高校《MATLAB及其应用》课程教学的研究与思考

王 珂 傅洪亮 管爱红 樊 超 杨铁军 杨 静

（河南工业大学信息科学与工程学院，河南郑州450001）

0 引言

MATLAB 是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写，是美国Mathwork 公司推出的—种集矩阵分析、数值计算、符号计算、绘图操作、系统建模仿真等多种功能于一体的计算机程序语言和软件[1-2]，被广泛应用于科研、工程技术等领域，已成为国际上影响最广泛的计算机软件之一。 MATLAB 在数学计算、数据处理等方面具备其它计算机语言所不具备的优势，其主要特点是操作方便、语言简洁、语法规则简单、库函数丰富、编程效率高、绘图功能强大、开放性的源程序、良好的人机交互等[1，3]。 MATLAB 在9O 年代中期开始在我国逐渐兴起，并在各高校和科研单位得到应用。目前，其已成为在读本、专科学生、研究生、科研人员、工程技术人员等需要掌握的重要计算机语言[4]。

河南工业大学相继为电子信息类专业的本科生、 专科生开设了《MATLAB 及其应用》课程，获得了本、专科学生和相关专业课任课教师的一致好评。开设《MATLAB 及其应用》课程的目的是为了使电子信息类专业学生能熟练使用MATLAB 语言和软件、 具备一定的编程能力、掌握MATLAB 在相关专业课中的应用方法。 作为一门电子信息类专业基础课，《MATLAB 及其应用》课程内容涉及了学生在大学期间的大部分主要课程，例如：高等数学、线性代数、概率统计、大学物理、电路分析、信号与系统、数字信号处理、通信原理等[5]。熟练使用MATLAB来解决上述课程学习中遇到的问题，是提高学生理论学习能力、动手能力、创新能力的重要途径。 由此可见《MATLAB 及其应用》课程的重要性，而如何完成好该课程的教学工作，也是高校教务管理部门和电子信息类专业任课教师十分关心的课题。 我们结合自身多年来使用MATLAB 的经验，以及在河南工业大学《MATLAB 及其应用》课程教学中积累的实践经验，对该课程的教学安排和实施、教学改进和提高等方面进行了研究和思考。

1 课程教学的安排和实施

河南工业大学为电子信息类专业本、 专科学生开设的《MATLAB及其应用》课程的安排、实施，归纳起来主要包括两个环节，即教学准备环节、教学实施环节。 下面，我们对上述两个环节进行具体论述。

1）教学准备环节

①制定教学大纲

教学大纲是课程教学安排、实施的纲领、总则，是保障课程教学质量的基础。因此，制定教学大纲是准备环节中的首要工作。河南工业大学经过多年的教学实践，形成了完善、规范的教学大纲制定、修订方案。 通常，教学大纲主要规定了课程的性质、目的和任务、课程教材用书和参考书、教学内容及基本要求、课程考试大纲、教学安排及方式等内容。 这为课程教学的顺利、有序实施提供了有力保障。

②学生选课与教学安排

目前，国内许多高校都实现了教务系统的数字化、信息化、网络化。 河南工业大学也使用了数字化、信息化、网络化的教务系统，可供在校本、专科学生方便地进行网上选课。而学生选课的结果，经过教务系统自动化的信息处理，可将选课情况的各种信息、数据进行汇总、统计，以供教务管理部门和任课教师方便、及时地查询、掌握。 在掌握选课情况后，教务管理部门可合理地安排上课教室的大小、上课时间等；任课教师也能合理地考虑、安排、准备多媒体教学、实验课、课时计划进度等。

③任课教师备课

任课教师作为课程教学实施的主体、负责人，是保障课程教学质量的关键。通常，在课程开始授课前，任课教师的一项主要工作就是备课。 备课对每位任课教师都是一项繁重的工作，任课教师需要严格按照教学大纲规定的内容、要求进行备课。 由于MATLAB 自身的特点，《MATLAB 及其应用》课程通常采用多媒体教学方式进行授课。任课教师在准备多媒体课件时，不仅备课内容要覆盖教学大纲规定的全部知识点，而且还要通过课件中不同的字体颜色、大小、及图形、图像、动画等可视化的方式进一步突出重、难点部分，这也正是多媒体教学的优势。

