高职院校数学计算软件MATLAB教学研究

2016-05-06生静枣庄科技职业学院山东枣庄277500

山东农业工程学院学报 2016年4期

生静(枣庄科技职业学院山东枣庄 277500)

生静
(枣庄科技职业学院山东枣庄 277500)

当下高职院校对高职数学的教学情况不容乐观，随着教学模式的不断改革，高校教师应当着眼于教学手段的更新，从而提升学生的学习热情，进一步塑造具有综合素养的复合型技术人才。MATLAB软件包是沟通数学教学与实际应用的良好媒介，它强大的数值计算系统为高效解决高职数学很多问题奠定了坚实的基础。本文将结合高职院校数学教学实际和MATLAB计算软件实践，探讨高职院校数学计算软件MATLAB的教学方法和应用等相关问题。

高职院校；数学实验；MATLAB；教学

近年来，我国的高等教育模式已经实现了由精英式向大众化的转型，高等职业教育作为高等教育的组成部分取得了突破性发展[1]。高职院校的职责也进一步延伸，从单纯的教学扩展到了培养复合型技术人才，以满足社会对于生产建设、统筹管理等各方面的需求。数学作为一门基础学科，其在高职院校教学培养计划中的作用不言而喻，它与其他各学科专业的交叉，也为许多实际问题提供了高效的解决方案。为了实现高职院校培养复合型技术人才这一目标，应当注重以下几点：增强课程的实用性，充分调动学生参与的自主性，考核方式多样化。本文结合高职数学教学实际和MATLAB计算软件实践，探讨高职院校数学计算软件MATLAB的教学方法和应用等相关问题。

1.引入MATLAB进入高职数学教育的必要性

虽然高职院校教学改革已在广大院校推广，但目前高职数学教学现状仍然与预期相距甚远，这一现象的主要原因在于，不同学生的数学基础差异较大，而高职院校开设的专业性质的数学课程学时少、教学模式陈旧、评价模式单一，因此学生的学习热情普遍不高，甚至会逐渐感觉枯燥乏味，长此以往，教学效率越发低下。新的教育制度下，高职数学教育应当进一步加强数学教育的改革，改变沉闷的课堂气氛，从而提高学生的学习热情与自主能力。

Matlab软件包是沟通数学理论教学与解决实际问题的良好媒介，其高效的数值计算系统为解决各类问题奠定了坚实的基础。Matlab由美国Mathworks公司于1984年开发，目前已经成为国际科学界最具影响力、最具活力的科学计算软件[2]。MATLAB能够有效将数学理论与实际运用相结合，将抽象的数学原理运用于实际问题，不仅提升了学生的兴趣，也提升了学生解决实际问题的能力。同时，Matlab的易用性可以提高数学教学的效率，进一步提升学生的兴趣。MATLAB可以作为学生的一项技能，为将来步入社会奠定坚实的基础。基础差的高职院校学生通过Matlab的学习，能够掌握一门实用的技能，从而在将来的工作中实现自身的价值。

2.Matlab语言的特点

Matlab集数值计算、图形图像处理、符号计算、文字处理、数字建模、实时控制、动态仿真、信号处理等功能为一体，适应多学科、多重工作平台，功能强大。其主要特点有以下几点：

2.1 高效的编程能力

与JAVA，C，C++等程序相比，Matlab与人们的思维方式具有更多的相似性，更符合人们思考的习惯，更容易被理解掌握，用Matlab编写程序的效率也因此较高。

2.2 强大的计算性能

Matlab的主要运算对象是维数无需被事先指定的矩阵及数组，而在解决实际问题，进行工程运算的过程中，矩阵、数组以及向量发挥了强大的作用。

2.3 简便的使用模式

Matlab预言使用简便，且运用方式灵活，将编译、链接、执行等流程有机的结合为整体，使用者的语法、书写等错误可以在同一窗口被发现并排除，这大大减少了调试程序、修改错误的时间。与此同时，Matlab的计算结果以熟悉的符号呈现，不需要强大的计算机知识，这也为使用者进一步提供了便捷。

2.4 数据的可视化功能

Matlab中图形例程占据了很大的比重，这也为数据可视化创造了条件。在内部，Matlab借助图形句柄控制图形的显示，涵盖了直线、文本等多种形式，同时对于对象的操作方法也进行了说明。同时，Matlab中的高级图形命令可以绘制出网格图、阴影图、曲线图等多种多维图形，进一步加强了数据可视化的程度。

2.5 扩充的便捷性

在Matlab中，用户可以根据自身的需求，构建文件与库函数以备调用，这也扩充了计算功能，为使用进一步提供了便捷。不仅如此，Matlab还可以与C++语言、C语言等混合编程，更加延展了它的使用范围。

