Matlab与科学计算课程教学方法改革

聂建辉

摘 要：Matlab是一种集数值与符号计算、数据可视化以及交互式仿真环境于一体的计算语言和开发环境，广泛应用于控制系统设计、信号处理、图像处理以及计算生物学等诸多领域。Matlab与科学计算课程教学方法的改革可以增强学生学习积极性和主动性，加深学生对Matlab语言的理解，提高教学质量。

关键词：Matlab；教学方法；教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）19-0005-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.19.001

一、引言

Matlab是一种集数值计算、符号计算以及图形显示为一体的大型集成化科学计算软件和编程语言，因其功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。Matlab的第一个商业版本于1984年发行，经过30多年的发展，当前Matlab已经在自动控制系统设计、信号分析、图像处理、金融、数学等诸多领域得到了广泛的应用，是当今国际公认的最优秀的科学计算工具。

Matlab与科学计算是理工科专业广泛开设的一门课程。对于理工科学生来说通过本课程的学习，他们可以掌握现代科学计算和系统仿真语言的基本编程思想和方法，提高利用计算机平台辅助科学研究和解决工程问题的能力。

二、教学方法改革内容

我结合在教学过程中发现的一些问题，探讨如何激发学生的学习兴趣、增强学生学习主动性，提高Matlab课程的教学质量。

（一）提高对课程重要性的认识

在欧美大学，Matlab是学习线性代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、电力系统仿真等课程时的必讲内容，是攻读学位必须掌握的计算工具[1]。而国内高校对该课程重要性的认识普遍不足，基本上将其作为教学和实验活动的一种辅助工具。很多学校将Matlab课程安排在大学二年级，由于此时学生还没有开始专业课程的学习，因此，很难在学习过程中体会到Matlab对于专业学习的重要性，更谈不上在后续专业课程中的应用。鉴于此，任课教師在课程开始之前可以系统的分析Matlab课程与学生大学课程间的联系，并可以图文并茂引入一些实例以展示Matlab在解决数学问题和工程问题的强大能力，引导学生正确认识Matlab课程的作用和重要性，提高学生学习这门课程的积极性。

（二）启发式教学方法

传统教学方式的基本形态是教师讲课，学生被动接受[2]。这种枯燥单一教学方式不利于调动学生的学习积极性，教学效果也不尽人意。为此，在教学过程中需要改变传统的以教师为中心的教学理念，转而采用启发式教学方法。应积极了解学生思考问题的方式特点，积极鼓励学生的探索性尝试，并对此过程中出现的偏差进行及时的分析和纠正，从而建立良好的教学互动机制，激发学生的学习动机，提高学习兴趣。同时，教师在讲授理论知识的同时，注重引导学生以自己的方式理解知识点，并进一步通过与现实中的实例相结合，来阐述相关知识点的用途。通过这种方式，教师可以有效地活跃课堂气氛，培养学生自主发现问题和解决问题的能力。

（三） 注重学以致用

高等教育在进行理论教学的同时，不应忽略对学生实践技能的培养[3]。教师应在讲课过程中引导学生通过多读、多写、多调试来熟悉语法、提高编程能力。同时，在深刻分析教材知识点的基础上，教师可以将工程实际问题引入到教学过程中来，展示如何利用Matlab语言去解决这些与课程知识点相关的实际问题。此外，上机实验应该是Matlab与科学计算的重要组成部分，教师应该在实验开始前对实验内容做大概的讲解，并适当提出一些问题，使学生的实验不再是仅仅验证书本内容，而是带着问题做实验，在实验中融入自己的思考。同时，鼓励学生采用不同的思路解决问题，提高学生学习的能动性，并通过对学生提出的解决方案加以比较和点评，提高学生分析和解决工程问题的能力。

（四） 结合专业特点进行讲授

Matlab软件除了具备基本的数值计算功能外，还包含了针对各个专业领域的工具箱，如控制系统工具箱、信号处理工具箱、图像处理工具箱、神经网络工具箱、函数拟合工具箱等等。要想把Matlab的所有功能都熟悉和掌握难度很大[4]。因此，在教学过程中应该重点讲解Matlab的基本语句格式以及编程风格，同时，针对学生的专业领域重点介绍与其密切相关的一到两个工具箱的用法，如对自动化专业的学生可以着重介绍控制系统工具箱，而对通信专业的学生着重介绍信号处理工具箱。此外，Matlab函数编写的程序结构与C/C++等高级语言在很大程度上是相似的。而Matlab与科学计算的开课时间要比C/C++课程晚，因此，在教学过程中可以通过类比的方式讲授Matlab编程方法。同时，在类比过程中要让学生体会到相对于C/C++等语言，Matlab封装了许多科学计算常用的数学函数，具有更高的编程效率，其语言风格也更接近于自然语言。这样，有利于增强学生学习Matlab课程的信心。

三、结语

Matlab与科学计算是一门偏向应用的课程，同时其授课内容又与线性代数、高等数学等理论性很强的课程息息相关，学习好Matlab对于培养学生理论联系实际的能力十分重要。在Matlab与科学计算教学过程中，可以通过强调Matlab的重要性，使学生正确认识到课程的重要性；采用启发式的教学方法，可以大大提高学生学习的积极性和主动性；通过将工程实际问题引入到教学中来，培养学生独立思考和解决问题的能力；针对不同专业讲解的重点各有不同，使学生能够熟悉与其专业最紧密的Matlab工具箱的使用方法。

参考文献：

[1] 王玉芳，叶小岭，陈逸菲.电气信息类专业Matlab课程教学改革探讨[J].软件导刊，2016（11）：218-220.

[2] 杨夷梅，杨玉军. Matlab教学中的方法与实践[J].中国电力教育，2008（24）：65-66.

[3] 马斌. Matlab语言及其工程应用课程教学方法的探索和思考[J].甘肃科技，2011（2）：162-163.

[4] 石磊，李晓辉，刘世磊.电子类专业Matlab教学探索与改革[J].科技信息，2012（32）：43-144.endprint