模块化教学模式在Matlab 软件课程中的应用

陈 锋，关丽红

(长春大学 理学院，长春130022)

数学专业课程重于理论教学，而Matlab 课程教学主要以大学数学专业课程为主线，内容涵盖线性代数、数值分析、数学分析、概率论与数理统计、常微分方程、运筹学、空间解析几何、图论等课程，重于实践学习，它在数学类科技应用软件中的数值计算方面首屈一指，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，它的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，因此用Matlab 来解决问题要比其他软件语言完成同样的事情简捷得多，然而，要想学习此门软件语言并非易事，需要建立一种学习模型，用自己的方式将繁琐复杂的专业语言给抽象出来，归纳总结出学习的实质，因此，采用模块化的教学手段简化繁琐的学习方法，不仅可以让学生明确各个专业课程与Matlab 软件之间的联系，还可以培养学生学习Matlab 的兴趣，提高学习积极性，实践是检验真理的唯一标准，注重实践才能够更好地学习和理解理论知识，构建一个“理解、记忆、联系、纠错、构建”的过程，帮助我们把平常的学习过程拓展延伸，再根据实际情况进行修改补充，通过模块化的学习方式简化学习内容，降低学习压力，将Matlab 分成模块的学习方式既有条理性又有逻辑性，而中国的教育从“应试教育”向“素质教育”的转型，这一教学模式受到诸多教育理论工作者及各类学科教师的青睐。

1 研究目标

Matlab 是解决专业课程问题最直观的手段，有利于学生对专业知识的理解和掌握，而模块化的教学手段让各个专业课之间相互联系起来，我们根据专业课的不同，分专业科目模块讨论Matlab 与专业课之间的联系，得出模块化的教学手段对Matlab 学科是否有帮助的结论，从而得出Matlab 模块化教学的必要性。 又以Matlab 软件学科为基础，解决数学专业课程的大数据问题。 模块化教学法作为新型学习方式，适应目前软件学习的要求，它是具有灵活性、综合性、实践性等特点的个性化教学。 它的好处有很多，最重要的就是有利于学习结构的划分，在学习过程中优化学习方法，大大提高学习效率，也可以根据学习需求作出相应调整。

2 文献综述

随着社会日益向前发展，计算机领域可谓是如日中天，各大种类的软件平台相继出现，给相关教育行业者一大启示。 在《〈MATLAB 程序设计〉教学模块化改革的研究与实施》中就提出了要进一步提出模块化的教学特点，要构建三个模块化教学体系，分别是：专业模块、基础模块和实训模块；在罗印的《模块化教学在软件教学中的应用》中提出要将理论和实践相结合；软件教学的重要性呼之欲出，教育者们对加强其理论与实践相结合的态度也是坚定不移，同时模块化教学的出现及应用也为软件教学提供了巨大帮助。 现阶段职业教育普遍认可的教育教学理念是专业模块化教学，这种教学模式以培养学生全方位能力和综合素质为最终目标。 模块化教学的教法与学法均强调知行一体，是集中师资、场地、设备等资源开展理论知识和操作技能相辅相成的一体化教学模式。 在王霞的《模块化教学在软件教学中的应用》中提出了模块化教学在软件教学中的现状及应用，并针对这一问题提出解决方案；在《Matlab 软件在定积分教学中的应用》中了解到Matlab 具有强大的数值处理功能，在《计算机嵌入式系统模块化教学设计》中针对传统嵌入式系统教学的理论化、知识化传授方法中存在的问题，以模块化教学为导向，提出嵌入式课程教学分层次人才培养，设计了实验教学功能单元精细化、分模块化平台教学方案，优化了教学实践环节，提升了教学效果，提高了学生嵌入式系统综合应用能力。 而Matlab 是一种优越的数值处理软件，具有强大的数值处理功能，在数学教学以及工程实用中得到了越来越广泛的应用。 因此，学好Matlab 软件课程尤为重要，对于学生而言，Matlab 是解决专业课程问题最直观的手段，有利于学生对专业知识的理解和掌握，而模块化的教学手段让各个专业课之间相互联系起来，我们根据专业课的不同，分专业科目讨论Matlab 与专业课之间的联系，得出模块化的教学手段对Matlab 学科是否有帮助的结论，从而得出Matlab 模块化教学的必要性。

3 模块化教学特点

3.1 模块化教学法

模块化教学法(Modules of Employable Skills， MES)是20 世纪70 年代初由国际劳工组织研究开发出来的以现场教学为主，以技能培训为核心的一种教学模式。 模块化教学在学习应用中由于具有灵活性、时效性、经济性、针对性的一些优点，正巧中国的教育正在从“应试教育”向“素质教育”转型，这一教学模式受到许多教育工作者及各类学科教师的青睐。

3.2 模块化教学的意义

模块化教学在数学专业中有着独特的优势和特点，其意义同样重要。 模块化学习改变了传统的学习模式，为学生提供了更优越的学习环境。 利用这种学习方法，在Matlab 软件学习过程中发挥教师的主导作用，体现了学生的主体作用。 但是如果想在学习过程中长期使用，模块化的分配和教师与学生之间的磨合以及学习的接受能力都起到了非常重要的作用。

