如何在MATLAB語言教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力

曹玉東　王冬霞　孫福明　周城旭

摘要：學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)是高等教育的根本，掌握一門計算機編程語言是學(xué)生必須具備的基本技能。MATLAB語言代表了當(dāng)今科學(xué)計算軟件的先進水平，將數(shù)值分析、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化和專業(yè)級仿真等諸多功能集成在一個視窗環(huán)境內(nèi)。針對MATLAB語言教學(xué)中的不足，提出了一些改進措施和方法，教學(xué)實踐和反饋結(jié)果表明改進后的教學(xué)模式有效地提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；教學(xué)改革；MATLAB教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0099-02

近些年，高等教育的培養(yǎng)規(guī)模不斷變大，由此產(chǎn)生了很多弊端。我國的本科生和研究生普遍缺乏創(chuàng)新能力，學(xué)術(shù)成果質(zhì)量不高，實踐應(yīng)用能力較弱，科研實踐參與度低，與西方發(fā)達國家的高等教育相比，存在著較大的差距。遼寧工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）在電子與通信類的碩士研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，也做了積極探索[1，2]。MATLAB已經(jīng)成為高校教學(xué)和科研的有力工具，很多高等院校都為本科生和研究生開設(shè)了相關(guān)的MATLAB語言課程。另外，很多專業(yè)類課程采用的教學(xué)模式通常都是“理論+實驗”的形式[3]，大量的專業(yè)仿真實驗都是借助MATLAB語言實現(xiàn)的。此外，MATLAB語言也成為本科生和研究生完成畢業(yè)論文和參加科研創(chuàng)新活動的重要工具。因此，研究MATLAB語言教學(xué)模式對學(xué)生創(chuàng)新能力的影響有很大的必要性。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足

1.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式缺乏創(chuàng)新。很多高校存在的問題是教學(xué)計劃設(shè)置欠合理，教學(xué)內(nèi)容陳舊，跟不上時代發(fā)展的最新要求，無法滿足科研及工程技術(shù)發(fā)展的需要。

2.大班形式授課。教師僅注重理論和方法的講授，研究生教學(xué)繼續(xù)沿用本科的方法，采用填鴨式的教育模式，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，很難達到課程的目標(biāo)。

3.考核方式死板。單純的筆試考核容易讓學(xué)生陷入死記硬背的復(fù)習(xí)模式，造成學(xué)生的分數(shù)很高，但是工程實踐能力很弱，也無法評價學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)。有些高校采用提交課程論文的方式考核學(xué)生，但是很多學(xué)生生吞活剝，原樣拷貝和粘貼網(wǎng)絡(luò)資源，不能真正完成MATLAB課程的教學(xué)任務(wù)[4]。

二、課程的教學(xué)改革措施

現(xiàn)在，MATLAB語言已經(jīng)成為科學(xué)工作者、教師和學(xué)生在科研和學(xué)習(xí)中的得力助手，在MATLAB語言教學(xué)中提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力勢在必行。經(jīng)過授課教師的共同努力，總結(jié)教改措施如下：

1.采用提出問題解決問題的教學(xué)模式。思維的內(nèi)動力是問題意識，它是孕育創(chuàng)新精神的載體。一切創(chuàng)新都源于對問題的發(fā)現(xiàn)，而發(fā)現(xiàn)問題又源于強烈的問題意識[5]。所以說培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力應(yīng)始于問題意識?，F(xiàn)在多數(shù)學(xué)生不善于思考和提出問題，作為教師，要想方設(shè)法激發(fā)學(xué)生的問題意識，促使其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

2.改革現(xiàn)行的班級設(shè)置，按照學(xué)生的基礎(chǔ)進行分層次教學(xué)，如果條件允許，在機房授課，增加學(xué)生動手實踐的機會。研究生入學(xué)前就讀不同層次的高校，既有應(yīng)屆的學(xué)生，又有工作幾年后重新回到課堂的學(xué)生。他們?nèi)雽W(xué)前的水平參差不齊，學(xué)習(xí)能力各不相同，有的在本科階段學(xué)習(xí)和使用過MATLAB語言，有的則沒有接觸過MATLAB語言。根據(jù)學(xué)生的情況來安排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式，有助于迅速改善教學(xué)效果。

3.教學(xué)手段可以多樣化?？梢圆扇≌n堂講授、與學(xué)生互動、學(xué)生課前閱讀相關(guān)文獻材料和教師總結(jié)提高等多種教學(xué)形式。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和實踐能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，開拓學(xué)生的視野。教師還應(yīng)積極應(yīng)用微課和慕課等新型教育技術(shù)和方法，從多角度和多方位把知識傳遞給學(xué)生，有助于提高教學(xué)效果。增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將實驗內(nèi)容分為基礎(chǔ)型實驗、設(shè)計型實驗和創(chuàng)新型綜合性實驗三層次[6]。

