基于MATLAB建模全英文研究性教学

张琦 陈冬冬 陈世栋 邱变变 缪宏 罗西锋 孟悦

摘 要：美国堪萨斯州立大学和扬州大学联合开展基于MATLAB建模的全英文硕士课程，比较美国现有的工程建模课堂模式与国内的工程建模课程教学模式不同，从而借鉴美国工程建模课程的优势，坚持以现实生活中的实际的问题为出发点，引导学生进行发散性思维，通过对实际问题进行分析、思考、研究，借助于MATLAB来进行数学模型的建立。通过这种方法可以让学生体验生活中现实案例问题，并且亲自参与进来，从而可以提高自己学习的积极主动性，本论文主要介绍了此门课程的设计与教学方法。

关键词：美国教育模式；本科；工程建模；MATLAB

工程建模不同于其他的数学建模，它是以现实生产生活中实际的需要为出发点，通过发现问题、分析问题、解决问题为主。工程建模不仅仅涉及了高等数学问题、整数规划、微分方程，也涉及了现实生活中的生产和制造问题。比如现实生活中的污水处理、滚动轴承的故障的工程建模、背袋问题、车辆路径问题等。工程问题与之对应的就是工程建模。只有通过把工程实际中复杂的抽象问题具体化，我們才能找到解决问题的途径和方法。

现在对于复杂的工程问题辅助软件的帮助必不可少，而MATLAB就是一款工程数据分析软件。MATLAB的基本单位是矩阵、它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分的相似MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

我国的教育理念与美国相差很大。美国教学方法教学法是以学生为主角，突出了学生在学习中的主导地位。教师只是负责抛砖引玉来引导学生学习，围绕着问现实生活中的问题，学生以小组合作的方式来共同解决实际或真实的问题，从而可以最大可能地发挥自己的主观能动性，积极参与到问题的解决中。与国内教学法相比，美国教学法有利于促进学生提高发现问题、分析问题和解决问题的能力，可以更好地提升自己的创造能力，同时也可以培养学生的团队协作能力。教师应该通过实际的工程案例作为最主要的讲课方式，其中包括：案例分析、小组讨论、学生发言、老师总结。因此，作者在扬州大学机械工程学院与美国堪萨斯州立大学合作开设了一门基于MATLAB建模的全英文课程。模拟美国课堂环境，改进现有的工程建模课程枯燥难懂的弊端。通过学生分组讨论积极发挥自己的主观能动性，亲自参与进来从而可以抽象的问题实际化，让学生有一种现实的收获的成就感。从而提高自身的综合素质。

一、 中美国教学风格的对比

美国的教学风格更多的是让学生亲自参与到整个教学中，美国的大学课堂气氛比较轻松，一般是同学围着一个圆形桌。老师会抛砖引玉，让大家积极思考问题。共同提出一个解决方案，可以充分地发达自己的意见。

中国教育的教学方式一般是老师在黑板上不断的讲题，没有充分的了解到学生的接受程度，对一些现实的工程问题并没有让学生亲自参与。同时对于建模中的辅助软件也只是在课堂中草草演示一遍，没有让学生亲自去学习MATLAB代码的编写以及结果的计算。从而没有让学生在整个工程建模的学习中收获到学习的快乐感以及动手解决实际问题的能力。

本次的基于MATLAB的建模教学中，通过全英文的美国教学模式，一方面锻炼学生的英文表达能力，另一方面可以让学生更快地融入到美国课堂的教学氛围中。本课程的设计主要以下面三个方面为教学目的。第一，让学生在课前主动地去寻找关于工程的建模的现实案例并且给出自己的解决方法。第二，在课堂上学生发言给出自己现实的工程问题，大家集体的讨论，给出一个解决方法。第三，老师在大家发言之后作一个陈述性的总结给出一些必要的意见。

二、 教学目标和策略

通过本课程的教学方式的设计，由于全英文课程的环境下，学生需要时间适应全英文环境，因此不适合用特别复杂的全英文数学建模和matlab方面的书籍，采用具体MATLAB进行教学，通过让大家亲自参与进来了解到MATLAB的操作界面和一些语句的书写方法从而让学生达到如下的目标：1）提高学生发现问题、提出问题以及分析问题的能力。通过亲自参与工程实际问题的解决从而达到一种学习的满足感。2）基于MATLAB的教学过程中让大家学会对MATLAB这款软件的使用，对操作界面的熟悉从而自己能够独立地进行语言命令的撰写。3）通过小组成果汇报的方式让大家用英语来进行表达，同时在下面聆听的同学需要给陈述的同学提出一个自己的问题。4）成绩评定：在该门课程结束后，教师将通过学生们的学习反馈。基于MATLAB的工程建模全英文教学课程受到了学生们的普遍欢迎，部分同学表示由于英文基础比较薄弱，在一些课程上不是很能理解，建议以后可用中文再讲述一遍重要的知识点。

三、 总结

中美高校联合举办的基于MATLAB的工程建模全英文教学课程能够让学生独立自主去发现问题、分析问题、到最后的解决问题。让大家积极发表自己的意见，从而培养了学生独立思考与团队协作的精神，学生成为学习的主体而教师只起到一个引入的角色。（通讯作者：陈世栋）

参考文献：

[1]周丽珍，张涛，李田军，等.工程力学教学中“力学建模”与工程案例相结合的实践研究[J].教育教学论坛，2013.

[2]马玉真，宋方臻，邵海燕，等.建模仿真实例教学在研究生创新教育中的应用[J].实验技术与管理，2012.

[4]何国栋，谢小娟，冯友宏，等.MATLAB在通信原理教学中的应用[J].山西电子技术，2014.

作者简介：

张琦，陈冬冬，陈世栋，邱变变，缪宏，罗西锋，孟悦，江苏省扬州市，扬州大学机械工程学院。