李響 呂勇 李月強(qiáng)

【摘 要】本文以Matlab為切入點(diǎn)，利用其易于上手、語(yǔ)法簡(jiǎn)單、各專(zhuān)業(yè)工具箱豐富等優(yōu)勢(shì)，將Matlab貫穿整個(gè)編程能力培養(yǎng)課程體系的構(gòu)建，同時(shí)在教學(xué)方式和方法上也針對(duì)其特性進(jìn)行了改革，試圖探索一條結(jié)合Matlab進(jìn)行專(zhuān)業(yè)教育同時(shí)提高其編程能力的改革之路，并在實(shí)踐中取得了一定的成果。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革 課程設(shè)置 編程能力 Matlab

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）05-0009-02

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育主要是面向大學(xué)中非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)教育，這部分學(xué)生約占全體大學(xué)生的95%以上。雖然對(duì)大部分非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)教育的目的是培養(yǎng)大批能使用計(jì)算機(jī)的人才，以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才。但對(duì)信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)（如計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、電子信息工程、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等）非計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)，能編寫(xiě)規(guī)范的程序代碼仍然是最基本的專(zhuān)業(yè)能力。從社會(huì)的需求來(lái)看，信息類(lèi)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人才僅具備良好的編程能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)具有軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等各方面的能力。高校信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程體系中，程序設(shè)計(jì)類(lèi)的課程占有相當(dāng)?shù)谋戎?。常?jiàn)的專(zhuān)業(yè)課有C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)等。由于信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域非常強(qiáng)調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，普通高校學(xué)生必須具備較強(qiáng)的編程能力，才能滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)人才的要求。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅促進(jìn)了現(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展，也對(duì)經(jīng)典數(shù)學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以至教學(xué)思想產(chǎn)生影響。因此，根據(jù)面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要，有必要對(duì)工科數(shù)學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母?。更新教學(xué)理念，探索一種以計(jì)算機(jī)為輔助教學(xué)工具展開(kāi)工科數(shù)學(xué)教學(xué)，并同時(shí)提高學(xué)生編程能力的全新的教學(xué)模式受到了國(guó)內(nèi)外同行的普遍關(guān)注。在國(guó)外多所知名高校已開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)的實(shí)踐，并取得了不錯(cuò)的教學(xué)成果。在國(guó)內(nèi)也有部分院校正在積極地進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)研究，這已成為當(dāng)前工科數(shù)學(xué)教學(xué)改革的熱點(diǎn)。依據(jù)人才培育要適應(yīng)國(guó)家和社會(huì)發(fā)展需求的要求，提升非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生編程技能的教改實(shí)踐已迫在眉睫。筆者所在學(xué)院針對(duì)信息科學(xué)類(lèi)非計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的本科生，試圖探索一條結(jié)合Matlab進(jìn)行專(zhuān)業(yè)教育同時(shí)提高其編程能力的改革之路。

一 存在的問(wèn)題

1.課時(shí)不足

隨著高校課程體系的全面改進(jìn)，為了寬口徑接入社會(huì)地培養(yǎng)學(xué)生，以便學(xué)生將來(lái)能有更廣闊的就業(yè)領(lǐng)域，信息類(lèi)的各個(gè)專(zhuān)業(yè)被加入了越來(lái)越多的課程，所有課程均面臨著課時(shí)緊縮的問(wèn)題，而程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程所受的影響尤其明顯。一方面要保證理論課的講授與教學(xué)，另一方面要保證學(xué)生動(dòng)手編程能力的提高。理論課程的時(shí)間顯得非常緊張，必須在有限的時(shí)間內(nèi)盡可能把該語(yǔ)言中各種各樣的知識(shí)點(diǎn)傳授給學(xué)生，還要保證他們能有足夠的課時(shí)在實(shí)訓(xùn)課環(huán)節(jié)完成相關(guān)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，為此在時(shí)間和教學(xué)上就要合理安排。

