地方院校数学类专业Matlab课程改革的探索与实践

李军成 杨炼 刘成志

摘要：Matlab课程在地方院校数学类应用型创新人才培养中具有重要的作用。该文以湖南人文科技学院数学类专业为例，首先分析了Matlab课程存在的问题，然后从四个方面探索了Matlab课程改革的举措，最后介绍了通过课程改革取得的一些成效，为地方院校数学类专业Matlab课程的改革提供了一定的参考。

关键词：地方院校;数学类专业;Matlab;课程改革

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）31-0268-03

1 引言

Matlab是一款应用广泛的工程计算应用软件，它具有计算功能强、编程效率高、绘图功能强等优点，已成为国内外理工科专业学生必备的一款软件。

近年来，国内高校很多学者分别从不同角度对Matlab课程的改革进行了研究与实践，取得了较为丰富的成果。例如，郑小雪等[1]以应用为导向对Matlab课程的模块化和任务驱动式教学模式进行了分析与探讨;余国先等[2]结合自身的教学经验，对培养学生科研创新能力的Matlab课程的教学模式进行了探索与实践;朱高峰等[3]通过实例探讨了任务驱动式教学方法在Matlab课程中的应用;张玉叶[4]针对电气信息类专业Matlab课程存在的问题，探讨了Matlab细节教学法以及实践教学环节的改革思路;徐保国[5]分别从模式、内容、教材、教法等教学层面探讨了Matlab课程立体化改革举措;陈锋等[6]针对Matlab软件课程教学的不足，讨论了模块化教学体系的构建;刘卫国等[7]依托开放式精品示范课堂，对Matlab课程的教学改革进行了有益的实践;周红标等[8]从“Matlab+”课程群的角度分析了自动化专业依托Matlab推进创新人才培养的途径;丁恒飞[9]通过实例分析了在数学与应数学专业创新班开设Matlab实践课的必要性。

目前，Matlab课程已成为国内大多数地方院校数学类专业开设的一门专业必修课，该课程在地方院校数学类专业培养应用型创新人才中具有不可忽视的地位。虽然湖南人文科技学院数学类专业在Matlab课程的建设和教学改革方面取得了一定的成绩，但仍存在一些问题。2018年以来，我们分别从辅助数学建模竞赛的教学内容整合、“线上+线下”的混合式教学、以项目为驱动的课程设计、面向创新的课程后续指导等四个方面对Matlab课程的建设与教学进行了改革，取得了较好的成效，对其他地方院校数学类专业Matlab课程的改革具有一定的借鉴与参考价值。

2 数学类专业Matlab课程存在的问题

众所周知，数学类专业的大多课程都具有较强的理论性，而培养学生实践与应用能力的课程相对较少。Matlab课程是我校数学与应用数学、信息与计算科学两个数学类专业的一门专业必修课，开设本课程的目的是使学生熟练掌握Matlab的数据及其运算、矩阵分析与处理、程序控制结构、绘图、数值计算、符号计算等基础知识，提高学生利用Matlab语言求解数学模型的水平，培养学生利用Matlab求解数学问题的能力，为利用数学软件和数学模型解决实际工程问题打下基础，在我校数学类应用型创新人才培養中具有重要的作用，如图1所示。

在Matlab课程改革以前，虽然我校数学类专业在本课程的建设和教学改革方面取得了一定的成绩，但仍存在以下几个问题：

（1） 虽然本课程为数学类专业学生学习的第一门实践性与应用性较强的课程，但部分学生的学习兴趣不高。如何激发学生学习本课程的兴趣是需要思考的问题。

（2） 少部分学生理论知识掌握得不够扎实或计算机的使用不够熟练，导致学习本课程有一定的困难。如何让学生能利用课余碎片化的时间进行反复学习，提高学生学习本课程的主观能动性是需要解决的问题。

（3） 本课程开设的对象是二年级本科生，学生虽然在一年级学习了《数学分析》《高等代数》《解析几何》等专业基础课，为本课程的学习奠定了一定的理论基础，但由于本课程涉及的知识面较广，导致部分学生虽然掌握了Matlab的使用，但对相关的理论知识却一知半解。如何让学生能有效地将理论知识与Matlab的使用有机结合起来需要探索的问题。

（4） 本课程仅开设1个学期，很多学生在课程结束后不会再触碰Matlab软件，本课程后续培养人才的地位和作用不明显。既然本课程具有较高的实践性与应用性，那么如何在课程结束后让学生继续深入学习与使用Matlab软件，依托Matlab培养数学类应用型创新人才是值得关注的问题。

