電子信息專業(yè)MATLAB教學(xué)探索與改革

謝先明

桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院， 廣西桂林 541004

電子信息專業(yè)MATLAB教學(xué)探索與改革

謝先明

桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院， 廣西桂林 541004

MATLAB語言是目前最實(shí)用的計(jì)算機(jī)語言，已成為電子信息專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門集專業(yè)基礎(chǔ)理論分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真為一體的工具性課程。為了使學(xué)生快速、有效地掌握MATLAB軟件，并利用它解決相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)中遇到的各種問題，本文從如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣到改善MATLAB語言教學(xué)方法等方面進(jìn)行了探討。

MATLAB；教學(xué)方法；教學(xué)改革

MATLAB；Teaching method；Teaching reform

MATLAB語言簡介

MATLAB(MATRIX LABORATORY)直譯矩陣實(shí)驗(yàn)室，主要解決當(dāng)時(shí)高級(jí)語言在處理矩陣相關(guān)運(yùn)算時(shí)的不便，最初由Cleve Mole用Fortran語言設(shè)計(jì)的。現(xiàn)在的MATLAB軟件是MATHWORKS公司用C語言開發(fā)的，是目前科學(xué)界最具活力和影響力的，集模型概念設(shè)計(jì)、算法仿真于一體的計(jì)算機(jī)語言，已成為廣大科技工作者必須掌握的一門工具性軟件。MATLAB語言具有編程效率高、繪圖功能強(qiáng)大、內(nèi)部工具函數(shù)豐富的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于數(shù)值分析、工程與科學(xué)繪圖、數(shù)字圖像處理、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、財(cái)務(wù)與金融工程等領(lǐng)域[1]。

對(duì)于電子信息專業(yè)學(xué)生來說，MATLAB語言既是一門非常重要的程序設(shè)計(jì)類課程，又是必須掌握的工具性軟件。它可以完美地與信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、圖像處理等重要專業(yè)課有機(jī)結(jié)合起來開展各類實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生利用軟件工具解決相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中遇到的各種問題的能力。同時(shí)，MATLAB語言已經(jīng)成為電子信息相關(guān)專業(yè)碩士生、博士生開展研究時(shí)必須要掌握的工具性語言[2-5]。鑒于MATLAB語言在電子信息專業(yè)課程中越來越重要的地位，目前幾乎各種層次院校都開設(shè)了MATLAB語言課程。有鑒于此，本文結(jié)合作者在MATLAB教學(xué)實(shí)踐中的感受與該課程自身特點(diǎn)，在如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和改善MATLAB語言教學(xué)等方面進(jìn)行了探討。

1 明確課程意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

通常，人們?cè)跊Q定是否花時(shí)間與精力學(xué)習(xí)一項(xiàng)新技術(shù)時(shí)，主要關(guān)心以下幾點(diǎn)：1)這項(xiàng)技術(shù)能否給自己帶來益處；2)投入精力與將來收益大小的權(quán)衡；3)自己是否感興趣。上述幾點(diǎn)同樣適合于學(xué)生是否決定對(duì)某門課程投入足夠的學(xué)習(xí)能量！他們對(duì)某門課程認(rèn)識(shí)與印象將在很大程度上決定他們對(duì)該課程的重視程度和采取怎樣的學(xué)習(xí)方式(如采取被動(dòng)式的應(yīng)試學(xué)習(xí)還是主動(dòng)式的能力增強(qiáng)型學(xué)習(xí))，而學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性又將在很大程度上決定該課程的教學(xué)效果。有鑒于此，筆者在教學(xué)過程中采用了下述兩種方法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

1.1 強(qiáng)調(diào)課程地位

通過演示一些與本學(xué)科密切相關(guān)的MATLAB語言事例，如高等數(shù)學(xué)中的解微分方程、信號(hào)與系統(tǒng)中的求離散信號(hào)Z變換及數(shù)字頻譜圖、通信系統(tǒng)中的調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)構(gòu)建等，既要讓學(xué)生體會(huì)到MATLAB語言作為是一門重要的程序設(shè)計(jì)言語相對(duì)其他語言(如匯編語言、C語言等)優(yōu)勢(shì)，也要使其認(rèn)識(shí)到MATLAB語言可以幫助他們解決在專業(yè)課及專業(yè)基礎(chǔ)課程中遇到的各種問題，能促進(jìn)他們對(duì)相關(guān)專業(yè)課的理解。

