Matlab應用課程教學(xué)研究論文
一、教學(xué)現狀
Matlab及其應用課程與多門(mén)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，需要對該課程的教學(xué)進(jìn)行研究和改進(jìn)。根據作者調研，目前的教學(xué)實(shí)踐中存在以下問(wèn)題：教學(xué)內容上，主要參照各類(lèi)教程按功能分類(lèi)陳述的一系列命令和函數的用法，沒(méi)有與相關(guān)課程的教學(xué)內容結合，而且缺少具有實(shí)際應用背景的介紹；教學(xué)方法上，以講授法為主，按照教材的章節順序對教材上的命令和函數介紹，再通過(guò)相關(guān)例子講解用法，學(xué)生不能自主學(xué)習和探索；教學(xué)效果上，僅僅會(huì )獨立使用命令和函數，面對具體的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題時(shí)，卻不能運用所學(xué)相關(guān)的知識去解決實(shí)際問(wèn)題，具體表現為學(xué)生綜合應用能力不強，缺乏分析問(wèn)題的能力。究其原因，主要在于課程內容與專(zhuān)業(yè)、應用背景脫節，而且傳統教學(xué)方法對命令和函數的講授與應用練習都是單獨進(jìn)行的，沒(méi)有及時(shí)與應用實(shí)例相結合，學(xué)生往往當時(shí)能聽(tīng)懂、會(huì )練習，但到真正在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)需要綜合若干知識點(diǎn)，卻不能根據實(shí)際情況靈活運用已學(xué)過(guò)的知識，有的甚至學(xué)了前面忘了后面，從而失去學(xué)習的興趣，導致教學(xué)效果很不理想。
二、教學(xué)內容的研究
Matlab及其應用課程的教學(xué)內容可以分為三個(gè)層次：一是基礎知識，主要包括矩陣操作、可視化、程序設計和GUI等，這部分內容和其他高級語(yǔ)言基本相通；二是動(dòng)態(tài)系統建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境Simulink，該內容是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)；三是工具箱，該內容可根據專(zhuān)業(yè)背景有選擇的進(jìn)行教學(xué)。本課程存在著(zhù)內容多和學(xué)時(shí)有限的矛盾，為了能在有限的時(shí)間內讓學(xué)生掌握核心內容、打好基礎，在后續學(xué)習和應用中具備自學(xué)能力，精選教學(xué)內容尤為關(guān)鍵，課程內容應根據不同專(zhuān)業(yè)、專(zhuān)業(yè)特征以及不同的教學(xué)對象進(jìn)行不同的調整和補充，在教材的選用上也所不同。在教學(xué)中應根據專(zhuān)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)內容盡可能地覆蓋知識點(diǎn)，而且在深入學(xué)習后續內容的同時(shí)能對已講授過(guò)的內容進(jìn)行復習。
1.理論聯(lián)系實(shí)際，強調應用領(lǐng)域。
如何在有限的學(xué)時(shí)內讓學(xué)生掌握Matlab軟件，并能綜合運用軟件提供的功能解決各自的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題是課程教學(xué)的目的。作者的教學(xué)思路是從實(shí)際應用領(lǐng)域中選取典型范例，突出應用價(jià)值，從實(shí)際工程中了解哪些問(wèn)題需要或者可以由Matlab來(lái)解決。矩陣運算是Matlab最基本的功能，在講解這部分內容時(shí)，通過(guò)介紹數理統計中的線(xiàn)性回歸和實(shí)際應用建立聯(lián)系，對矩陣求逆、轉置等知識點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。Matlab在數據可視化方面也提供了強大的功能，在該部分內容的教學(xué)過(guò)程中，可向學(xué)生介紹在實(shí)際試驗、工程測量及科學(xué)計算中，通常將采樣的離散數據用各種形式的圖形表示出來(lái)，從而分析其所反映的內在規律。在Simulink教學(xué)過(guò)程中，作者通過(guò)介紹汽車(chē)懸架的知識引入“彈簧—質(zhì)量—阻尼器”機械動(dòng)力學(xué)系統的仿真。通過(guò)強調教學(xué)知識潛在的應用價(jià)值，可以充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和積極性。
2.根據專(zhuān)業(yè)背景增加教學(xué)內容。
