張琦 陳冬冬 陳世棟 邱變變 繆宏 羅西鋒 孟悅

摘 要：美國堪薩斯州立大學(xué)和揚(yáng)州大學(xué)聯(lián)合開展基于MATLAB建模的全英文碩士課程，比較美國現(xiàn)有的工程建模課堂模式與國內(nèi)的工程建模課程教學(xué)模式不同，從而借鑒美國工程建模課程的優(yōu)勢，堅持以現(xiàn)實生活中的實際的問題為出發(fā)點，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思維，通過對實際問題進(jìn)行分析、思考、研究，借助于MATLAB來進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立。通過這種方法可以讓學(xué)生體驗生活中現(xiàn)實案例問題，并且親自參與進(jìn)來，從而可以提高自己學(xué)習(xí)的積極主動性，本論文主要介紹了此門課程的設(shè)計與教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：美國教育模式；本科；工程建模；MATLAB

工程建模不同于其他的數(shù)學(xué)建模，它是以現(xiàn)實生產(chǎn)生活中實際的需要為出發(fā)點，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題為主。工程建模不僅僅涉及了高等數(shù)學(xué)問題、整數(shù)規(guī)劃、微分方程，也涉及了現(xiàn)實生活中的生產(chǎn)和制造問題。比如現(xiàn)實生活中的污水處理、滾動軸承的故障的工程建模、背袋問題、車輛路徑問題等。工程問題與之對應(yīng)的就是工程建模。只有通過把工程實際中復(fù)雜的抽象問題具體化，我們才能找到解決問題的途徑和方法。

現(xiàn)在對于復(fù)雜的工程問題輔助軟件的幫助必不可少，而MATLAB就是一款工程數(shù)據(jù)分析軟件。MATLAB的基本單位是矩陣、它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分的相似MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。

我國的教育理念與美國相差很大。美國教學(xué)方法教學(xué)法是以學(xué)生為主角，突出了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主導(dǎo)地位。教師只是負(fù)責(zé)拋磚引玉來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，圍繞著問現(xiàn)實生活中的問題，學(xué)生以小組合作的方式來共同解決實際或真實的問題，從而可以最大可能地發(fā)揮自己的主觀能動性，積極參與到問題的解決中。與國內(nèi)教學(xué)法相比，美國教學(xué)法有利于促進(jìn)學(xué)生提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，可以更好地提升自己的創(chuàng)造能力，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。教師應(yīng)該通過實際的工程案例作為最主要的講課方式，其中包括：案例分析、小組討論、學(xué)生發(fā)言、老師總結(jié)。因此，作者在揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院與美國堪薩斯州立大學(xué)合作開設(shè)了一門基于MATLAB建模的全英文課程。模擬美國課堂環(huán)境，改進(jìn)現(xiàn)有的工程建模課程枯燥難懂的弊端。通過學(xué)生分組討論積極發(fā)揮自己的主觀能動性，親自參與進(jìn)來從而可以抽象的問題實際化，讓學(xué)生有一種現(xiàn)實的收獲的成就感。從而提高自身的綜合素質(zhì)。

一、 中美國教學(xué)風(fēng)格的對比

美國的教學(xué)風(fēng)格更多的是讓學(xué)生親自參與到整個教學(xué)中，美國的大學(xué)課堂氣氛比較輕松，一般是同學(xué)圍著一個圓形桌。老師會拋磚引玉，讓大家積極思考問題。共同提出一個解決方案，可以充分地發(fā)達(dá)自己的意見。

中國教育的教學(xué)方式一般是老師在黑板上不斷的講題，沒有充分的了解到學(xué)生的接受程度，對一些現(xiàn)實的工程問題并沒有讓學(xué)生親自參與。同時對于建模中的輔助軟件也只是在課堂中草草演示一遍，沒有讓學(xué)生親自去學(xué)習(xí)MATLAB代碼的編寫以及結(jié)果的計算。從而沒有讓學(xué)生在整個工程建模的學(xué)習(xí)中收獲到學(xué)習(xí)的快樂感以及動手解決實際問題的能力。

本次的基于MATLAB的建模教學(xué)中，通過全英文的美國教學(xué)模式，一方面鍛煉學(xué)生的英文表達(dá)能力，另一方面可以讓學(xué)生更快地融入到美國課堂的教學(xué)氛圍中。本課程的設(shè)計主要以下面三個方面為教學(xué)目的。第一，讓學(xué)生在課前主動地去尋找關(guān)于工程的建模的現(xiàn)實案例并且給出自己的解決方法。第二，在課堂上學(xué)生發(fā)言給出自己現(xiàn)實的工程問題，大家集體的討論，給出一個解決方法。第三，老師在大家發(fā)言之后作一個陳述性的總結(jié)給出一些必要的意見。

二、 教學(xué)目標(biāo)和策略

通過本課程的教學(xué)方式的設(shè)計，由于全英文課程的環(huán)境下，學(xué)生需要時間適應(yīng)全英文環(huán)境，因此不適合用特別復(fù)雜的全英文數(shù)學(xué)建模和matlab方面的書籍，采用具體MATLAB進(jìn)行教學(xué)，通過讓大家親自參與進(jìn)來了解到MATLAB的操作界面和一些語句的書寫方法從而讓學(xué)生達(dá)到如下的目標(biāo)：1）提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題以及分析問題的能力。通過親自參與工程實際問題的解決從而達(dá)到一種學(xué)習(xí)的滿足感。2）基于MATLAB的教學(xué)過程中讓大家學(xué)會對MATLAB這款軟件的使用，對操作界面的熟悉從而自己能夠獨立地進(jìn)行語言命令的撰寫。3）通過小組成果匯報的方式讓大家用英語來進(jìn)行表達(dá)，同時在下面聆聽的同學(xué)需要給陳述的同學(xué)提出一個自己的問題。4）成績評定：在該門課程結(jié)束后，教師將通過學(xué)生們的學(xué)習(xí)反饋?；贛ATLAB的工程建模全英文教學(xué)課程受到了學(xué)生們的普遍歡迎，部分同學(xué)表示由于英文基礎(chǔ)比較薄弱，在一些課程上不是很能理解，建議以后可用中文再講述一遍重要的知識點。

三、 總結(jié)

中美高校聯(lián)合舉辦的基于MATLAB的工程建模全英文教學(xué)課程能夠讓學(xué)生獨立自主去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、到最后的解決問題。讓大家積極發(fā)表自己的意見，從而培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考與團(tuán)隊協(xié)作的精神，學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體而教師只起到一個引入的角色。（通訊作者：陳世棟）

參考文獻(xiàn)：

[1]周麗珍，張濤，李田軍，等.工程力學(xué)教學(xué)中“力學(xué)建?！迸c工程案例相結(jié)合的實踐研究[J].教育教學(xué)論壇，2013.

[2]馬玉真，宋方臻，邵海燕，等.建模仿真實例教學(xué)在研究生創(chuàng)新教育中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2012.

[4]何國棟，謝小娟，馮友宏，等.MATLAB在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西電子技術(shù)，2014.

作者簡介：

張琦，陳冬冬，陳世棟，邱變變，繆宏，羅西鋒，孟悅，江蘇省揚(yáng)州市，揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。