啟發(fā)式的電氣信息類專業(yè)Matlab課程教學(xué)方法探索

【摘 要】Matlab其本身是一款數(shù)學(xué)仿真軟件，在電氣信息類專業(yè)的教學(xué)中較為抽象，而且本門課程一般開設(shè)在專業(yè)課之前，學(xué)生還不清楚他們專業(yè)中的系統(tǒng)與模型等方面的知識，他們很難非常清楚地認(rèn)識到本專業(yè)中的一些科學(xué)問題處理方法。所以除要求學(xué)生掌握課程中編程問題之外，還需讓學(xué)生明白Matlab在本專業(yè)研究方向上的作用，如何將實際問題轉(zhuǎn)化為Matlab處理的問題。筆者結(jié)合近年來在Matlab教學(xué)中的體會，總結(jié)了在本門課程中所采用的啟發(fā)式教學(xué)方法。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)方法 啟發(fā)式 Matlab課程 電氣信息類

【中圖分類號】G642 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）18-0059-02

一 引言

“啟發(fā)”一詞源于我國的大教育家孔子，出自其《論語·述而》：“不憤不啟，不悱不發(fā)。舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也?！彼未韺W(xué)家朱熹解釋：“憤者，心求通而未得之狀也；悱者，口欲言而未能之貌也。啟，謂開其意；發(fā)，謂達其辭?！彼钥鬃拥囊馑际钦f人如果不到他努力想弄明白而不得的程度，不要去開導(dǎo)他；不到他心里明白卻不能完善表達出來的程度，不要去啟發(fā)他。如果他不能舉一反三，就不要再給他舉例了。由此可見所謂啟發(fā)是在適當(dāng)?shù)臅r間進行的，如若時間不對而盲目地對學(xué)生進行“啟發(fā)”，將更多的信息發(fā)送給學(xué)生，由于學(xué)生對教師所講授的知識實質(zhì)不清楚，會使學(xué)生不確定你所講授的重點在哪里。這更多的信息分散了學(xué)生的注意力，而且降低了課堂的效率。

“舉一隅不以三隅反”聯(lián)合《周易·系辭》上“引而伸之，觸類而長之，天下之能事畢矣也”與《乾》中的“六爻發(fā)揮，旁通情也”組成了我們常說的“舉一反三，觸類旁通”。這句話的意思是通過學(xué)習(xí)一個例子解決方法可以推導(dǎo)出很多種類似的事情的解決方法，接觸某一類事物，可以明白與這一類事物相關(guān)的事物。這句話點明了“啟發(fā)”的手段是“舉一”“觸類”，目的是“反三”“旁通”?？鬃釉谄渲饕枷胫羞€指出了幾種“舉一”“觸類”的方法：由淺入深、叩其兩端、旁引側(cè)證、側(cè)面誘導(dǎo)等。

古希臘哲學(xué)家蘇格拉底提出的“問題教學(xué)法”或“產(chǎn)婆術(shù)”，是西方最早的啟發(fā)式教學(xué)。

由上可見，所謂的啟發(fā)模式教學(xué)要求教師在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)W(xué)生進行適當(dāng)?shù)膶嵗v解，達到使學(xué)生能夠掌握授課知識的實質(zhì)與規(guī)律，進而可以使其具有利用這些知識處理更多類似問題的能力。有很多文獻將學(xué)生經(jīng)過啟發(fā)之后的狀態(tài)描述為“頓悟”確實十分神似。為了達到這一目標(biāo)，教師如何“舉一”“觸類”就非常重要了。要達到這一目就需思考目前Matlab課程中存在的問題，然后對教學(xué)中的案例加以提煉和修正。

二 Matlab課程教學(xué)中的問題

Matlab、Mathematica與Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。Matlab以其在電氣信息類專業(yè)的巨大應(yīng)用價值而得到了越來越多的關(guān)注。在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把Matlab作為內(nèi)容。Matlab是攻讀學(xué)位的學(xué)生必須掌握的基本工具。而目前國內(nèi)尚未將Matlab作為一種必須掌握的基本工具來要求學(xué)生，而是將其定義為輔助教學(xué)、實驗的軟件工具。且大多國內(nèi)院校尚未專門針對本科生開設(shè)專門的Matlab課程，而是將該部分內(nèi)容均歸屬于某些專業(yè)課的實驗內(nèi)容。這樣不能引起學(xué)生的充分重視，同時實驗教師一步一步地手把手地教導(dǎo)學(xué)生該怎么做Matlab的實驗，學(xué)生們就只為實驗而機械地跟隨操作。結(jié)果就是很多學(xué)過的學(xué)生，知道有Matlab這個軟件，而不懂得如何使用它來解決實際問題，致使“教”與“學(xué)”脫節(jié)、“學(xué)”與“用”脫節(jié)。所以，在電氣信息

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* 中國礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)課題“基于Simulink任務(wù)驅(qū)動模式的《自動化軟件工具》課程教學(xué)改革研究”

