jìn)行想象和聯(lián)想，幫助學(xué)生解開定勢思維的枷鎖，力爭在項(xiàng)目求解中運(yùn)用新的思路和方法。例如在求解排序問題時(shí)，學(xué)生往往感覺問題似乎不難，但也難以形成清晰的思路。教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)排序時(shí)數(shù)據(jù)之間位置變化的規(guī)律，然后讓學(xué)生對其進(jìn)行大膽的猜想和驗(yàn)證。

3.3利用項(xiàng)目講解強(qiáng)化學(xué)生對知識的系統(tǒng)掌握

在學(xué)生完成項(xiàng)目后，教師應(yīng)對學(xué)生的解決方案（源代碼）進(jìn)行批閱，并予以適當(dāng)講解，以強(qiáng)化學(xué)生對MATLAB知識和技巧的掌握，講解可采用對比教學(xué)法。大部分學(xué)生都學(xué)習(xí)過c語言，合理利用學(xué)生已經(jīng)掌握的c語言知識，可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB的效率。對于同一個(gè)項(xiàng)目，把相應(yīng)c代碼和MATLAB代碼放在一起比較，使學(xué)生利用新舊知識之間的聯(lián)系，加深理解，增強(qiáng)記憶。通過與c語言進(jìn)行比較，也能讓學(xué)生體會到MATLAB的簡潔和強(qiáng)大。4改革課程考核形式。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力

學(xué)生選修一門課，除了關(guān)心這門課能學(xué)到什么知識外，還會關(guān)心這門課結(jié)束時(shí)能獲得多少分?jǐn)?shù)。常規(guī)的考核模式大都采用課外作業(yè)、實(shí)驗(yàn)作業(yè)、理論考試和上機(jī)考試等相結(jié)合的形式。這種考核通常不能準(zhǔn)確地反應(yīng)學(xué)生對MATLAB的實(shí)際掌握程度，也不能有效地激勵(lì)學(xué)生平時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)?；陧?xiàng)目的教學(xué)法可取消結(jié)課考試，僅把平時(shí)完成項(xiàng)目的情況作為基本依據(jù)為學(xué)生打分；亦可增加理論考試或上機(jī)操作，進(jìn)一步考查學(xué)生對MATLAB的掌握情況。此時(shí)需要設(shè)定平時(shí)成績和結(jié)課考試成績的比例。為保證學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，以項(xiàng)目完成情況作為依據(jù)的平時(shí)成績所占比例不宜太低。為進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性，還可以建立多樣化的考評機(jī)制，增設(shè)加分項(xiàng)，結(jié)課時(shí)讓學(xué)生自愿提交MATLAB相關(guān)的作品，根據(jù)作品的質(zhì)量給予不同的加分。作品可強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新或創(chuàng)意，可以是用MATLAB編寫的小系統(tǒng)、小軟件，亦或是用MATLAB建立的一些數(shù)學(xué)模型。

5.結(jié)束語

本文結(jié)合對MATLAB程序設(shè)計(jì)這門全校選修課的教學(xué)體會，提出了教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)過程實(shí)施、課程成績評定等方面的一些觀點(diǎn)。通過采用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)、對比式的項(xiàng)目講解和不拘一格的成績考核措施等，成功激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與潛能，增強(qiáng)了學(xué)生的自學(xué)和創(chuàng)新能力，提升了學(xué)生利用MATLAB編程解決實(shí)際問題的能力，為我校MATLAB公選課程的教學(xué)提供了新的思路?？紤]到學(xué)生的專業(yè)多樣性，我們還需要進(jìn)一步研究，合理設(shè)計(jì)適用于各個(gè)專業(yè)的教學(xué)項(xiàng)目。