基于“教产研”三相驱动的《MATLAB 程序设计》课程教学改革探究*

李自立，罗玉玲

(广西师范大学电子工程学院，广西 桂林 541004)

1 《MATLAB 程序设计》在专业课程体系中的地位

中国制造2025 战略的提出，标志着我国已从规模扩大化为主的高速度发展阶段转入侧重产业技术的高质量发展阶段。为支撑战略实施，教育部自2017 年以来开始布局新工科计划。2019 年10 月，时任教育部高教司司长吴岩指出要以新工科建设领跑高等教育变革，此举明确了我国高等教育应施力对接产业领域需求，着重科学技术创新，打造以产业应用为基础、科研创新为导向的高级工程人才培育模式[1,2]。作为推进中国智能制造2025 战略开展的重要支柱力量，电子信息类工程人才的培育需要高新技术支撑。MATLAB 软件因其函数库丰富、运算功能强大、数据可视化方便、语法简易等特点，成为当前电子信息领域的重要应用工具。《MATLAB 程序设计》是依托MATLAB 为环境，以数学建模为主要应用的编程类课程，其属于电子信息类本科专业必修课程,课程知识点主要涵盖了MATLAB 软件操作基础、矩阵生成与运算、基于M 文件的程序设计、图形绘制、符号运算、数值分析、GUI 设计等内容。通过学习《MATLAB 程序设计》课程，学生可初步掌握将实际工程问题抽象为数学模型的方法，为后期开展专业领域科学研究奠定基础

2 《MATLAB 程序设计》课程的问题与挑战

《MATLAB 程序设计》课程面向电子信息工程专业大二学生开设，其前导课程包括分为两块：一类是以高等数学、线性代数、概率与统计为主的数学类课程；另一类是《C 语言程序设计》为基础的编程语言课程。从该课程前导课程可知，其要求学习者具备一定的高等数学知识与编程技能，是一门面向工程实践与科研创新的应用型课程。该课程的学习，一方面可以巩固高等数学相关知识，提高应用数学方法解决实际工程问题的能力；另一方面，可为同期与后续课程仿真实验垫定技术基础[3,4]，如《数字信号》《通信原理》以及《自动控制原理》等，进而使学生更好地掌握课程的知识要点。然而现阶段，多数高校未明确《MATLAB 程序设计》课程在课程体系中的地位[5]，该课程的桥梁作用并未得到充分发挥，其主要原因有以下几点：

（1）前导课程衔接不紧密，课程学习基础不牢。《MATLAB 程序设计》课程要求学生兼具较为扎实高等数学的理论知识以及就问题转进行程序编写的应用能力，该课程一般包括如下几个章节：MATLAB 概述、矩阵基本操作、图形绘制、符号计算、数值分析、GUI 设计、simulink 仿真等。在实际教学过程中，教师对于授课学生的学情分析不透彻，未能很好地结合前导课程进行内容授课，往往将讲授重点集中在图形绘制、符号计算、数值分析等应用章节；而对于MATLAB 概述和矩阵基本操作等基础章节讲解较少，仅停留在运用讲授法对进行概念介绍。缺乏联动性地课程教授，不利于夯实软MATLAB 件操作以及数学应用思维的基础。前导课程衔接不紧密会使学生产生学习疑惑，降低课程学习兴趣，进而影响其进阶知识的学习。

（2）理论实践结合不到位，专业知识转化乏力。受限于课程学时、学生学情、知识结构等因素，当前教师的授课方式主要运用讲授法，结合课本例题进行各章节的内容讲授。这种教学方式虽然可就各章节内容进行较为细致的讲解，但由于缺乏系统的实验案例支撑课程教学，学生收获知识点较为零散，无法应用MATLAB 就现实问题进行数学模型的建立与求解。理论实践结合的不到位，容易让学生误将课程作为一门弱类型编程语言开展知识学习，或影响学生对MATLAB 的理解，偏离既定的教学目标。

（3）科研素养培育不深入，教研联动创新滞后。由于MATLAB 软件是理工科重要的科研工具，因此《MATLAB 程序设计》课程可作为本科生科研培育的抓手。然而当前课程的教学内容，主要停留在对课本知识点及例题的讲解，对于如何应用MATLAB 技术进行科研创新涉猎甚少。现有的教学模式未能充分发挥该课程在学生科研素养培育方面的桥接作用，一来影响课程教学效果，课程与后续专业学习分离，不利于将课程打造为金课；二来桎梏学生挖掘自身创新潜力，专业教学与科研教育脱节，不利于学生科研素养的培育。

3 构建“教产研”三相驱动课程教学模式

当前《MATLAB 程序设计》的授课模式在前导课程衔接、理论实践结合、科研素养培育等方面存在明显的缺陷，难以达成课程教学质量要求，制约了课程在专业课程体系中的桥接作用。为保证高等数学知识与电子信息专业有机结合，稳步推进课程质量提升，实现高质量电子信息工程人才培育，亟需改进当前的授课模式，打造主线明晰、拓展灵活、知行合一的教学模式。由此，本文针对《MATLAB 程序设计》课程的特点，提出基于“教产研”融合的课程教学模式，以期突破当前课程模式瓶颈。