2）教学实施环节

①课堂授课教学

课堂授课是《MATLAB 及其应用》课程教学的主要方式，其直接关系到本、 专科学生对课程理论的学习效果。 在国内各高校中，《MATLAB 及其应用》课程每次上课一般是2 小节课时，任课教师每次上课通常是按照预先制定的课时计划进度进行授课。 所以，任课教师应能在2 小节课时内层次有序、逻辑清楚、重难点突出地讲授完课时计划中的教材相应内容和知识点。任课教师授课时，应该用普通话、口齿清楚、声音洪亮，以使每个学生能够听清、听懂授课的内容。另外，任课教师在授课的过程中，要充分发挥多媒体教学的优势，将MATLAB 软件的使用操作、语法规则、编程方法、应用实例等，融会贯通地进行可视化、互动式教学，以使学生能直观、有效地掌握知识点和重难点。 这也为学生课后自学MATLAB 软件的使用、应用及后续的实验课，打下了良好的基础、创造了有利条件。

②实验课教学

实验课是《MATLAB 及其应用》课程教学的重要组成，其直接关系到对本、专科学生动手能力的培养效果。 在国内高校，《MATLAB 及其应用》课程通常都会安排一定学时的上机实验课[6]。河南工业大学开设《MATLAB 及其应用》课程时，也非常重视相应的实验课教学，在教学大纲中规定该课程的总学时为44 小节， 其中实验课学时为16 小节，约占总学时的36.4%。 实验课教学时，以学生的独立上机操作、实验为主，任课教师的讲授为辅，任课教师讲授的主要是操作演示、应用示例、实验内容和要求等，学生随后按照任课教师的要求进行相应内容的上机实验。 在学生上机实验过程中，任课教师对学生进行上机实验的指导，主要包括回答学生的各类提问、为学生讲解实验操作中遇到的问题、发现并纠正学生实验操作中常犯的错误、向学生传授MATLAB 的编程经验和技巧等。努力培养好学生的动手能力、编程能力，使学生真正能用好MATLAB，并能利用其解决一些实际问题。

③课程考试及总结

课程考试是《MATLAB 及其应用》课程教学的必需组成，其集中反映了学生对该课程的学习效果和任课教师的教学效果。 考虑到《MATLAB 及其应用》的课程特点，河南工业大学在该课程的教学大纲中规定考试方式为开卷笔试结合实验机试，其中开卷笔试成绩占总成绩的70%，实验机试成绩占总成绩的30%。 笔试试卷应题量适中、难易适度、覆盖该课程主要的知识点和重难点，并经过任课教师的试卷试做和教务管理部门的试卷命题审核。实验机试由任课教师选定一个综合性实验题目，要求学生在规定时间内独立上机完成；任课教师根据学生完成的情况，给出实验机试成绩。由此可见，学生该课程的总成绩既反映了学生对课程理论的学习效果，也反映了对学生动手能力的培养效果。最后，任课教师需要对课程教学进行总结，主要包括对学生的总成绩、笔试成绩、机试成绩、及格率、优秀率、成绩分布等进行统计、分析。这些统计、分析数据将是任课教师评估、改进《MATLAB 及其应用》课程教学效果，及教务管理部门进行教学质量管理、定期组织修订教学大纲等的重要依据。

2 课程教学的改进和提高

河南工业大学开设的《MATLAB 及其应用》课程，经过近几年的摸索、调整、优化，已逐步成为一门教学设置合理、实施规范的电子信息类专业基础课，也受到了选课学生、信号与系统等专业课任课教师的广泛好评。 但我们在实施、讲授《MATLAB 及其应用》课程的教学实践中也发现了若干问题，并思考了改进、提高的措施，在这里进行探讨。具体包括以下几个方面：

1）开展课程团队建设

河南工业大学在总结《MATLAB 及其应用》课程多年教学实践经验的基础上， 于2012 年对该课程开展了以课程组负责人和课程组制度为核心的课程团队建设。 该团队建设的目的是加快形成稳定、高素质的课程团队，建立标准、统一、规范的课程教学质量保障体系，促使任课教师全面参与课程建设。 课程组负责人由长期讲授该课程的、教学经验丰富的副教授及以上职称的优秀教师担任，课程组成员由所有该课程的任课教师组成。 由此形成的课程团队全面负责《MATLAB 及其应用》课程的组织、教学、改革、建设，便于课程组内进行集体备课，及在教学的各个环节进行交流；而教学大纲制定、修订的具体工作也从院系转移到课程团队。这样，使该课程从组织到实施、从教学大纲到授课，实现了一体化、集约化、标准化、专业化的课程体系，从根本上解决了以往任课教师分散式教学带来的诸如教学实施不统一、教学效果难评估、教学质量难监管等问题，有效地提高了《MATLAB 及其应用》课程的教学质量。