1.2 增強(qiáng)緊迫感

通過介紹MATLAB言語在各個(gè)領(lǐng)域包括數(shù)值計(jì)算與科學(xué)繪圖、經(jīng)濟(jì)與金融、信號(hào)與通信工程、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到MATLAB言語不僅在本專業(yè)各類課程實(shí)驗(yàn)和相關(guān)課程設(shè)計(jì)中具有重要作用，而且它已成為廣大科技工作者和本科生、碩士生、博士生必須掌握的一門工具性軟件的事實(shí)，學(xué)好MATLAB言語有利于在今后工作或?qū)磉M(jìn)一步深造中占據(jù)有利的位置，以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的緊迫感和主動(dòng)性。

2 教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)MATLAB教學(xué)主要存在以下問題：首先，針對(duì)性不強(qiáng)，教學(xué)重點(diǎn)不突出，與專業(yè)背景結(jié)合不緊密，沒有很好地突出MATLAB語言專業(yè)工具手的地位；其次，在教學(xué)過程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)不夠重視，易出現(xiàn)“聽得懂，編不出”的現(xiàn)象[6]；最后，教師對(duì)MATLAB言語實(shí)踐教學(xué)重視程度不夠，在實(shí)踐教學(xué)中與學(xué)生互動(dòng)性不足，有時(shí)不能及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生解決在實(shí)踐過程中遇到的各種困難，從而導(dǎo)致實(shí)踐項(xiàng)目開展效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.1 背景式教學(xué)

MATLAB言語是一門解釋性的程序語言，具有指令眾多，內(nèi)部集成函數(shù)豐富的特點(diǎn)。在傳統(tǒng)MATLAB教學(xué)中教師為了在有限時(shí)間內(nèi)講授盡可能多的MATLAB指令和內(nèi)部函數(shù)，通常采用“滿堂灌”的教學(xué)方式。但傳統(tǒng)“滿堂灌”教學(xué)方式往往導(dǎo)致學(xué)生疲憊不堪，難以集中精神跟蹤教師思路，長此以往則導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣丟失，從而影響教學(xué)質(zhì)量。因此，教師在注重MATLAB基本語法教學(xué)與程序設(shè)計(jì)思想培養(yǎng)的同時(shí)，需注意教學(xué)必須與專業(yè)背景緊密配合，重點(diǎn)講授與本專業(yè)密切相關(guān)的內(nèi)容。

對(duì)電子信息專業(yè)MATLAB教學(xué)來說，在讓學(xué)生掌握數(shù)值計(jì)算、向量(矩陣)運(yùn)算、符號(hào)運(yùn)算、字符運(yùn)算及畫圖功能等MATLAB基本功能外，重點(diǎn)在于介紹信號(hào)處理工具箱的應(yīng)用，講授如何利用相關(guān)工具箱進(jìn)行基本的信號(hào)處理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括如何利用相關(guān)工具函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行DFT、FFT，小波變換等基本變換和進(jìn)行模擬和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等。同時(shí)，教師在教學(xué)過程中要注意引導(dǎo)學(xué)生自己去探索其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和幫助他們觸類旁通式地理解與掌握其他相關(guān)指令和函數(shù)的正確用法，達(dá)到既培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力，又能提高教學(xué)效果與效率的目的。

2.2 應(yīng)用實(shí)例式教學(xué)

MATLAB語言集知識(shí)和技能于一體，特別強(qiáng)調(diào)與工程背景和科學(xué)研究的緊密結(jié)合。有鑒于此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地利用MATLAB語言解決在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中遇到的各種問題的能力。實(shí)例式教學(xué)方法既可以讓學(xué)生了解相關(guān)的應(yīng)用背景以增強(qiáng)學(xué)習(xí)目的性，又能培養(yǎng)利用MATLAB語言解決相關(guān)專業(yè)課學(xué)習(xí)中遇到的各種問題的能力。如講授符號(hào)變量替換函數(shù)時(shí)，可講解這樣一個(gè)例子：如何利用MATLAB語言繪制函數(shù)f(x)=exp(-ax)sin(bx)在不同參數(shù)a，b時(shí)的圖像，并求其x=0.5時(shí)的值？而在講解Fourier變換函數(shù)時(shí)，則可以如何求解某個(gè)函數(shù)的Fourier變換開始。簡言之，實(shí)例式教學(xué)方法能讓學(xué)生始終帶著問題學(xué)習(xí)，不斷體會(huì)到MATLAB語言解決本專業(yè)相關(guān)問題的能力和便捷，從而增加其學(xué)習(xí)興趣。

2.3 習(xí)慣引導(dǎo)式教學(xué)

