如何在MATLAB語言教學中培養創新能力

曹玉東　王冬霞　孫福明　周城旭

摘要：學生的創新能力培養是高等教育的根本，掌握一門計算機編程語言是學生必須具備的基本技能。MATLAB語言代表了當今科學計算軟件的先進水平，將數值分析、科學數據可視化和專業級仿真等諸多功能集成在一個視窗環境內。針對MATLAB語言教學中的不足，提出了一些改進措施和方法，教學實踐和反饋結果表明改進后的教學模式有效地提高了學生的創新能力。

關鍵詞：創新能力；教學改革；MATLAB教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0099-02

近些年，高等教育的培養規模不斷變大，由此產生了很多弊端。我國的本科生和研究生普遍缺乏創新能力，學術成果質量不高，實踐應用能力較弱，科研實踐參與度低，與西方發達國家的高等教育相比，存在著較大的差距。遼寧工業大學（以下簡稱我校）在電子與通信類的碩士研究生創新能力培養方面，也做了積極探索[1，2]。MATLAB已經成為高校教學和科研的有力工具，很多高等院校都為本科生和研究生開設了相關的MATLAB語言課程。另外，很多專業類課程采用的教學模式通常都是“理論+實驗”的形式[3]，大量的專業仿真實驗都是借助MATLAB語言實現的。此外，MATLAB語言也成為本科生和研究生完成畢業論文和參加科研創新活動的重要工具。因此，研究MATLAB語言教學模式對學生創新能力的影響有很大的必要性。

一、傳統教學方法的不足

1.教學內容和教學模式缺乏創新。很多高校存在的問題是教學計劃設置欠合理，教學內容陳舊，跟不上時代發展的最新要求，無法滿足科研及工程技術發展的需要。

2.大班形式授課。教師僅注重理論和方法的講授，研究生教學繼續沿用本科的方法，采用填鴨式的教育模式，嚴重阻礙了學生創新能力的發展，很難達到課程的目標。

3.考核方式死板。單純的筆試考核容易讓學生陷入死記硬背的復習模式，造成學生的分數很高，但是工程實踐能力很弱，也無法評價學生的創新素質。有些高校采用提交課程論文的方式考核學生，但是很多學生生吞活剝，原樣拷貝和粘貼網絡資源，不能真正完成MATLAB課程的教學任務[4]。

二、課程的教學改革措施

現在，MATLAB語言已經成為科學工作者、教師和學生在科研和學習中的得力助手，在MATLAB語言教學中提高學生的工程創新能力勢在必行。經過授課教師的共同努力，總結教改措施如下：

1.采用提出問題解決問題的教學模式。思維的內動力是問題意識，它是孕育創新精神的載體。一切創新都源于對問題的發現，而發現問題又源于強烈的問題意識[5]。所以說培養研究生的創新能力應始于問題意識?，F在多數學生不善于思考和提出問題，作為教師，要想方設法激發學生的問題意識，促使其發現問題、解決問題。

2.改革現行的班級設置，按照學生的基礎進行分層次教學，如果條件允許，在機房授課，增加學生動手實踐的機會。研究生入學前就讀不同層次的高校，既有應屆的學生，又有工作幾年后重新回到課堂的學生。他們入學前的水平參差不齊，學習能力各不相同，有的在本科階段學習和使用過MATLAB語言，有的則沒有接觸過MATLAB語言。根據學生的情況來安排教學內容和教學形式，有助于迅速改善教學效果。

3.教學手段可以多樣化?？梢圆扇≌n堂講授、與學生互動、學生課前閱讀相關文獻材料和教師總結提高等多種教學形式。這樣有利于培養學生的自學能力和實踐能力，提高學生的創新能力，開拓學生的視野。教師還應積極應用微課和慕課等新型教育技術和方法，從多角度和多方位把知識傳遞給學生，有助于提高教學效果。增加實踐教學環節，將實驗內容分為基礎型實驗、設計型實驗和創新型綜合性實驗三層次[6]。

4.強化教師的主導作用。教師在教學中注意培養學生正確的思維方法，強化和培養學生的編程能力，進而提高學生的工程創新能力。此外，教師應該把自己的科研項目和最新的前沿科技信息融合到MATLAB教學中，強化學生的專業知識，培養學生對科學研究的興趣，在MATLAB教學中啟發學生的創新意識。

