MATLAB課程任務(wù)驅(qū)動教學的研究與應(yīng)用

劉麗，朱學玲

（安徽新華學院 信息工程學院，安徽 合肥 230088）

MATLAB課程任務(wù)驅(qū)動教學的研究與應(yīng)用

劉麗，朱學玲

（安徽新華學院 信息工程學院，安徽 合肥 230088）

通過對現(xiàn)有教學方式的分析，指出當前存在的問題，分析課程教學特點，剖析了課程教學改革的必要性；在已有教學方式的基礎(chǔ)上，加入任務(wù)驅(qū)動方式教學，提高課程應(yīng)用型；根據(jù)任務(wù)驅(qū)動教學的需要，合理設(shè)置教學方法，增強學生學習興趣.

任務(wù)驅(qū)動；教學改革；應(yīng)用型

MATLAB程序設(shè)計是一門應(yīng)用型較強的計算機仿真課程，作為信息管理與信息技術(shù)的一門專業(yè)課，學生在大三上學期會接觸到這門課程.教師在教學中，主要采用的是理論和實踐相結(jié)合的授課形式，在機房完成教學，教師在同步完成演示之后，會布置相關(guān)的內(nèi)容給學生隨堂完成.在授課的過程中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如學生不能夠很好的掌握語言的特點，對于相關(guān)的例子，缺乏舉一反三的能力，究其原因，在教與學的過程中總是存在隔閡，學生不能很好的理解課程的內(nèi)容，教學上還存在一些缺陷[1].基于這些問題，課程需要進行改革，在教學方法上加入任務(wù)驅(qū)動元素.

1 任務(wù)驅(qū)動式教學法的特點

任務(wù)式驅(qū)動教學是教師與學生在教學的過程中，圍繞一個共同的任務(wù)，通過學習者的自主探索和相互協(xié)作，來解決教學任務(wù)的一種實踐活動[2].教師在設(shè)計任務(wù)時，要根據(jù)學生的特點合理地完成任務(wù)分配，通過啟發(fā)式、分組式教學，讓學生找到解決任務(wù)的方式，在這個過程中，不但提高了學生分析問題解決問題的能力，還可以加強學習小組的配合度，在任務(wù)的解決過程中讓學生體會這門課程究竟能完成哪些功能是與他們的專業(yè)更加緊密相關(guān)的，并且進行專業(yè)化的訓練，強化課程內(nèi)容，完成專業(yè)課程體系的關(guān)聯(lián)性教學.通過任務(wù)驅(qū)動教學，讓學生從被動接受轉(zhuǎn)化為主動學習，學習效能提高，學習興趣增強[3].圖1為任務(wù)驅(qū)動式教學的組成形式.

2 MATLAB課程任務(wù)分解

MATLAB程序設(shè)計的課程改革中，將模塊化教學加入課程模塊，主要是把整個課時時間分段利用，以基礎(chǔ)模塊為主線，專業(yè)模塊為支撐，實訓模塊為亮點，將三個模塊有機的結(jié)合起來，并且穿插在教學中，這樣可以最大化地提高教學效率，增強學生的動手能力.根據(jù)課程不同模塊的特點，在任務(wù)設(shè)置時合理分配，由淺入深，讓學生通過提出問題，分析問題和解決問題的模式，將知識點融會貫通，提高應(yīng)用水平.

（1）基礎(chǔ)模塊是課程的入門階段，在這個模塊的教學中，主要以MATLAB工具的基本功能為主線，將工具的典型性應(yīng)用方面做重點的介紹.學生在剛接觸MATLAB時，需要通過大量的實例來鞏固認識，在任務(wù)的設(shè)置方面，主要是在各個章節(jié)設(shè)置單元任務(wù)，學生通過簡單的任務(wù)，先學習解決問題的方法，在任務(wù)的驅(qū)動下將所學的知識點合理掌握，提升了學習的積極性.

