徐國保
(廣東海洋大學 信息學院,廣東湛江524088)
《Matlab語言及應用》課程教學改革探索與實踐*
徐國保
(廣東海洋大學 信息學院,廣東湛江524088)
Matlab語言是一門非常流行的程序設計高級語言,它被廣泛應用到教學實踐、科學研究、工程研發(fā)、學科建設等領域。為了能滿足應用型本科人才培養(yǎng)需求,對《Matlab語言及應用》課程教學進行改革和實踐。作者分析了Matlab語言及應用課程存在的四方面問題,結合多年使用Matlab語言的實踐經(jīng)驗和講授這門課程的教學經(jīng)驗,提出四點教學改革措施。
Matlab語言;教學改革;教學模式
Matlab語言是一門基于矩陣運算、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)可視化、以及系統(tǒng)建模與仿真等諸多功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中的高級計算機語言。經(jīng)過三十多年的發(fā)展、完善和推廣,Matlab語言已經(jīng)成為國內(nèi)外大學理工科大學生和研究生的通用計算工具,是學習知識和進行科學研究的有力助手,是基礎課、專業(yè)課學習和畢業(yè)論文設計中最常用、最有效的工具。
國內(nèi)外高校都為理工科專業(yè)學生開設了《Matlab語言及應用》課程。近年來,國內(nèi)有很多教師對Matlab語言在課程教學應用做了很多嘗試,取得一定的效果。潘峰結合東北大學電氣信息類專業(yè)《MATLAB語言與科學運算》課程建設與教學改革實踐經(jīng)驗,研究了MATLAB語言課程在電氣信息類專業(yè)教學中的應用[1]。張建珍以汽車動力性計算示例驗證,研究了應用Matlab語言提高理工類專業(yè)課程的教學效率[2]。屈克慶的研究基于Matlab語言的理工科專業(yè)課程教學的優(yōu)點,提出高校課程教學結合Matlab語言的改革和實踐[3]。張華等人針對電類專業(yè)課程特點和社會對人才的需求,提出了matlab應用于電類課程的教改方案,從基礎課和專業(yè)課兩個方面討論[4]。此外,國內(nèi)有很多高校教師對Matlab語言課程教學方法和教學模式進行研究和探討,在課程教學應用做了很多嘗試,取得一定的成效[5-8]。
《Matlab語言及應用》課程是我校通信工程、電子信息工程、自動化和電氣自動化等各電類本科專業(yè)的院級限選課。教師如何在有限的學時內(nèi),讓學生盡可能掌握Matlab語言基本語法、編程技巧和使用方法,應用于基礎課和專業(yè)課的學習,加深對專業(yè)知識的理解,解決專業(yè)課程的問題,是我們Matlab語言課程教學過程中迫切需要思考的問題。本文在該課程教學模式、教學內(nèi)容,教材編寫和教學方法進行了一些改革和探索,取得了較好的教學實踐效果。
目前,Matlab語言及應用課程存在的問題有:
1)課程學時少,一般高校Matlab語言課程學時都是20到40學時。例如廣東海洋大學《2013級人才培養(yǎng)方案》中該課程是24個學時,而《2009級人才培養(yǎng)方案》中該課程是36個學時,學時壓縮了50%。
2)課程內(nèi)容多:MathWorks公司幾乎每年都會推出一到兩個Matlab新的版本,功能越來越強大,軟件覆蓋到數(shù)學分析、計算、自動控制、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理、圖像處理、數(shù)理統(tǒng)計、人工智能、電子系統(tǒng)、通信工程、生物化學和金融系統(tǒng)等眾多領域。每年隨著Matlab功能不斷更新和補充以及新的工具箱開發(fā),Matlab安裝軟件包,體積迅速膨脹,由低版本的1-200M,到目前幾個G。
3)該課程的教學內(nèi)容明顯滯后于新技術的發(fā)展,教學手段仍是傳統(tǒng)的多媒體教學,另外還存在教學方法不當?shù)葐栴}。
4)學生學習計算機語言的積極性不高。大多數(shù)學生都意識不到該計算機語言的重要性。
