李軍成 楊煉 劉成志

摘要：Matlab課程在地方院校數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有重要的作用。該文以湖南人文科技學(xué)院數(shù)學(xué)類專業(yè)為例，首先分析了Matlab課程存在的問題，然后從四個方面探索了Matlab課程改革的舉措，最后介紹了通過課程改革取得的一些成效，為地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程的改革提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：地方院校;數(shù)學(xué)類專業(yè);Matlab;課程改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0268-03

1 引言

Matlab是一款應(yīng)用廣泛的工程計算應(yīng)用軟件，它具有計算功能強、編程效率高、繪圖功能強等優(yōu)點，已成為國內(nèi)外理工科專業(yè)學(xué)生必備的一款軟件。

近年來，國內(nèi)高校很多學(xué)者分別從不同角度對Matlab課程的改革進(jìn)行了研究與實踐，取得了較為豐富的成果。例如，鄭小雪等[1]以應(yīng)用為導(dǎo)向?qū)atlab課程的模塊化和任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式進(jìn)行了分析與探討;余國先等[2]結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗，對培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力的Matlab課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探索與實踐;朱高峰等[3]通過實例探討了任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法在Matlab課程中的應(yīng)用;張玉葉[4]針對電氣信息類專業(yè)Matlab課程存在的問題，探討了Matlab細(xì)節(jié)教學(xué)法以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革思路;徐保國[5]分別從模式、內(nèi)容、教材、教法等教學(xué)層面探討了Matlab課程立體化改革舉措;陳鋒等[6]針對Matlab軟件課程教學(xué)的不足，討論了模塊化教學(xué)體系的構(gòu)建;劉衛(wèi)國等[7]依托開放式精品示范課堂，對Matlab課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的實踐;周紅標(biāo)等[8]從“Matlab+”課程群的角度分析了自動化專業(yè)依托Matlab推進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的途徑;丁恒飛[9]通過實例分析了在數(shù)學(xué)與應(yīng)數(shù)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新班開設(shè)Matlab實踐課的必要性。

目前，Matlab課程已成為國內(nèi)大多數(shù)地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課，該課程在地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才中具有不可忽視的地位。雖然湖南人文科技學(xué)院數(shù)學(xué)類專業(yè)在Matlab課程的建設(shè)和教學(xué)改革方面取得了一定的成績，但仍存在一些問題。2018年以來，我們分別從輔助數(shù)學(xué)建模競賽的教學(xué)內(nèi)容整合、“線上+線下”的混合式教學(xué)、以項目為驅(qū)動的課程設(shè)計、面向創(chuàng)新的課程后續(xù)指導(dǎo)等四個方面對Matlab課程的建設(shè)與教學(xué)進(jìn)行了改革，取得了較好的成效，對其他地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程的改革具有一定的借鑒與參考價值。

2 數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程存在的問題

眾所周知，數(shù)學(xué)類專業(yè)的大多課程都具有較強的理論性，而培養(yǎng)學(xué)生實踐與應(yīng)用能力的課程相對較少。Matlab課程是我校數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息與計算科學(xué)兩個數(shù)學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，開設(shè)本課程的目的是使學(xué)生熟練掌握Matlab的數(shù)據(jù)及其運算、矩陣分析與處理、程序控制結(jié)構(gòu)、繪圖、數(shù)值計算、符號計算等基礎(chǔ)知識，提高學(xué)生利用Matlab語言求解數(shù)學(xué)模型的水平，培養(yǎng)學(xué)生利用Matlab求解數(shù)學(xué)問題的能力，為利用數(shù)學(xué)軟件和數(shù)學(xué)模型解決實際工程問題打下基礎(chǔ)，在我校數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有重要的作用，如圖1所示。

在Matlab課程改革以前，雖然我校數(shù)學(xué)類專業(yè)在本課程的建設(shè)和教學(xué)改革方面取得了一定的成績，但仍存在以下幾個問題：

（1） 雖然本課程為數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門實踐性與應(yīng)用性較強的課程，但部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣是需要思考的問題。

