以MATLAB及其應(yīng)用課程為例的課程思政探索

周紅標(biāo) 趙環(huán)宇 劉曉洋 陳良海

摘? 要：課程思政旨在通過構(gòu)建全員全程全方位育人的大格局，實(shí)現(xiàn)立德樹人這一高等教育的根本任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)MATLAB課程學(xué)習(xí)與思想政治教育相互交融的目的，文章從課程思政建設(shè)背景、課程教學(xué)現(xiàn)狀、課程思政元素融入點(diǎn)和課程教學(xué)改革四個(gè)方面進(jìn)行了探討，并初步提出了在提高學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者有機(jī)統(tǒng)一的可行路徑。

關(guān)鍵詞：課程思政;MATLAB及其應(yīng)用;教學(xué)改革

中圖分類號：G641? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）03-0179-04

Abstract： The purpose of curriculum ideological and political education is to realize the fostering of character and civic virtue through constructing the whole process and all-round education pattern， which is the fundamental task of higher education. To realize the integration of MATLAB course learning and ideological education， the background of ideological and political construction， the status of curriculum teaching， the integration of ideological and political elements， and the curriculum teaching innovation are discussed in this paper. In addition， the feasible path of cultivating students' patriotic feelings and realizing the organic unity of value building， knowledge imparting and ability training while improving students' innovation ability is proposed.

Keywords： ideological and political education; MATLAB and Its Application; teaching innovation

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上指出，“高校思想政治工作關(guān)系到高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個(gè)根本問題。要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿于教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！睘榇?，教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，要求高等院校全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用[1]。在此之前，思政工作主要是由專職思政教師負(fù)責(zé)，專業(yè)課教師幾乎不會(huì)在課堂中專門去講思政。因此，新形勢下專業(yè)課教師必須樹立“守好一段渠，種好責(zé)任田”的育人意識，充分挖掘?qū)I(yè)課程蘊(yùn)含的思政元素，將其無縫集成到專業(yè)教學(xué)當(dāng)中，與思政課程形成協(xié)同育人效應(yīng)[2]。同時(shí)，引入以成果為導(dǎo)向的工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，構(gòu)建“三全育人”的培養(yǎng)體系，提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。本文以MATLAB及其應(yīng)用課程為例，圍繞課程思政建設(shè)目標(biāo)，認(rèn)真梳理課程教學(xué)存在的問題，初步提出了思政案例庫建設(shè)、課程教學(xué)改革等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的可行措施，以期在提高學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者之間的有機(jī)統(tǒng)一。

一、課程思政建設(shè)思路

MATLAB及其應(yīng)用是高等工科院校一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，開設(shè)該課程的專業(yè)較多，包括數(shù)學(xué)、自動(dòng)化、電子信息、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、金融、管理等專業(yè)。MATLAB的應(yīng)用領(lǐng)域較為寬廣，包括數(shù)據(jù)分析、信號處理、圖像處理、語音識別、自動(dòng)控制、金融量化、股票投資等領(lǐng)域[4]。由于其強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算能力，MATLAB受到研究者的廣泛關(guān)注[5]。

在本專業(yè)2020版大綱中，MATLAB課程的主要教學(xué)內(nèi)容如下：（1）MATLAB概述;（2）MATLAB數(shù)據(jù)類型;（3）MATLAB數(shù)組運(yùn)算;（4）MATLAB矩陣運(yùn)算;（5）MATLAB數(shù)值分析;（6）MATLAB符號計(jì)算;（7）MATLAB程序流程控制;（8）MATLAB繪圖;（9）MATLAB圖形用戶界面;（10）Simulink系統(tǒng)仿真;（11）基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出水總磷預(yù)測;（12）基于粒子群優(yōu)化算法的城市交通信號優(yōu)化;（13）基于模糊邏輯控制的污水處理過程多變量控制。

目前，MATLAB及其應(yīng)用課程教學(xué)存在以下問題：

一是教學(xué)方式固化。目前采用“滿堂灌、填鴨式”的教學(xué)方式，有限的授課課時(shí)根本無法保證學(xué)生能夠消化吸收基礎(chǔ)理論知識和掌握足夠的解題技巧。

二是教學(xué)理念落后。目前采用“理論講解、算法仿真、知識點(diǎn)考查”三步走的教學(xué)理念，學(xué)生只能硬記知識點(diǎn)以應(yīng)付考試，不知道如何運(yùn)用MATLAB去解決本專業(yè)復(fù)雜的工程問題，并獲取創(chuàng)新成果。

三是教學(xué)內(nèi)容陳舊。目前采用基礎(chǔ)操作和簡單編程作為授課內(nèi)容，無法為本專業(yè)學(xué)生后續(xù)從事數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)建模、運(yùn)行優(yōu)化和自主控制等方面的研究提供足夠的技術(shù)儲備。

四是考核手段單一。目前采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試的考核手段，無法保證很好地定量分析學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，更無法衡量學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