隨著信息技術飛速發(fā)展,Matlab語言功能越來越強大,內(nèi)容越來越豐富,然而課程學時日益減少?,F(xiàn)有《Matlab語言及應用》的教學內(nèi)容,教學模式,考核形式和教學方法已不能適應新形勢下計算機語言課程教學的要求。
根據(jù)目前Matlab語言及應用課程存在的問題,結合本人在Matlab語言課程多年教學經(jīng)驗,本文提出優(yōu)化和更新教學內(nèi)容,編寫適合的教材,課件制作和教學手段要改革和創(chuàng)新等教學改革措施。
1.優(yōu)化和更新教學內(nèi)容
面對教學學時少,Matlab軟件功能越來越強大,教學內(nèi)容越來越多的矛盾,教師在授課過程中要優(yōu)化和更新教學內(nèi)容,篩選和提煉教學內(nèi)容。
作為一種基于矩陣運算的計算機語言,Matlab語法的介紹是教學重點之一。由于Matlab是一種基于矩陣運算的語言,因此,在課堂上應該重點講解有關矩陣的定義和運算規(guī)則等。在介紹Matlab語言語法時,要同語法特征相似C語言和C++語言對比學習,這樣有助于學生盡快學會Matlab語言的語法。
Matlab涉及的專業(yè)領域非常多,有豐富的工具箱函數(shù),學生只需了解與自己專業(yè)領域相關的功能即可。在教學中,任課教師要考慮聽課學生的專業(yè)背景,有針對性地講解與其專業(yè)相關的工具箱函數(shù),將功能相似的一類函數(shù)一起講解,講解幾個有代表性的函數(shù),點到為止。Matlab語言具有完備強大的幫助系統(tǒng),應教會學生使用help和look for幫助函數(shù)以及在線幫助系統(tǒng),幫助文檔一般都會給出函數(shù)的功能、語法、參數(shù)說明外,還給出具體例子。學生通過學習給出的函數(shù)例子,能更好地了解該函數(shù)的用法。
每次課程,任課教師講授理論知識和Matlab函數(shù)之后,要根據(jù)不同專業(yè)學生的背景,選取和講解幾個本專業(yè)實際問題的例子,提高學生分析和解決實際問題能力。
2.編寫適合的教材
目前市面上有很多參差不齊,難易不適的Matlab語言教材,不太適合我校大電專業(yè)學生使用。從我校學生整體基礎不太好的實際情況出發(fā),結合我校通信工程、電子信息工程、自動化和電氣工程及其自動化四個專業(yè)特點及應用,組織編寫一本適合我校學生學習的教材顯得尤為必要。
本書的特點是先介紹Matlab軟件基本語法,主要功能知識和基本函數(shù),然后介紹Matlab在電子,自動化和通信專業(yè)中的應用問題,最后給出Matlab實驗。本書主要內(nèi)容如下:Matlab語言概述,Matlab矩陣及其運算,Matlab程序設計,Matlab數(shù)值計算,Matlab符號計算,Matlab繪圖及圖像處理基礎,Matlab Simulink仿真,Matlab在電子信息工程專業(yè)應用,Matlab在自動化專業(yè)應用,Matlab在通信工程專業(yè)應用。
3.課件制作要改革和創(chuàng)新
Matlab語言的函數(shù)、代碼以及幫助文件等都是英文,所以課件制作上盡量要用英文,少用中文,課件例子也盡量用英文表述。課件在制作例子時候,例子的代碼要晚一兩分鐘顯示出來,這樣可以留一點時間給學生思考,或者教師在黑板上帶領學生一句一句編寫代碼,這樣更能激發(fā)學生學習語言的積極性。
在制作第一次課件時候,為了調(diào)動學生的學習興趣,可以介紹Matlab語言的作用。通過介紹相關專業(yè)課程中的經(jīng)典仿真案例,Matlab軟件自帶的Demo和Example,還可以簡單講解本人在博士碩士論文用Matlab編程實現(xiàn)算法的思路,并演示實驗結果,來說明Matlab語言在不同領域和不同專業(yè)應用狀況??紤]到大一學生還未開始學習專業(yè)課程,缺乏對專業(yè)的認識,實際例子和仿真案例的講解不宜過細,點到為止,讓學生知道Matlab語言對今后課程和專業(yè)的學習是有用的。
