MATLAB软件在高等职业工科专业教育中的运用研究

摘要：在高等职业教育工科专业教学中应用MATLAB软件，解决工科基础理论课程教学和学习中大量数学运算及逻辑、电路、电力、信号系统、控制仿真等模拟运算所存在的困难。本文就如何应用MATLAB数学运算软件来提高高等职业教育理论课程教学及学生学习质量的探索及建议。

关键词：高等职业教育;MATLAB软件;工科;教学;运用探究

引言

高等职业教育随社会对职业技能人才培养需求发展，越来越重视理论应用教育教学知识技能的延伸，从而促成了专业理论教学性质的动态变化特点，以工科专业尤为突出。运用 MATLAB 软件（美国 MathWorks 公司出品）等技术创新手段，可以在安全试验环下，模拟仿真地帮助学生迅速解决学习中理论应用运算所遇困难，促使学生积极参与课堂教学中，提供学生自主学习路径和拓延学习实践方法。学习过程在计算机软件上进行的，仿真现实问题环境或实验材料特性，使学生更专注于学习理论知识的应用成果和技能提升。这就促使高职教育专业教师更加关注这类教学内容和教学技能的教育改革，从而适应技术社会的飞速发展。

1 .MATLAB软件在教学中的重要性

MATLAB，全称为 Matrix Laboratory，是 MathWorks 公司推出的用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境的商业数学软件。越来越多的行业、专业领域发展出许多现代技术方法，应运而生的诸多技术工具可以增强和促进学生对所未来职业技能需要的理解，以备将来满足社会需求。这些工具共通之处都采用计算机辅助学习，显著参与教学工作，诸如MATLAB、Octave、Scilab 和 Mathematica 等软件应用于高等教育教学已很常见，其中最广泛使用的是MATLAB 软件，它被认为是技术计算和科学领域的标杆。

MATLAB 是一款非常强大的计算和仿真工具，以虚拟仿真技术为核心，提供高性能计算服务。在此基础上，MATLAB 提供了附加工具箱，通过在技术、经济、医学和生物学等专业领域添加更多扩展功能来增强其应用，逐渐应用于不同领域。MATLAB 不仅在计算中得到了应用，而且在教学过程中也得到了广泛应用。在该软件环境中，有一些应用可以帮助学习。

在学校工科专业教学中使用 MATLAB，以为工科专业教育者创造最新认知机会为前提，教师在教授工科专业理论时，需对理论专业内容、教育学和技术有深入的理解。同时，还要考虑如何教授理论专业概念所体现的重要内容及应用，由此项技术可将概念阐释和具象显示为学生可以理解的形式。

MATLAB内置了非常强大的许多用于解决问题和开发图形化虚拟的工具。该软件使用方法为交互式，学生可输入一个专业理论表达式及运算数据，MATLAB 立即响应结果。还可以应用该软件按顺序执行的命令组方式编写可执行的脚本及程序，扩充解决实际问题。MATLAB 提供具有数值、图形和编程功能的图形软件包，内置了许多操作功能，可添加这些工具箱来增强这些功能，应用于虚拟仿真、逻辑电路、信号处理等。

对于高职工科专业教师而言，应当紧跟教育政策与学科的教学密切相关变化，将计算机软件作为一种有效的教学手段，尤其以MATLAB为例，有必要为满足自身在计算机辅助教学中使用部分软件的需求 做好准备。将传统教学中，教师和学生在演算纸上进行的计算，转变为MATLAB 软件中可用代码程序所呈现出可视化的轨迹，以更好地理解和表述问题，包括矢量矩阵、坐标平面两点间距离、正弦及其导数图、三维条形图、联立方程图和二次方程图的教学。

另外， MATLAB软件教学应用应摆脱只供教师使用的局限，而考虑让学生也学会如何创建自己的脚本和程序，解决专业理论技能知识中所遇到的困难。培养学生编写 MATLAB 脚本程序，解决困难而复杂抽象的专业问题兴趣。借此促使学生学习基本编程算法的写作，培养其自发解决问题的技能。

2 在教学中的运用探究

采用该软件的方式进行工科基础理论教学，实验硬件功能可转变为软件化，节省大量的实训设备仪器耗材购置投入，其经济优势是相当明显的。只需在安装 MATLAB 软件的计算机中打开程序命令窗口，交互调用工具包或其他功能，包括函数运算、矩阵运算等，可立即获得响应结果，节省实验环境条件设置和实验周期。另外，可根据实验系统的实际结构与系统各变量之间实验或理论规律，建立系统的数学模型系统，借助软件内化的微分方程和传递函数解决方案，获得准确的实验数据。MATLAB 所提供的各类基本模块库，如可直接用于系统电路的搭建，运行可靠经济。

2.1 MATLAB 数组运算

“数组”一词也经常用来泛指向量或矩阵。在 MATLAB 中，一些可以在向量或矩阵上执行的操作被称为数组运算。 MATLAB 软件将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，可为用户提供解决科学及工程问题强有力的分析计算。以某高职工科专业教学用 MATLAB 来实现为例， 其他软件编译语言中的一维数组、二维阵列分别等价于数学运算中的向量和矩阵。拥有控制系统（ControlSystem）、神经网络（Neural Network）和模糊逻辑（Fuzzy Logic）（Toolbox）等专门的工具箱，以及可视化动态仿真系统、功能强大的图形用户界面的MATLAB软件，非常适合解决电气、电子、智能控制等工科专业教学条件不足的问题。

2.2 三维条形图的绘制

MATLAB 包含强大的 2D 和 3D 图形的绘图功能，为了读取普通数据计算输出数据，提供了必要函数和脚本命令。在绘制三维图形时，通过 Meshgrid 命令创建三维空间网格。但教学中发现学生理解改变绘图属性这个重要的知识概念困难，因此需要创建绘图处理程序，并使用 GET 和 SET 命令更改线条颜色或类型，使得学生更加直观的观察实验数据结果和现象，提升专业理论知识教学效果。

3 结束语

该软件被应用在高等职业教育工科专业理论知识教学方法中，旨在提高学生对理论问题的理解和解决问题的技能水平。运用 MATLAB 现实教学经验，突破实验环境资源的限制，对学生的学习策略有很强的影响，通过良好的课程设计，使学生和教师在一定程度上在降低教学实验条件的同时，满足控制教学目标，从而可以有效地提高专业学习效果。

参考文献：

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作者简介：王齐珍时 性别：男 籍贯：山东省淄博市，民族：汉族 出生年月：1980年3月 学位：硕士，职称：讲师 研究方向：信息计算科学 单位：淄博职业学院