与传统的学习形式不同，模块化学习能够更好地突出学生的主体地位，可以将学生分成小组的形式，共同学习共同进步，老师也可以根据学生的掌握情况对教学进行修改和更新，使得学习效率大大提高。 当然，在传统的教学中，学习往往处于被动状态，只能死记硬背，而在多媒体大学习环境下，教师可以通过控制电脑示范给学生，学生们可以自己操作，实践能力也会大大增强。

3.3 创建模块

我们不仅要把学习课程分模块学习，也要把整个学习体系分成模块。 学习模块就像一个复杂的市场，里面有许多种类的事物，将事物分类别才能更直观地辨认，学习体系也一样，将学习体系分成“理解、记忆、联系、纠错、构建”几个部分，能有效地提高学习效率。

4 教学模块

4.1 模块分类

(1)MATLAB 在微分方程中的应用；

(2)MATLAB 在曲面积分中的应用；

(3)MATLAB 在曲线积分中的应用；

(4)MATLAB 在方程组求解中的应用；

(5)MATLAB 在矩阵初等变换及二次型中的应用；

(6)MATLAB 在图论中的应用；

(7)MATLAB 在解析几何中的应用；

(8)MATLAB 在规划问题中的应用；

(9)MATLAB 在函数零值问题的应用；

(10)MATLAB 在假设检验中的应用；

(11)MATLAB 在参数估计中的应用；

(12)MATLAB 在方差分析中的应用；

(13)MATLAB 在回归分析中的应用；

(14)MATLAB 关于随机变量的数字特征中的应用；

(15)MATLAB 在插值中的应用；

(16)MATLAB 在曲线拟合中的应用；

(17)MATLAB 在无穷级数和极限中的应用。

4.2 模块内容

表1

5 模块化教学体系

5.1 体系构建

图1 体系构建

5.1.1 基础模块

基础模块是课程的入门阶段，也就是要学好Matlab 的基础知识，由易到难，将工具的典型性应用方面重点学习，并结合实例加深对工具和知识的理解，这是对后续专业模块和实践模块打基础，这一部分学好了，就是掌握了解决问题的手段。

5.1.2 专业模块

掌握Matlab 基本使用的目的就是为了能够应用于实际，根据第二部分教学模块，将专业知识分模块教学，将Matlab 应用于以往所学的专业课程中，并对自己所学的专业课程进行实例应用，结合实际使用才是真正有用的东西。

在大一、大二阶段，对个人而言，学习专业知识相对理解比较困难，成绩也只是刚过及格线的成绩，每学期的期末都会有为期两周的实践环节，专业知识没学好的同学，实践起来会非常困难，在指导老师的帮助下，才能将所学的专业知识和Matlab 软件的应用结合起来，所以学习专业知识也非常重要。 将专业课分模块讲解，能够更好地理解，在实践环节的时候能够快速应用。

5.1.3 实践模块

在前两个模块的基础上，实践模块是在学习过程中进步最快的方式，主要侧重综合能力的培养，模块的内容选取主要看第二部分模块内容，学生可以根据自己学习的实际情况选取适合自己的模块内容，完成实践内容，并提交文字性材料，这样既可以把专业知识加以复习，又可以练习Matlab 的使用，提高动手操作能力，也增加了课程的趣味性。

在大三、大四阶段，主要以实践课程为主，教师会给学生分成小组进行学习，给定几个模块进行选取，这对学习Matlab 软件提供了很好的机会，同时，每学期都会有大学生数学建模竞赛，这也对Matlab 软件的使用提出了更高的要求，同时也是弥补不足和学习的过程，因此，实践模式是很必要的。

Matlab 是一个实用性很强的工具，在目前的职业需求上也是很热门的一个软件，对于这个软件的学习，不同的专业根据自身的特色选取相应模块进行教学。

5.2 课程模块化体系分解图

在教学过程中，通过模块化教学形成一套完整的教学模式，不但可以提高教师的教学水平，同时还可以增加学生的学习积极性，从总体上促进课程的发展。

6 结语

图2 课程模块化体系分解图

随着社会日益向前发展，计算机领域可谓是如日中天，各大种类的软件平台相继出现，给相关教育行业者一大启示。 软件教学的重要性呼之欲出，教育者们对加强其理论与实践相结合的态度也是坚定不移，同时模块化教学的出现及应用也为软件教学提供了巨大帮助。 专业模块化教学是现阶段职业教育普遍认可的教育教学理念，这种教学模式以培养学生全方位能力和综合素质为最终目标。 模块化教学的教法与学法均强调知行一体，是集中师资、场地、设备等资源开展理论知识和操作技能相辅相成的一体化教学模式。 针对传统嵌入式系统教学的理论化、知识化传授方法中存在的问题，以模块化教学为导向，提出嵌入式课程教学分层次人才培养，设计了实验教学功能单元精细化、分模块化平台教学方案，优化了教学实践环节，提升了教学效果，提高了学生嵌入式系统综合应用能力。 而Matlab 是一种优越的数值处理软件，具有强大的数值处理功能，在数学教学以及工程实用中得到了越来越广泛的应用。 通过课程模块化的教学，使课程的内容更加紧凑，在上课时，更侧重于从做中学，强调实践教学环节的作用，尤其是一些综合性的问题，对专业性的要求也非常高，所以要将专业课分模块，将实践环节分模块，这样才能提高Matlab 的应用。