2.3.1 谐波运动成像（harmonic motion imaging，HMI）谐波运动成像是通过一个外部声源发射超声波，超声波产生的声辐射力对被检组织形成周期性的压力，使得被检组织产生谐波运动，通过采集组织被激发前后的超声图像进行位移相位估计，可间接反映组织的弹性状况，弹性越大，应变就越大[6]。应变是组织硬度的相对指标，会随压力的改变而改变。

3.Matlab在高职数学中的应用

3.1 在求导中的应用

导数运算是高等数学中的基本内容，掌握求导运算对数学能力的提高是学习数学的基本技能之一。利用MTALAB我们可以轻松地求得导数。例如我们对式子（1）进行求导

导数运算的Matlab代码是：

>>a=[4,2,7];

>>b=[3,2,2];

>>k=polyder(a,b)

48 42 66 18

因此求得的导数如式（2）所示：

3.2 求极限的中的应用

函数的极限是高等数学中最基本概念，极限的计算是教学上的一个重点，也是一个难点，其计算方法非常多，如单调有界性、四则运算法、等价无穷小法、洛必达求导法和泰勒展开法等。MATLAB可以轻易地求解出极限。在区间［0,3］π作函数：

的图像，观察当x→＋∞的时候，函数的极限。MATLAB代码如下所示：

由图1可知y=3e-xcos(2x2)的极限为0，即3e-xcos(2x2)=0。

图1 3e-xcos(2x2)的极限示意图

3.3 曲面图形的绘制

MATLAB具有强大的绘图功能，一系列的绘图函数及命令使得绘图过程简单实现。2-D图，柱形图，曲面图形，图像拟合等均只需要简单的函数命令实现，还可以在图上标注图的标题，坐标轴的标注，还可以对图像进行旋转查看图像的各个角度的视角，使得数学教学更加的形象具体，生动有趣。下面我们展示曲面图像的绘制。对于抛物曲面：

我们可以先用meshgrid命令绘制生成x,y平面的网格数,然后绘制这些网格对应的z值，由曲面绘制函数mesh命令生成曲面。MATLAB代码如下所示：

4.灵活多变的教学方法

Matlab的实用性很强，尤其是Matlab的各种工具包，不同学科使用的工具包也不同，因此要根据高职数学内容特点，有针对性的选择适合的Matlab工具包。在这一特点下，提升高职院校教学的针对性就十分关键，否则不仅会降低学生学习的兴趣、运用的能力，也无法突出Matlab软件自身的特点。课堂学必须将教室的讲授与学生的学习相互结合，从而提升课堂教学的参与性，全面提升课堂效果。这也是高职院校教师需要解决的首要问题。对此，本文提出了以下解决方案。

4.1 互动式教学

与其他课程不同，计算机类的课程允许学生进行上机操作，实战演练，这也是计算机教学与其他教学的显著不同之处。上机操作使得学生有了更为直观的理解和认识，也为检验自身掌握程度提供了良好的平台。除了有效的人机互动，还能够实现学生与学生之间，师生之间的互动交流。这种交流不仅仅局限于课堂，在课余，教师可以向学生提供更多的参考文献、相关资料、自学课件等，便于学生根据自己的实际情况和时间安排，进行自主学习，同时，网络作为有效的互动平台，方便了学生与教师的沟通，对于学生的问题疑惑，教师可以即时了解及解答，避免了反馈时间过长而造成的兴趣缺失、知识体系构建困难等问题。教师通过与学生的交流沟通，也可以进一步完善自己的教学方法，从而提升教学质量。

4.2 针对性教学

随着社会竞争的日益激烈，学生的综合素质已经受到了各大高校的普遍关注，为了培养高素质的复合型实用人才，各个高校都把优化教学计划、丰富课程门类提上日程。而课程丰富是一把双刃剑，在丰富知识涵盖面的同时，也不可避免的减少了教学的学时。Matlab中的指令代码很多，以往的教学中，教师为了在有限的时间内讲授更多的知识，往往讲解枯燥无味。因此，学生很难长时间集中注意力，保持高度集中，因此也无法掌握关键。所以高职数学教学必须有所重点和针对性，以提升学生的兴趣，同时也使得教学更有效率。

4.3 实践性教学

高职院校的目标在于培养技术型人才，因此教学必须将理论与实践相结合，加强Matlab教学中学生上机操作的环节。只有学生主动进行上机操作，才能及时发现自身存在的问题，加以改进完善，这也进一步促进了理论教学的改革，使得学生的掌握不仅仅是停留于理论层面，而是强化训练了他们解决实际问题的能力。Matlab教学也应当与具体的专业结合，根据专业的特点设置有趣的实际问题，提高学生自主解决问题的能力。这种教学模式不仅提高了学生对于Matlab的掌握，也增强了他们对于本专业知识的理解。