基于教学目标的MATLAB语言课程教学方法探索

刘晓玉

文章编号：1672-5913（2015）03-0059-03

中图分类号：G642

摘 要：针对学生将MATLAB语言作为纯粹的一门计算机语言进行学习且学习难度大、应用能力差等问题，提出将课程教学目标定位在培养学生应用MATLAB解决实际问题能力的观点，基于此教学目标，从提高学生学习兴趣、抓住MATLAB语言特点、着重培养学生学习和使用该软件的自主能力等方面探讨MATLAB语言课程教学方法。

关键词：MATLAB语言；教学目标；课程教学方法

0 引 言

MATLAB是一种计算类软件，其强大的数值计算和数据可视化能力使其在科研、工程计算等领域得以广泛应用。目前高校的很多理工科专业均在低年级开设厂MATLAB语言课程，学生在数学建模、专业课的课程设计、毕业设计乃至各类科技竞赛和科研项目中，开始真正接触该软什许逐渐感知该软件功能的强大及应用的广泛，但低年级学生在该课程的学习中却未能体会到学习MATLAB的意义，加之软件编程基础有限及课程学时不多等原因，从而对该课程的学习产生畏难情绪，学习方法不得要领，学习效果欠佳。

1 MATLAB语言课程的教学目标

MATLAB是美国MathWorks公司开发的一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级计算语言和交互式环境。目前，MATLAB以其简单易用的操作方式、强大的数据处理能力以及丰富的专业工具箱，而在包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等诸多领域得以广泛应用。鉴于此，我国高校的许多理工科专业均开设了与MATLAB相关的课程，旨在使学生掌握运用MATLAB软件解决所学相关专业课程、学科竞赛或科研课题中遇到的数学运算和求解问题。以武汉科技大学自动化专业为例，该专业的学生在大二下学期要学习MATLAB语言这门课程，此后有些学生要参加数学建模大赛、电子设计大赛等，需要使用MATLAB软件；该专业大三和大四年级的很多专业课程如电力电子技术、自动控制系统和过程控制等，也会要求用该软件进行控制系统仿真案例教学及课程设汁，一些毕业设计课题也会用到该软件。此此可见，MATLAB语言课程的教学目标应该是让学生学会用MATLAB软件解决今后学习和科研中的特定问题。

此教学目标简而言之就是一个“用”字，换言之，检验学生学习效果的主要指标就是“应用能力”，这是一个高指标，也是一个低指标，称其为“高指标”是因为这对初次接触该语言的学生来说，在学习时间短、软件编程思想尚未明晰（毕竟是大学低年级学生）的客观条件下，即要求他们用MATLAB编写算法程序解决实际问题，确实难度很大；称其为“低指标”是因为只强调“用”，实则放松了对MATLAB软件庞大功能全面掌握的要求，也无需学生了解其工作机制的内部机理。MATLAB软件随着历年的不断更新补充以及新专业工具箱的加入，体积迅速膨胀，目前的最新版本R2014a已超过SG。显然，对如此庞大软件的功能完全掌握是不现实的，也完全无此必要。毕竟每个专业的学生用MATLAB解决的问题范围实属有限，如自动化专业的学生用MATLAB基本只会涉及控制、电子类工具箱，这就极大缩小了学习范围。再者，MATLAB软件本身简单易用的特点也使学生的学习难度大为降低，特别是本着应用为目的的学习，因为只需要使用，所以所用MATLAB函数的实现机理就不必过于深究，学生只需知道函数的输入参数如何填写即可，这也从另一方面降低了MATLAB学习的难度。因此，从“用”的角度出发，MATLAB语言的学习也就变得不那么难，这也正是MATLAB语言课程教学的突破口。

2 MATLAB语方课程的教学方法

明确了课程的教学目标，相应的教学方法就应围绕该目标制订，其基本宗旨是抓基础、重应用。当然，首要前提是让学生明确学习该课程的目的，提起学习该课程的兴趣，再教会其学习方法，如此才能将确定的教学目标落实到位。