（2）專業(yè)模塊側(cè)重的是對專業(yè)知識的應(yīng)用，讓學生將MATLAB應(yīng)用于以往所學的專業(yè)課程中，學生對自己所學的內(nèi)容進行實例應(yīng)用并且能夠?qū)⑶昂笏鶎W的專業(yè)課內(nèi)容聯(lián)系起來，側(cè)重應(yīng)用型教學，讓學生明白學這個東西到底有什么用，能夠結(jié)合實際使用才是真正有用的東西.專業(yè)模塊的任務(wù)設(shè)置時要結(jié)合課程性質(zhì)，例如電路課程，在仿真時主要應(yīng)用的是Simulink圖形庫仿真，在任務(wù)分配時，首先要讓學生明確電路課程里的相關(guān)知識點，然后將電路里需要解決的問題轉(zhuǎn)化成為MATLAB工具箱所能完成的問題，在這個過程中，學生需要掌握的是解決專業(yè)問題的方法，通過將專業(yè)知識點與MATLAB的結(jié)合，讓學生理解MATLAB究竟能做什么，同時將專業(yè)知識的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實體仿真，加深了學生對于電路知識的進一步了解，努力讓學生在這個過程中學會知其然，并知其所以然，提高學習興趣.

這樣的應(yīng)用在高數(shù)微積分、曲線擬合、繪圖，界面生成以及仿真模型的建立等方面都有結(jié)合的部分，在任務(wù)分配時主要以專業(yè)知識點為切入口，結(jié)合MATLAB編程，合理設(shè)置任務(wù)難度，讓學生可以通過努力完成任務(wù)要求，增強學習興趣.在教學時加強實例教學，強化學生對專業(yè)課的理解，同時提高學生的動手能力，知識能力水平得到進一步的提升[4].

（3）課程在前兩個模塊的基礎(chǔ)上，在后期可以加入實訓模塊，側(cè)重學生綜合能力的培養(yǎng)，主要實現(xiàn)綜合性教學，實訓模塊主要側(cè)重內(nèi)容的交叉和實際動手的能力培養(yǎng)，通過小組合作，分工協(xié)作，對某一個專業(yè)方向的內(nèi)容進行應(yīng)用.

教師在任務(wù)制定時可以提前和學生溝通，對于學生感興趣的或者比較愿意去實現(xiàn)的內(nèi)容可以加入任務(wù)選項，在任務(wù)分配時要注意任務(wù)的難度，選擇合適的教學手段，組織學生進行小組討論，將任務(wù)進行分解，讓每個學生負責集體任務(wù)的一部分[5].通過不斷的討論，完成解決任務(wù)的過程，教師需要起到引導的作用，把更多的自主權(quán)利交給學生團隊，在任務(wù)解決的過程中，學生可以最大化的發(fā)揮主觀能動性，提升自身能力.

3 任務(wù)的具體完成實例

學生在進行任務(wù)實現(xiàn)的過程中，往往需要接觸的是全新的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，這對學生是個挑戰(zhàn)，也是增強學習能力的好的方法.現(xiàn)以圖形處理界面作為任務(wù)，分解相關(guān)任務(wù)量.

3.1 任務(wù)布置

①要求學生以5人一個團隊，完成對于LINA圖的相關(guān)圖像處理，包括圖像灰度處理，平滑濾波，直方圖等多種圖像預(yù)處理的效果實現(xiàn)；

②在圖像預(yù)處理的基礎(chǔ)上完成Roberts,Sobel,Log,Canny和Prewitt五種邊緣檢測算子的效果圖，并比較各種算子的特點；

③在完成圖像處理的基礎(chǔ)上將內(nèi)容與GUI圖形界面相結(jié)合，生成可視化界面，加強程序的可視化.

3.2 任務(wù)準備階段

在學習MATLAB之前學生沒有任何圖像處理方面的知識，這對學生來說是一個自主學習的好機會.在任務(wù)分配以后，在組長的帶領(lǐng)下，團隊進行了分工，各自負責圖像處理的MATLAB預(yù)處理實現(xiàn)、邊緣檢測算子的功能實現(xiàn)和GUI的界面設(shè)計三個部分，學生通過大量查找書籍和閱讀論文，收集了很多的資料，在課程上結(jié)合MATLAB工具進行源程序編寫，在大量的試驗后尋找到合適的解決路徑，為任務(wù)的順利完成奠定了基礎(chǔ).