信息類(lèi)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生擁有更多的自主學(xué)習(xí)和操作時(shí)間，成為有效教學(xué)的必然要求，為了更好地滿(mǎn)足這一要求，需要對(duì)存在的客觀矛盾進(jìn)行優(yōu)化和解決。如隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)的同時(shí)，要通過(guò)與計(jì)算機(jī)使用的交叉與融合，提升計(jì)算機(jī)教學(xué)內(nèi)容的使用次數(shù)和頻度。這樣所增加的專(zhuān)業(yè)學(xué)科學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)能有效結(jié)合，在不斷應(yīng)用計(jì)算機(jī)知識(shí)的過(guò)程中，學(xué)生的計(jì)算機(jī)水平得到了有效的提升。

2.學(xué)生自身水平影響

對(duì)類(lèi)似我校的非重點(diǎn)高校的學(xué)生，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍較弱，而編程相關(guān)知識(shí)抽象程度卻很高。學(xué)生的數(shù)學(xué)入學(xué)成績(jī)往往不夠理想，入學(xué)后對(duì)于數(shù)學(xué)類(lèi)課程的學(xué)習(xí)沒(méi)有給予足夠的重視，造成學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠，使得學(xué)生對(duì)編程的學(xué)習(xí)與能力的提高非常困難。而如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析等與編程直接相關(guān)的課程比較抽象，對(duì)于缺乏數(shù)學(xué)思維的學(xué)生來(lái)說(shuō)，難以得心應(yīng)手地加以運(yùn)用。同時(shí)由于我國(guó)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育開(kāi)展的不均衡性，使學(xué)生在入校時(shí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)水平存在著較大的差異。一部分學(xué)生可能因?yàn)榍捌诮逃仍颍緵](méi)有接觸過(guò)計(jì)算機(jī)，而一些條件好的學(xué)生則可能有著非常熟練的計(jì)算機(jī)操作和應(yīng)用能力。因此，在非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)編程教學(xué)過(guò)程中，要客觀分析這種學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的差異，并就差異的類(lèi)型和程度，做出一個(gè)客觀的分析，在此基礎(chǔ)上，提升信息類(lèi)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)編程教學(xué)的針對(duì)性和有效性，以更好地促進(jìn)信息類(lèi)計(jì)算機(jī)教學(xué)的開(kāi)展效果。學(xué)生的基本水平與計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)素質(zhì)千差萬(wàn)別，特別是對(duì)于地方性普通本科院校，學(xué)生的理論基礎(chǔ)還不夠，編程能力更是有待提高。

除去基礎(chǔ)之外，學(xué)生的興趣也影響著編程能力的提高，大部分學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，也沒(méi)有形成好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)生的自學(xué)能力與主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)相對(duì)不高，很多學(xué)生除了上課聽(tīng)一些以外，很少在課下主動(dòng)練習(xí)。另外，由于編程比較枯燥，沒(méi)有一定興趣是很難堅(jiān)持下去的，而如何激發(fā)學(xué)生對(duì)編程的興趣，在目前教學(xué)過(guò)程中，又顯得手段薄弱。

二 Matlab切入的優(yōu)勢(shì)

選擇Matlab作為切入點(diǎn)，以提高信息類(lèi)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大學(xué)生的編程能力，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

1.Matlab的特色

Matlab是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括Matlab和Simulink兩大部分。Matlab應(yīng)用非常廣泛。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。它具有高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)

——————————————————————————

* 促進(jìn)人才培養(yǎng)綜合改革項(xiàng)目階段性研究成果（PXM2014_014224_000091）

計(jì)算功能，能使用戶(hù)從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái)，并以其完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化。Matlab為學(xué)生提供了友好的用戶(hù)界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語(yǔ)言，使本科學(xué)生易于學(xué)習(xí)和掌握。Matlab是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊痰奶攸c(diǎn)。Matlab語(yǔ)言是基于最為流行的C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C++語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合信息類(lèi)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式，學(xué)生在精通后可以更方便地遷徙到其他語(yǔ)言。

2.Matlab與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)