2）优化课程内容，满足不同需求

众所周知，MATLAB 的应用领域十分广泛，除电子信息领域外，其还广泛应用于数学、物理、力学、电气、机械、土木、金融等领域。这些领域相关专业的学生也开始要求开设《MATLAB 及其应用》课程。 加之本、专科不同学历层次学生对该课程教学的深度、广度、难度有不同的需求。所以，《MATLAB 及其应用》课程若要满足不同专业、不同学历层次学生的需求，则需对课程内容进行优化、调整。 一方面，对于不同专业的学生，根据其专业特点和需要，在课程教学时可对内容的侧重点、覆盖的知识点进行调整，本着“学以致用”的原则，使课程内容与专业需求进行对接；另一方面，对于不同学历层次的学生，在课程教学时可对内容的深度、广度、难度进行区分设置，即分层次教学，使本、专科学生对MATLAB 的掌握程度能适合各自学历层次的学习需求。 这些对课程内容的优化，将被写入修订后的教学大纲、固定下来，逐步形成多专业、多层次、多元化的课程教学方案，解决了以往单一模式教学难以满足学生不同需求的问题，满足了学生对《MATLAB 及其应用》课程的内在需求。

3）改进实验课教学

《MATLAB 及其应用》是一门实践性、应用性很强的课程，对学生的动手能力有较高的要求，而培养、锻炼学生动手能力的主要途径就是上机实验。可见，实验课在该课程教学中的地位十分重要。经过不断地调整、改进，河南工业大学《MATLAB 及其应用》课程的实验课教学已经比较合理、成熟，但我们发现仍存在两个主要问题：一是，实验课的内容较为单一，对相关专业课的支撑作用有待提高；二是，对学生的实验指导局限于具体题目，对学生自学能力的培养有待加强。因此，我们正在逐步改进该课程的实验课教学，一方面，在教材配套实验题目的基础上，增加信号与系统、数字信号处理等相关专业课的综合性实验，使学生相当于进行小型的课程设计，将MATLAB 与相关专业课的内容相结合，以提高对相关专业课的支撑作用；另一方面，在对学生进行实验指导时，不仅要讲解具体题目、具体操作，更要对解决这类题目的思路是什么、解决过程中可能遇到哪些问题、怎样使用MATLAB 的Help 功能进行自学以解决遇到的问题等，进行深入地讲解，以培养学生的自学能力，让学生逐渐能使用MATLAB 自己解决问题。

3 结束语

经过近几年的实践、调整、改进、提高，河南工业大学的《MATLAB及其应用》课程教学获得了较好的效果，课程建设取得了一定的成果，对学生的培养水平也在稳步提高。对于目前该课程教学中存在的若干问题，我们进行了深入思考、分析研究，并及时总结经验、理清思路，采取有效措施对课程教学进行改进、 提高。 相信经过继续努力，《MATLAB 及其应用》在河南工业大学将成为一门教学质量优秀、满足学生不同需求、广受师生好评的精品课程。 而《MATLAB 及其应用》课程本身也将建成标准化、规范化、多元化、高质量、高水平的课程体系。 可见，本文对《MATLAB 及其应用》课程实施的论述，对课程教学的思考及改进、提高的探讨，对国内各高校开设《MATLAB 及其应用》课程、及其课程教学和课程建设都具有重要的参考价值。

［1］刘卫国.MATLAB 程序设计与应用.2 版[M].北京：高等教育出版社，2006.

［2］刘慧颖.MATLAB R2007 基础教程[M].北京：清华大学出版社，2008.

［3］王志新.《Matlab 程序设计》课程建设的思考[J].黑龙江科技信息，2009，21：190-191.

［4］胡章芳，罗元，王艳.《MATLAB 及其工程应用》课程建设的探索[J].科学咨询：决策管理，2010，10：112-113.

［5］马斌.Matlab 语言及其工程应用课程教学方法的探索和思考[J].甘肃科技，2011，27（2）：162-163.

［6］陈健，黄爱华，周琦.“MATLAB 语言及应用”课程的教学体会[J].广东工业大学学报：社会科学版，2002，2：106-107.