戴麗珍

摘要：Matlab語(yǔ)言及其應(yīng)用是目前大多數(shù)工科專(zhuān)業(yè)必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文結(jié)合實(shí)際授課情況及學(xué)生反饋信息，探討基于案例教學(xué)和分布、遞進(jìn)式任務(wù)設(shè)計(jì)的教學(xué)改革方法，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和參與積極性。實(shí)踐表明，該方法可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：Matlab語(yǔ)言及其應(yīng)用；工科專(zhuān)業(yè)；案例教學(xué)；分布、遞進(jìn)式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）21-0161-02

隨著計(jì)算機(jī)硬件及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算、模擬仿真等相關(guān)技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用，而作為三大數(shù)學(xué)軟件之一的Matlab因其在數(shù)值計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)得到科技人員的廣泛關(guān)注。由于其涉及代數(shù)、幾何等基本數(shù)學(xué)知識(shí)，還可以與專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)緊密結(jié)合，因此大多數(shù)工科專(zhuān)業(yè)都將以《Matlab語(yǔ)言及其應(yīng)用》為基礎(chǔ)的相關(guān)課程列為必修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。不僅因此，若能熟練地掌握基于Matlab語(yǔ)言的程序編程及仿真應(yīng)用，則可以幫助我們對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解。然而，由于其不屬于計(jì)算機(jī)等級(jí)考試范疇，且大部分專(zhuān)業(yè)將其開(kāi)設(shè)在本科學(xué)習(xí)的后半階段，因此，盡管市場(chǎng)上有大量的Matlab相關(guān)學(xué)習(xí)資料，若無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將會(huì)導(dǎo)致課堂教學(xué)效果不理想。

為了激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)際能力，文獻(xiàn)[1]提出了“引導(dǎo)式面向?qū)ο蠼虒W(xué)法”，教學(xué)過(guò)程以“學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)”。文獻(xiàn)[2]在教學(xué)中設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)、專(zhuān)題教學(xué)和設(shè)計(jì)教學(xué)三層環(huán)節(jié)，通過(guò)遞進(jìn)式的教學(xué)模式對(duì)Matlab課程進(jìn)行教學(xué)改革探索。為提高學(xué)生對(duì)創(chuàng)新活動(dòng)的積極性，提高科研創(chuàng)新能力，文獻(xiàn)[3]以數(shù)學(xué)建模及工程案例為教學(xué)素材，探討Matlab課程的教學(xué)模式。針對(duì)Matlab課程的教學(xué)，文獻(xiàn)[4]提出“一人為本”的教育理念，通過(guò)“實(shí)例式教學(xué)、對(duì)象式培養(yǎng)、互動(dòng)式教學(xué)、實(shí)踐式訓(xùn)練、深入式學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)模式”，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際能力。

為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，本文結(jié)合我院《Matlab語(yǔ)言及其應(yīng)用》課程的實(shí)際教學(xué)情況，探討案例教學(xué)及分步、遞進(jìn)式任務(wù)設(shè)計(jì)的教學(xué)改革。

一、案例教學(xué)

MATLAB是MATrix LABoratory的縮寫(xiě)，是美國(guó)MathWorks公司開(kāi)發(fā)的一種科學(xué)和工程計(jì)算的交互式程序語(yǔ)言。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能，且包含大量與各個(gè)學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)緊密相關(guān)的函數(shù)可供調(diào)用，可以通過(guò)程序調(diào)用方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)值運(yùn)算、圖形繪制、模擬仿真等相關(guān)操作。在各個(gè)高校，MATLAB已成為線性代數(shù)、控制理論、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)仿真等相關(guān)課程的基本教學(xué)工具。

Matlab主要包括Matlab和Simulink兩個(gè)組成部分，其工作界面如圖1所示，主要包含Command Window、Editor、Workspace、Details、Current Folder、Command History等窗口，通過(guò)運(yùn)行Editor內(nèi)編寫(xiě)的程序或在Command Window內(nèi)輸入的相關(guān)代碼獲得運(yùn)算結(jié)果。課程講授期間，若單純地介紹Matlab相關(guān)的數(shù)據(jù)及其運(yùn)算、矩陣分析與處理、數(shù)值運(yùn)算等基本知識(shí)，往往無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。實(shí)際研究表明，在具有一定編程基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)編程類(lèi)相關(guān)課程中，先儲(chǔ)備相關(guān)知識(shí)而后應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題求解的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有根據(jù)面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題尋求解決方案過(guò)程中學(xué)習(xí)相應(yīng)基本知識(shí)的效果好。因此，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可將相關(guān)基本內(nèi)容分類(lèi)歸納至一到多個(gè)綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用中，通過(guò)實(shí)際求解過(guò)程中的問(wèn)題分析、基本知識(shí)、方案制定、編程實(shí)現(xiàn)、分析校正等環(huán)節(jié)，掌握相關(guān)知識(shí)，完成問(wèn)題求解。

