新工科背景下《MATLAB的工程应用》的教学探索与研究

邹玮　陈雪勤　胡丹峰

摘  要：“新工科”是在新经济、新产业和新型工业化发展背景下兴起的工科专业。阐述了《MATLAB的工程应用》在课程教学、课程考核以及持续改进等方面的方法和技巧，以能力培养为目标，激发学生的学习兴趣，全面提升学生解决复杂工程问题的能力，充分提高课程的教学质量。

关键词：工科;教学探索;目标驱动

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）15-0086-03

Abstract： New engineering course is generated under the background of new economy， new industry and new industrialization development. The methods and techniques of teaching， examining and permanent improvement of this course are illustrated. The aim is the capacity training. The learning interests of students are stimulated to fully improve the capacity of solving the complex engineering problems. The quality of course is also improved.

Keywords： engineering course; teaching research; objective drive

一、新工科背景

高等工程教育是国家创新体系建设的重要环节。培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，既是当务之急，也是长远之策。

当今社会已进入智能信息化时代，高性能处理器和高速通信平台结合信号处理、模式识别、人工智能等技术形成了前所未有的具有大数据分析处理能力的智能化信息处理系统，并在越来越多的行业得以有效应用。例如人脸识别系统、车牌识别系统、自动驾驶系统、医疗辅助诊断系统、无人机信息采集系统等等。信息技术和人工智能极大地推动了智慧城市、智能交通、远程医疗服务等社会形态的发展，社会对宽口径、复合型信息工程专业技术人才呈现出不断增长的需求。“新工科”是在新经济、新产业和新型工业化发展背景下兴起的工科专业。新工科建设就是要根据实现国家重大战略的需要，主动布局、设置、建设和发展相关新工科专业，培养各种层次和类型的卓越工程科技人才。新形势对于工科人才培养提出了新的要求。当前，面对新工科教育思想，沿袭多年的工科人才培养模式存在着诸多的亟需改进与改革的方面。各大高校在新工科教育背景的新形势下，纷纷探索如何形成新工科建设模式以应对变化、塑造未来[1-4]。

二、教学探索与研究

（一）课程教学

作为一门专业课程，《MATLAB的工程应用》在工科中具有非常重要的地位和作用[5]，在专业课的学习实践、课程设计以及毕业设计等环节，都有可能会使用到相关的知识。

在理论教学方面，针对书上的知识点给出相应的实例，并结合MATLAB软件进行现场演示。通过演示，使学生产生直观的认识，进一步激发学习兴趣。例如，在阐述zeros这个函数时，首先通过这个函数在MATLAB软件上产生相应的矩阵，由学生观察运行结果，然后得知该函数是用于产生元素全为0的矩阵。在教学过程中，适当地培养学生的发散性思维也是很有必要的。例如，分号在MATLAB语言中就有很大的用处，分号可用于实现矩阵的换行;同时，将分号置于命令行的结尾，则不显示运行的结果。此外，冒号在子矩阵的获取时表示向量的所有元素，在构造等差数组时可用于连接各个参数。因此，在MATLAB中，很多符号具有多重含义和作用。

在课程的一开始，通过一些形象的例子给学生感性而直观的认识。例如以MALTAB语言编程设计的三维图像和动画为切入点，导入该课程，从而抓住学生注意力，使学生产生学习的兴趣。在教学过程中，以学生为主体，引导学生拓展知识面。同时，在教学中适当地融入科研的思维方式，培养学生的创新能力和钻研精神。在学生提问时，通过启发来引导学生思考问题、寻找解决问题的方法，逐步获得问题的答案，并通过运行MATLAB软件展示最终的结果，进行验证。通过增强教学的互动性，培养学生的思考能力，从而进一步激发学生探索知识的欲望。

在课程的规范方面，将工程认证的核心理念融入其中，即：以学生为中心、以成果为导向、持续改进。以工程教育认证为目标，引入毕业要求达成度评价方法，将毕业要求每个指标点的达成度目标值设为1，根据教学计划，制定该课程与毕业要求指标点对应关系。如表1所示：