3 数学类专业Matlab课程改革的举措

2018年来，针对Matlab课程存在的几个问题，我们对课程建设与教学进行了改革，并逐步形成了“依托Matlab线上线下混合式教学模式驱动培养数学类应用型创新人才”的教学理念。我们对Matlab课程进行改革的基本思路如图1所示。

（1） 辅助数学建模竞赛的教学内容整合

虽然我们在教学中选用的《Matlab程序设计与应用》（刘卫国主编）是一本非常经典的教材，但对于地方院校数学类专业学生而言，该教材的内容偏多，部分内容所需的理论基础要求较高。另一方面，我校数学类专业开设Matlab课程的其中一个主要目的是为学生后续参加数学建模竞赛做好准备。为此，我们根据数学类专业学生的实际情况，以辅助数学建模竞赛为目的，将Matlab课程的教学内容整合为10个模块，各模块的知识点层层递进，同时在部分例题中融入数学建模问题的求解，如图3所示。

通过对课程教学内容的整合，同时在课程教学中有目的的融入数学建模问题的求解，一方面让学生体会到Matlab软件的强大功能，另一方面让学生体验到解决实际工程问题的乐趣，在很大程度上激发了学生学习本课程的兴趣。

（2） “线上+线下”的混合式教学

为了提高教学效率，我们采用线上线下混合式教学模式开展Matlab课程教学获活动，教学活动的组织形式如图4所示。

近年来，我们利用“超星泛雅平台”和“超星学习通App”辅助课程教学。经过几年的建设，在“超星泛雅平台”建立了课程门户网站，包括课程章节、教学团队、教学目标、教学模块、参考教材、教学成果等内容，教学资源包括各章节的Mooc视频18个、课件17个、习题7套、实训报告9个等。同时，我们在“超星学习通App”创建教学班级，共上传课件17个、作业库21套、其他资料12个。

在课程教学前，利用“超星学习通”发布预习任务，要求学生通过“超星泛雅平台”的课程门户网站预习即将要讲授的内容，并做好相关笔记及疑难问题。在课程教学中，在机房采取“讲练结合”的方式开展常规教学，教师讲完一个知识点后即指导学生上机，同时利用“超星学习通”开展签到、选人答题、随堂练习、主题讨论等线上活动，提高教学效率。在课程教学结束后，利用“超星学习通”进行作业布置、提交与批改，并通过微信群进行交流讨论，巩固学习效果。

线上线下混合式教学模式的运用，不仅引导学生全程参与教学活动，提高了课堂教学效率，而且还让课堂教学更为生动，进一步激发了学生学习本课程的兴趣。而“超星泛雅平台”课程门户网站的建立和“超星学习通App”的使用，使得学生能利用课余碎片化的时间对课程内容进行反复学习，提高了学生学习本课程的主观能动性。

（3） 以项目为驱动的课程设计

近年来，我们在课程结束时会要求每名学生利用Matlab软件设计一个GUI（图形用户界面）系统，所设计的GUI系统难易程度不限，但内容必须要与前期学习过的《数学分析》《高等代数》《解析几何》等课程相关。

开展以项目为驱动的课程设计，不仅能进一步提高学生使用Matlab的水平，到达学以致用的目的，而且还能有效地让学生将理论知识与Matlab的使用有机结合起来。

（4） 面向创新的课程后续指导

近年来，为了持续依托Matlab培养数学类应用型创新人才，我们在课程结束后继续积极指导学生基于Matlab开展各种创新活动，深化学生创新能力的培养，如图5所示。

4 课程改革取得的成效

自开展课程改革以来，我们取得了以下教育教学效果与成果：

（1） 组建了Mooc教学团队，加强了教学团队建设。课程改革以前，虽然已组建了课程的教学团队，但团队成员在教学方法、教学手段、教学资源等方面都各有差别，这在很大程度上制约了教学团队的建设。2018年以来，我们组建了Mooc课程教学团队，将教学方法、教学手段、教学资源等进行了统一，教学团队建设取得了较大的进步。目前，教学团队核心成员有3人，其中教授1人、副教授1人、讲师1人，3人均具有博士学位。

