专业认证标准下改进MATLAB课程教学的研究与实践

王珂，廉飞宇，樊超，李卫东，段金龙

（河南工业大学信息科学与工程学院，郑州 450001）

0 引言

MATLAB是由国际著名的MathWorks公司设计、研发的服务于复杂科学计算的交互式计算机软件[1-2]，其克服了以往非交互式程序语言的缺点[2-4]，是系统综合了矩阵计算、可视化界面、模型仿真、系统实验、专门工具箱等多种功能的计算机语言与软件[3-4]，已被广泛应用于科学计算、工程设计、数据分析、经济金融等领域、行业，其代表了国际上目前专业计算软件的领先水平[4]。自上世纪90年代末MATLAB在国内获得了重视并迅速流行起来[2]，在各高等院校、科研院所、工程设计单位、高新技术企业均得到了广泛应用[1-4]。经过近二十年的发展，MATLAB已成为当前理工类专业在读本科生、研究生、有关科技人员等最常用、最重要的计算机语言和计算软件[1-4]。

近年来，河南工业大学已在电子信息工程专业设置了《MATLAB及其应用》课程，并受到了在读本科生和该专业教师的肯定和好评。《MATLAB及其应用》定位于电子信息工程专业的专业基础课，其课程内容涉及了专业培养方案中的多门主干专业课，例如：程序设计基础、信号与系统、数字信号处理、通信原理、数字图像处理等[5-6]。培养学生掌握、运用MATLAB以满足上述专业课实验和实践教学的需要，是辅助、深化学生课堂理论学习，锻炼、提高学生动手能力、实践能力的重要手段。由此可见对于电子信息工程专业，MATLAB课程具有特殊而重要的作用，尤其是在当前工程教育专业认证背景下，如何改进提高MATLAB课程教学，如何发挥其在电子信息工程专业培养体系中的作用，已成为电子信息工程专业教学领域关注的热点问题。本文结合河南工业大学电子信息工程专业在《MAT⁃LAB及其应用》课程教学实践中积累的经验，对专业认证标准下改进MATLAB课程教学的有关方面进行了研究和探讨。

1 专业认证及其标准要求

为了推动我国高等工程教育实现工程学位国际互认即加入《华盛顿协议》，按照其协议规定要求，我国在2015年正式成立了工程教育专业认证协会。国家教育部作为其主管部门，其主要负责我国工程教育专业认证的组织、实施、管理等有关工作[7]。该协会由多家全国性行业组织参与，是非政府、非营利性、代表政府部门开展工程教育专业认证的第三方权威机构[7]。我国已于2016年正式加入了《华盛顿协议》成为其组织成员，标志着我国高等工程教育进入了走向国际化的、新的发展阶段。

工程教育专业认证是工程学位走向国际化、互认的基础，是工科类专业国际上广泛采用的培养质量评价体系、保障制度，其核心是对照行业普遍认可的既定质量标准，全面评估工科类专业毕业生对其标准的达成情况[8-9]。在培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件等方面[8-9]，专业认证对工科类专业均有明确、全面、客观、具体的标准要求[8-9]。其中尤其强调工科类专业应以培养目标和毕业要求为导向，并建立专业持续改进机制以有效保障培养质量[8-9]。目前，专业认证已成为我国高等工程教育评估体系中的重要组成，其对提升工科类专业教学质量有着十分显著的意义和作用。

经过近年来的持续努力，河南工业大学电子信息工程专业于2018年顺利通过了工程教育专业认证。《MATLAB及其应用》课程对于电子信息工程专业，具有较强的实践性和应用性，对培养、锻炼、提高学生的编程能力、实践能力有着重要作用。对照专业认证的各项标准，《MATLAB及其应用》应达到的课程目标主要是：能够培养学生具有分析、研究、设计、开发“复杂工程问题”解决方案及对其正确、全面、合理、客观理解和评价的能力[10]，以及“使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性”的能力[10-11]。显然《MAT⁃LAB及其应用》课程的教学实施应围绕上述专业认证标准，以有力支撑电子信息工程专业培养目标和毕业要求的有效达成[9]。

