简析MATLAB教学模式的几点探讨

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论文摘要：以常州大学的学生情况和实际教学经验为基础，重点阐述了在MATLAB教学中如何激发学生学习兴趣、结合学生自身特点安排教学内容以及如何操作任务驱动式的教学模式等几个方面的见解，旨在使MATLAB的教学过程成为“教师主导、学生参与”的过程，从而加强教学效果。

论文关键词：MATLAB；教学改革；任务驱动

MATLAB作为一种高性能的数值计算和可视化软件，自其诞生以来，随着其功能的逐步增加和完善，在电气、电子、控制、力学、计算机、机械等众多领域的应用也越来越广泛。为此，国内外大多数高校理工科专业都开设了MATLAB课程。MATLAB课程的设置方式目前主要有两种：一种是将MATLAB作为一门专业基础课而独立开设，学习内容主要是MATLAB的基本技能和基本工具的使用，其设置依据是突出MATLAB在电气、电子等相关学科领域的基础作用；另一种是将MATLAB与其他课程进行整合，学习的主要内容是针对相关课程中遇到的数学问题的MATLAB求解方法，其设置依据是突出MATLAB的直观、形象性，使其作为一种教学工具而为其他学科的教学服务。目前高校第一种设课模式占主流地位，相对于第二种设课模式来说，其主要优势在于能够使学生系统掌握MATLAB的主要思想，特别是在当前专业课程选修制度下，对于增强学生利用先进计算机技术分析和解决数学问题的能力是有裨益的。第二种设课模式也有其自身优势，它能够增强不同专业领域的学生学习MATLAB时的针对性，但是如何将MATLAB与相关课程进行有机整合，以提升MATLAB在教学中的地位，目前仍是教学界正在探讨的一个问题。本文将针对第一种设课模式的教学方法做几点探讨。

一、MATLAB课程教学改革的基本原则

目前来说，MATLAB仍然采用“学生听教师讲、看教师做”的教学模式。作为一种数学计算工具而言，这种教学模式的弊端显而易见，为此探究教学改革势在必行。20世纪90年代初期出现的建构主义理论对于当前的MATLAB教学改革具有十分重要的指导意义，该理论主张以学生为中心，以自主学习能力和创新能力培养为目标。因为学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者，教师对教学意义的生成只起帮助者和促进者作用，并不要求教师直接向学生传授和灌输知识。教学中利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。

二、MATLAB课程教学的几点看法

1.激发学生主动参与的热情、增强其学习动力，变“要我学”为“我要学”

这一观点并不新颖，但在具体实施上，不少教学者的侧重点在课堂教学效果上，最常采用的是在课堂上为学生展示MATLAB的强大功能或者结合多种实例为学生展示MATLAB在解决具体数学问题上的便捷性等。不可否认，这种实施方式或许会调动大部分学生的学习积极性，但是笔者在实际教学过程中发现，不少学生仍然无法提起学习兴趣，主要原因在于学生都有其各自的工作兴趣，但课堂所展示的MATLAB功能或实例毕竟有限，从而使不少学生存有“工具虽好，与己无关”的思想。一个恰当的例子是如何激发电子系热衷于将来从事硬件电路设计的学生学习MATLAB的兴趣。为此笔者认为可以通过以下两个步骤来激发学生的学习兴趣：第一，在第一次课介绍什么是MATLAB、它的基本功能以及在各个领域的应用现状，而后利用剩余的课堂时间做一次问卷调查，以掌握学生选修该课程的动机（学生想利用MATLAB去做什么），如此在后续课堂教学将有具体的针对性；第二，在正式授课之前安排2～3次认识实习，MATLAB软件目前在中大型企业的研发部门以及科研院所中应用已经非常普遍，而这些单位也是学生将来就业的主要去向，因此通过安排学生进企业参观活动让学生自己去发掘学习兴趣是非常有意义的。鉴于目前大部分企业研发部门的保密性质，安排有经验的企业员工进校讲座也是认识实习的可实施途径之一，认识实习的企业不必过多，但须注意企业性质应覆盖MATLAB课程的授课专业。