4.強化教師的主導(dǎo)作用。教師在教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法，強化和培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，進而提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。此外，教師應(yīng)該把自己的科研項目和最新的前沿科技信息融合到MATLAB教學(xué)中，強化學(xué)生的專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，在MATLAB教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

5.由簡到難，融入算法分析思想，啟發(fā)學(xué)生利用多種技術(shù)和優(yōu)化算法解決問題。MATLAB語言對循環(huán)語句的處理速度比較慢，進一步考慮能否用矢量或矩陣運算的方法直接解決。例如，可以利用for循環(huán)實現(xiàn)傅立葉變換的定義式，并畫出頻譜圖。然后利用向量內(nèi)積形式取代循環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傅立葉變換，其執(zhí)行時間明顯減少。最后再介紹利用MATLAB語言的內(nèi)部函數(shù)FFT實現(xiàn)快速傅立葉變換。很多電子和通信專業(yè)的研究生在本科階段沒有掌握足夠的計算機知識，甚至不清楚遞歸和迭代的概念。在授課過程中，可以結(jié)合具體例題或案例，給學(xué)生講授相關(guān)知識，提高學(xué)生的自主編程能力。在布置編程作業(yè)時，有意識地強調(diào)學(xué)生必須使用不同的方法或指定某些方法來實現(xiàn)等，讓學(xué)生理解程序設(shè)計語言作為一種工具，必須不斷追求更好的使用效果，而不能僅僅以解決當(dāng)前問題為目標(biāo)?？梢曰谌缦聝牲c考慮在MATLAB語言教學(xué)中融入算法設(shè)計內(nèi)容：其一，MATLAB編程和調(diào)試比VB還要簡單，比較易學(xué)易用，學(xué)生可以有更多的時間去設(shè)計和分析算法；其二，電子通信專業(yè)的學(xué)生對算法設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等計算機方面的知識了解不多，掌握不夠，需要補充這方面的知識。

6.優(yōu)化課程考核方式。不能只考核學(xué)生對知識的理解程度，還要考核學(xué)生是否具備分析和解決新問題的能力，優(yōu)化課程考核方式能夠高學(xué)生的創(chuàng)新能力，把學(xué)習(xí)重點和注意力遷移到對知識的消化、發(fā)展和創(chuàng)新上，同時把學(xué)生在平時學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)作為成績考核的內(nèi)容之一[7]。為了能真實客觀地考核學(xué)生運用知識和創(chuàng)新能力水平，增加了上機考核項目，以考核學(xué)生的實際動手能力。

三、MATLAB課程教學(xué)效果反饋

通過與高年級在校本科生座談、和碩士畢業(yè)生郵件溝通的方式，了解學(xué)生對語言類課程教學(xué)的想法和建議。從我校學(xué)生的反饋結(jié)果看，學(xué)生對MATLAB的教學(xué)效果持肯定態(tài)度，多數(shù)學(xué)生希望能進一步提高實踐類課程的授課學(xué)時。連續(xù)對2014屆和2015屆電子與通信類碩士畢業(yè)生論文答辯做了跟蹤調(diào)查，學(xué)生在完成畢業(yè)論文期間，都不同程度地使用了MATLAB軟件。近幾年，我校研究生MATLAB語言應(yīng)用能力逐年提高，學(xué)生踴躍報名參加了全國數(shù)學(xué)建模競賽、電子設(shè)計競賽、挑戰(zhàn)杯科技作品競賽、智慧城市技術(shù)與創(chuàng)意設(shè)計大賽等各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，取得了不錯的成績。在已經(jīng)公布成績的2016年研究生數(shù)學(xué)建模競賽中獲得國家三等獎2項，2016年華為杯中國研究生電子設(shè)計競賽中獲得東北分賽區(qū)一等獎1項，二等獎8項，三等獎7項。

四、結(jié)束語

在MATALB課程教學(xué)結(jié)束后，堅持讓學(xué)生做到學(xué)習(xí)期間不斷線，將MATLAB的應(yīng)用延伸到研究生日常的學(xué)習(xí)和科研活動中，可以有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]曹玉東，孫福明，王冬霞，關(guān)維國.研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐與探索[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2016，18（3）：92-94.

[2]關(guān)維國，魯寶春，王冬霞，李光林.電子信息類大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索與實踐[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2015，17（3）：120-123.

[3]劉莉，陶強.計算機專業(yè)基礎(chǔ)課實驗教學(xué)模式研究[J].計算機教育，2011，（12）：107-112.

[4]甘玲.基于項目開發(fā)的面向?qū)ο蠓椒ㄕn程教學(xué)新模式[J].計算機教育，2014，（4）：43-46.

[5]常順英，林彤.研究生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2006，（05）：106-109.

[6]王冬霞，周軍，謝文閣，曹玉東，關(guān)維國.以培養(yǎng)“卓越工程師”為目標(biāo)創(chuàng)新電子信息類人才培養(yǎng)模式之課程體系建設(shè)[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2014，16（6）：90-91.

[7]陳慰宗.加強理工科研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].科技人才市場，2001，（04）：36-37.