王皖君+陈薇
摘要：Matlab及其应用课程内容多、涉及面广，在有限的学时内进行优质、高效的教学是一项挑战性工作。为了提高教学效果，针对目前教学中的问题，对课程体系进行了研究和探索，提出根据实际应用领域选择和增加教学内容，并根据教学内容的特点采用实例教学法、任务驱动教学和网络教学。
关键词：Matlab;教学内容;教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0152-02
一、引言
Matlab是世界流行的优秀科技应用软件之一，是一种主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境，它将矩阵计算、数值分析、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言开发的程序等，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平，在数学类科技应用软件中首屈一指，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测等领域。因此，Matlab及其应用是国内外高校理工科专业开设的一门重要专业基础课，为本科生和研究生的后续课程、课题研究的科学计算奠定了基础，在课程体系中占有重要地位[1，2]。本课程具有内容丰富、涉及知识面广、信息量大和发展更新快等特点，同时又与专业背景有关，在有限的课时内传授Matlab的精髓，并培养学生应用Matlab解决实际科学问题的能力，这是对教师教学方法与能力的一个挑战[3]。本文针对教学实践的现状，以提高教学水平、教学效率和教学效果为目标，对Matlab及其应用课程教学进行研究与探索。
二、教学现状
Matlab及其应用课程与多门课程交叉，既具有理论性又具有实践性，为了提高教学效果，需要对该课程的教学进行研究和改进。根据作者调研，目前的教学实践中存在以下问题：教学内容上，主要参照各类教程按功能分类陈述的一系列命令和函数的用法，没有与相关课程的教学内容结合，而且缺少具有实际应用背景的介绍;教学方法上，以讲授法为主，按照教材的章节顺序对教材上的命令和函数介绍，再通过相关例子讲解用法，学生不能自主学习和探索;教学效果上，仅仅会独立使用命令和函数，面对具体的专业问题时，却不能运用所学相关的知识去解决实际问题，具体表现为学生综合应用能力不强，缺乏分析问题的能力[4，5]。究其原因，主要在于课程内容与专业、应用背景脱节，而且传统教学方法对命令和函数的讲授与应用练习都是单独进行的，没有及时与应用实例相结合，学生往往当时能听懂、会练习，但到真正在解决实际问题时需要综合若干知识点，却不能根据实际情况灵活运用已学过的知识，有的甚至学了前面忘了后面，从而失去学习的兴趣，导致教学效果很不理想。
三、教学内容的研究
Matlab及其应用课程的教学内容可以分为三个层次：一是基础知识，主要包括矩阵操作、可视化、程序设计和GUI等，这部分内容和其他高级语言基本相通;二是动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境Simulink，该内容是教学的重点和难点;三是工具箱，该内容可根据专业背景有选择的进行教学。
本课程存在着内容多和学时有限的矛盾，为了能在有限的时间内让学生掌握核心内容、打好基础，在后续学习和应用中具备自学能力，精选教学内容尤为关键，课程内容应根据不同专业、专业特征以及不同的教学对象进行不同的调整和补充，在教材的选用上也所不同。在教学中应根据专业背景的实际情况，参照课程教学大纲，选择的教学内容尽可能地覆盖知识点，而且在深入学习后续内容的同时能对已讲授过的内容进行复习。
1.理论联系实际，强调应用领域。如何在有限的学时内让学生掌握Matlab软件，并能综合运用软件提供的功能解决各自的专业问题是课程教学的目的。作者的教学思路是从实际应用领域中选取典型范例，突出应用价值，从实际工程中了解哪些问题需要或者可以由Matlab来解决。矩阵运算是Matlab最基本的功能，在讲解这部分内容时，通过介绍数理统计中的线性回归和实际应用建立联系，对矩阵求逆、转置等知识点进行教学。Matlab在数据可视化方面也提供了强大的功能，在该部分内容的教学过程中，可向学生介绍在实际试验、工程测量及科学计算中，通常将采样的离散数据用各种形式的图形表示出来，从而分析其所反映的内在规律。在Simulink教学过程中，作者通过介绍汽车悬架的知识引入“弹簧—质量—阻尼器”机械动力学系统的仿真。通过强调教学知识潜在的应用价值，可以充分调动学生学习的主动性和积极性。
