Matlab應(yīng)用課程教學(xué)研究論文
一、教學(xué)現(xiàn)狀
Matlab及其應(yīng)用課程與多門課程交叉，既具有理論性又具有實(shí)踐性，為了提高教學(xué)效果，需要對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行研究和改進(jìn)。根據(jù)作者調(diào)研，目前的教學(xué)實(shí)踐中存在以下問題：教學(xué)內(nèi)容上，主要參照各類教程按功能分類陳述的一系列命令和函數(shù)的用法，沒有與相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，而且缺少具有實(shí)際應(yīng)用背景的介紹；教學(xué)方法上，以講授法為主，按照教材的章節(jié)順序?qū)滩纳系拿詈秃瘮?shù)介紹，再通過相關(guān)例子講解用法，學(xué)生不能自主學(xué)習(xí)和探索；教學(xué)效果上，僅僅會(huì)獨(dú)立使用命令和函數(shù)，面對(duì)具體的專業(yè)問題時(shí)，卻不能運(yùn)用所學(xué)相關(guān)的知識(shí)去解決實(shí)際問題，具體表現(xiàn)為學(xué)生綜合應(yīng)用能力不強(qiáng)，缺乏分析問題的能力。究其原因，主要在于課程內(nèi)容與專業(yè)、應(yīng)用背景脫節(jié)，而且傳統(tǒng)教學(xué)方法對(duì)命令和函數(shù)的講授與應(yīng)用練習(xí)都是單獨(dú)進(jìn)行的，沒有及時(shí)與應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合，學(xué)生往往當(dāng)時(shí)能聽懂、會(huì)練習(xí)，但到真正在解決實(shí)際問題時(shí)需要綜合若干知識(shí)點(diǎn)，卻不能根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)，有的甚至學(xué)了前面忘了后面，從而失去學(xué)習(xí)的興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果很不理想。
二、教學(xué)內(nèi)容的研究
Matlab及其應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容可以分為三個(gè)層次：一是基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括矩陣操作、可視化、程序設(shè)計(jì)和GUI等，這部分內(nèi)容和其他高級(jí)語言基本相通；二是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境Simulink，該內(nèi)容是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)；三是工具箱，該內(nèi)容可根據(jù)專業(yè)背景有選擇的進(jìn)行教學(xué)。本課程存在著內(nèi)容多和學(xué)時(shí)有限的矛盾，為了能在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握核心內(nèi)容、打好基礎(chǔ)，在后續(xù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用中具備自學(xué)能力，精選教學(xué)內(nèi)容尤為關(guān)鍵，課程內(nèi)容應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)、專業(yè)特征以及不同的教學(xué)對(duì)象進(jìn)行不同的調(diào)整和補(bǔ)充，在教材的選用上也所不同。在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)專業(yè)背景的實(shí)際情況，參照課程教學(xué)大綱，選擇的教學(xué)內(nèi)容盡可能地覆蓋知識(shí)點(diǎn)，而且在深入學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容的同時(shí)能對(duì)已講授過的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)。
1.理論聯(lián)系實(shí)際，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用領(lǐng)域。
如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生掌握Matlab軟件，并能綜合運(yùn)用軟件提供的功能解決各自的專業(yè)問題是課程教學(xué)的目的。作者的教學(xué)思路是從實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中選取典型范例，突出應(yīng)用價(jià)值，從實(shí)際工程中了解哪些問題需要或者可以由Matlab來解決。矩陣運(yùn)算是Matlab最基本的功能，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，通過介紹數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的線性回歸和實(shí)際應(yīng)用建立聯(lián)系，對(duì)矩陣求逆、轉(zhuǎn)置等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。Matlab在數(shù)據(jù)可視化方面也提供了強(qiáng)大的功能，在該部分內(nèi)容的教學(xué)過程中，可向?qū)W生介紹在實(shí)際試驗(yàn)、工程測量及科學(xué)計(jì)算中，通常將采樣的離散數(shù)據(jù)用各種形式的圖形表示出來，從而分析其所反映的內(nèi)在規(guī)律。在Simulink教學(xué)過程中，作者通過介紹汽車懸架的知識(shí)引入“彈簧—質(zhì)量—阻尼器”機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的仿真。通過強(qiáng)調(diào)教學(xué)知識(shí)潛在的應(yīng)用價(jià)值，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。
2.根據(jù)專業(yè)背景增加教學(xué)內(nèi)容。