對于高校人才培養(yǎng)工作的三個(gè)根本問題，MATLAB課程給出的答案也不令人滿意。從培養(yǎng)什么樣的人來看，目前從事人工智能算法研究的學(xué)者把大部分精力放在了研究對象和研究算法身上，不自覺地忽視了MATLAB對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要作用，致使學(xué)生的編程能力達(dá)不到創(chuàng)新實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。從如何培養(yǎng)人來看，包括MATLAB在內(nèi)的專任教師一般只關(guān)心如何解決技術(shù)層面的問題，很少深入學(xué)習(xí)中國特色社會(huì)主義理論，知識儲備無法支撐課程思政建設(shè)。從為誰培養(yǎng)人來看，目前高校優(yōu)秀人才流失的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，尤其是青年學(xué)生赴國外深造，繼而留在國外工作的例子不勝枚舉。讓學(xué)生學(xué)習(xí)好MATLAB，將其用于社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“為黨育才、為國育才”，才是對這一問題的正確解答[3]。

因此，本文從課程思政建設(shè)思路、課程思政案例庫建設(shè)、課程教學(xué)改革探索三個(gè)方面闡述如何將課程思政與課程教學(xué)相結(jié)合，在提高學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，實(shí)現(xiàn)德育與才育的有機(jī)統(tǒng)一。圖1給出了課程思政建設(shè)思路及目標(biāo)。

圍繞課程思政背景下MATLAB及其應(yīng)用課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，本項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出了“線上+線下、互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代教育、MATLAB+智能算法、案例項(xiàng)目庫+思政案例庫”四位一體的教學(xué)模式，與科技企業(yè)共建智能算法實(shí)驗(yàn)室，并力爭打通專業(yè)學(xué)習(xí)線、能力訓(xùn)練線、課程共建線和三庫交融線，挖掘課程思政元素，將項(xiàng)目導(dǎo)向和成果導(dǎo)向教育（OBE）理念融入到應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)過程，在提高學(xué)生動(dòng)手操作、創(chuàng)新實(shí)踐、自主學(xué)習(xí)等能力的同時(shí)，樹立優(yōu)良的學(xué)風(fēng)，弘揚(yáng)科學(xué)精神，激勵(lì)學(xué)生報(bào)效祖國、服務(wù)人民、奉獻(xiàn)社會(huì)。

二、課程思政案例庫建設(shè)

MATLAB課程具有理論與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，本專業(yè)安排在計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)室開展該課程的教學(xué)工作。因此，在挖掘課程思政元素的同時(shí)，要充分考慮課程特點(diǎn)，在主講教師授課和學(xué)生動(dòng)手操作兩個(gè)不同的教學(xué)環(huán)節(jié)需要編排不同的課程思政案例。課程組首先對MATLAB章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行分析，選定可以融入思政元素的教學(xué)單元以及具體知識點(diǎn);然后多渠道多角度查閱革命先輩、社會(huì)主義建設(shè)者、新時(shí)代英雄等的光輝事跡，采取文字、圖片、聲音、影像等形式向?qū)W生傳遞正確的世界觀、價(jià)值觀和人生觀。根據(jù)主要教學(xué)內(nèi)容，表1列出了MATLAB課程思政案例庫中部分思政元素融入點(diǎn)。

三、課程教學(xué)改革探索

“四位一體”教學(xué)模式的核心在于打通四條線，即專業(yè)學(xué)習(xí)線、能力訓(xùn)練線、課程共建線、三庫交融線。課題組根據(jù)MATLAB課程的教學(xué)特點(diǎn)，初步規(guī)劃了可行的實(shí)施路徑，如圖2所示。

具體表述如下：

一是打通數(shù)學(xué)、MATLAB、智能算法這條專業(yè)學(xué)習(xí)線。盡管本課程主要內(nèi)容只是MATLAB的編程基礎(chǔ)，但是也涉及矩陣論的知識，需要學(xué)生具有較深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。此外，新增的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模、群智能優(yōu)化、模糊智能控制等前沿知識也涉及導(dǎo)數(shù)的鏈?zhǔn)椒▌t以及復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。因此，課題組利用課余時(shí)間、假期時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)課堂資源，采用線上授課形式，強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)生對人工智能算法的深入理解和靈活運(yùn)用也不是一蹴而就的，不僅需要借助MATLAB平臺實(shí)現(xiàn)算法的模擬仿真，而且也需要將算法代入到具體的工程案例中去以實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此，課題組提前建好教學(xué)群，引導(dǎo)學(xué)生前期打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，強(qiáng)化矩陣計(jì)算能力，后期用好智能算法，實(shí)施探究式案例教學(xué)。

