Matlab公选课的教学改革探究

郭天勇

(南开大学 公共计算机基础教学部，天津 300071)

Matlab公选课的教学改革探究

郭天勇

(南开大学 公共计算机基础教学部，天津 300071)

Matlab是目前应用较广的科学与工程计算软件。针对面向全校工科学生开放的Matlab公共选修课，文章从课程内容选择、授课方法、最终考核等方面进行了改革，旨在激发学生兴趣，提高学习热情，拓展学生思路，便于学生快速掌握该软件并利用其解决学习中遇到的问题。

Matlab课程；教学改革；矩阵运算

Matlab早期主要应用于矩阵运算[1-2]，但随着Mathworks公司的不断发展壮大，以及广大编程爱好者的技术支持，其应用领域发生了翻天覆地的变化，其应用包括：电力系统、自动化控制、生物医疗、汽车电子、图像处理等行业[3-6]。

而在课堂上，面对不同年级、不同专业的学生，就需要从Matlab众多的功能中下大功夫选取适合的内容进行讲述。同时，还需要结合每学期选课学生的专业进行针对性地、深入地实例讲解，引导学生自觉地通过编程验证所学知识，以达到学以致用的目的。

1 激发学生兴趣，引导学生自学

结合公选课的基本特点，学生对其感兴趣或者认为对自己学业有帮助的才会选课。不管学生的知识背景如何，首先要通过实例进一步激发学生学习的兴趣，并引导其自学。

在学期开始的第一堂课，通过展示基于Matlab绘制的图片和往届学生设计的GUI图形界面，分别如图1和图2所示，从而引起学生的注意、并让其了解Matlab 的众多功能及应用领域。同时，建议学生改进、完善Matlab现有函数，并自行设计专业领域的工具箱[7-8]。

图1 学生利用Matlab绘制的图形

除了展示图片，还通过具体的实例让学生了解该软件的强大。估计大家对魔方都有所了解，就先以魔方矩阵为例。其特点是：对于n阶方阵(n>0且n≠2)，其矩阵元素是从1到n2，且每行每列以及对角线元素相加之和都等于(1+2+…+n2)/n。手工计算该矩阵是非常耗时的一项工作，利用Matlab中的函数magic就可以快速给出想要的矩阵。

如：>> t=magic(3)

t =

8 1 6

3 5 7

4 9 2

线性代数中令人头疼的求矩阵的行列式、逆矩阵、矩阵相乘等运算，利用Matlab函数det、inv及运算符‘*’就可以瞬间解决。希望能通过这些问题激发学生的好奇心和求知欲。

图2 学生设计的GUI图形界面

该软件还自带了丰富的函数，以供用户使用，也提供了help、doc、lookfor等帮助命令。我们可以利用上述帮助命令查找和了解命令的基本格式及使用规则。

2 课程内容选择：以点带面

作为公选课，课程内容涵盖面不仅要广，还要“专”，要让学生“扎”进去，而不是学完就“扔”。为此，课程内容大纲主要有：Matlab概述与入门、数值计算、数据处理、画图及界面设计、M文件与程序设计、Simulink仿真和典型应用举例[9-12]。

课程内容以基础知识为主，专业内容为辅。课程中以实例为“引线”，将前后内容串联起来，通过讲解典型实例，结合作业练习，让学生发散思维，从多个角度考虑问题，用“计算机思维”来解决问题，实现“举一反三”，并且以典型的成功案例来带动学生去学习整个章节、甚至整门课程的内容，最终实现以点带面。

为了让学生便于掌握该课程，对课程进度进行了调整。由于图像简洁、直观，便于我们快速得出结论，所以课程中把Matlab画图提到靠前的位置；由于Matlab是由众多函数组成的，为了让学生尽快熟悉和掌握函数的使用，所以讲完画图后就讲M文件与程序设计。这样，在后面讲到数值计算、插值、拟合等内容时，可以让学生自己编程看看与Matlab内部自带函数在思路、方法和结果等方面的区别。

3 多媒体机房上课，实现讲练结合

由于该课程侧重于实际动手操作，所以将上课地点选在多媒体教室，在讲完理论内容和典型例题后，专门留出几分钟时间，让学生自己上机动手操作，加深印象。

当然，在多媒体教室上课，有利也有弊。为了防止学生自己玩电脑而不听课，可利用“网络教室”软件，将学生的显示器进行锁定，使其与教师机、投影仪屏幕内容保持一致的方法解决该问题。该软件还具有课堂分组、点名、举手、考试和作业提交等功能。同时，为了更好地发挥和锻炼学生的自主学习能力和团体合作意识，根据学生专业和年级，利用该软件将选课学生合理分组，小组成员之间互相帮助，共同提高；每次作业都让小组代表进行演示，让大家相互学习，取长补短。

4 专业考核，发挥特长

考核内容是所学知识的综合应用及延伸，结合自己专业所学，进行GUI图形界面设计。以光学工程专业为例，学生可以将单缝衍射、矩形孔衍射、双缝干涉等专业实验通过编程以图形、动画的形式展现出来，既加深了对专业知识的理解，又熟练了对Matlab编程及画图功能的使用，通过展示又能让非专业学生快速了解该技术，可谓“一举多得”。

5 结束语

该公选课每学期都开课，除了正常选课学生外，也吸引了一些对该课程感兴趣的学生来旁听。边学边练，用计算机思维将理论知识转化为数学模型，是该课程的核心。希望该课程能对学生后期的学习和工作提供一定的帮助。可喜的是有几名往届学生已经在数学建模中取得了不错的成绩。

[1]穆尔.Matlab实用教程[M].2版.北京：电子工业出版社，2010.

[2]王沫然.Matlab与科学计算[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3]夏江涛，孙冬娇.Matlab在现代通信原理课程中的应用[J].实验技术与管理，2014,31(1):110-113,119.

[4]杨光祥，梁华，曹晓莉，等.过程控制系统仿真与实践结合的实验教学设计[J].实验技术与管理，2013,30(1):91-93,100.

[5]周渊深.电力电子与Matlab仿真[M].北京：中国电力出版社,2005.

[6]于群，曹娜.Matlab/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2012.

[7]冯晓龙.基于Matlab的几何运动布朗模型的应用与预测[J].计算机应用，2013，33(S1)：329-330,334.

[8]张海宁，刘超.基于Matlab工具箱目标定位稳定性分析[J].数字技术与应用,2013(10)：86-87.

[9]周开利.Matlab基础及其应用教程[M].北京：北京大学出版社，2011.

[10]张琨.Matlab2010从入门到精通[M].北京：电子工业出版社，2011.

[11]张德丰.Matlab程序设计与工程应用[M].北京：清华大学出版社，2011.

[12]王正林.Matlab/Simulink与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2012.

Study on Teaching Reform of Public Elective Course of Matlab

GUO Tianyong

(Department of Public Computer Teaching, NanKai University, Tianjin 300071, China)

Matlab is widely applied in science and engineering calculation, as a public elective course which is opened for engineering students in the school. We described the choice of course content, teaching method, the final examination and other aspects, and aimed to stimulate the student’s interest, improve the passion of learning, divergent thinking, grasp the software quickly and use it to solve problems encountered in the study.

Matlab course; teaching reform; matrix operations

2014-08-09；修改日期: 2014-11-20

郭天勇(1981-)，男，博士，实验师，研究方向：新能源发电及实验室设备管理等。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.054