Matlab作為一種高性能的數值計算和可視化軟件，隨著(zhù)其功能的逐步增加和完善，在電氣、電子、控制、機械、汽車(chē)、航空航天等眾多領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，這就要求教師要處理好基礎知識和高級應用的關(guān)系，結合專(zhuān)業(yè)背景，從中選取相關(guān)的知識，在教學(xué)過(guò)程中將先進(jìn)工具箱的功能、在相關(guān)領(lǐng)域的應用現狀及時(shí)介紹給學(xué)生。如：電類(lèi)專(zhuān)業(yè)適當增加SimPowerSystems工具箱的教學(xué)，機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)需要了解SimMechanics工具箱，信息類(lèi)專(zhuān)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。結合學(xué)科背景增加教學(xué)內容，擴大了學(xué)生的知識面，提高了學(xué)生對科學(xué)技術(shù)的興趣。
三、教學(xué)方法的研究與探索
1.運用實(shí)例教學(xué)法。
實(shí)例教學(xué)法依托具有代表性的例子對所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)法目的性強，具有直觀(guān)、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)習興趣和積極性。應用實(shí)例教學(xué)法對于Matlab語(yǔ)言基礎的教學(xué)有較好的效果，在教學(xué)過(guò)程中不以教材的章節順序進(jìn)行授課，而是以實(shí)例為中心，通過(guò)綜合講解精心選擇的實(shí)例，使學(xué)生更好地掌握知識點(diǎn)，并把要學(xué)習的知識點(diǎn)融入到具體實(shí)例中來(lái)講解，整個(gè)教學(xué)過(guò)程強調學(xué)以致用，在應用中學(xué)習。例如在Matlab語(yǔ)言的數據類(lèi)型、數值運算、基本語(yǔ)句結構、程序流程結構、繪圖基礎等知識點(diǎn)的教學(xué)過(guò)程中，筆者通過(guò)冒泡排序、分段函數的實(shí)現及圖像繪制等實(shí)例進(jìn)行綜合教學(xué)，效果明顯優(yōu)于傳統的教學(xué)方法。
2.實(shí)施任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)。
任務(wù)驅動(dòng)法以學(xué)生為中心、以任務(wù)為驅動(dòng)，是一種主動(dòng)探究型的教學(xué)方法，將任務(wù)驅動(dòng)法運用于課堂教學(xué)，引導學(xué)生思考，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，更重要的是培養了學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，完成知識的自我構建，有利于培養學(xué)生自主學(xué)習的能力。例如，MatlabGUI程序設計部分的教學(xué)，如果采用先介紹句柄圖形對象再介紹其屬性的傳統教學(xué)方式，則不利于學(xué)生完成知識構建和能力的形成，更不利于通過(guò)自主學(xué)習學(xué)會(huì )設計步驟。教學(xué)時(shí)，可以將該部分內容設計成任務(wù)，“驅動(dòng)”學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中掌握知識的應用。筆者在教學(xué)過(guò)程中，要求學(xué)生根據“自動(dòng)控制原理”課程學(xué)習的內容，完成二階系統階躍響應的圖形化設計。任務(wù)目的：①掌握MatlabGUI程序設計；②培養學(xué)生自主學(xué)習能力。任務(wù)內容：①綜合應用Matlab語(yǔ)言中數組、函數、繪圖指令以及GUI界面設計等知識，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單交互式應用程序；②編程計算二階系統階躍響應函數，并實(shí)現圖形化顯示；③創(chuàng )建一個(gè)圖形用戶(hù)界面，實(shí)現在界面上輸入相關(guān)參數，便可以顯示二階系統階躍響應的圖形；④調節系統參數，對比其圖形變化。
四、結論
為了提高M(jìn)atlab及其應用課程的教學(xué)效果，在教學(xué)實(shí)踐的基礎上，本文研究探索了教學(xué)內容和教學(xué)方法。在教學(xué)內容上，應聯(lián)系實(shí)際選擇相關(guān)應用領(lǐng)域的實(shí)例，并根據專(zhuān)業(yè)增加教學(xué)內容；在教學(xué)方法上，應針對教學(xué)內容和學(xué)生的實(shí)際情況，根據每種方法的優(yōu)勢和局限性，將不同方法進(jìn)行優(yōu)化組合，以達到最好的教學(xué)效果。Matlab及其應用課程的教學(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，應完善傳統課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò )教學(xué)相結合的教學(xué)模式，充分發(fā)揮教師的主導地位和學(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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