基于案例教学和分步、递进式任务设计的Matlab教学改革探索

戴丽珍

摘要：Matlab语言及其应用是目前大多数工科专业必修的专业基础课程，在课程设计和毕业设计方面发挥着越来越重要的作用。本文结合实际授课情况及学生反馈信息，探讨基于案例教学和分布、递进式任务设计的教学改革方法，旨在提高学生的学习激情和参与积极性。实践表明，该方法可以有效地提高教学质量。

关键词：Matlab语言及其应用；工科专业；案例教学；分布、递进式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）21-0161-02

随着计算机硬件及其相关技术的发展，数值计算、模拟仿真等相关技术在越来越多的领域发挥着重大作用，而作为三大数学软件之一的Matlab因其在数值计算方面的优势得到科技人员的广泛关注。由于其涉及代数、几何等基本数学知识，还可以与专业理论知识紧密结合，因此大多数工科专业都将以《Matlab语言及其应用》为基础的相关课程列为必修专业基础课程。不仅因此，若能熟练地掌握基于Matlab语言的程序编程及仿真应用，则可以帮助我们对专业知识的理解。然而，由于其不属于计算机等级考试范畴，且大部分专业将其开设在本科学习的后半阶段，因此，尽管市场上有大量的Matlab相关学习资料，若无法充分调动学生的学习积极性，将会导致课堂教学效果不理想。

为了激发学生兴趣，培养学生分析问题和解决问题的实际能力，文献[1]提出了“引导式面向对象教学法”，教学过程以“学生为主体、教师为引导”。文献[2]在教学中设计基础教学、专题教学和设计教学三层环节，通过递进式的教学模式对Matlab课程进行教学改革探索。为提高学生对创新活动的积极性，提高科研创新能力，文献[3]以数学建模及工程案例为教学素材，探讨Matlab课程的教学模式。针对Matlab课程的教学，文献[4]提出“一人为本”的教育理念，通过“实例式教学、对象式培养、互动式教学、实践式训练、深入式学习相结合的教学模式”，培养学生的实际能力。

为充分调动学生的学习热情和积极性，提高教学质量，本文结合我院《Matlab语言及其应用》课程的实际教学情况，探讨案例教学及分步、递进式任务设计的教学改革。

一、案例教学

MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是美国MathWorks公司开发的一种科学和工程计算的交互式程序语言。MATLAB具有强大的数值计算功能，且包含大量与各个学科专业知识紧密相关的函数可供调用，可以通过程序调用方便地实现数值运算、图形绘制、模拟仿真等相关操作。在各个高校，MATLAB已成为线性代数、控制理论、信号处理、计算机仿真等相关课程的基本教学工具。

Matlab主要包括Matlab和Simulink两个组成部分，其工作界面如图1所示，主要包含Command Window、Editor、Workspace、Details、Current Folder、Command History等窗口，通过运行Editor内编写的程序或在Command Window内输入的相关代码获得运算结果。课程讲授期间，若单纯地介绍Matlab相关的数据及其运算、矩阵分析与处理、数值运算等基本知识，往往无法调动学生的积极性。实际研究表明，在具有一定编程基础的计算机编程类相关课程中，先储备相关知识而后应用于实际问题求解的效果远远没有根据面对的实际问题寻求解决方案过程中学习相应基本知识的效果好。因此，在课程设计环节，可将相关基本内容分类归纳至一到多个综合设计应用中，通过实际求解过程中的问题分析、基本知识、方案制定、编程实现、分析校正等环节，掌握相关知识，完成问题求解。

例如，在导课环节，可首先介绍如图2所示的图形。圆规是中学数学课程中的必备工具，借助圆规我们可以很容易地绘制如图1所示的图形，相信绝大多数学生都曾绘制过此类图形。那么，在学习计算机编程及仿真技能的今天，能否方便地应用Matlab软件进行计算机绘图？应该如何绘制？如何完成相关符号标记及线型、颜色区分？要完成此图的绘制，不仅可以很好地调动学生学习课程的兴趣，也可以有针对性地学习基本知识模块、锻炼学生借助Matlab解决问题的能力。

二、分步、递进式任务设计

上述看似简单的图形绘制问题却涉及到众多的Matlab基本知识。从表面上看主要是圆及圆弧的绘制，而实际上包含着如圆的方程（直角坐标系、极坐标系等）、plot绘图、线的区分与标记（线型、颜色）、曲线交点求解、根据起止点绘制圆弧等。与此同时，也可以引申至流程图绘制及实现等相关知识。

计算机程序语言設计通常包含顺序、判断、循环等基本结构，通过分布、递进式的任务设计，该图形绘制问题可以包含上述基本程序结构，并分层次地锻炼学生的思考问题能力和动手解决问题能力。同时，也可以涉及与此相关的编程技能，如流程图的设计等。流程图是帮助我们理清思路、帮助编程的有效工具。那么，应该如何绘制流程图可作为延伸知识点进行复习和强化。完成基本绘图的步骤如下：

？荩Step 1：在坐标系内绘制圆心为（x，y）、半径为r的基准圆；

？荩Step 2：随机选取圆上1点（x0，y0）并以此为圆心绘制半径为r且与基准圆相交的圆弧1；

？荩Step 3：分别以圆弧1与基准圆的两个相交点为圆心绘制半径为r且与基准圆相交的圆弧2和3；

？荩Step 4：分别以圆弧2和3与基准圆的交点为圆心绘制半径为r且与基准圆相交的圆弧4和5；

？荩Step 5：以圆弧4和5与基准圆的共同交点为圆心绘制半径为r且与基准圆相交的圆弧6。

根据此步骤进行的绘图，简单易懂，但是在实际编程过程中，除基本的画圆知识外，存在“重复劳动”问题，即以交点为圆心的绘图需要重复执行多次，容易出现错误。为解决上述问题，可以使用循环结构和（/或）判断结构实现。因此，若在设计任务中加入“循环/判断结构”的限制条件，如图3所示流程图为例，既可以引申至流程图的相关知识，亦可以练习程序结构的编写及应用。

三、结语

在实际的授课过程中，可以根据绘图步骤、顺序讲解相关的基本模块知识，通过多次课程的学习，使学生掌握Matlab基本知识、绘图相关命令、程序结构等相关知识。再结合上机练习和课后习题，激发学生的积极性和参与性，提高教学质量，取得了较为理想的效果。

参考文献：

[1]彭代慧，祝诗平，伞磊.“引导式面向对象”教学法在Matlab课程中的应用研究[J].中国电力教育，2013，（31）：99-100.

[2]邹国锋，傅桂霞，李震梅，等.电信专业递进式“Matlab”课程教学模式探索[J].电气电子教学学报，2016，（05）：84-86，89.

[3]余国先，王峻.面向科研创新的Matlab课程教学模式探索[J].西南师范大学学报（自然科学版），2018，43（1）：164-168.

[4]王波，王军.MATLAB课程的教学改革思考[J].中国电力教育，2012，（28）：55-56.