3.3 任務(wù)的實現(xiàn)過程

圖2 LINA界面

圖3 圖像預(yù)處理界面

圖4 邊緣檢測算子界面

在實現(xiàn)LINA圖形的處理及生成可視化界面的任務(wù)要求下，都需要結(jié)合MATLAB的相關(guān)功能模塊完成，教師在任務(wù)布置的同時，給出學生解決問題的方向，具體的方法由學生自行討論，尋找一條最優(yōu)化解決路徑.在圖形處理的階段，學生通過自學專業(yè)知識，掌握了圖形處理的MATLAB庫函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上進行了語言編程，強化了對MATLAB工具的認知；在可視化界面生成部分，學生根據(jù)界面的特點，完成了界面的設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上，添加了個性化控件，在這個過程中，學生明白了如何把語言和界面進行整合.具體的實現(xiàn)界面如圖2、3、4所示.這些內(nèi)容只有通過學生自身的實踐才能被真正掌握，通過小組合作的方式，在任務(wù)驅(qū)動的教學方法下，學生的學習積極性加強，同時也完成了深層次的應(yīng)用，加深了學生對于MATLAB工具的認知.

在任務(wù)的完成過程中，學生可以根據(jù)自己的實際情況選取適合自己的目標，也可以把自己感興趣的內(nèi)容提出，完成實體的設(shè)計，形成規(guī)范的文字性材料，這樣就把學生以前學習的東西和現(xiàn)在的MATLAB語言結(jié)合了起來，既能夠?qū)ATLAB得以實際的應(yīng)用，也能把現(xiàn)今所學的知識和自身專業(yè)相結(jié)合，提高了學生的動手能力，也增加了課程的趣味性.通過這個LINA圖形設(shè)計的過程，我們看到了學生的進步，也充分相信學生能在老師的引導下完成任務(wù)，在上課的內(nèi)容中，學生通過努力完成了以上的界面，在這些界面中，還是多采用控件形式而未發(fā)揮菜單的作用，在和團隊的交流過程中，也給大家提出了更高的要求，希望有興趣的同學在課下繼續(xù)完成界面的整合，設(shè)計出更加完善的圖形界面，將更多的內(nèi)容有序的進行排列，這樣才能更好地理解界面的用途.

4 結(jié)語

MATLAB是一個實用性很強的工具，在目前的職業(yè)需求上也是很熱門的一個軟件，由于它在專業(yè)課程的仿真上基本上都能找到相關(guān)的方法，對于這個軟件的學習也可以進行專業(yè)上的推廣，不同的專業(yè)根據(jù)自身的特色選取合適的知識點進行教學會起到比較好的作用.在教學過程中，采用任務(wù)驅(qū)動的方式，可以提高學生的自學能力和團隊配合力，也對教師提出了更高的要求.教師在合理設(shè)置任務(wù)的同時，也需要通過學生的反饋來衡量任務(wù)的難度設(shè)置是否合理.在完成基礎(chǔ)任務(wù)的同時，根據(jù)不同學生的特點，可以適當?shù)脑鲈O(shè)一些提高性的任務(wù)，這樣才能充分調(diào)動不同狀態(tài)學生的學習熱情，也不會讓一些基礎(chǔ)較差的學生感覺壓力過大，而喪失對學習的熱情.在以后的教學中，我們還會繼續(xù)總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，讓學生在任務(wù)驅(qū)動的教學方法下，能夠獲得更多的成長.

〔1〕秦紅.地方本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的實踐與思考[J].高等工程教育研究，2016（02）.

〔2〕趙振寧,方志剛,高云.“任務(wù)驅(qū)動法”與“講授法”在教學中的對比研究[J].大學教育,2015（01）.

〔3〕李秀坤,婁久,張巖.“自適應(yīng)”任務(wù)驅(qū)動實驗教學模式研究與實施[J].實驗技術(shù)與管理,2015（05）.

〔4〕劉陽,譚珺雋,王傳林,馬明蘭,張琳.試點學院框架下應(yīng)用型人才培養(yǎng)實踐教學體系的構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2016（01）.

〔5〕周本海.探析matlab教學中任務(wù)教學法的應(yīng)用[J].信息技術(shù)教學與研究,2015（08）.

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安徽新華學院教學改革項目（2014jgkcx08）