如何在MATLAB语言教学中培养创新能力

曹玉东　王冬霞　孙福明　周城旭

摘要：学生的创新能力培养是高等教育的根本，掌握一门计算机编程语言是学生必须具备的基本技能。MATLAB语言代表了当今科学计算软件的先进水平，将数值分析、科学数据可视化和专业级仿真等诸多功能集成在一个视窗环境内。针对MATLAB语言教学中的不足，提出了一些改进措施和方法，教学实践和反馈结果表明改进后的教学模式有效地提高了学生的创新能力。

关键词：创新能力；教学改革；MATLAB教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0099-02

近些年，高等教育的培养规模不断变大，由此产生了很多弊端。我国的本科生和研究生普遍缺乏创新能力，学术成果质量不高，实践应用能力较弱，科研实践参与度低，与西方发达国家的高等教育相比，存在着较大的差距。辽宁工业大学（以下简称我校）在电子与通信类的硕士研究生创新能力培养方面，也做了积极探索[1，2]。MATLAB已经成为高校教学和科研的有力工具，很多高等院校都为本科生和研究生开设了相关的MATLAB语言课程。另外，很多专业类课程采用的教学模式通常都是“理论+实验”的形式[3]，大量的专业仿真实验都是借助MATLAB语言实现的。此外，MATLAB语言也成为本科生和研究生完成毕业论文和参加科研创新活动的重要工具。因此，研究MATLAB语言教学模式对学生创新能力的影响有很大的必要性。

一、传统教学方法的不足

1.教学内容和教学模式缺乏创新。很多高校存在的问题是教学计划设置欠合理，教学内容陈旧，跟不上时代发展的最新要求，无法满足科研及工程技术发展的需要。

2.大班形式授课。教师仅注重理论和方法的讲授，研究生教学继续沿用本科的方法，采用填鸭式的教育模式，严重阻碍了学生创新能力的发展，很难达到课程的目标。

3.考核方式死板。单纯的笔试考核容易让学生陷入死记硬背的復习模式，造成学生的分数很高，但是工程实践能力很弱，也无法评价学生的创新素质。有些高校采用提交课程论文的方式考核学生，但是很多学生生吞活剥，原样拷贝和粘贴网络资源，不能真正完成MATLAB课程的教学任务[4]。

二、课程的教学改革措施

现在，MATLAB语言已经成为科学工作者、教师和学生在科研和学习中的得力助手，在MATLAB语言教学中提高学生的工程创新能力势在必行。经过授课教师的共同努力，总结教改措施如下：

1.采用提出问题解决问题的教学模式。思维的内动力是问题意识，它是孕育创新精神的载体。一切创新都源于对问题的发现，而发现问题又源于强烈的问题意识[5]。所以说培养研究生的创新能力应始于问题意识。现在多数学生不善于思考和提出问题，作为教师，要想方设法激发学生的问题意识，促使其发现问题、解决问题。

2.改革现行的班级设置，按照学生的基础进行分层次教学，如果条件允许，在机房授课，增加学生动手实践的机会。研究生入学前就读不同层次的高校，既有应届的学生，又有工作几年后重新回到课堂的学生。他们入学前的水平参差不齐，学习能力各不相同，有的在本科阶段学习和使用过MATLAB语言，有的则没有接触过MATLAB语言。根据学生的情况来安排教学内容和教学形式，有助于迅速改善教学效果。

3.教学手段可以多样化。可以采取课堂讲授、与学生互动、学生课前阅读相关文献材料和教师总结提高等多种教学形式。这样有利于培养学生的自学能力和实践能力，提高学生的创新能力，开拓学生的视野。教师还应积极应用微课和慕课等新型教育技术和方法，从多角度和多方位把知识传递给学生，有助于提高教学效果。增加实践教学环节，将实验内容分为基础型实验、设计型实验和创新型综合性实验三层次[6]。

4.强化教师的主导作用。教师在教学中注意培养学生正确的思维方法，强化和培养学生的编程能力，进而提高学生的工程创新能力。此外，教师应该把自己的科研项目和最新的前沿科技信息融合到MATLAB教学中，强化学生的专业知识，培养学生对科学研究的兴趣，在MATLAB教学中启发学生的创新意识。