（2） 少部分學(xué)生理論知識掌握得不夠扎實或計算機的使用不夠熟練，導(dǎo)致學(xué)習(xí)本課程有一定的困難。如何讓學(xué)生能利用課余碎片化的時間進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主觀能動性是需要解決的問題。

（3） 本課程開設(shè)的對象是二年級本科生，學(xué)生雖然在一年級學(xué)習(xí)了《數(shù)學(xué)分析》《高等代數(shù)》《解析幾何》等專業(yè)基礎(chǔ)課，為本課程的學(xué)習(xí)奠定了一定的理論基礎(chǔ)，但由于本課程涉及的知識面較廣，導(dǎo)致部分學(xué)生雖然掌握了Matlab的使用，但對相關(guān)的理論知識卻一知半解。如何讓學(xué)生能有效地將理論知識與Matlab的使用有機結(jié)合起來需要探索的問題。

（4） 本課程僅開設(shè)1個學(xué)期，很多學(xué)生在課程結(jié)束后不會再觸碰Matlab軟件，本課程后續(xù)培養(yǎng)人才的地位和作用不明顯。既然本課程具有較高的實踐性與應(yīng)用性，那么如何在課程結(jié)束后讓學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)與使用Matlab軟件，依托Matlab培養(yǎng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才是值得關(guān)注的問題。

3 數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程改革的舉措

2018年來，針對Matlab課程存在的幾個問題，我們對課程建設(shè)與教學(xué)進(jìn)行了改革，并逐步形成了“依托Matlab線上線下混合式教學(xué)模式驅(qū)動培養(yǎng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的教學(xué)理念。我們對Matlab課程進(jìn)行改革的基本思路如圖1所示。

（1） 輔助數(shù)學(xué)建模競賽的教學(xué)內(nèi)容整合

雖然我們在教學(xué)中選用的《Matlab程序設(shè)計與應(yīng)用》（劉衛(wèi)國主編）是一本非常經(jīng)典的教材，但對于地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生而言，該教材的內(nèi)容偏多，部分內(nèi)容所需的理論基礎(chǔ)要求較高。另一方面，我校數(shù)學(xué)類專業(yè)開設(shè)Matlab課程的其中一個主要目的是為學(xué)生后續(xù)參加數(shù)學(xué)建模競賽做好準(zhǔn)備。為此，我們根據(jù)數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的實際情況，以輔助數(shù)學(xué)建模競賽為目的，將Matlab課程的教學(xué)內(nèi)容整合為10個模塊，各模塊的知識點層層遞進(jìn)，同時在部分例題中融入數(shù)學(xué)建模問題的求解，如圖3所示。

通過對課程教學(xué)內(nèi)容的整合，同時在課程教學(xué)中有目的的融入數(shù)學(xué)建模問題的求解，一方面讓學(xué)生體會到Matlab軟件的強大功能，另一方面讓學(xué)生體驗到解決實際工程問題的樂趣，在很大程度上激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。

（2） “線上+線下”的混合式教學(xué)

為了提高教學(xué)效率，我們采用線上線下混合式教學(xué)模式開展Matlab課程教學(xué)獲活動，教學(xué)活動的組織形式如圖4所示。

近年來，我們利用“超星泛雅平臺”和“超星學(xué)習(xí)通App”輔助課程教學(xué)。經(jīng)過幾年的建設(shè)，在“超星泛雅平臺”建立了課程門戶網(wǎng)站，包括課程章節(jié)、教學(xué)團(tuán)隊、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模塊、參考教材、教學(xué)成果等內(nèi)容，教學(xué)資源包括各章節(jié)的Mooc視頻18個、課件17個、習(xí)題7套、實訓(xùn)報告9個等。同時，我們在“超星學(xué)習(xí)通App”創(chuàng)建教學(xué)班級，共上傳課件17個、作業(yè)庫21套、其他資料12個。

