《MATLAB的工程應用》的教學研究

摘 要：介紹了MATLAB仿真軟件的意義及特點，分析了《MATLAB的工程應用》在理論教學和實驗教學兩個方面的教學方法與技巧。在總結(jié)與深入研究的基礎(chǔ)上，進一步深化該課程的教學改革，激發(fā)學生的學習興趣，有效提高教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：MATLAB 工程應用 教學研究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）07（a）-0067-01

MATLAB是一種輔助計算軟件，具有強大的科學計算功能和數(shù)據(jù)可視化功能，可以方便地繪制二維和三維圖形。同時，MATLAB語法簡潔，易于學習?；谏鲜鎏攸c，我校在大一階段就開設(shè)了《MATLAB的工程應用》這門課程，為學生今后專業(yè)課程的學習提供有效的仿真工具，也為學生在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)提供高效的編程工具。

1 MATLAB背景及意義

1980年，美國數(shù)學與計算機教授Cleve Moler和同事為解決線性方程和特征值問題而開發(fā)了接口程序，取名為MATLAB。經(jīng)過長期的完善，目前MATLAB已成為世界上最流行的、應用最廣泛的工程計算和仿真軟件，它同時將計算、編程和可視化等功能集于一個交互式的開發(fā)環(huán)境，人機交互簡潔、智能化，并且包含眾多的仿真功能與工程計算函數(shù)。MATLAB主要應用于數(shù)學計算、系統(tǒng)建模與仿真、數(shù)學分析與可視化、科學與工程繪圖和用戶界面設(shè)計等。目前，MATLAB已經(jīng)成為應用代數(shù)、自動控制原理、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真和金融等專業(yè)的基本數(shù)學工具，成為高等院校的學生必須掌握的基本軟件之一。

2 教學研究

2.1 理論教學

在導入該課程的時候，首先通過利用MATLAB實現(xiàn)圖像去噪的一個例子給學生一個全新的接觸。然后逐一介紹本課程與其他專業(yè)課程的聯(lián)系及應用。包括數(shù)字信號處理，優(yōu)化理論，偏微分方程，自動控制原理，圖像處理等。由于該課程具有很強的實踐性，因此，需要制作多媒體課件來幫助同學加強理解。但現(xiàn)在的講課除了多媒體教學手段之外，傳統(tǒng)的板書教學手段也是必不可少的。特別是在互動環(huán)節(jié)，板書教學顯得尤為重要。把多媒體教學與板書教學靈活地結(jié)合起來，起到了良好的教學效果。

在理論教學環(huán)節(jié)，盡量針對書上的每一個知識點給出相應的例子，并利用MATLAB軟件現(xiàn)場演示。這樣才能給學生留下深刻的影響，激發(fā)其學習的興趣。比如，在講述eye這個函數(shù)的時候，先不說明其功能是什么，而是直接在MATLAB軟件上利用這個函數(shù)產(chǎn)生一系列矩陣，讓學生觀察這些矩陣的特點。然后歸納其共性，得出結(jié)論是該函數(shù)用于產(chǎn)生對角線全為1的單位矩陣。

培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維是非常重要的。例如，在MATLAB基本操作中所涉及的分號，一方面在構(gòu)造矩陣的時候，矩陣行與行之間用分號隔開；另一方面，將分號放在每一條命令行最后用于不顯示計算結(jié)果。又例如，冒號在生成等差數(shù)組的時候可用于間隔各個參數(shù)，而在獲取子矩陣的時候用于表示向量的所有元素。因此，很多符號在特定的場合有特定的用處。

類比的作用在教學環(huán)節(jié)也不容忽視。在課堂上，把MATLAB和C語言以及匯編語言進行比較。比如，在C語言里用“//”進行注釋，匯編語言里使用分號注釋，而在MATLAB中使用百分號進行注釋。通過這樣的類比，讓學生能夠獲得一個較全面而深刻的記憶。

在教學過程中以學生為主體，引導學生拓展其知識面，做到博而專，既要注重知識的廣博，又要有所專攻，注重深度。同時，將教學與科研高度統(tǒng)一起來，在教學中融入科研的思維方式，進行探索式啟發(fā)式地教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和批判性思維，才能不受傳統(tǒng)思維和習慣的束縛。

2.2 實驗教學

本課程的實驗課時為18課時，共分為6次實驗。上機操作是本課程的重要教學環(huán)節(jié)，學生只有通過上機練習，才能領(lǐng)會MATLAB的眾多功能，才能達到熟練應用的程度。實驗教學要求學生熟悉MATLAB運行環(huán)境和MATLAB語言的主要特點，掌握MATLAB語言的基本語法規(guī)則及基本操作命令的使用，學會M文件的建立和使用方法，掌握MATLAB的數(shù)據(jù)類型、矩陣輸入和操作方法、語法結(jié)構(gòu)、函數(shù)的使用以及應用MATLAB實現(xiàn)二維和三維圖形的繪制方法，具有使用MATLAB語言編程和調(diào)試的能力，并能夠熟練地將MATLAB應用于學習中，解決相關(guān)課程中的復雜的數(shù)學計算問題。實驗課程的設(shè)置采用與理論課程相間隔交替的方式，也就是讓學生在學習了相關(guān)理論知識后馬上進行實際操作，有利于學生鞏固所學的相關(guān)知識，通過理論來指導實踐，再通過實踐來調(diào)整理論的學習，這樣可以快速正確地掌握相關(guān)方法和理論。在實驗教學環(huán)節(jié)，單純地做一些練習可能無法激發(fā)學生的興趣和積極性。因此，除了讓學生練習平時課堂上所學的基本操作和函數(shù)之外，還給學生布置一些難度較高的并且與其他專業(yè)基礎(chǔ)課相關(guān)的設(shè)計題，同時將全班學生分為若干小組，讓學生分組討論，完成課題。這樣，既鍛煉了學生的動手能力，也鍛煉了學生的創(chuàng)新思維能力，另外還培養(yǎng)了大家的團隊合作精神，提高了學生的學習積極性。

3 結(jié)語

通過教學實踐，學生對該課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，學習的積極性較高。這些效果從學生的出勤率、課堂互動的積極性以及課后提問交流等方面得到了充分體現(xiàn)。從考核的結(jié)果分析，學生對本課程的掌握程度較好。通過該課程的學習，不僅可以掌握如何利用MATLAB來輔助專業(yè)課程的學習，而且也為今后的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)起到了一個關(guān)鍵性的鋪墊作用。同時，更為將來的進一步研究深造打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

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[3] 鄭志勇.精通MATLAB 6.5版[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.