以MATLAB及其应用课程为例的课程思政探索

周红标 赵环宇 刘晓洋 陈良海

摘  要：课程思政旨在通过构建全员全程全方位育人的大格局，实现立德树人这一高等教育的根本任务。为了实现MATLAB课程学习与思想政治教育相互交融的目的，文章从课程思政建设背景、课程教学现状、课程思政元素融入点和课程教学改革四个方面进行了探讨，并初步提出了在提高学生创新能力的同时，培养学生的爱国情怀，实现价值塑造、知识传授和能力培养三者有机统一的可行路径。

关键词：课程思政;MATLAB及其应用;教学改革

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）03-0179-04

Abstract： The purpose of curriculum ideological and political education is to realize the fostering of character and civic virtue through constructing the whole process and all-round education pattern， which is the fundamental task of higher education. To realize the integration of MATLAB course learning and ideological education， the background of ideological and political construction， the status of curriculum teaching， the integration of ideological and political elements， and the curriculum teaching innovation are discussed in this paper. In addition， the feasible path of cultivating students' patriotic feelings and realizing the organic unity of value building， knowledge imparting and ability training while improving students' innovation ability is proposed.

Keywords： ideological and political education; MATLAB and Its Application; teaching innovation

習近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，“高校思想政治工作关系到高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿于教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”为此，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求高等院校全面推进课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用[1]。在此之前，思政工作主要是由专职思政教师负责，专业课教师几乎不会在课堂中专门去讲思政。因此，新形势下专业课教师必须树立“守好一段渠，种好责任田”的育人意识，充分挖掘专业课程蕴含的思政元素，将其无缝集成到专业教学当中，与思政课程形成协同育人效应[2]。同时，引入以成果为导向的工程教育专业认证理念，构建“三全育人”的培养体系，提高工程教育人才培养质量[3]。本文以MATLAB及其应用课程为例，围绕课程思政建设目标，认真梳理课程教学存在的问题，初步提出了思政案例库建设、课程教学改革等关键环节的可行措施，以期在提高学生创新能力的同时，培养学生的爱国情怀，实现价值塑造、知识传授和能力培养三者之间的有机统一。

一、课程思政建设思路

MATLAB及其应用是高等工科院校一门重要的专业基础课程，开设该课程的专业较多，包括数学、自动化、电子信息、计算机、机械、金融、管理等专业。MATLAB的应用领域较为宽广，包括数据分析、信号处理、图像处理、语音识别、自动控制、金融量化、股票投资等领域[4]。由于其强大的科学计算能力，MATLAB受到研究者的广泛关注[5]。

在本专业2020版大纲中，MATLAB课程的主要教学内容如下：（1）MATLAB概述;（2）MATLAB数据类型;（3）MATLAB数组运算;（4）MATLAB矩阵运算;（5）MATLAB数值分析;（6）MATLAB符号计算;（7）MATLAB程序流程控制;（8）MATLAB绘图;（9）MATLAB图形用户界面;（10）Simulink系统仿真;（11）基于模糊神经网络的出水总磷预测;（12）基于粒子群优化算法的城市交通信号优化;（13）基于模糊逻辑控制的污水处理过程多变量控制。

目前，MATLAB及其应用课程教学存在以下问题：

一是教学方式固化。目前采用“满堂灌、填鸭式”的教学方式，有限的授课课时根本无法保证学生能够消化吸收基础理论知识和掌握足够的解题技巧。

二是教学理念落后。目前采用“理论讲解、算法仿真、知识点考查”三步走的教学理念，学生只能硬记知识点以应付考试，不知道如何运用MATLAB去解决本专业复杂的工程问题，并获取创新成果。

三是教学内容陈旧。目前采用基础操作和简单编程作为授课内容，无法为本专业学生后续从事数据分析、系统建模、运行优化和自主控制等方面的研究提供足够的技术储备。

四是考核手段单一。目前采用实验报告和期末考试的考核手段，无法保证很好地定量分析学生的学习效果，更无法衡量学生解决实际工程问题的能力。

对于高校人才培养工作的三个根本问题，MATLAB课程给出的答案也不令人满意。从培养什么样的人来看，目前从事人工智能算法研究的学者把大部分精力放在了研究对象和研究算法身上，不自觉地忽视了MATLAB对学生创新能力培养的重要作用，致使学生的编程能力达不到创新实践和科学实验的要求。从如何培养人来看，包括MATLAB在内的专任教师一般只关心如何解决技术层面的问题，很少深入学习中国特色社会主义理论，知识储备无法支撑课程思政建设。从为谁培养人来看，目前高校优秀人才流失的现象非常严重，尤其是青年学生赴国外深造，继而留在国外工作的例子不胜枚举。让学生学习好MATLAB，将其用于社会主义现代化建设，实现“为党育才、为国育才”，才是对这一问题的正确解答[3]。

因此，本文从课程思政建设思路、課程思政案例库建设、课程教学改革探索三个方面阐述如何将课程思政与课程教学相结合，在提高学生创新能力的同时，培养学生的爱国情怀，实现德育与才育的有机统一。图1给出了课程思政建设思路及目标。

围绕课程思政背景下MATLAB及其应用课程的教学改革与实践，本项目创新性地提出了“线上+线下、互联网+现代教育、MATLAB+智能算法、案例项目库+思政案例库”四位一体的教学模式，与科技企业共建智能算法实验室，并力争打通专业学习线、能力训练线、课程共建线和三库交融线，挖掘课程思政元素，将项目导向和成果导向教育（OBE）理念融入到应用型专业人才培养过程，在提高学生动手操作、创新实践、自主学习等能力的同时，树立优良的学风，弘扬科学精神，激励学生报效祖国、服务人民、奉献社会。