在課程教學(xué)前，利用“超星學(xué)習(xí)通”發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生通過“超星泛雅平臺”的課程門戶網(wǎng)站預(yù)習(xí)即將要講授的內(nèi)容，并做好相關(guān)筆記及疑難問題。在課程教學(xué)中，在機房采取“講練結(jié)合”的方式開展常規(guī)教學(xué)，教師講完一個知識點后即指導(dǎo)學(xué)生上機，同時利用“超星學(xué)習(xí)通”開展簽到、選人答題、隨堂練習(xí)、主題討論等線上活動，提高教學(xué)效率。在課程教學(xué)結(jié)束后，利用“超星學(xué)習(xí)通”進(jìn)行作業(yè)布置、提交與批改，并通過微信群進(jìn)行交流討論，鞏固學(xué)習(xí)效果。

線上線下混合式教學(xué)模式的運用，不僅引導(dǎo)學(xué)生全程參與教學(xué)活動，提高了課堂教學(xué)效率，而且還讓課堂教學(xué)更為生動，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。而“超星泛雅平臺”課程門戶網(wǎng)站的建立和“超星學(xué)習(xí)通App”的使用，使得學(xué)生能利用課余碎片化的時間對課程內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主觀能動性。

（3） 以項目為驅(qū)動的課程設(shè)計

近年來，我們在課程結(jié)束時會要求每名學(xué)生利用Matlab軟件設(shè)計一個GUI（圖形用戶界面）系統(tǒng)，所設(shè)計的GUI系統(tǒng)難易程度不限，但內(nèi)容必須要與前期學(xué)習(xí)過的《數(shù)學(xué)分析》《高等代數(shù)》《解析幾何》等課程相關(guān)。

開展以項目為驅(qū)動的課程設(shè)計，不僅能進(jìn)一步提高學(xué)生使用Matlab的水平，到達(dá)學(xué)以致用的目的，而且還能有效地讓學(xué)生將理論知識與Matlab的使用有機結(jié)合起來。

（4） 面向創(chuàng)新的課程后續(xù)指導(dǎo)

近年來，為了持續(xù)依托Matlab培養(yǎng)數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才，我們在課程結(jié)束后繼續(xù)積極指導(dǎo)學(xué)生基于Matlab開展各種創(chuàng)新活動，深化學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，如圖5所示。

4 課程改革取得的成效

自開展課程改革以來，我們?nèi)〉昧艘韵陆逃虒W(xué)效果與成果：

（1） 組建了Mooc教學(xué)團(tuán)隊，加強了教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)。課程改革以前，雖然已組建了課程的教學(xué)團(tuán)隊，但團(tuán)隊成員在教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)資源等方面都各有差別，這在很大程度上制約了教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)。2018年以來，我們組建了Mooc課程教學(xué)團(tuán)隊，將教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)資源等進(jìn)行了統(tǒng)一，教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)取得了較大的進(jìn)步。目前，教學(xué)團(tuán)隊核心成員有3人，其中教授1人、副教授1人、講師1人，3人均具有博士學(xué)位。

（2） 完成了Mooc課程錄制與課程門戶網(wǎng)站建設(shè)，為學(xué)生開辟了課外學(xué)習(xí)陣地。課程改革以前，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主要陣地是課堂，而少部分學(xué)生由于理論知識掌握得不夠扎實或計算機的使用不夠熟練，導(dǎo)致學(xué)習(xí)本課程有一定的困難。2018年以來，Mooc課程與課程門戶網(wǎng)站使得學(xué)生能利用課余碎片化的時間對課程內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（3） 將“超星泛雅平臺”“、超星學(xué)習(xí)通App”等信息化手段應(yīng)用于教學(xué)中，為課堂教學(xué)提供了強有力的輔助手段，提高了課堂教學(xué)效率。課程改革以前，課堂教學(xué)主要以“講練結(jié)合”為主，學(xué)生的課堂參與度不高。2018年以來，團(tuán)隊共同錄制了Mooc課程、在“超星泛雅平臺”建設(shè)了課程門戶網(wǎng)站，并使用“超星學(xué)習(xí)通App”輔助課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生全程參與課堂教學(xué)，大大提高了課堂教學(xué)的效率。

（4） 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。2018年以來，通過對課程教學(xué)內(nèi)容的整合，以及采取線上線下混合式教學(xué)模式，不僅讓學(xué)生體驗到解決實際工程問題的樂趣，而且還讓課堂教學(xué)更為生動，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。近3年來，“超星泛雅平臺”上課程門戶網(wǎng)站的訪問量達(dá)24萬余次。