1）以课堂教学为主线，推进课程联动优化。高质量的人才培育必须基于逻辑缜密、脉络清晰的专业课程体系而开展，所以在课堂讲授时，教师不应仅专注于课程本身的知识点，脱离课程体系，采用与其他课程分离的方式开展课程教学。应强调该课程在课程体系中的巧解作用，在课程授课初期对前导课程中的相关知识进行回顾讲授，借助先修课程中已学的知识，自然过渡到《MATLAB 程序设计》的课程内容。与此同时，课程讲授还要注意同期及后续开设的课程，对知识点进行有侧重地进行分拣组合，避免出现专业知识应用的断崖。

2）以产业实践为指导，强调理论实践结合。知行合一，一直都是我国高等教育价值观中的重要组成部分，尤其是《MATLAB 程序设计》这种兼具有理论与实践的课程而言。据此，教师应在讲授常规的教材内容以外，为学生准备与专业相关的产业应用案例，以产业应用作为课程实践环节的指导方向，让学生了解课程在实际产业活动中的应用方法与范围[6]，对接产业需求，扩充学生应用知识面，铺开课程教学的广度，激发学生学习兴趣。

3）以科研课题为提升，引导学生科技创新。中国制造2025提出我国制造业要以“智”作为突破口，强调自主研发对制造业再造升级，提高核心竞争力，这就对我国高校工程人才培育提出了更高的科研创新要求。MATLAB作为重要的科研工具，其相应课程可作为开展学生科研训练的入门课程[7]，所以可以在授课过程中融入科研元素，引入时下研究的热点与难点，增强课程深度，激活学生科研创新思维。

4 基于“教产研”三相驱动课程教学模式的提升策略

基于教产研”三相驱动的《MATLAB 程序设计》课程教学模式旨在解决学生欠缺数学思维、理论实践脱节、创新意识不强等问题。该模式以提升课堂教学作为模式开展的主线，以对接产业需求作为实践方向指导扩充课程广度，以培育科研素养作为优化育人质量增进课程深度，通过多种方式重构优化现有课程模式，推动课程教学三维目标实现，引导学生高质量全面发展，模式的技术路线如图1 所示。

图1 “教产研”三相驱动的课程教学模式

（1）明确课程定位，优化课程衔接。想要最大化《MATLAB 程序设计》课程的桥接作用，需要就该课程在专业课程体系中进行重新定位，明确课程的基础及其应用，具体工作从其前导课程与同期及后续课程两方面入手。前导课程方面，要注重回顾已学课程中与《MATLAB 程序设计》课程相关的知识点回顾。该课程包括《高等数学》、《线性代数》、《概率论与数理统计》为主的数学理论课程以及《C 语言程序设计》为代表的应用编程课程。因此，在课程前期讲授过程中，教师应平衡两类课程知识点的穿插温习，避免将课程作为简单的数学工具课程或者编程语言课程进行授课。与此同时，要注意MATLAB 课程与前导课程相通之处，便于学生掌握，进而为课程学习垫定夯实的基础。同期及后续课程方面，要注重课程要课程学习可持续性。在课程的中后段，选用同期及后续课程中的经典案例作为综合实训内容，如应用MATLAB 进行《信号与系统》课程中模拟滤波器的设计。通过与其他课程结合开展课程实训，一来可以让学生更系统地掌握MATLAB 的编程技术，二来可巩固其他专业课程知识，催生课程间的链式反应。

（2）依托校企合作，强调学以致用。深化产教融合是高等教育的必由之路，高校可为企业提供更多创新技术支持的同时，也为高校的实践教学提供了方向。教师可依托校企共建基地，以产业需求为导向的课程教学，推进达成学生专业知识与技能目标。强调依托课程产教融合的学以致用，一是将合作项目中的与《MATLAB 程序设计》相关的基础应用嵌入课程综合实训，增强课程实用性；二是安排学生到基地参观，使其对课程实际应用具象化，提升课程学习兴趣，深化课程理论实践结合；三可通过邀请合作企业的资深专业人士穿插授课，为学生讲解课程技术与产业生产的联系，给学生对课程应用有更为立体的认识。

（3）围绕教师课题，师生合力创新。开展科研育人，以课题组为单位，以科研课题为切入点，邀请学生进入教师课题组，推动课程育人纵深发展。培育学生科研素养，让学生对科研过程有一定认识，引导学生学习应用MATLAB 开展科研工作的基础方法，一是要指导学生进行科学文献阅读，对专业领域有更深入的认识；二是邀请学生参与课题讨论，加强师生联结，拉近师生距离，侧面推动课程内互动效果；三是师生合作实验，学生的活跃思维可开拓课题研究思路，推动科研课题质量提升。

5 总结

为解决当前《MATLAB 程序设计》课程教学中前导课程衔接不紧密、理论实践结合不到位、科研素养培育不深入等问题，本文提出构建一种基于“教产研”三相驱动的课程教学模式。该教学模式通过明确课程定位、依托校企合作、围绕教师课题、推动以赛促学、优化教学方法等手段提升课程教学效果，助力达成课程教学三维目标，为推动高级电子工程类人才培育提供新思路。