摘 要：介紹了MATLAB仿真軟件的意義及特點(diǎn)，分析了《MATLAB的工程應(yīng)用》在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面的教學(xué)方法與技巧。在總結(jié)與深入研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化該課程的教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：MATLAB 工程應(yīng)用 教學(xué)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）07（a）-0067-01

MATLAB是一種輔助計(jì)算軟件，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能和數(shù)據(jù)可視化功能，可以方便地繪制二維和三維圖形。同時(shí)，MATLAB語(yǔ)法簡(jiǎn)潔，易于學(xué)習(xí)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，我校在大一階段就開(kāi)設(shè)了《MATLAB的工程應(yīng)用》這門(mén)課程，為學(xué)生今后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供有效的仿真工具，也為學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提供高效的編程工具。

1 MATLAB背景及意義

1980年，美國(guó)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)教授Cleve Moler和同事為解決線性方程和特征值問(wèn)題而開(kāi)發(fā)了接口程序，取名為MATLAB。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的完善，目前MATLAB已成為世界上最流行的、應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算和仿真軟件，它同時(shí)將計(jì)算、編程和可視化等功能集于一個(gè)交互式的開(kāi)發(fā)環(huán)境，人機(jī)交互簡(jiǎn)潔、智能化，并且包含眾多的仿真功能與工程計(jì)算函數(shù)。MATLAB主要應(yīng)用于數(shù)學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)建模與仿真、數(shù)學(xué)分析與可視化、科學(xué)與工程繪圖和用戶界面設(shè)計(jì)等。目前，MATLAB已經(jīng)成為應(yīng)用代數(shù)、自動(dòng)控制原理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真和金融等專業(yè)的基本數(shù)學(xué)工具，成為高等院校的學(xué)生必須掌握的基本軟件之一。

2 教學(xué)研究

2.1 理論教學(xué)

在導(dǎo)入該課程的時(shí)候，首先通過(guò)利用MATLAB實(shí)現(xiàn)圖像去噪的一個(gè)例子給學(xué)生一個(gè)全新的接觸。然后逐一介紹本課程與其他專業(yè)課程的聯(lián)系及應(yīng)用。包括數(shù)字信號(hào)處理，優(yōu)化理論，偏微分方程，自動(dòng)控制原理，圖像處理等。由于該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此，需要制作多媒體課件來(lái)幫助同學(xué)加強(qiáng)理解。但現(xiàn)在的講課除了多媒體教學(xué)手段之外，傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)手段也是必不可少的。特別是在互動(dòng)環(huán)節(jié)，板書(shū)教學(xué)顯得尤為重要。把多媒體教學(xué)與板書(shū)教學(xué)靈活地結(jié)合起來(lái)，起到了良好的教學(xué)效果。

在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，盡量針對(duì)書(shū)上的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)給出相應(yīng)的例子，并利用MATLAB軟件現(xiàn)場(chǎng)演示。這樣才能給學(xué)生留下深刻的影響，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣。比如，在講述eye這個(gè)函數(shù)的時(shí)候，先不說(shuō)明其功能是什么，而是直接在MATLAB軟件上利用這個(gè)函數(shù)產(chǎn)生一系列矩陣，讓學(xué)生觀察這些矩陣的特點(diǎn)。然后歸納其共性，得出結(jié)論是該函數(shù)用于產(chǎn)生對(duì)角線全為1的單位矩陣。

培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維是非常重要的。例如，在MATLAB基本操作中所涉及的分號(hào)，一方面在構(gòu)造矩陣的時(shí)候，矩陣行與行之間用分號(hào)隔開(kāi)；另一方面，將分號(hào)放在每一條命令行最后用于不顯示計(jì)算結(jié)果。又例如，冒號(hào)在生成等差數(shù)組的時(shí)候可用于間隔各個(gè)參數(shù)，而在獲取子矩陣的時(shí)候用于表示向量的所有元素。因此，很多符號(hào)在特定的場(chǎng)合有特定的用處。

類(lèi)比的作用在教學(xué)環(huán)節(jié)也不容忽視。在課堂上，把MATLAB和C語(yǔ)言以及匯編語(yǔ)言進(jìn)行比較。比如，在C語(yǔ)言里用“//”進(jìn)行注釋，匯編語(yǔ)言里使用分號(hào)注釋，而在MATLAB中使用百分號(hào)進(jìn)行注釋。通過(guò)這樣的類(lèi)比，讓學(xué)生能夠獲得一個(gè)較全面而深刻的記憶。

在教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生拓展其知識(shí)面，做到博而專，既要注重知識(shí)的廣博，又要有所專攻，注重深度。同時(shí)，將教學(xué)與科研高度統(tǒng)一起來(lái)，在教學(xué)中融入科研的思維方式，進(jìn)行探索式啟發(fā)式地教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和批判性思維，才能不受傳統(tǒng)思維和習(xí)慣的束縛。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

本課程的實(shí)驗(yàn)課時(shí)為18課時(shí)，共分為6次實(shí)驗(yàn)。上機(jī)操作是本課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生只有通過(guò)上機(jī)練習(xí)，才能領(lǐng)會(huì)MATLAB的眾多功能，才能達(dá)到熟練應(yīng)用的程度。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生熟悉MATLAB運(yùn)行環(huán)境和MATLAB語(yǔ)言的主要特點(diǎn)，掌握MATLAB語(yǔ)言的基本語(yǔ)法規(guī)則及基本操作命令的使用，學(xué)會(huì)M文件的建立和使用方法，掌握MATLAB的數(shù)據(jù)類(lèi)型、矩陣輸入和操作方法、語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、函數(shù)的使用以及應(yīng)用MATLAB實(shí)現(xiàn)二維和三維圖形的繪制方法，具有使用MATLAB語(yǔ)言編程和調(diào)試的能力，并能夠熟練地將MATLAB應(yīng)用于學(xué)習(xí)中，解決相關(guān)課程中的復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置采用與理論課程相間隔交替的方式，也就是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識(shí)后馬上進(jìn)行實(shí)際操作，有利于學(xué)生鞏固所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，通過(guò)理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，再通過(guò)實(shí)踐來(lái)調(diào)整理論的學(xué)習(xí)，這樣可以快速正確地掌握相關(guān)方法和理論。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，單純地做一些練習(xí)可能無(wú)法激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性。因此，除了讓學(xué)生練習(xí)平時(shí)課堂上所學(xué)的基本操作和函數(shù)之外，還給學(xué)生布置一些難度較高的并且與其他專業(yè)基礎(chǔ)課相關(guān)的設(shè)計(jì)題，同時(shí)將全班學(xué)生分為若干小組，讓學(xué)生分組討論，完成課題。這樣，既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，也鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，另外還培養(yǎng)了大家的團(tuán)隊(duì)合作精神，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生對(duì)該課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，學(xué)習(xí)的積極性較高。這些效果從學(xué)生的出勤率、課堂互動(dòng)的積極性以及課后提問(wèn)交流等方面得到了充分體現(xiàn)。從考核的結(jié)果分析，學(xué)生對(duì)本課程的掌握程度較好。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，不僅可以掌握如何利用MATLAB來(lái)輔助專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，而且也為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)起到了一個(gè)關(guān)鍵性的鋪墊作用。同時(shí)，更為將來(lái)的進(jìn)一步研究深造打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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