（5） 推動了課程教學(xué)改革研究。2018年以來，團(tuán)隊成員積極開展課程的教學(xué)改革研究，發(fā)表了與課程教學(xué)改革緊密相關(guān)的研究論文3篇。

（6） 深化了數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。2018年以來，團(tuán)隊成員指導(dǎo)本科生利用Matlab軟件參加學(xué)科競賽獲得國家級獎勵2項、省級獎勵12項，立項省級研創(chuàng)項目5項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇，申請軟件著作權(quán)2項。

5 結(jié)語

本文以湖南人文科技學(xué)院數(shù)學(xué)類專業(yè)為例，從四個方面對Matlab課程的改革進(jìn)行了探索與實踐。雖然我們?nèi)〉昧艘恍┬Чc成果，但仍有很多地方值得進(jìn)一步深化與完善，如何構(gòu)建并完善“Matlab+驅(qū)動數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”將是我們今后努力探索的方向。同時，我們也希望所總結(jié)的改革舉措能為其他地方院校數(shù)學(xué)類專業(yè)Matlab課程的改革提供有價值的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭小雪， 林威. 以應(yīng)用為導(dǎo)向的本科Matlab教學(xué)實踐與探討[J]. 高教學(xué)科， 2018（7）：67-70.

[2] 余國先， 王峻. 面向科研創(chuàng)新的Matlab課程教學(xué)模式探索[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2018，43（1）：164-168.

[3] 朱高峰， 張艷蕾， 梁平元. Matlab課程教學(xué)改革與實踐[J]. 中國教育技術(shù)裝備， 2018（6）：83-85.

[4] 張玉葉. Matlab語言課程教學(xué)中若干問題探討[J]. 實驗室研究與探索， 2018，37（3）：176-179.

[5] 徐國保. Matlab語言及應(yīng)用課程的多元立體化教學(xué)改革探析[J]. 計算機教育， 2019（6）：94-96.

[6] 陳鋒， 關(guān)麗紅. 模塊化教學(xué)模式在Matlab軟件課程中的應(yīng)用[J]. 長春大學(xué)學(xué)報， 2019， 29（10）：111-115.

[7] 劉衛(wèi)國， 蔡旭暉， 呂格莉， 等. 開放式精品示范課堂的教學(xué)改革實踐——以“科學(xué)計算與Matlab語言”課程為例[J]. 工業(yè)和信息化教育， 2020（11）：23-28.

[8] 周紅標(biāo)， 柏小穎. 自動化專業(yè)"Matlab+"課程群建設(shè)及創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J]. 大學(xué)教育， 2020（11）： 43-46.

[9] 丁恒飛. 數(shù)應(yīng)專業(yè)開設(shè)Matlab軟件實踐課的教學(xué)思考——以天水師范學(xué)院數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才班為例[J]. 蘭州文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2020， 34（1）：112-115.

【通聯(lián)編輯：王力】

收稿日期：2021-02-15

基金項目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目“基于學(xué)科競賽驅(qū)動培養(yǎng)地方院校數(shù)學(xué)類應(yīng)用型創(chuàng)新人才的研究與實踐”（湘教通[2018]436號No.732）;湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目“高校數(shù)學(xué)類課程案例式實驗教學(xué)方法研究及實驗教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)”（湘教通[2020]232號No. HNJG-2020-0954）;湖南人文科技學(xué)院本科課程教學(xué)案例庫建設(shè)項目“數(shù)學(xué)建模課程教學(xué)案例庫”（校教通[2019]165號No.28）

作者簡介：李軍成（1982—），男，湖北省漢川市人，教授，博士，主要研究方向為幾何設(shè)計與計算、數(shù)學(xué)建模;楊煉（1981—），男，湖南省隆回人，講師，博士，主要研究方向為計算機圖形學(xué)、數(shù)學(xué)建模;劉成志（1986—），男，湖南省洞口人，副教授，博士，主要研究方向為幾何設(shè)計與計算、數(shù)學(xué)建模。