Matlab作為一種高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，隨著其功能的逐步增加和完善，在電氣、電子、控制、機(jī)械、汽車、航空航天等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，這就要求教師要處理好基礎(chǔ)知識(shí)和高級(jí)應(yīng)用的關(guān)系，結(jié)合專業(yè)背景，從中選取相關(guān)的知識(shí)，在教學(xué)過程中將先進(jìn)工具箱的功能、在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及時(shí)介紹給學(xué)生。如：電類專業(yè)適當(dāng)增加SimPowerSystems工具箱的教學(xué)，機(jī)械類專業(yè)需要了解SimMechanics工具箱，信息類專業(yè)可選擇增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最優(yōu)化、圖像處理工具箱等。結(jié)合學(xué)科背景增加教學(xué)內(nèi)容，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣。
三、教學(xué)方法的研究與探索
1.運(yùn)用實(shí)例教學(xué)法。
實(shí)例教學(xué)法依托具有代表性的例子對(duì)所涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)法目的性強(qiáng)，具有直觀、實(shí)用的特點(diǎn)，能迅速吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的'學(xué)習(xí)興趣和積極性。應(yīng)用實(shí)例教學(xué)法對(duì)于Matlab語言基礎(chǔ)的教學(xué)有較好的效果，在教學(xué)過程中不以教材的章節(jié)順序進(jìn)行授課，而是以實(shí)例為中心，通過綜合講解精心選擇的實(shí)例，使學(xué)生更好地掌握知識(shí)點(diǎn)，并把要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)融入到具體實(shí)例中來講解，整個(gè)教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，在應(yīng)用中學(xué)習(xí)。例如在Matlab語言的數(shù)據(jù)類型、數(shù)值運(yùn)算、基本語句結(jié)構(gòu)、程序流程結(jié)構(gòu)、繪圖基礎(chǔ)等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)過程中，筆者通過冒泡排序、分段函數(shù)的實(shí)現(xiàn)及圖像繪制等實(shí)例進(jìn)行綜合教學(xué)，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)方法。
2.實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。
任務(wù)驅(qū)動(dòng)法以學(xué)生為中心、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，是一種主動(dòng)探究型的教學(xué)方法，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)法運(yùn)用于課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，完成知識(shí)的自我構(gòu)建，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。例如，MatlabGUI程序設(shè)計(jì)部分的教學(xué)，如果采用先介紹句柄圖形對(duì)象再介紹其屬性的傳統(tǒng)教學(xué)方式，則不利于學(xué)生完成知識(shí)構(gòu)建和能力的形成，更不利于通過自主學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)步驟。教學(xué)時(shí)，可以將該部分內(nèi)容設(shè)計(jì)成任務(wù)，“驅(qū)動(dòng)”學(xué)生在完成任務(wù)的過程中掌握知識(shí)的應(yīng)用。筆者在教學(xué)過程中，要求學(xué)生根據(jù)“自動(dòng)控制原理”課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容，完成二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的圖形化設(shè)計(jì)。任務(wù)目的：①掌握MatlabGUI程序設(shè)計(jì)；②培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。任務(wù)內(nèi)容：①綜合應(yīng)用Matlab語言中數(shù)組、函數(shù)、繪圖指令以及GUI界面設(shè)計(jì)等知識(shí)，開發(fā)簡單交互式應(yīng)用程序；②編程計(jì)算二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)函數(shù)，并實(shí)現(xiàn)圖形化顯示；③創(chuàng)建一個(gè)圖形用戶界面，實(shí)現(xiàn)在界面上輸入相關(guān)參數(shù)，便可以顯示二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的圖形；④調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)比其圖形變化。
四、結(jié)論
為了提高M(jìn)atlab及其應(yīng)用課程的教學(xué)效果，在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本文研究探索了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)聯(lián)系實(shí)際選擇相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)例，并根據(jù)專業(yè)增加教學(xué)內(nèi)容；在教學(xué)方法上，應(yīng)針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，根據(jù)每種方法的優(yōu)勢和局限性，將不同方法進(jìn)行優(yōu)化組合，以達(dá)到最好的教學(xué)效果。Matlab及其應(yīng)用課程的教學(xué)涉及到多方面的因素，需要教師不斷地探索新的教學(xué)方法和教學(xué)模式，而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是教學(xué)改革的趨勢之一。在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)完善傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位，拓展教學(xué)時(shí)空，提高教學(xué)效率。
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