地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程改革的探索與實(shí)踐

李軍成 楊煉 劉成志

摘要：Matlab課程在地方院校數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有重要的作用。該文以湖南人文科技學(xué)院數(shù)學(xué)類專業(yè)為例，首先分析了Matlab課程存在的問題，然后從四個(gè)方面探索了Matlab課程改革的舉措，最后介紹了通過課程改革取得的一些成效，為地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程的改革提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：地方院校;數(shù)學(xué)類專業(yè);Matlab;課程改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0268-03

1 引言

Matlab是一款應(yīng)用廣泛的工程計(jì)算應(yīng)用軟件，它具有計(jì)算功能強(qiáng)、編程效率高、繪圖功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)外理工科專業(yè)學(xué)生必備的一款軟件。

近年來，國內(nèi)高校很多學(xué)者分別從不同角度對Matlab課程的改革進(jìn)行了研究與實(shí)踐，取得了較為豐富的成果。例如，鄭小雪等[1]以應(yīng)用為導(dǎo)向?qū)atlab課程的模塊化和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式進(jìn)行了分析與探討;余國先等[2]結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力的Matlab課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探索與實(shí)踐;朱高峰等[3]通過實(shí)例探討了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法在Matlab課程中的應(yīng)用;張玉葉[4]針對電氣信息類專業(yè)Matlab課程存在的問題，探討了Matlab細(xì)節(jié)教學(xué)法以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革思路;徐保國[5]分別從模式、內(nèi)容、教材、教法等教學(xué)層面探討了Matlab課程立體化改革舉措;陳鋒等[6]針對Matlab軟件課程教學(xué)的不足，討論了模塊化教學(xué)體系的構(gòu)建;劉衛(wèi)國等[7]依托開放式精品示范課堂，對Matlab課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的實(shí)踐;周紅標(biāo)等[8]從“Matlab+”課程群的角度分析了自動(dòng)化專業(yè)依托Matlab推進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的途徑;丁恒飛[9]通過實(shí)例分析了在數(shù)學(xué)與應(yīng)數(shù)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新班開設(shè)Matlab實(shí)踐課的必要性。

目前，Matlab課程已成為國內(nèi)大多數(shù)地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課，該課程在地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才中具有不可忽視的地位。雖然湖南人文科技學(xué)院數(shù)學(xué)類專業(yè)在Matlab課程的建設(shè)和教學(xué)改革方面取得了一定的成績，但仍存在一些問題。2018年以來，我們分別從輔助數(shù)學(xué)建模競賽的教學(xué)內(nèi)容整合、“線上+線下”的混合式教學(xué)、以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)、面向創(chuàng)新的課程后續(xù)指導(dǎo)等四個(gè)方面對Matlab課程的建設(shè)與教學(xué)進(jìn)行了改革，取得了較好的成效，對其他地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程的改革具有一定的借鑒與參考價(jià)值。

2 數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程存在的問題

眾所周知，數(shù)學(xué)類專業(yè)的大多課程都具有較強(qiáng)的理論性，而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與應(yīng)用能力的課程相對較少。Matlab課程是我校數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計(jì)算科學(xué)兩個(gè)數(shù)學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，開設(shè)本課程的目的是使學(xué)生熟練掌握Matlab的數(shù)據(jù)及其運(yùn)算、矩陣分析與處理、程序控制結(jié)構(gòu)、繪圖、數(shù)值計(jì)算、符號計(jì)算等基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生利用Matlab語言求解數(shù)學(xué)模型的水平，培養(yǎng)學(xué)生利用Matlab求解數(shù)學(xué)問題的能力，為利用數(shù)學(xué)軟件和數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際工程問題打下基礎(chǔ)，在我校數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有重要的作用，如圖1所示。

在Matlab課程改革以前，雖然我校數(shù)學(xué)類專業(yè)在本課程的建設(shè)和教學(xué)改革方面取得了一定的成績，但仍存在以下幾個(gè)問題：

（1） 雖然本課程為數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門實(shí)踐性與應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，但部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣是需要思考的問題。

（2） 少部分學(xué)生理論知識(shí)掌握得不夠扎實(shí)或計(jì)算機(jī)的使用不夠熟練，導(dǎo)致學(xué)習(xí)本課程有一定的困難。如何讓學(xué)生能利用課余碎片化的時(shí)間進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主觀能動(dòng)性是需要解決的問題。

（3） 本課程開設(shè)的對象是二年級本科生，學(xué)生雖然在一年級學(xué)習(xí)了《數(shù)學(xué)分析》《高等代數(shù)》《解析幾何》等專業(yè)基礎(chǔ)課，為本課程的學(xué)習(xí)奠定了一定的理論基礎(chǔ)，但由于本課程涉及的知識(shí)面較廣，導(dǎo)致部分學(xué)生雖然掌握了Matlab的使用，但對相關(guān)的理論知識(shí)卻一知半解。如何讓學(xué)生能有效地將理論知識(shí)與Matlab的使用有機(jī)結(jié)合起來需要探索的問題。