2.1 教学的首要任务是让学生明确学习目的，唤起学生的学习兴趣

之前提到，MATLAB语言课程的教学是为了让学生学会用MATLAB，那么为什么要用MATLAB呢？这个问题的答案有必要在课程的开篇即向学生明确。MATLAB软件里有许多Demo和Example，这些是介绍MATLAB强大功能的最便捷素材；也可通过引入相关专业课程中的仿真案例，说明MATLAB在专业领域中的应用状况。不过，鉴于大二年级的学生尚未开始学习专业课程，对自己的专业情况缺乏明确的认识，专业仿真案例的讲解不宜过细，应点到为止，让学生知道学习MATLAB对今后的课程学习有用即可。此外，网络资源的力量不可小觑。目前，一些针对MATLAB学习和应用的网站、论坛为MATLAB初学者、爱好者和科研工作人员提供了很好的学习和交流平台，如在“iLoveMatlab（MATLAB中文论坛）”上就曾有一位MATLAB的资深使用者现身说法，用自己的亲身经历告诉初学者自己是如何走上MATLAB学习之路，又是如何学习的，以及目前的学习和工作情况。这样的故事作为课堂的教学素材，对于90后的互联网一代大学生来说相当亲切且极富吸引力。学生通过在课堂上听故事，知道了MATLAB与自己学习和未来发展的紧密关系；在课下，他们可以访问该论坛查看原文并通过浏览论坛更进一步了解MATLAB的方方面面，从而明确自己的学习目的，建立对MATLAB的学习兴趣。

笔者则用MATLAB的GUI（图形用户界面）工具箱编写了一个点名小程序，用于对上课的学生随机抽签点名。该程序充分利用学生对课堂点名的重视态度，同时也向学生展示MATLAB的数据处理和图形功能，该环节的教学引起了学生极大的兴趣，课堂教学效果甚佳。

2.2 在教学内容上注意繁简适中，引导学生开展自主学习

作为一种侧重科学计算的计算机语言，如何将一个具体的算法问题用MATLAB语言表述出来是应用的关键，因此在有限的学时内，MATLAB的基本语法是教学关键点之一。MATLAB的基本运算单元是矩阵，因而有关矩阵的定义和矩阵元素的表达是基础，要重点讲解；再者，MATLAB语言是以最流行的C++语言为基础，因此其语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员书写数学表达式的格式。考虑到学生已经学习过C语言，教师sk 在语法的讲解中采用由此及彼的引入、两种计算机语言的异同比较等手段。这种比对学习有次于学生尽快接受MATLAB语言的语法，也免于学生将两种计算机语言混淆。

打好了语法基础，MATLAB的具体应用就需借助其丰富的工具箱函数，此版块内容的教学宜采用“授人以鱼不如授人以渔”的思想。毕竟MATLAB软件是一款功能强大的软件，涉及的专业领域非常多，而使用者大多只需了解与自己专业领域相关的功能即可。为此，MATLAB语言课程的教学应考虑该特点，任课教师在教学中要考虑授课学生的专业背景，有选择地讲解与其专业相关的函数工具箱，且相关专业函数的讲解宜点到为止，只需讲解几个有代表性的函数。例如，在讲数据分析部分时可重点介绍“max（X）”求最大值函数的用法，强调MATLAB中的数据分析是按矩阵的列进行的，因此该函数的返回结果是求X矩阵每列的最大值，类似的“min（）”函数、“mean（）"函数等均有此特点。由此触类旁通，学可以在有限时间内掌握MATLAB数据分析一类函数的使用方法。