5.由簡到難，融入算法分析思想，啟發學生利用多種技術和優化算法解決問題。MATLAB語言對循環語句的處理速度比較慢，進一步考慮能否用矢量或矩陣運算的方法直接解決。例如，可以利用for循環實現傅立葉變換的定義式，并畫出頻譜圖。然后利用向量內積形式取代循環結構，實現傅立葉變換，其執行時間明顯減少。最后再介紹利用MATLAB語言的內部函數FFT實現快速傅立葉變換。很多電子和通信專業的研究生在本科階段沒有掌握足夠的計算機知識，甚至不清楚遞歸和迭代的概念。在授課過程中，可以結合具體例題或案例，給學生講授相關知識，提高學生的自主編程能力。在布置編程作業時，有意識地強調學生必須使用不同的方法或指定某些方法來實現等，讓學生理解程序設計語言作為一種工具，必須不斷追求更好的使用效果，而不能僅僅以解決當前問題為目標?？梢曰谌缦聝牲c考慮在MATLAB語言教學中融入算法設計內容：其一，MATLAB編程和調試比VB還要簡單，比較易學易用，學生可以有更多的時間去設計和分析算法；其二，電子通信專業的學生對算法設計、數據結構等計算機方面的知識了解不多，掌握不夠，需要補充這方面的知識。

6.優化課程考核方式。不能只考核學生對知識的理解程度，還要考核學生是否具備分析和解決新問題的能力，優化課程考核方式能夠高學生的創新能力，把學習重點和注意力遷移到對知識的消化、發展和創新上，同時把學生在平時學習過程中的表現作為成績考核的內容之一[7]。為了能真實客觀地考核學生運用知識和創新能力水平，增加了上機考核項目，以考核學生的實際動手能力。

三、MATLAB課程教學效果反饋

通過與高年級在校本科生座談、和碩士畢業生郵件溝通的方式，了解學生對語言類課程教學的想法和建議。從我校學生的反饋結果看，學生對MATLAB的教學效果持肯定態度，多數學生希望能進一步提高實踐類課程的授課學時。連續對2014屆和2015屆電子與通信類碩士畢業生論文答辯做了跟蹤調查，學生在完成畢業論文期間，都不同程度地使用了MATLAB軟件。近幾年，我校研究生MATLAB語言應用能力逐年提高，學生踴躍報名參加了全國數學建模競賽、電子設計競賽、挑戰杯科技作品競賽、智慧城市技術與創意設計大賽等各類創新創業比賽，取得了不錯的成績。在已經公布成績的2016年研究生數學建模競賽中獲得國家三等獎2項，2016年華為杯中國研究生電子設計競賽中獲得東北分賽區一等獎1項，二等獎8項，三等獎7項。

四、結束語

在MATALB課程教學結束后，堅持讓學生做到學習期間不斷線，將MATLAB的應用延伸到研究生日常的學習和科研活動中，可以有效地提高學生的創新能力。

參考文獻：

[1]曹玉東，孫福明，王冬霞，關維國.研究生創新能力培養的實踐與探索[J].遼寧工業大學學報：社會科學版，2016，18（3）：92-94.

[2]關維國，魯寶春，王冬霞，李光林.電子信息類大學生創新能力培養的探索與實踐[J].遼寧工業大學學報：社會科學版，2015，17（3）：120-123.

[3]劉莉，陶強.計算機專業基礎課實驗教學模式研究[J].計算機教育，2011，（12）：107-112.

[4]甘玲.基于項目開發的面向對象方法課程教學新模式[J].計算機教育，2014，（4）：43-46.

[5]常順英，林彤.研究生創新意識和創新能力的培養[J].北京理工大學學報：社會科學版，2006，（05）：106-109.

[6]王冬霞，周軍，謝文閣，曹玉東，關維國.以培養“卓越工程師”為目標創新電子信息類人才培養模式之課程體系建設[J].遼寧工業大學學報：社會科學版，2014，16（6）：90-91.

[7]陳慰宗.加強理工科研究生創新能力的培養[J].科技人才市場，2001，（04）：36-37.