（編號：013Y14）

類專業(yè)中應(yīng)該使Matlab具有在學(xué)科背景下的科學(xué)性實踐性的應(yīng)用價值。

在筆者調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)目前開設(shè)Matlab課程的院校將本門課程的課程性質(zhì)一般定為專業(yè)選修或公選課，課時都比較少。由于本門課程必須進行上機實驗，講授課時就更短，而Matlab又涵蓋比較多的內(nèi)容，授課任務(wù)較重。所以Matlab這門課程應(yīng)該通過授課內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生興趣，促其課下自學(xué)，結(jié)合實驗課實踐與答疑的方式才能更好地完成教學(xué)任務(wù)。

三 啟發(fā)模式教學(xué)的具體方法

授課時要考慮專業(yè)背景進行啟發(fā)式“舉一”和“觸類”。以各種專業(yè)實際項目或在研問題中的一部分作為本門課程的任務(wù)，讓學(xué)生從工程背景、專業(yè)背景的角度了解專業(yè)問題如何在Matlab中得以解決。這種方法是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)方法，將所要講授的知識隱含在一個或幾個任務(wù)中，通過指導(dǎo)學(xué)生們對目標(biāo)任務(wù)的學(xué)習(xí)探索，完成知識內(nèi)容的講授。其重點在于選好合適的任務(wù)，可以涵蓋整門課程的重要知識點，同時例子要有實際意義，可以讓學(xué)生更感興趣，激發(fā)學(xué)生的參與熱情。開課時將任務(wù)布置給學(xué)生，教師授課時需要靈活地引領(lǐng)學(xué)生入門并教授學(xué)生本門課程的基本研究、自學(xué)方法。該部分主要以演示操作為主，讓學(xué)生了解Matlab的基本操作環(huán)境，兩課時左右即可。以解決任務(wù)為授課的中心，強調(diào)課前自學(xué)，帶著問題來課堂。還需注意的是課堂與試驗課時要合理安排，讓學(xué)生們即學(xué)即用，可以利用小班授課或?qū)⒄n堂搬到實驗室等方法實現(xiàn)。教師的啟發(fā)引導(dǎo)更多的是把知識加以延伸和拓展，使學(xué)生能夠觸類旁通。

例如在自動化專業(yè)學(xué)生授課時，可以使用工業(yè)機械手項目作為本課程教學(xué)使用的案例。為方便學(xué)生研究可以將機械手自由度降低，并且可以將這一個項目分解成幾個問題來進行：首先，忽略各關(guān)節(jié)電機，將機械手各臂視為質(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文件完成機械手端抓取重物移動的數(shù)學(xué)模型分析仿真。在此過程中可以講述M文件編寫的基本輸入方式、矩陣運算、結(jié)構(gòu)語句、基本繪圖命令等。其次，完成動態(tài)圖形的制作，講解句柄圖形、三維圖形的一些基本命令。然后利用Simulink工具箱完成整個機械臂的設(shè)計與仿真，講授Simulink的基本操作以及常用工具箱。此部分還可以插入利用Simulink對M文件進行調(diào)用的內(nèi)容。在教學(xué)中要以學(xué)生為中心進行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主性、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力，留給學(xué)生更多的思考空間、自學(xué)空間，培養(yǎng)學(xué)生閱讀參考書、科技文獻和寫讀書報告的習(xí)慣。

要穿插使用比較、類比啟發(fā)的手段。因為在開設(shè)Matlab課程之前，學(xué)生們已學(xué)過C語言，而且C語言與M文件編程語言語法、命令非常相似，所以在講授基本輸入和M文件編程時可以用類比C語言中命令和操作的方法進行授課。大部分學(xué)生對于Matlab語言的學(xué)習(xí)比較感興趣，認(rèn)為在已經(jīng)學(xué)習(xí)了C語言的基礎(chǔ)上掌握這門課難度并不大。利用這一點，還可以使學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)更有信心。在我以往的授課中取得了很好的效果。

還要用提問的方法對學(xué)生加以啟發(fā)式引導(dǎo)。要使提問具有啟發(fā)性，所提問題須具有實時、新穎、學(xué)生關(guān)心或感覺有意思的特點。提問要遵循學(xué)生認(rèn)識規(guī)律，對于專業(yè)課學(xué)習(xí)較少的大二下學(xué)期或者大三上學(xué)期的學(xué)生要注意其知識構(gòu)成。注重引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識的內(nèi)在聯(lián)系，逐步建立“Matlab基礎(chǔ)知識—理論聯(lián)系實際—Matlab深入了解”的認(rèn)知體系。

四 結(jié)語

經(jīng)常課前、課間、課后與學(xué)生討論或者以不記名調(diào)查問卷的方式接觸、了解學(xué)生對本課程的建議與想法，實時把握學(xué)生們的想法也是上好這門課程的重要一環(huán)。筆者根據(jù)這些討論與心得，已經(jīng)試著制作了包括機械手、射頻信號發(fā)送接收、DC-DC升壓變壓器在內(nèi)的三部案例分別用于不同專業(yè)方向的學(xué)生授課，目前取得了良好的教學(xué)效果。見三兩學(xué)生抱頭研究討論，恍然大悟，齊聲發(fā)出一聲帶著興奮的感嘆，我心亦欣然。

參考文獻

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〔責(zé)任編輯：林勁〕