例如，在導(dǎo)課環(huán)節(jié)，可首先介紹如圖2所示的圖形。圓規(guī)是中學(xué)數(shù)學(xué)課程中的必備工具，借助圓規(guī)我們可以很容易地繪制如圖1所示的圖形，相信絕大多數(shù)學(xué)生都曾繪制過(guò)此類(lèi)圖形。那么，在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程及仿真技能的今天，能否方便地應(yīng)用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖？應(yīng)該如何繪制？如何完成相關(guān)符號(hào)標(biāo)記及線型、顏色區(qū)分？要完成此圖的繪制，不僅可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，也可以有針對(duì)性地學(xué)習(xí)基本知識(shí)模塊、鍛煉學(xué)生借助Matlab解決問(wèn)題的能力。

二、分步、遞進(jìn)式任務(wù)設(shè)計(jì)

上述看似簡(jiǎn)單的圖形繪制問(wèn)題卻涉及到眾多的Matlab基本知識(shí)。從表面上看主要是圓及圓弧的繪制，而實(shí)際上包含著如圓的方程（直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系等）、plot繪圖、線的區(qū)分與標(biāo)記（線型、顏色）、曲線交點(diǎn)求解、根據(jù)起止點(diǎn)繪制圓弧等。與此同時(shí)，也可以引申至流程圖繪制及實(shí)現(xiàn)等相關(guān)知識(shí)。

計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)通常包含順序、判斷、循環(huán)等基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)分布、遞進(jìn)式的任務(wù)設(shè)計(jì)，該圖形繪制問(wèn)題可以包含上述基本程序結(jié)構(gòu)，并分層次地鍛煉學(xué)生的思考問(wèn)題能力和動(dòng)手解決問(wèn)題能力。同時(shí)，也可以涉及與此相關(guān)的編程技能，如流程圖的設(shè)計(jì)等。流程圖是幫助我們理清思路、幫助編程的有效工具。那么，應(yīng)該如何繪制流程圖可作為延伸知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和強(qiáng)化。完成基本繪圖的步驟如下：

？藎Step 1：在坐標(biāo)系內(nèi)繪制圓心為（x，y）、半徑為r的基準(zhǔn)圓；

？藎Step 2：隨機(jī)選取圓上1點(diǎn)（x0，y0）并以此為圓心繪制半徑為r且與基準(zhǔn)圓相交的圓弧1；

？藎Step 3：分別以圓弧1與基準(zhǔn)圓的兩個(gè)相交點(diǎn)為圓心繪制半徑為r且與基準(zhǔn)圓相交的圓弧2和3；

？藎Step 4：分別以圓弧2和3與基準(zhǔn)圓的交點(diǎn)為圓心繪制半徑為r且與基準(zhǔn)圓相交的圓弧4和5；

？藎Step 5：以圓弧4和5與基準(zhǔn)圓的共同交點(diǎn)為圓心繪制半徑為r且與基準(zhǔn)圓相交的圓弧6。

根據(jù)此步驟進(jìn)行的繪圖，簡(jiǎn)單易懂，但是在實(shí)際編程過(guò)程中，除基本的畫(huà)圓知識(shí)外，存在“重復(fù)勞動(dòng)”問(wèn)題，即以交點(diǎn)為圓心的繪圖需要重復(fù)執(zhí)行多次，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。為解決上述問(wèn)題，可以使用循環(huán)結(jié)構(gòu)和（/或）判斷結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。因此，若在設(shè)計(jì)任務(wù)中加入“循環(huán)/判斷結(jié)構(gòu)”的限制條件，如圖3所示流程圖為例，既可以引申至流程圖的相關(guān)知識(shí)，亦可以練習(xí)程序結(jié)構(gòu)的編寫(xiě)及應(yīng)用。

三、結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際的授課過(guò)程中，可以根據(jù)繪圖步驟、順序講解相關(guān)的基本模塊知識(shí)，通過(guò)多次課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握Matlab基本知識(shí)、繪圖相關(guān)命令、程序結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識(shí)。再結(jié)合上機(jī)練習(xí)和課后習(xí)題，激發(fā)學(xué)生的積極性和參與性，提高教學(xué)質(zhì)量，取得了較為理想的效果。

參考文獻(xiàn)：

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