在此基础上，开展面向工程的课堂教学改革，改变实验教学依附于理论课教学、重理论轻实验的现象，加大综合性实验和设计性实验的比例，使学生的实践能力得到明显提升[6]。本课程实验环节采用“分散与集中结合、实操与作品考核与汇报交流结合”的教学模式。以解决工程问题为出发点，采用目标导向、综合考量、翻转课堂[7]、案例式教学法、团队协作等教学手段，提升学生解决复杂工程问题的能力。目标导向是指学生应明确教学目标以及为该教学目标达成而实现的系统。综合考量的内容包含两个方面：一方面，学生对目标的设计应综合考量速度、效率、简洁等诸多因素;另一方面，对学生的考核是基本设计能力、仿真软件应用能力、及系统调试能力等综合能力的考察。翻转课堂的含义是将课上传授与课下巩固知识的过程翻转过来，通过教学视频在课下传授而在上课时教师帮助学生巩固知识。为此，教师需要录制微课，并将资源提前共享给学生，使学生利用空余时间进行预习。这样学生往往会带着问题来上课，充分发挥学生的主体地位，提高听课效率。结合案例式教学法对科研中的问题和知识点进行总结，形成适合于本科教学的案例，让学生在学习中能理论联系实际，学得明白，学得深入。针对团队协作，学生以团队的方式完成设计任务，以3-4人为一组自行组团。项目组首先进行资料查询和文献研究，在需求分析的基础上通过集中讨论形成设计方案，在方案设计阶段，需综合考虑系统性能与复杂度之间的因素。系统的实现阶段包括算法设计、软件设计、软件调试、性能测试、系统改进等诸多环节，要求学生能够根据实施过程中出现的问题，进行具体分析，通过不断地讨论和尝试，解决系统实现中所遇到的各类问题，最终实现系统的正常运行。课程结束时各团队进行系统的展示和汇报，并提交课程设计报告。在教学过程中教师将设置各考核检查环节，以“双导”（及时引导、定时指导）的指导模式，确保教学任务的完成。学生经过复杂工程问题的教学实践环节，经过“调研-分析-设计-实施-调试-测试-改进-运行”等模拟解决工程問题的环节，实现解决复杂工程问题能力的培养。

（二）课程考核

传统的课程考核是以期中和期末书面考试为主要考核手段，以考察学生掌握书本知识为重点。学生中普遍存在着平时松散、突击应付的现象。为此，我们采用过程化考核机制。过程化考核的实质是以能力培养为目标，以目标驱动型教学模式为支撑，以分类型考核为手段，实施教学全过程的考核，督促学生花更多的时间在学习上，提升各种能力。通过过程化考核，改变学生学习目的性，改变学生的学习习惯，提升学生的分析问题解决问题能力、组织协调能力和表达能力。作为一门软件应用类课程，围绕编程能力和软件的应用能力的提升为目标，以能编程、会编程以及会应用软件为考核落脚点。

过程化考核形式为上机，内容包括基本运算，绘图功能以及程序设计，期末考試形式为笔试，内容是综合应用。通过这样的考核方案，考察学生对这门课程的掌握程度以及灵活运用的能力。对过程化考核的实施方式，主要基于以下两个方面的考虑。一方面，采用上机考试作为过程化考核的形式，这样可以考察学生的动手操作能力;另一方面，让学生把试题的结果写在试卷上，同时由监考老师现场检查电脑上的结果，这样可以全面客观公正地考察学生对知识的掌握水平和灵活应用能力。此外，每学期期中阶段都召开学生座谈会，通过与学生的交流，了解教学中存在的问题。每次考试结束，计算课程试卷毕业要求达成度，结合课程的定量评价结果及课程反馈信息的分析，对课程教学存在的问题进行分析，同时给出持续改进建议与措施，实现闭环的教学过程。

通过理论课，实验课和过程化考核的穿插进行，很多学生对这门课程产生了浓厚的兴趣。学生在课上或课后积极地提问，说明学生想学好这门课，并且带着疑问和思考在学习，这对于知识的掌握是很有帮助的。另外，通过过程化考核，也避免了“一考定终生”的模式。有些学生在某一次过程化考核中成绩不太理想，我鼓励其好好努力，因为后面还有机会。这样，学生往往会加倍努力地去学习。有些学生在某次过程化考核中成绩较好，我也激励其不要松懈，将良好的学习状态保持下去。最终目的就是让学生能够更好地掌握这门课程，更好地应用这门课程。

（三）课程教学持续改进

教学可体现在毕业要求的达成。教学过程通常包含教学内容、方法等相关环节。教学持续改进的过程，如图1所示。结合毕业要求指标点，确定课程的教学大纲及计划。结合指标点的达成对教学做持续改进。教学过程包含以下几个方面：教学初期、教学过程以及教学完成。教学初期，进行预测诊断，主要涉及对前修课程相关知识点的掌握程度，结合诊断结果来适当地调整教学计划。教学过程环节，根据作业以及过程化考核等环节产生评估，结合评估结果进行教学过程的持续改进。教学完成环节，根据课程的反馈结果，产生相应的总结性评价，以评价结果为参考，对教学作持续改进。

三、结束语

实践是检验真理的标准。通过在实践中寻找更优的教育方式，一方面促进自身勤于思考当前教育形态的发展方向，有利于在不断变化的环境下健康成长;同时也是专业建设的需要，适时的更新优化有利于专业的良性发展。

参考文献：

[1]“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[2]陈慧，陈敏.关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19-23.

[3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]林健.新工科建设：强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-14.

[5]曹弋.MATLAB教程及实训[M].北京：机械工业出版社，2012.

[6]马艳娥，张甜.电子信息工程专业的建设与改革[M].高教学刊，2017（7）：148-149.

[7]黄鹤，段书凯，曹洪龙.电气信息类专业数学系列课程的教学改革探索[J].西南师范大学学报（自然科学版），2017（7）：180-185.