（4） 本課程僅開設(shè)1個(gè)學(xué)期，很多學(xué)生在課程結(jié)束后不會(huì)再觸碰Matlab軟件，本課程后續(xù)培養(yǎng)人才的地位和作用不明顯。既然本課程具有較高的實(shí)踐性與應(yīng)用性，那么如何在課程結(jié)束后讓學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)與使用Matlab軟件，依托Matlab培養(yǎng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才是值得關(guān)注的問題。

3 數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程改革的舉措

2018年來，針對Matlab課程存在的幾個(gè)問題，我們對課程建設(shè)與教學(xué)進(jìn)行了改革，并逐步形成了“依托Matlab線上線下混合式教學(xué)模式驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的教學(xué)理念。我們對Matlab課程進(jìn)行改革的基本思路如圖1所示。

（1） 輔助數(shù)學(xué)建模競賽的教學(xué)內(nèi)容整合

雖然我們在教學(xué)中選用的《Matlab程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用》（劉衛(wèi)國主編）是一本非常經(jīng)典的教材，但對于地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生而言，該教材的內(nèi)容偏多，部分內(nèi)容所需的理論基礎(chǔ)要求較高。另一方面，我校數(shù)學(xué)類專業(yè)開設(shè)Matlab課程的其中一個(gè)主要目的是為學(xué)生后續(xù)參加數(shù)學(xué)建模競賽做好準(zhǔn)備。為此，我們根據(jù)數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，以輔助數(shù)學(xué)建模競賽為目的，將Matlab課程的教學(xué)內(nèi)容整合為10個(gè)模塊，各模塊的知識(shí)點(diǎn)層層遞進(jìn)，同時(shí)在部分例題中融入數(shù)學(xué)建模問題的求解，如圖3所示。

通過對課程教學(xué)內(nèi)容的整合，同時(shí)在課程教學(xué)中有目的的融入數(shù)學(xué)建模問題的求解，一方面讓學(xué)生體會(huì)到Matlab軟件的強(qiáng)大功能，另一方面讓學(xué)生體驗(yàn)到解決實(shí)際工程問題的樂趣，在很大程度上激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。

（2） “線上+線下”的混合式教學(xué)

為了提高教學(xué)效率，我們采用線上線下混合式教學(xué)模式開展Matlab課程教學(xué)獲活動(dòng)，教學(xué)活動(dòng)的組織形式如圖4所示。

近年來，我們利用“超星泛雅平臺(tái)”和“超星學(xué)習(xí)通App”輔助課程教學(xué)。經(jīng)過幾年的建設(shè)，在“超星泛雅平臺(tái)”建立了課程門戶網(wǎng)站，包括課程章節(jié)、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模塊、參考教材、教學(xué)成果等內(nèi)容，教學(xué)資源包括各章節(jié)的Mooc視頻18個(gè)、課件17個(gè)、習(xí)題7套、實(shí)訓(xùn)報(bào)告9個(gè)等。同時(shí)，我們在“超星學(xué)習(xí)通App”創(chuàng)建教學(xué)班級，共上傳課件17個(gè)、作業(yè)庫21套、其他資料12個(gè)。

在課程教學(xué)前，利用“超星學(xué)習(xí)通”發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生通過“超星泛雅平臺(tái)”的課程門戶網(wǎng)站預(yù)習(xí)即將要講授的內(nèi)容，并做好相關(guān)筆記及疑難問題。在課程教學(xué)中，在機(jī)房采取“講練結(jié)合”的方式開展常規(guī)教學(xué)，教師講完一個(gè)知識(shí)點(diǎn)后即指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)，同時(shí)利用“超星學(xué)習(xí)通”開展簽到、選人答題、隨堂練習(xí)、主題討論等線上活動(dòng)，提高教學(xué)效率。在課程教學(xué)結(jié)束后，利用“超星學(xué)習(xí)通”進(jìn)行作業(yè)布置、提交與批改，并通過微信群進(jìn)行交流討論，鞏固學(xué)習(xí)效果。

線上線下混合式教學(xué)模式的運(yùn)用，不僅引導(dǎo)學(xué)生全程參與教學(xué)活動(dòng)，提高了課堂教學(xué)效率，而且還讓課堂教學(xué)更為生動(dòng)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。而“超星泛雅平臺(tái)”課程門戶網(wǎng)站的建立和“超星學(xué)習(xí)通App”的使用，使得學(xué)生能利用課余碎片化的時(shí)間對課程內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主觀能動(dòng)性。

（3） 以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)

近年來，我們在課程結(jié)束時(shí)會(huì)要求每名學(xué)生利用Matlab軟件設(shè)計(jì)一個(gè)GUI（圖形用戶界面）系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的GUI系統(tǒng)難易程度不限，但內(nèi)容必須要與前期學(xué)習(xí)過的《數(shù)學(xué)分析》《高等代數(shù)》《解析幾何》等課程相關(guān)。