（2） 完成了Mooc课程录制与课程门户网站建设，为学生开辟了课外学习阵地。课程改革以前，学生学习本课程的主要阵地是课堂，而少部分学生由于理论知识掌握得不够扎实或计算机的使用不够熟练，导致学习本课程有一定的困难。2018年以来，Mooc课程与课程门户网站使得学生能利用课余碎片化的时间对课程内容进行反复学习，大大提高了学生的学习效果。

（3） 将“超星泛雅平台”“、超星学习通App”等信息化手段应用于教学中，为课堂教学提供了强有力的辅助手段，提高了课堂教学效率。课程改革以前，课堂教学主要以“讲练结合”为主，学生的课堂参与度不高。2018年以来，团队共同录制了Mooc课程、在“超星泛雅平台”建设了课程门户网站，并使用“超星学习通App”辅助课堂教学，引导学生全程参与课堂教学，大大提高了课堂教学的效率。

（4） 激发了学生的学习热情，提高了学生学习的主观能动性。2018年以来，通过对课程教学内容的整合，以及采取线上线下混合式教学模式，不仅让学生体验到解决实际工程问题的乐趣，而且还让课堂教学更为生动，大大激发了学生学习本课程的兴趣。近3年来，“超星泛雅平台”上课程门户网站的访问量达24万余次。

（5） 推动了课程教学改革研究。2018年以来，团队成员积极开展课程的教学改革研究，发表了与课程教学改革紧密相关的研究论文3篇。

（6） 深化了数学类应用型创新人才的培养。2018年以来，团队成员指导本科生利用Matlab软件参加学科竞赛获得国家级奖励2项、省级奖励12项，立项省级研创项目5项，发表学术论文2篇，申请软件著作权2项。

5 结语

本文以湖南人文科技学院数学类专业为例，从四个方面对Matlab课程的改革进行了探索与实践。虽然我们取得了一些效果与成果，但仍有很多地方值得进一步深化与完善，如何构建并完善“Matlab+驱动数学类应用型创新人才培养模式”将是我们今后努力探索的方向。同时，我们也希望所总结的改革举措能为其他地方院校数学类专业Matlab课程的改革提供有价值的参考依据。

参考文献：

[1] 郑小雪， 林威. 以应用为导向的本科Matlab教学实践与探讨[J]. 高教学科， 2018（7）：67-70.

[2] 余国先， 王峻. 面向科研创新的Matlab课程教学模式探索[J]. 西南师范大学学报（自然科学版）， 2018，43（1）：164-168.

[3] 朱高峰， 张艳蕾， 梁平元. Matlab课程教学改革与实践[J]. 中国教育技术装备， 2018（6）：83-85.

[4] 张玉叶. Matlab语言课程教学中若干问题探讨[J]. 实验室研究与探索， 2018，37（3）：176-179.

[5] 徐国保. Matlab语言及应用课程的多元立体化教学改革探析[J]. 计算机教育， 2019（6）：94-96.

[6] 陈锋， 关丽红. 模块化教学模式在Matlab软件课程中的应用[J]. 长春大学学报， 2019， 29（10）：111-115.

[7] 刘卫国， 蔡旭晖， 吕格莉， 等. 开放式精品示范课堂的教学改革实践——以“科学计算与Matlab语言”课程为例[J]. 工业和信息化教育， 2020（11）：23-28.

[8] 周红标， 柏小颖. 自动化专业"Matlab+"课程群建设及创新人才培养[J]. 大学教育， 2020（11）： 43-46.

[9] 丁恒飞. 数应专业开设Matlab软件实践课的教学思考——以天水师范学院数学与应用数学专业创新人才班为例[J]. 兰州文理学院学报（自然科学版）， 2020， 34（1）：112-115.

【通联编辑：王力】

收稿日期：2021-02-15

基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目“基于学科竞赛驱动培养地方院校数学类应用型创新人才的研究与实践”（湘教通[2018]436號No.732）;湖南省普通高等学校教学改革研究项目“高校数学类课程案例式实验教学方法研究及实验教学系统构”（湘教通[2020]232号No. HNJG-2020-0954）;湖南人文科技学院本科课程教学案例库建设项目“数学建模课程教学案例库”（校教通[2019]165号No.28）

作者简介：李军成（1982—），男，湖北省汉川市人，教授，博士，主要研究方向为几何设计与计算、数学建模;杨炼（1981—），男，湖南省隆回人，讲师，博士，主要研究方向为计算机图形学、数学建模;刘成志（1986—），男，湖南省洞口人，副教授，博士，主要研究方向为几何设计与计算、数学建模。