Matlab的基本數(shù)據(jù)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相似，故用Matlab來(lái)解算問(wèn)題要比用C、Fortran等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且Matlab也吸收了Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使Matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。Matlab可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通信、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。同時(shí)具備對(duì)C，F(xiàn)ortran、C++、JAVA的支持，可以直接調(diào)用。其內(nèi)嵌功能豐富的應(yīng)用工具箱（如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱等），為學(xué)生提供了大量方便實(shí)用的處理工具，可以輕松解決各種專(zhuān)業(yè)課程中遇到的問(wèn)題。學(xué)生也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組atlab函數(shù)庫(kù)方便自己以后調(diào)用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是Matlab能深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。

三 具體措施

1.理論課程體系的構(gòu)建

多年的教學(xué)實(shí)踐使我們認(rèn)識(shí)到大學(xué)生編程能力的提高是一個(gè)循序漸進(jìn)的教育過(guò)程，要著眼于學(xué)生信息素養(yǎng)和信息能力的培養(yǎng)，畢業(yè)后一段時(shí)間內(nèi)期望他們達(dá)到既具有本專(zhuān)業(yè)知識(shí)，又掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)，跨學(xué)科的知識(shí)面寬，富有創(chuàng)造精神。

《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育白皮書(shū)》詳細(xì)闡述了非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)要求，概括起來(lái)主要是：掌握計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)；具備使用計(jì)算機(jī)實(shí)用工具處理日常事務(wù)的基本能力；具備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取信息、分析信息、利用信息以及與他人交流的能力；利用計(jì)算機(jī)硬件及接口技術(shù)解決本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中問(wèn)題的基本能力；具備使用典型的專(zhuān)業(yè)軟件和工具來(lái)解決本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中問(wèn)題的能力；具備利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行管理、加工和利用的意識(shí)與能力；掌握計(jì)算機(jī)硬件的基本技術(shù)與分析方法，具備專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的集成與開(kāi)發(fā)能力和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等。

按照培養(yǎng)要求，課程應(yīng)是成系列的，是有利于各種專(zhuān)業(yè)能力逐漸形成的漸進(jìn)系統(tǒng)。以我校光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)為例，設(shè)置了一系列編程能力培養(yǎng)的課程，此類(lèi)課程側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生掌握本學(xué)科要求的計(jì)算思維方法、算法設(shè)計(jì)策略和技術(shù)，而后引導(dǎo)學(xué)生能熟練應(yīng)用Matlab語(yǔ)言，形成良好的代碼編寫(xiě)習(xí)慣，此外還要具備面向?qū)ο蟮乃季S能力。在此基礎(chǔ)之上而采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來(lái)開(kāi)發(fā)與維護(hù)軟件。這一系列課程形成一個(gè)漸進(jìn)系統(tǒng)，幫助學(xué)生完成由編程能力到軟件開(kāi)發(fā)能力的提升。與此同時(shí)，所有專(zhuān)業(yè)課程中涉及實(shí)際問(wèn)題的教學(xué)案例中，均利用Matlab進(jìn)行解決。