此外，教师在教学中还要有意识地培养学生使用MATLAB帮助系统的习惯。MATLAB软件的一大特色是帮助系统非常强大，除了给出具体函数的使用语法和详细解释外，还给出Examples（例子），使用者通过分析给出的样例即可更准确、具体地了解相关函数的用法。再者，帮助系统中还给出与所搜索函数相关函数的帮助链接，如在查找有关“min（）”函数的帮助时，MATLAB的帮助系统就同时还给出max、mean、median、sort等函数的帮助链接，这些链接可方便使用者追溯、发散学习，从而使其对一类相关函数有所了解。对于MATLAB帮助系统的使用，教师应做好榜样，在课堂教学里即经常使用MATLAB的帮助功能，引导学生看懂帮助信息，学会使用帮助文档，这种做法要在课堂上反复使用，以强调、加深学生的印象，使之形成使用帮助的习惯。有些学生看见英文帮助信息就犯怵，但通过教师多遍的引导学习就能逐渐习惯帮助文档的表达，直至基本掌握自己看帮助的能力，此种自主能力的培养除了会引导学生走上主学习MATLAB之路以外，还能增强学生自我解决问题的信心，间接提高其英文阅读能力，可谓一举多得。

2.3 用实例引导教学，培养学生分析问题和解决问题的能力

任何语言只有在反复应用中才能巩固提高，作为计算机语言的MATLAB也不例外。在教学中，如果只是一味地讲解语法，过于强调语法的各项规定并让学生死记硬背，这种“填鸭式”的教学必然会打击学生的学习热情，也难以培养出具有独立思考能力和灵活应用能力的学生。相反，如果在教学中多引入实例，课堂上由教师先提出问题，引导学生思考，然后给出程序流程图，再给出范例代码，之后对代码进行评析，给出改进意见，最后给学生布置课下任务，要求其思考针对该问题的其他解决方案或改进意见。这样逐步深入既能提高学生的学习关注度和课懂上的学习效率，又能培养其独立思考能力，变被动学习为主动学习，使其对相关教学内容的理解因不断反复使用而得以加深。其间，教师还可有意地在范例代码中制造一些语法错误，提醒学生通过找错巩固对语法的学习。经笔者近年的教学实践证明，此教学方法的应用不仅使语法教学达到了预期的效果，学生的编程思想和编程能力也在此有引导的训练中逐步提高。

当然，此处提到的“实例教学”足一种“细讲”的方法，会占用相对较多的教学时间，因此会出现“有限的教学时间和规定的教学内容”之间的矛盾。在此需要说明的是，笔者提出的教学日的是培养学生的实际应用能力，因此教学内容的多寡不必刻意强求，一旦教会学生止确的自主学习方法，许多教学内容可放手让学生自学，教师的主要精力则可放在如何设计合适的思考题上，将必要的教学内容融入其中，然后引导学生通过自学教材并在MATLAB的帮助系统和网络资源中寻求帮助，通过主动学习解答思考题。这样一来，学生有了具体的学习任务，学习就不再盲日；通过自主学习掌握相关教学内容（包括教师在课堂上没有详细讲解而又在教学大纲中有要求的教学内容），成功解答教师布置的思考题，成就感油然而生，其学习兴趣以及分析问题、解决问题的能力自然提高，所谓“教学时间和教学内容”的矛盾也迎刃而解。

3 结语

MATLAB软件在科研和工程计算中应用的日渐广泛决定着其在高校许多专业教学中的重要地位。面对MATLAB的庞大功能，MATLAB语言的教学任务重、难度大，但MATLAB的应用特点为其课程的教学指明了方向，即以培养应用能力为主导的教学目标。以此目标为驱动，从学习兴趣人手，结合由浅入深、由点到面的教学方法，采用引导的方式举一反三，鼓励并激发自主学习等均是应用型教学的适宜手段，也能够极大减轻课程教学和学生学习的负担，更宜于培养学生的学习自觉性和自主性。此外，对于课程实践和考核环节等，我们也可针对该教学日标制订，多方位提高MATLAB语言课程的教学质量，提升学生的应用和实践能力。