開展以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)，不僅能進(jìn)一步提高學(xué)生使用Matlab的水平，到達(dá)學(xué)以致用的目的，而且還能有效地讓學(xué)生將理論知識(shí)與Matlab的使用有機(jī)結(jié)合起來。

（4） 面向創(chuàng)新的課程后續(xù)指導(dǎo)

近年來，為了持續(xù)依托Matlab培養(yǎng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才，我們在課程結(jié)束后繼續(xù)積極指導(dǎo)學(xué)生基于Matlab開展各種創(chuàng)新活動(dòng)，深化學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，如圖5所示。

4 課程改革取得的成效

自開展課程改革以來，我們?nèi)〉昧艘韵陆逃虒W(xué)效果與成果：

（1） 組建了Mooc教學(xué)團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)了教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)。課程改革以前，雖然已組建了課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，但團(tuán)隊(duì)成員在教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)資源等方面都各有差別，這在很大程度上制約了教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。2018年以來，我們組建了Mooc課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，將教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)資源等進(jìn)行了統(tǒng)一，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)取得了較大的進(jìn)步。目前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)核心成員有3人，其中教授1人、副教授1人、講師1人，3人均具有博士學(xué)位。

（2） 完成了Mooc課程錄制與課程門戶網(wǎng)站建設(shè)，為學(xué)生開辟了課外學(xué)習(xí)陣地。課程改革以前，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主要陣地是課堂，而少部分學(xué)生由于理論知識(shí)掌握得不夠扎實(shí)或計(jì)算機(jī)的使用不夠熟練，導(dǎo)致學(xué)習(xí)本課程有一定的困難。2018年以來，Mooc課程與課程門戶網(wǎng)站使得學(xué)生能利用課余碎片化的時(shí)間對課程內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（3） 將“超星泛雅平臺(tái)”“、超星學(xué)習(xí)通App”等信息化手段應(yīng)用于教學(xué)中，為課堂教學(xué)提供了強(qiáng)有力的輔助手段，提高了課堂教學(xué)效率。課程改革以前，課堂教學(xué)主要以“講練結(jié)合”為主，學(xué)生的課堂參與度不高。2018年以來，團(tuán)隊(duì)共同錄制了Mooc課程、在“超星泛雅平臺(tái)”建設(shè)了課程門戶網(wǎng)站，并使用“超星學(xué)習(xí)通App”輔助課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生全程參與課堂教學(xué)，大大提高了課堂教學(xué)的效率。

（4） 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。2018年以來，通過對課程教學(xué)內(nèi)容的整合，以及采取線上線下混合式教學(xué)模式，不僅讓學(xué)生體驗(yàn)到解決實(shí)際工程問題的樂趣，而且還讓課堂教學(xué)更為生動(dòng)，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。近3年來，“超星泛雅平臺(tái)”上課程門戶網(wǎng)站的訪問量達(dá)24萬余次。

（5） 推動(dòng)了課程教學(xué)改革研究。2018年以來，團(tuán)隊(duì)成員積極開展課程的教學(xué)改革研究，發(fā)表了與課程教學(xué)改革緊密相關(guān)的研究論文3篇。

（6） 深化了數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。2018年以來，團(tuán)隊(duì)成員指導(dǎo)本科生利用Matlab軟件參加學(xué)科競賽獲得國家級獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)、省級獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)，立項(xiàng)省級研創(chuàng)項(xiàng)目5項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇，申請軟件著作權(quán)2項(xiàng)。

5 結(jié)語

本文以湖南人文科技學(xué)院數(shù)學(xué)類專業(yè)為例，從四個(gè)方面對Matlab課程的改革進(jìn)行了探索與實(shí)踐。雖然我們?nèi)〉昧艘恍┬Чc成果，但仍有很多地方值得進(jìn)一步深化與完善，如何構(gòu)建并完善“Matlab+驅(qū)動(dòng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”將是我們今后努力探索的方向。同時(shí)，我們也希望所總結(jié)的改革舉措能為其他地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程的改革提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

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【通聯(lián)編輯：王力】

收稿日期：2021-02-15

基金項(xiàng)目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于學(xué)科競賽驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)地方院校數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才的研究與實(shí)踐”（湘教通[2018]436號No.732）;湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“高校數(shù)學(xué)類課程案例式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究及實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)”（湘教通[2020]232號No. HNJG-2020-0954）;湖南人文科技學(xué)院本科課程教學(xué)案例庫建設(shè)項(xiàng)目“數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)案例庫”（校教通[2019]165號No.28）

作者簡介：李軍成（1982—），男，湖北省漢川市人，教授，博士，主要研究方向?yàn)閹缀卧O(shè)計(jì)與計(jì)算、數(shù)學(xué)建模;楊煉（1981—），男，湖南省隆回人，講師，博士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)學(xué)建模;劉成志（1986—），男，湖南省洞口人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)閹缀卧O(shè)計(jì)與計(jì)算、數(shù)學(xué)建模。