二、课程思政案例库建设

MATLAB课程具有理论与实践相结合的特点，本专业安排在计算机仿真实验室开展该课程的教学工作。因此，在挖掘课程思政元素的同时，要充分考虑课程特点，在主讲教师授课和学生动手操作两个不同的教学环节需要编排不同的课程思政案例。课程组首先对MATLAB章节内容进行分析，选定可以融入思政元素的教学单元以及具体知识点;然后多渠道多角度查阅革命先辈、社会主义建设者、新时代英雄等的光辉事迹，采取文字、图片、声音、影像等形式向学生传递正确的世界观、价值观和人生观。根据主要教学内容，表1列出了MATLAB课程思政案例库中部分思政元素融入点。

三、课程教学改革探索

“四位一体”教学模式的核心在于打通四条线，即专业学习线、能力训练线、课程共建线、三库交融线。课题组根据MATLAB课程的教学特点，初步规划了可行的实施路径，如图2所示。

具体表述如下：

一是打通数学、MATLAB、智能算法这条专业学习线。尽管本课程主要内容只是MATLAB的编程基础，但是也涉及矩阵论的知识，需要学生具有较深厚的数学基础。此外，新增的神经网络建模、群智能优化、模糊智能控制等前沿知识也涉及导数的链式法则以及复杂的矩阵运算。因此，课题组利用课余时间、假期时间以及网络课堂资源，采用线上授课形式，强化学生的数学基础。学生对人工智能算法的深入理解和灵活运用也不是一蹴而就的，不仅需要借助MATLAB平台实现算法的模拟仿真，而且也需要将算法代入到具体的工程案例中去以实现其实际应用价值。因此，课题组提前建好教学群，引导学生前期打好数学基础，强化矩阵计算能力，后期用好智能算法，实施探究式案例教学。

二是打通传统课堂授课、线上自主学习、课外创新实践、学科竞赛这条能力训练线。课程组构建了MATLAB网络课堂，发布教学文件、微课视频、试卷库、典型工程案例、数学建模竞赛等教学资源。授课地点也不再囿于传统形式上的教室，而是加大网络课堂份额，提高学生线上自主学习能力[6]。此外，逐步加大课外实践环节份额，从期中智能算法大作业、期末智能算法大比拼等方面，多维度提高学生创新能力，密切联系挑战杯、互联网+、数学建模等学科竞赛，学以致用，让学生能够通过自主学习获取创新成果。

三是打通校企、校际、境外这条课程共建线。课程组联系地方高新技术企业联合开展课程校企共建，联系国内“双一流”高校资深教授开展校际合作，设立名师讲堂，联系境外大学知名教授开展境外合作课程，发力高端人工智能人才培养[7]。

四是打通教学案例库、教学项目库、思政案例库这三库交融线。本课程在必修的基础编程章节和选修的智能算法章节均安排多个案例式教学内容，能够将多个知识点通过较复杂的问题紧密联系起来，从而构建较完整的教学案例库[8]。学习MATLAB不仅是为了掌握常用函数的用法、编写诸如排序等的小程序，而是要灵活运用MATLAB解决工程难题或模拟解决实际问题[9]。因此，本课程引入项目导向教学思想，有意识培养学生将MATLAB与智能算法相结合，解决本专业工程项目中的系统建模、参数寻优和变量控制等方面的问题，逐步完善教学项目库。在本课程的后期，从班级中遴选学习优秀、表现良好、兴趣十足的同学参与教师科研项目，进行关键技术研发。此外，对思政元素融入点进行扩展，形成一个个生动的思政案例，从而构建与教学案例库、教学项目库相互交融的思政案例库。

四、结束语

本文针对工科院校MATLAB及其应用课程思政建设进行了有益的探索。高校不仅要培养具有较强工程素质、创新精神的专门技术人才，而且要充分重视课程思政教育，挖掘课程思政元素，培养学生的爱国情怀。本文创新性地提出了“线上+线下、互联网+现代教育、MATLAB+智能算法、案例项目库+思政案例库”四位一体的教学模式，利用“三全育人”的思政理念，将知识传授和价值引领相结合，多维度提高学生创新意识和政治素养，为地方培养和造就一大批德才兼备的社会主义事业接班人。

参考文献：

[1]王亚学，袁亚宏，杨海花，等.课程思政探索——以《食品包装学》课程为例[J].食品与发酵科技，2020，56（5）：128-129+140.

[2]刘卫华，王向红，米思，等.食品化学课程思政教学模式探索与实践[J].轻工科技，2020，36（11）：142-144.

[3]刘吉波，毛海舫.《化工环保与安全》课程思政教学改革与探索[J].广州化工，2020，48（20）：165-166+170.

[4]孙少华，吴宝贵，邹宇鹏，等.基于Matlab/GUI的混合动力汽车教学仿真平台设计[J].实验室研究与探索，2019，38（3）：106-111.

[5]赵海滨，于清文，刘冲，等.基于Matlab/Simulink的混沌同步控制实验[J].实验室研究与探索，2019，38（1）：16-19.

[6]朱宁宁，宋彬，何继爱，等.“双万计划”背景下基于产学合作的电子信息类“金课”建设[J].高教学刊，2020（35）：38-41.

[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]刘光星，曹茜林.面向工程教育专业认证的课程教学改革——以《工业控制网络》课程为例[J].高教学刊，2020（25）：113-116.

[9]黄宏博，潘淑文.数据智能类专业最优化类课程教学研究[J].高教学刊，2020（21）：113-115.