2.针对学生的特点安排教学内容

每个学生具有不同的特长和喜好，比如不少学生并不喜欢软件编程工作，这种情况在非计算机专业学生中较为普遍，这时在课堂内容安排上要加以考虑。比如，MATLAB的Simulink工具箱在自动控制领域应用非常普遍，为此在讲述MATLAB软件在自动控制领域应用情况时可通过对比方式加以讲述，即针对同样一个控制对象，软件编程方式如何得出控制结果、Simulink工具箱的模块化搭建方式又如何得出控制结果，都要给学生呈现，如此便于不同学习喜好的学生掌握MATLAB针对控制问题的解决方法。"

3.采用任务驱动式教学

目前采用的MATLAB课程的教学方式大多是课堂讲授与实验练习相结合，即占据课堂时间90％以上课堂讲授方式的教学内容为根据教材内容分章节完成，然后再通过实验来加深与巩固知识点。这种枯燥、乏味的教学方式往往容易使学生出现学习动力不足、精力分散等问题。为此众多的教学者建议采用任务驱动式教学方法。任务驱动式教学法是一种主动探究型教学模式，其特点是以学生为中心，以任务为驱动，比较适合于计算机等信息类课程的教学。所谓任务驱动，是指通过完成一项或多项与学科相关的任务来学习知识和获得技能。教师将教学内容设计成一个或多个具体的任务，通过任务驱动教学引导学生思考，从而提高其能力。学生完成任务的过程，既是学习理论知识的过程，也是综合应用知识的过程。笔者认为，任务驱动式教学中所设计的任务要注意以下四点：

（1）学科相关。针对不同专业的学生要提出该专业领域内经常遇到的数学问题供学生解决。

（2）符合学生特长。对于自动化、电气、电子等非计算机专业不喜好软件编程的学生要提出与Simulink工具箱等相关的数学问题供学生解决。

（3）难易程度符合学生自身特点。美国哈佛大学麦克里兰教授提出的成就动机理论认为，个体的成就动机可以分成两类：一类是力求成功的动机，另一类是避免失败的动机。根据这两类动机在个体的动机系统中所占的强度，可以将个体分为力求成功者和避免失败者。力求成功者即在其动机成分中，力求成功的成分比避免失败的成分多一些；避免失败者即在其动机成分中，避免失败的成分比力求成功的成分多一些。力求成功者的目的是获取成就，所以他们会选择有所成就的任务，而成功概率为50％的任务是他们最有可能选择的，因为这种任务能给他们提供最大的现实挑战。当他们面对完全不可能成功或稳操胜券的任务时，动机水平反而会下降。相反，避免失败者则倾向于选择非常容易或非常困难的任务，如果成功的机率大约是50％时，他们会回避这项任务。因为选择容易的任务可以保证成功，使自己免遭失败；而选择极其困难的任务，即使失败，也可以找到适当的借口，得到自己和他人的原谅，从而减少失败感。根据这一理论，笔者认为，在设计任务时，对力求成功者，应给予其新颖且有一定难度的任务；而对于避免失败者，则安排容易取得成功的任务。在评定分数时，可以采取类似于跳水运动的得分评价体系，即对于同样的分数，难度较高的任务可以再乘以一个较高的权重，反之，难度较低的任务可以再乘以一个较低的权重，并且对于难度非常低的任务，权重可相对稍稍高些。

（4）不易通过网络等便捷途径直接获得任务解决的具体实施程序。

三、结论

MATLAB课程的教学可以遵循这样一个思路：课程的第一次授课时在向学生简要介绍MATLAB的特点、基本功能以及在授课专业领域的应用现状后通过课堂或课后问卷调查的方式掌握学生学习该课程的动机；随后安排认识实习使学生通过自身去激发学习该课程的学习兴趣；之后安排几次课程向学生讲述MATLAB的基本知识以及在授课专业领域的典型应用实例；随后将剩余的大部分授课课时的主导权交给学生，并首先为每个学生分配任务，学生通过完成相应的任务获得MATLAB知识。从这一授课方式可以看出，教师的主要教学工作是为每个学生设计任务，并通过对任务的掌控把握课程的教学进度，这种由教师主导、学生参与的教学方式将能够在很大程度上提高MATLAB课程的教学效果。