目前，MATLAB課程教學(xué)多采用多媒體PPT模式，存在課堂教學(xué)信息量大的特點(diǎn)，且學(xué)生難以同步通過實(shí)踐來體會(huì)教師講授的重點(diǎn)內(nèi)容，通常一堂課下來學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容只有一些粗淺印象，而容易忽視其他一些重要信息與易出錯(cuò)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致普遍存在的“聽得懂，編不出”的現(xiàn)象。MATLAB語言教學(xué)目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生良好的邏輯思維習(xí)慣和具有利用MATLAB軟件解決相關(guān)問題的能力，而要使學(xué)生具有獨(dú)立編寫MATLAB程序代碼的關(guān)鍵就是引導(dǎo)學(xué)生多讀寫程序代碼，并在此過程中體會(huì)不同的編程思想、方法、技巧，最終形成自己獨(dú)立的編程風(fēng)格。因此，教師在教學(xué)過程中必須不斷引導(dǎo)學(xué)生勤讀寫MATLAB代碼，如通過實(shí)例講授泛讀程序代碼的方法與技巧等，培養(yǎng)學(xué)生自覺讀寫程序代碼和上機(jī)練習(xí)的習(xí)慣，解決學(xué)生中普遍存在的“聽得懂，編不出”的現(xiàn)象。

2.4 交互式實(shí)踐教學(xué)

交互式教學(xué)利用多媒體局域網(wǎng)絡(luò)及投影儀構(gòu)成一體化多媒體教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生或?qū)W生之間的雙向交流，其目的在于促進(jìn)學(xué)習(xí)任務(wù)的完成。MATLAB語言作為一門工具性的語言，其實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性是不言而喻的。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，通常教師介紹完實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目背景、基本原理及任務(wù)之后，就由學(xué)生自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，存在教師與學(xué)生互動(dòng)不足，信息交互不暢的問題。上述問題直接導(dǎo)致部分學(xué)生在實(shí)踐過程經(jīng)常出現(xiàn)無法下手或長時(shí)間徘徊于某些低級(jí)語法錯(cuò)誤上，從而無法順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的現(xiàn)象。交互式實(shí)踐教學(xué)能幫助教師在實(shí)踐環(huán)節(jié)中不斷地與學(xué)生交互信息，掌握學(xué)生實(shí)踐過程遇到的各種問題，及時(shí)鼓勵(lì)與指導(dǎo)學(xué)生解決問題，樹立信心、順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)；尤其要避免部分學(xué)生因長時(shí)間得不到有效幫助而丟失信心與興趣，從而放棄實(shí)驗(yàn)的情況。

3 結(jié)語

本文總結(jié)了作者在電子信息專業(yè)MATLAB語言教學(xué)實(shí)踐中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，就如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣到改善MATLAB語言教學(xué)方法等方面進(jìn)行了探討，提出了結(jié)合專業(yè)背景的教學(xué)模式，包括背景式教學(xué)、實(shí)例式教學(xué)、交互式實(shí)踐教學(xué)等教學(xué)模式。簡言之，提高M(jìn)ATLAB語言教學(xué)效果需要把教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，把握好從課件制作到教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)定與指導(dǎo)、學(xué)生習(xí)慣培養(yǎng)等環(huán)節(jié)，不斷激發(fā)學(xué)生求知欲，使其積極主動(dòng)地投入到學(xué)習(xí)之中。

[1] 劉慧穎. Matlab R2007基礎(chǔ)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[2] 平怡.Matlab在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào),2008,(4):135-136.

[3] 姚華楨.Matlab在圖像處理技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技資訊,2008,(5):161-162.

[4] 童德茂.探討Matlab在高職高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用.阜陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) [J], 2010,27(1):80-82.

[5] 梁虹,梁潔,陳躍斌.信號(hào)與系統(tǒng)分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[6] 張秋生.《C語言程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐.軟件導(dǎo)刊[J],2012,11(2):164-165.

MATLAB Teaching Reform of Electronic Information Specialty

Xie Xianming
School of Information and Communication, Guilin Ulneicvterrosnitiyc oTef cEhnology, Guilin, 54100

MATLAB languagies the most practical compu ter languageh, as becomae n instrumenctaol ursei ncluding theoreticaal nalysis and system designs imulat ion that the electroniic nformatiopnr ofessionsatl uden ts must master. In order to make students quickly , effectively grasp the MATLAB software, and uses it to solve the various problemasr isingi n relevant professioncaol urses In this paper, the issue how to stimulate students to learn MATLAB language and the teaching methodi mprovemeonft MATLAB langua ge will be discussed.

TN957

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.195

謝先明(1979.11)：男, 博士，講師，從事MATLAB語言、信號(hào)與系統(tǒng)分析等課程教學(xué)工作.