另外每次課件后面要結合學生的專業(yè),找到相應的實際問題,給出代碼和結果,這樣提高學生學習Matlab語言的積極性。在介紹基本語法結束后,最后一次課件中,應該重點講解Matlab語言解決本專業(yè)的問題。讓學生知道今后學習專業(yè)課時候,Matlab語言是有用的。
4.教學手段要改革和創(chuàng)新
Matlab語言的理論教學要建立以多媒體授課為主、以板書為輔的授課模式。要在黑板上推導一些簡單的理論公式,這樣有助于培養(yǎng)學生邏輯思維和邏輯推理能力。授課地點應該改在電腦機房里進行,這樣學生可以在老師講解Matlab函數(shù)時候,可以在電腦上操作,在Matlab環(huán)境下調(diào)用函數(shù),查看函數(shù)幫助文件,更容易,更直觀學習和掌握函數(shù)的使用。老師講解完例題后,學生可以在電腦里輸入例題代碼,運行代碼,很直觀的查看到代碼的結果,這樣將枯燥的代碼和函數(shù)變?yōu)榻鉀Q實際問題的工具和方法,從而激發(fā)學生學習計算機語言的興趣,提高了學習效果。
此外,課堂上應多引入實例。教師提出實際問題,先讓學生思考一會,然后畫出流程圖,再給出Matlab程序代碼,最后對程序代碼進行詳細講解。這種實例教學模式既能提高學生的學習興趣和學習效率,又能培養(yǎng)學生的分析和思考問題能力。
另外,還需教會學生自主學習方法,教師可以在有限學時內(nèi)講解基本語法和必要的教學內(nèi)容外,更多的教學內(nèi)容可放手讓學生自學,可以利用互聯(lián)網(wǎng)資源和Matlab的在線幫助系統(tǒng)尋求幫助,這樣提高了學生的學習興趣以及分析問題、解決問題的能力,解決了“教學學時越來越少和Matlab語言內(nèi)容越來越多”的矛盾。
Matlab語言在教學、科研和工程計算中應用越來越廣泛,高校很多專業(yè)均開設了 《Matlab語言及應用》課程。本文分析了Matlab語言及應用課程存在課程學時少,內(nèi)容多,教學內(nèi)容滯后,學生學習興趣不高等問題。結合本人多年的Matlab語言教學經(jīng)驗,提出優(yōu)化和更新教學內(nèi)容,編寫適合的教材,課件制作、教學手段要改革和創(chuàng)新等教學改革措施。以期為Matlab語言教學效果的提高提供一些有益的建議。
[1]潘峰,薛定宇,陳大力,崔建江,MATLAB語言課程在電氣信息類專業(yè)教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2009,31(9):57-59,68.
[2]張建珍,陳振斌,何金戈,Matlab在理工專業(yè)課程教學中的應用 [J].海南大學學報自然科學版,2010,28(3):276-278.
[3]屈克慶.MATLAB仿真在電力電子實踐教學中的應用[J].中國電力教育,2014(12):132-133
[4]張華,李莉莉,劉玉良,單海校,Matlab應用于電類課程教學改革的探討[J].浙江海洋學院學報(自然科學版),2010,29(3):284-287,291.
[5]吳涓,宋愛國,溫秀蘭,“Matlab語言與應用”課程教學設計探討[J].電氣電子教學學報,2010,32(6):10,11,16.
[6]李秀瀅,王建新,彭靜.Matlab教學中任務驅(qū)動式教學法的應用[J].電氣電子教學學報,2010,32(2):104,105, 113.
[7]劉曉玉,基于教學目標的MATLAB語言課程教學方法探索[J].計算機教育,2015,(3):59-61,93.
[8]彭代慧,祝詩平,傘磊.“引導式面向?qū)ο蟆苯虒W法在MATLAB課程中的應用研究 [J].中國電力教育,2013 (31):105-106.
(編輯:郭桂真)(編輯:郭桂真)
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A
1673-8454(2016)24-0013-03
本文系廣東海洋大學2014年度教育教學改革項目(XJG201444)的研究成果。