5.由简到难，融入算法分析思想，启发学生利用多种技术和优化算法解决问题。MATLAB语言对循环语句的处理速度比较慢，进一步考虑能否用矢量或矩阵运算的方法直接解决。例如，可以利用for循环实现傅立叶变换的定义式，并画出频谱图。然后利用向量内积形式取代循环结构，实现傅立叶变换，其执行时间明显减少。最后再介绍利用MATLAB语言的内部函数FFT实现快速傅立叶变换。很多电子和通信专业的研究生在本科阶段没有掌握足够的计算机知识，甚至不清楚递归和迭代的概念。在授课过程中，可以结合具体例题或案例，给学生讲授相关知识，提高学生的自主编程能力。在布置编程作业时，有意识地强调学生必须使用不同的方法或指定某些方法来实现等，让学生理解程序设计语言作为一种工具，必须不断追求更好的使用效果，而不能仅仅以解决当前问题为目标。可以基于如下两点考虑在MATLAB语言教学中融入算法设计内容：其一，MATLAB编程和调试比VB还要简单，比较易学易用，学生可以有更多的时间去设计和分析算法；其二，电子通信专业的学生对算法设计、数据结构等计算机方面的知识了解不多，掌握不够，需要补充这方面的知识。

6.优化课程考核方式。不能只考核学生对知识的理解程度，还要考核学生是否具备分析和解决新问题的能力，优化课程考核方式能够高学生的创新能力，把学习重点和注意力迁移到对知识的消化、发展和创新上，同时把学生在平时学习过程中的表现作为成绩考核的内容之一[7]。为了能真实客观地考核学生运用知识和创新能力水平，增加了上机考核项目，以考核学生的实际动手能力。

三、MATLAB课程教学效果反馈

通过与高年级在校本科生座谈、和硕士毕业生邮件沟通的方式，了解学生对语言类课程教学的想法和建议。从我校学生的反馈结果看，学生对MATLAB的教学效果持肯定态度，多数学生希望能进一步提高实践类课程的授课学时。连续对2014届和2015届电子与通信类硕士毕业生论文答辩做了跟踪调查，学生在完成毕业论文期间，都不同程度地使用了MATLAB软件。近几年，我校研究生MATLAB语言应用能力逐年提高，学生踊跃报名参加了全国数学建模竞赛、电子设计竞赛、挑战杯科技作品竞赛、智慧城市技术与创意设计大赛等各类创新创业比赛，取得了不错的成绩。在已经公布成绩的2016年研究生数学建模竞赛中获得国家三等奖2项，2016年华为杯中国研究生电子设计竞赛中获得东北分赛区一等奖1项，二等奖8项，三等奖7项。

四、结束语

在MATALB课程教学结束后，坚持让学生做到学习期间不断线，将MATLAB的应用延伸到研究生日常的学习和科研活动中，可以有效地提高学生的创新能力。

参考文献：

[1]曹玉东，孙福明，王冬霞，关维国.研究生创新能力培养的实践与探索[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2016，18（3）：92-94.

[2]关维国，鲁宝春，王冬霞，李光林.电子信息类大学生创新能力培养的探索与实践[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2015，17（3）：120-123.

[3]刘莉，陶强.计算机专业基础课实验教学模式研究[J].计算机教育，2011，（12）：107-112.

[4]甘玲.基于项目开发的面向对象方法课程教学新模式[J].计算机教育，2014，（4）：43-46.

[5]常顺英，林彤.研究生创新意识和创新能力的培养[J].北京理工大学学报：社会科学版，2006，（05）：106-109.

[6]王冬霞，周军，谢文阁，曹玉东，关维国.以培养“卓越工程师”为目标创新电子信息类人才培养模式之课程体系建设[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2014，16（6）：90-91.

[7]陈慰宗.加强理工科研究生创新能力的培养[J].科技人才市场，2001，（04）：36-37.