2.教學(xué)方法的改革

在編程能力培養(yǎng)的教學(xué)中，要繼續(xù)堅(jiān)持以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)理念，注重發(fā)揮學(xué)生在各個(gè)教學(xué)活動(dòng)中的主體作用，注重采用多種教學(xué)形式培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和綜合素質(zhì)。首先，應(yīng)加強(qiáng)課堂教學(xué)效果，根據(jù)各門(mén)課程特點(diǎn)發(fā)揮集體的智慧和經(jīng)驗(yàn)制作優(yōu)質(zhì)的電子教案和多媒體輔助教學(xué)課件，將Matlab編程內(nèi)容貫穿在各課程具體內(nèi)容中，并充分利用多媒體設(shè)備和多媒體軟件進(jìn)行生動(dòng)、形象、直觀的教學(xué)，使得介紹理論概念時(shí)不生硬、不枯燥，同時(shí)利用Matlab所具備的仿真、動(dòng)畫(huà)等特性，實(shí)時(shí)演示實(shí)際操作時(shí)具有直觀性和動(dòng)態(tài)性并保持有趣性。其次，為解決學(xué)時(shí)不足問(wèn)題，同時(shí)由于Matlab的簡(jiǎn)單易學(xué)，所以可以引導(dǎo)學(xué)生課下分散自主學(xué)習(xí)。為了培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)意識(shí)和編程能力的提高，在教學(xué)中要繼續(xù)有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，把專(zhuān)業(yè)課程中的部分有趣且相對(duì)簡(jiǎn)單的章節(jié)留作為自修內(nèi)容，要求學(xué)生利用Matlab對(duì)此類(lèi)章節(jié)涉及的問(wèn)題進(jìn)行解決，以論文、小結(jié)、調(diào)查報(bào)告等形式匯報(bào)解決過(guò)程和結(jié)果，強(qiáng)調(diào)基本操作方法的靈活運(yùn)用，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新學(xué)習(xí)意識(shí)。由于課時(shí)的限制和學(xué)生的實(shí)際情況，部分理論知識(shí)無(wú)法詳盡地介紹，如我校光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)針對(duì)大二學(xué)生開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)課程中，數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)等部分內(nèi)容，在教學(xué)中可以通過(guò)Matlab自帶的Demo實(shí)際案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)，在較少的學(xué)時(shí)下使學(xué)生通過(guò)實(shí)例既理解和掌握了繁多的基本概念，同時(shí)又可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引發(fā)其進(jìn)一步學(xué)習(xí)的意識(shí)，以取得較好的教學(xué)效果。

3.編程邏輯的訓(xùn)練

從初學(xué)者看待編程，往往注重語(yǔ)句和語(yǔ)法，并認(rèn)為照搬教材例子就可以編出程序。一旦要求用程序去實(shí)現(xiàn)新類(lèi)型的題目時(shí)，往往無(wú)從下手，沒(méi)有任何思路，或仍舊照搬那些早已不合時(shí)宜的例子。其真正原因還是沒(méi)有把邏輯架構(gòu)和編程解題思路放在學(xué)習(xí)的重點(diǎn)上，不具備編程的抽象思維能力。程序設(shè)計(jì)是邏輯思維比較縝密的一門(mén)學(xué)科，需要勤加思考，只讀別人的程序或沒(méi)有自己的分析都是不可取的，通常建議新生在做編程練習(xí)時(shí)暫時(shí)擺脫教材，獨(dú)立思考。由于Matlab語(yǔ)言的簡(jiǎn)單易學(xué)，可以使學(xué)生克服畏難情緒，加之其語(yǔ)法簡(jiǎn)單，便更容易讓學(xué)生忽略對(duì)語(yǔ)法的關(guān)注，而將重心放在程序結(jié)構(gòu)與邏輯之上。此外，程序設(shè)計(jì)是一門(mén)涉及知識(shí)領(lǐng)域比較寬泛的學(xué)科，信息類(lèi)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生更應(yīng)從工程的角度來(lái)看待一個(gè)軟件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)不斷灌輸這種思想。

四 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的努力鉆研和在我校光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的本科生教學(xué)中實(shí)踐，大學(xué)信息類(lèi)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)教育取得了一定的成績(jī)，經(jīng)過(guò)4年本科學(xué)習(xí)，學(xué)生的編程能力、自學(xué)能力、終身學(xué)習(xí)能力都有大幅提升。教學(xué)成果得到了學(xué)校專(zhuān)家、領(lǐng)導(dǎo)的肯定，同時(shí)所培養(yǎng)的學(xué)生也受到了各用人單位的歡迎。課程設(shè)置和建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及方方面面的問(wèn)題，我們所做的工作和將要進(jìn)行的改革無(wú)論是課程設(shè)置、課程內(nèi)容更新，還是教學(xué)方法的改革等，目標(biāo)都是明確的，那就是為了提高我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果，最終使學(xué)生受益。

參考文獻(xiàn)

[1]楊殿生、韓世芳主編.計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008

[2]閃四清、王靜.經(jīng)管類(lèi)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容和方法研究[J].中國(guó)科技博覽，2009（34）：32～34

[3]汪昌健.關(guān)于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)教育的一些思考[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2006（Z1）：28～30

〔責(zé)任編輯：林勁〕