《MATLAB及其工程应用》的教学探索

张红升 周前能 胡章芳

摘 要 MATLAB是一个重要的科学运算和数据可视化处理软件。MATLAB既是一个软件也是一门编程语言，因此《MATLAB及其工程应用》既具有一定的理论性，又具有较强的实践性。根据这个特点，在开课时间、课时安排和授课内容方面对该课程的教学进行了探索和改革，取得了较好的教学效果。

关键词 MATLAB 教学改革 教学探索

中图分类号：TP319-4文献标识码：A文章编号：1002-7661（2012）06-0009-02

对许多理工科专业而言，专业课程和专业基础课程往往需要较多的数学知识或大量复杂的运算。这些复杂的运算往往是学生最感头疼的问题，并因此使很多学生失去了专业课程学习的兴趣，进而影响了其专业技能的提升和后续的深造。因此，对现代理工科大学生而言，必须学会至少一门辅助计算的软件或语言，使其学会处理繁琐的运算，提高专业课学习效果，并为以后的研究和深造打下良好的基础。MATLAB就是一门辅助计算软件，它具有强大的科学计算功能和数据可视化功能，可以方便地画出二维和三维的多种曲线和图形，同时MATLAB语法简洁，易于上手。鉴于这个特点，笔者所在的重庆邮电大学光电学院采用了MATLAB作为全院学生的必修课程。我们通过近几年的教学实践，对《MATLAB及其工程应用》的教学进行了一些探索和改革，取得了较好的效果。

一、开课时间的安排

由于MATLAB是以矩阵运算为基础，同时其语法风格具有类似C语言的特性，因此要求在MATLAB教课时，学生最好应先修过《线性代数》和《C程序设计》。如果这两个课程没有学过，那么必将导致教师浪费大量的时间解释MATLAB的相关运算原理以及相关语法，从而没有时间去讲授MATLAB的工程应用和实际编程。我们对重庆邮电大学光电学院和其他学院，以及国内其他高校的课程安排做了调查，发现《线性代数》和《C程序设计》一般都安排在大学一年级，至于是在上学期或下学期完成，则每个学校各有不同。因此《MATLAB及其工程应用》的最佳开课时间应该是不晚于大二上学期。若大一上学期即学完《线性代数》和《C程序设计》，那么开在大一下学期也是可以的；或者大一下学期开设《线性代数》和《C程序设计》，但把《MATLAB及其工程应用》的开课时间定在学期的后半部分。总之，一定要保证学生有一定的《线性代数》和《C程序设计》基础后，才能开设《MATLAB及其工程应用》，这样学生在学习的时候，才能感到轻松（因为MATLAB相对于C语言要简单得多，而且MATLAB非常易于处理线性代数的复杂运算）和有趣（因为MATLAB可以做出很漂亮的图形），进而激发出很强的学习兴趣。

二、课时和学分安排

MATLAB不是一个专门的理论课程，而且其使用方法相对其他编程语言要简单得多，因此《MATLAB及其工程应用》不需要太多的理论课时。MATLAB既是一个软件也是一门编程语言，因此《MATLAB及其工程应用》既具有一定的理论性，又具有较强的实践性。从教学目的上来说，其实践性要强于理论性，因此《MATLAB及其工程应用》又需要较多的实验课时。同时，由于总体学分的限制，我们在重庆邮电大学光电学院的教学过程中，对该课程分配了2个学分，总共32课时，其中理论课和实验课各占16课时。每上完一次理论课，即在当周或后一周安排相关的上机实验，以及时巩固课堂教学的效果，提高学生实际编程的能力。

三、教学内容的改革

如前所述，在总课时保持为32学时的情况下，为了体现《MATLAB及其工程应用》的实践性，切实提高学生利用MATLAB编程和解决实际问题的能力，我们加大了实验学时的比例，从原来的8学时提高到16学时，这样理论教学的学时就从原来的24学时减为16学时。但同时，MATLAB本身的内容又十分丰富，具有庞大的工具箱和内嵌函数。因此必须合理安排教学内容，使得主要内容能被学生有效掌握。

为此，我们针对重庆邮电大学光电学院的专业特点，并通过多年的教学实践，对授课内容不断进行调整，最终确定了较为合理的授课内容。详细的调整如下：

1.MATLAB的基本语法知识，如变量的命名/存储/调用和赋值、条件判断、循环操作等，由于和C语言极为类似，因此只需要4个学时即可完成MATLAB的基本知识的讲述。

2.在讲完MATLAB基本语法的基础上，需要4个学时讲述MATLAB的画图功能。由于对大学本科生而言，其处理的主要数据和图形一般都是二维的，因此应重点讲述二维画图的操作，而只需分配其中的1个学时简单介绍三维画图的操作方法。由于二维画图做了较为详细的讲述，因此三维画图的讲述只需要做抛砖引玉即可，一般学生都可以很快掌握相关函数的用法。画图部分要重点讲述，因为这一部分最能体现MATLAB的强大，也最能激发学生的学习兴趣。

3.由于MATLAB的函数和函数文件与C有较大的不同，因此要用专门的2个学时来讲述函数的用法。必须提到MATLAB的函数可以有多个返回值，可以只传递部分输入参数。这些地方都和C语言很不相同，但正是这些特性使得MATLAB更加容易使用。

4.省去MATLAB的符号运算的讲述。因为从我们的调查看，绝大部分本科生在本科阶段从来不使用符号运算。因此在学时受限的情况下，略去这部分内容是完全可行的。

5.剩下6学时用来重点讲述MATLAB的工程应用。应结合学生刚刚学过的《高等数学》和《大学物理》中相关例子来进行讲述，如曲线拟合，数据分析、处理和图示，微积分，常微分方程求解，物理实验的建模和分析等。这些例子都是学生们刚刚学习过的同时感到比较头疼的数据处理或运算，通过讲述如何用MATLAB解决这些问题，一方面锻炼了学生熟练应用MATLAB的能力，另一方面也有利于克服学生对复杂运算的恐惧心理，提高学习效果。

四、结束语

《MATLAB及其工程应用》教学过程是一个不断探索、总结与创新的过程。我们针对重庆邮电大学光电学院的《MATLAB及其工程应用》课程，在开课时间、课时安排和授课内容进行了探索和改革，取得了较好的教学效果。相关教学经验也可以为其他学校和专业的MATLAB教学提供参考。

参考文献：

[1]周开利，邓春晖．MATLAB基础及其应用教程[M]，北京：北京大学出版社，2007.

[2]薛山．MATLAB基础教程[M]，北京：清华大学出版社，2011.

[3]李彤，阚文彬，曹昱彭．学习Matlab应从大一开始[J]．实验技术与管理，2008，（8）：102-104．

（责任编辑 郑文）