2 改进课程教学的分析与探讨

依据工程教育专业认证标准明确《MATLAB及其应用》课程目标之后，审视电子信息工程专业的课程体系，不难发现其中多门主干专业课例如程序设计基础、信号与系统、数字信号处理、通信原理、数字图像处理等[5-6]，要求学生不仅具有解决“复杂工程问题”的理论分析能力，同时也要具有“使用现代工具”对“复杂工程问题”进行预测、模拟等的能力。虽然传统的、以往的《MATLAB及其应用》课程教学的各环节已经比较规范、成熟，但以专业认证标准重新审视《MATLAB及其应用》课程后，发现仍存在两个主要问题：一是学生对MATLAB知识点的理解、掌握仅局限于教材内容，对于相关专业课可能用到的新知识点，学生持续自学的能力薄弱；二是MATLAB上机实验课内容综合性不够，对于相关专业课涉及的“复杂工程问题”预测、模拟，学生解决问题的实践能力薄弱。显然，之所以以往的课程教学会存在上述问题，是因为在专业认证视角下，电子信息工程专业的课程体系中各门课程不再是孤立的，而是相互影响、共同作用，整体促成了培养目标、毕业要求的达成[9]。为了保证专业培养目标、毕业要求的有效达成，需要对《MATLAB及其应用》课程进行改进，将其与电子信息工程专业相关专业课教学有机结合、融会贯通，以培养、促进学生具有相关专业课学习所需的持续自学能力、编程实践能力。

以电子信息工程专业为例，为了加强《MATLAB及其应用》对相关专业课程的配合、支撑、辅助作用，我们探讨如何对《MATLAB及其应用》课程教学进行改进、提高，采取的主要措施包括：

（1）将《MATLAB及其应用》课程教学、上机实验与相关专业课的课程内容有机结合，让学生深入理解MATLAB程序设计能够解决相关专业课涉及的哪些“复杂工程问题”，从而激发学生对《MATLAB及其应用》课程的学习兴趣，有助于深化学生对MATLAB知识点及程序设计的学习效果。通过MATLAB程序设计实现相关专业课的模拟、仿真实验，能使枯燥的理论知识直观化、可视化，使学生认识到学好《MATLAB及其应用》课程对相关专业课学习是大有裨益的，培养学生持续自学MATLAB知识点和锻炼编程实践能力的内在动力。

（2）完善、改进《MATLAB及其应用》课程的上机实验教学，在实验内容选取时，加入程序设计基础、信号与系统、数字信号处理、通信原理、数字图像处理等[5-6]专业课的有关编程经典实例。上机实验时，可将若干实验内容综合组成一个单元并分配给充足学时，强化实验内容的综合性、复杂性，即相当于锻炼学生解决小型的“复杂工程问题”，其实验内容将MATLAB与相关专业课进行对接、结合，将显著增强对相关专业课的配合、支撑、辅助作用，培养学生具有解决相关专业课所涉及“复杂工程问题”的编程实践能力。

（3）教师在对学生进行《MATLAB及其应用》课程上机实验指导时，不仅要讲解清楚具体实验内容、编程步骤、具体操作，更要对实验内容的程序设计思路、方法是什么，其能解决哪些“复杂工程问题”的预测、模拟，编程实现过程中可能会遇到哪些困难、问题，怎样利用MATLAB的Help（帮助）功能查找相关命令的使用说明、应用举例，如何自学MATLAB程序设计以解决相关专业课遇到的“复杂工程问题”等，进行深入、细致地讲解分析和示例教学，以培养学生的持续自学能力，使学生能掌握MATLAB这一现代工具去自主分析、解决问题。

（4）继续改进《MATLAB及其应用》课程的考核方式，在考核阶段引入课程试卷考核与MATLAB程序设计考核相结合的方式，使课程考核更全面、多元化。传统的课程考核是采用期末试卷成绩与平时成绩按各自占比加权计算的方式，引入MATLAB程序设计上机实验考核，并将学生使用MATLAB对相关专业课经典实例进行程序设计加入到上机实验考核中，引导学生对MATLAB编程实践能力的重视和锻炼。多元化的考核方式能更全面地考察学生对《MATLAB及其应用》课程的整体理解能力，及运用MATLAB程序设计解决“复杂工程问题”的实践能力，能更真实地反映学生学习情况，保证专业认证中达成评价的准确性[9]。

3 结语

本文针对电子信息工程专业由工程教育专业认证的概念出发，深入论述了MATLAB课程的作用，专业认证的概念和标准要求，及对照专业认证标准《MAT⁃LAB及其应用》应达到的课程目标；详细分析、梳理了专业认证标准审视下，传统的、以往的《MATLAB及其应用》课程教学存在的不足之处；结合河南工业大学电子信息工程专业参加专业认证过程中改进课程教学的实践经验，对照专业认证标准研究、探讨了改进《MAT⁃LAB及其应用》课程教学的途径和若干措施。我们以参加专业认证为契机，通过全面总结经验、理清改进思路、采取有效措施，将进一步显著提高《MATLAB及其应用》课程教学的教学水平、有力保障电子信息工程专业的培养质量。同时，本文在专业认证标准下对《MATLAB及其应用》课程教学的实践经验总结，及改进其课程教学的有关论述、分析、研究、探讨等，对国内高校开展MAT⁃LAB课程建设具有借鉴意义和参考价值。