2.根据专业背景增加教学内容。Matlab作为一种高性能的数值计算和可视化软件，随着其功能的逐步增加和完善，在电气、电子、控制、机械、汽车、航空航天等众多领域有着广泛的应用，这就要求教师要处理好基础知识和高级应用的关系，结合专业背景，从中选取相关的知识，在教学过程中将先进工具箱的功能、在相关领域的应用现状及时介绍给学生。如：电类专业适当增加SimPowerSystems工具箱的教学，机械类专业需要了解SimMechanics工具箱，信息类专业可选择增加神经网络、最优化、图像处理工具箱等。结合学科背景增加教学内容，扩大了学生的知识面，提高了学生对科学技术的兴趣。
四、教学方法的研究与探索
1.运用实例教学法。实例教学法依托具有代表性的例子对所涉及的知识点进行教学，这种教学法目的性强，具有直观、实用的特点，能迅速吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣和积极性。应用实例教学法对于Matlab语言基础的教学有较好的效果，在教学过程中不以教材的章节顺序进行授课，而是以实例为中心，通过综合讲解精心选择的实例，使学生更好地掌握知识点，并把要学习的知识点融入到具体实例中来讲解，整个教学过程强调学以致用，在应用中学习。例如在Matlab语言的数据类型、数值运算、基本语句结构、程序流程结构、绘图基础等知识点的教学过程中，笔者通过冒泡排序、分段函数的实现及图像绘制等实例进行综合教学，效果明显优于传统的教学方法。
2.实施任务驱动教学。任务驱动法以学生为中心、以任务为驱动，是一种主动探究型的教学方法，将任务驱动法运用于课堂教学，引导学生思考，不仅可以激发学生的学习兴趣，更重要的是培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，完成知识的自我构建，有利于培养学生自主学习的能力[6]。例如，Matlab GUI程序设计部分的教学，如果采用先介绍句柄图形对象再介绍其属性的传统教学方式，则不利于学生完成知识构建和能力的形成，更不利于通过自主学习学会设计步骤。教学时，可以将该部分内容设计成任务，“驱动”学生在完成任务的过程中掌握知识的应用。
笔者在教学过程中，要求学生根据“自动控制原理”课程学习的内容，完成二阶系统阶跃响应的图形化设计。任务目的：①掌握Matlab GUI程序设计;②培养学生自主学习能力。任务内容：①综合应用Matlab语言中数组、函数、绘图指令以及GUI界面设计等知识，开发简单交互式应用程序;②编程计算二阶系统阶跃响应函数，并实现图形化显示;③创建一个图形用户界面，实现在界面上输入相关参数，便可以显示二阶系统阶跃响应的图形;④调节系统参数，对比其图形变化。
五、结论
为了提高Matlab及其应用课程的教学效果，在教学实践的基础上，本文研究探索了教学内容和教学方法。在教学内容上，应联系实际选择相关应用领域的实例，并根据专业增加教学内容;在教学方法上，应针对教学内容和学生的实际情况，根据每种方法的优势和局限性，将不同方法进行优化组合，以达到最好的教学效果。
Matlab及其应用课程的教学涉及到多方面的因素，需要教师不断地探索新的教学方法和教学模式，而网络教学是教学改革的趋势之一。在实际教学实践中，应完善传统课堂教学和网络教学相结合的教学模式，充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，拓展教学时空，提高教学效率。
参考文献：
[1]王蕴恒，周杰，寇晓静.基于培养测控专业应用型人才的MATLAB教学改革研究[J].教育教学论坛，2014，（35）：35.
[2]毕萍，刘毓.Matlab工程应用基础课程新模式的教学改革[J].实验室研究与探索，2012，31（12）：145-17.
[3]苏东宁，赵珳，宋方臻.MATLAB教学应重视科学计算能力的培养[J].中国现代教育技术装备，2009，（5）：73-75.
[4]戎海龙，彭翠云.关于MATLAB教学模式的几点探讨[J].中国电力教育，2012，（20）：65.
[5]吴涓，宋爱国，温秀兰.Matlab语言与应用课程教学设计探讨[J].电气电子教学学报，2010，32（6）：10-11.
[6]李秀滢，王建新，彭静.Matlab教学中任务驱动式教学法的应用[J].电气电子教学学报，2010，32（2）：104-105.