二是打通傳統(tǒng)課堂授課、線上自主學(xué)習(xí)、課外創(chuàng)新實(shí)踐、學(xué)科競賽這條能力訓(xùn)練線。課程組構(gòu)建了MATLAB網(wǎng)絡(luò)課堂，發(fā)布教學(xué)文件、微課視頻、試卷庫、典型工程案例、數(shù)學(xué)建模競賽等教學(xué)資源。授課地點(diǎn)也不再囿于傳統(tǒng)形式上的教室，而是加大網(wǎng)絡(luò)課堂份額，提高學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)能力[6]。此外，逐步加大課外實(shí)踐環(huán)節(jié)份額，從期中智能算法大作業(yè)、期末智能算法大比拼等方面，多維度提高學(xué)生創(chuàng)新能力，密切聯(lián)系挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+、數(shù)學(xué)建模等學(xué)科競賽，學(xué)以致用，讓學(xué)生能夠通過自主學(xué)習(xí)獲取創(chuàng)新成果。

三是打通校企、校際、境外這條課程共建線。課程組聯(lián)系地方高新技術(shù)企業(yè)聯(lián)合開展課程校企共建，聯(lián)系國內(nèi)“雙一流”高校資深教授開展校際合作，設(shè)立名師講堂，聯(lián)系境外大學(xué)知名教授開展境外合作課程，發(fā)力高端人工智能人才培養(yǎng)[7]。

四是打通教學(xué)案例庫、教學(xué)項(xiàng)目庫、思政案例庫這三庫交融線。本課程在必修的基礎(chǔ)編程章節(jié)和選修的智能算法章節(jié)均安排多個(gè)案例式教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)⒍鄠€(gè)知識點(diǎn)通過較復(fù)雜的問題緊密聯(lián)系起來，從而構(gòu)建較完整的教學(xué)案例庫[8]。學(xué)習(xí)MATLAB不僅是為了掌握常用函數(shù)的用法、編寫諸如排序等的小程序，而是要靈活運(yùn)用MATLAB解決工程難題或模擬解決實(shí)際問題[9]。因此，本課程引入項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)思想，有意識培養(yǎng)學(xué)生將MATLAB與智能算法相結(jié)合，解決本專業(yè)工程項(xiàng)目中的系統(tǒng)建模、參數(shù)尋優(yōu)和變量控制等方面的問題，逐步完善教學(xué)項(xiàng)目庫。在本課程的后期，從班級中遴選學(xué)習(xí)優(yōu)秀、表現(xiàn)良好、興趣十足的同學(xué)參與教師科研項(xiàng)目，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。此外，對思政元素融入點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，形成一個(gè)個(gè)生動(dòng)的思政案例，從而構(gòu)建與教學(xué)案例庫、教學(xué)項(xiàng)目庫相互交融的思政案例庫。

四、結(jié)束語

本文針對工科院校MATLAB及其應(yīng)用課程思政建設(shè)進(jìn)行了有益的探索。高校不僅要培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程素質(zhì)、創(chuàng)新精神的專門技術(shù)人才，而且要充分重視課程思政教育，挖掘課程思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷。本文創(chuàng)新性地提出了“線上+線下、互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代教育、MATLAB+智能算法、案例項(xiàng)目庫+思政案例庫”四位一體的教學(xué)模式，利用“三全育人”的思政理念，將知識傳授和價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合，多維度提高學(xué)生創(chuàng)新意識和政治素養(yǎng)，為地方培養(yǎng)和造就一大批德才兼?zhèn)涞纳鐣?huì)主義事業(yè)接班人。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞學(xué)，袁亞宏，楊海花，等.課程思政探索——以《食品包裝學(xué)》課程為例[J].食品與發(fā)酵科技，2020，56（5）：128-129+140.

[2]劉衛(wèi)華，王向紅，米思，等.食品化學(xué)課程思政教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J].輕工科技，2020，36（11）：142-144.

[3]劉吉波，毛海舫.《化工環(huán)保與安全》課程思政教學(xué)改革與探索[J].廣州化工，2020，48（20）：165-166+170.

[4]孫少華，吳寶貴，鄒宇鵬，等.基于Matlab/GUI的混合動(dòng)力汽車教學(xué)仿真平臺設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（3）：106-111.

[5]趙海濱，于清文，劉沖，等.基于Matlab/Simulink的混沌同步控制實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（1）：16-19.

[6]朱寧寧，宋彬，何繼愛，等.“雙萬計(jì)劃”背景下基于產(chǎn)學(xué)合作的電子信息類“金課”建設(shè)[J].高教學(xué)刊，2020（35）：38-41.

[7]劉衛(wèi)國，蔡旭暉，呂格莉，等.開放式精品示范課堂的教學(xué)改革實(shí)踐——以“科學(xué)計(jì)算與MATLAB語言”課程為例[J].工業(yè)和信息化教育，2020（11）：23-28.

[8]劉光星，曹茜林.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的課程教學(xué)改革——以《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程為例[J].高教學(xué)刊，2020（25）：113-116.

[9]黃宏博，潘淑文.數(shù)據(jù)智能類專業(yè)最優(yōu)化類課程教學(xué)研究[J].高教學(xué)刊，2020（21）：113-115.