中外合作办学背景下 MATLAB 课程教学模式探索论文

 

  关键词：MATLAB课程教学,中外合作办学,电子信息工程专业

 

  编程是当今工程领域从业者必备的专业技能[1]。MATLAB经过40余年的发展，逐步集成数值分析、矩阵计算、科学数据可视化、非线性动态系统建模和仿真等强大功能[2]，广泛应用于数据分析[3]、无线通信[4]、深度学习[5]、图像处理[6]、信号处理[7]、机器人[8]、控制系统[9]等领域，成为工程师必不可少的编程工具。为提高本科生的工程实践能力[10]，提高学生的求职竞争力[11]，MATLAB已成为工科类专业的必修课程[12]。以电子信息工程专业为例，数字电路与逻辑设计、信息论与编码、数字信号处理等核心课程[13]均需要MATLAB软件作为工具，进行案例演示和计算机仿真[14]，以帮助学生理解复杂、抽象的专业知识。因此，桂林航天工业学院（以下简称“我校”）电子信息工程专业（中外合作办学）的培养方案将MATLAB课程作为大一上学期的专业必修课进行开设。本文针对MATLAB课程教学模式进行探索，寻找最适合我校电子信息工程专业（中外合作办学）学生的授课方式，在提高学习兴趣、降低学习难度方面为学生助力，并为本专业其他课程的教学工作提供参考。

 

 

  我校第一届电子信息工程专业（中外合作办学）开设于2022年，是同美国印第安纳理工学院合作设立的，MATLAB的课程名称为工程师计算机编程（Computer Programming for Engineers），总学时为48学时，全部为理论学时，每周4学时，共3学分，属于本专业学科基础课中的必修课。

 

  2022年10月至2022年12月，我校2022级电子信息工程专业（中外合作办学）学生完成了MATLAB课程的学习。首次开课，由美方教师主讲，以录屏加英文字幕的方式授课，鉴于学生的英文水平参差不齐，堂上及时翻译美方教师的授课内容，帮助学生学习和理解专业知识。按照美方教师的教学大纲，除期末考试，教学中期和后期各有一次随堂测试，该随堂测试不同于国内的“先考后讲”方式，采取“先讲后考”的顺序，教师先将要考的知识点以例题形式进行讲解，然后及时进行课堂测验，内容与例题有变化，但考查点不变。经过课后作业和课堂测试的反复练习，学生期末考试发挥稳定，通过率为100%。纵观整个教学过程，结合学生反馈，可以得出以下结论。

 

  （一）录屏加英文字幕结合翻译辅助的教学方式，学生接受良好

 

  课上，学生于机房集体观看教学录屏，录屏中包含板书内容和MATLAB软件应用演示过程，大部分学生可以结合英文字幕，理解美方教师讲授的主要内容，基于此，中方班主任的辅助翻译能帮助学生更正理解偏差，补充忽略的知识点，确保教学进度的稳步推进。学生可以在课后反复观看录屏，这对于那些理解速度慢的学生十分有利。带有英文字幕的教学视频，能够帮助学生掌握专业词汇的用法，丰富词汇量，同时有助于纠正学生的英文发音，提高听力水平。

 

  （二）采用“先讲后考”的随堂测试方式，更受学生欢迎

 

  许多教师习惯“先考后讲”[15]的随堂测试顺序，但由于测试时间有限，学生进入状态慢，只有少部分学生能够顺利答完预定内容，答不完的学生则往往在教师开始讲解后，因为学习积极性被打击，心态不稳，或者继续沉浸在测试内容中不愿中断，抑或是忙于翻阅教材和笔记回忆答案，进而无法及时跟上教师的授课节奏，最终在题目讲解完成后才恍然自己错过了解析过程。“先讲后考”的顺序有效调动了学生的听讲积极为保证学习质量，由中方班主任进行辅助教学，于课性，为了在测试中发挥最好状态，学生听课十分认真，且刚刚学到的知识能立刻应用于实践，学生往往会信心满满地接受测试，能准时完成预定内容且出错率低，学习效果良好。

 

  （三）每周4学时，共12周的教学进度安排稍显松散

 

  作为一款使用率高的工程必备软件，MATLAB的功能十分庞大。虽然操作简单、容易上手是其主要优势之一，但是对于没有任何编程基础的大一新生来说，想要从零开始学习一种编程语言，并保证自己能跟上授课进度，光靠热情是不够的，还需要教师在教学方法上下功夫，其中适宜的教学进度至关重要。众所周知，软件类课程的讲解，需要在理论解析的基础上添加操作演示，并及时让学生进行上机训练，完整重复实例操作的全过程，以确保学生对知识掌握得足够扎实。若是遇到操作复杂的实例，由于一次课的讲解只能完成理论解析部分，第二次课进行操作演示前，还要回顾一下上节课解析的大致内容，等到学生真正开始实操训练，往往已经是第三次课，如果每周为4学时，三次课就必然有一次与其他两次相距一个星期，这对于学生掌握重要知识点十分不利。

 

 

  深入剖析上一年度MATLAB课程的教学模式，分析学生课堂表现和考试成绩，结合学生的学习感受，不难发现，基于中外合作办学的MATLAB课程的教学工作还有改进空间。笔者经过深入思考，针对MATLAB课程教学模式，总结得出改进设想，具体如下。

 

  （一）授课方式改进

 

  班主任辅助翻译可以改为专业课教师随堂助教。中外合作办学的中方班主任具有扎实的英语基础，能够胜任随堂翻译工作。但是作为教学辅助人员，在不具备相关学科背景的前提下，其对于专业词汇的翻译可能不够准确。选择原本讲授MATLAB课程的专业课教师作为助教随堂翻译，能够更好地帮助学生将中英文对应起来，更专业地解释美方教师的讲解内容，避免学生对知识点产生误解，并提高授课效率，为学生留出更多课上操作训练的时间。

 

  为此，有必要基于实际教学需要，对MATLAB课程的教学方式进行改进，落实到具体实施上，可将全部线上录屏教学改为线上线下结合方式。虽然录屏具有可剪辑、可重录、可暂停等优势，能够避免软件故障、教师生病等突发情况对教学进度产生影响。但是在实际授课过程中，对于预先录制的教学内容，很难做到一个视频一节课。如果一个视频的内容涉及较多需要翻译和解释的部分，那么原定的教学内容很可能无法当天完成讲授，且与下次课的时间间隔至少为一天，这对于学生理解和记忆知识点十分不利。因此，可将一部分录屏课时改为美方教师线下授课，这种面对面的教学过程可以让美方教师直接了解学生的听课状况，无须助教转述，方便美方教师及时调整讲课节奏。在此基础上，教师再将项目式教学融入其中，即于线下授课时，以项目为载体，按照选定项目主题、制定项目方案和计划、探究实践、交流分享和反馈评价这一系列过程落实，这样不但能让学生有机会与美方教师直接沟通，提升英语听说水平，也能让学生锻炼分析和解决问题的能力，从而提高专业能力。

 

  （二）教学进度改进

 

  每周4学时可以改为每周6学时。更紧凑的教学进度，对MATLAB这类软件学习课程更加合适。在美方教师讲解MATLAB课程期间，需要穿插中方助教的翻译和解析，与常规中文课程相比，同一内容用时增加50%，即正常4学时的内容需要6学时讲完。因此，可设置为每周6个学时，3次课，这样足够完成一个较难实例从理论解析到操作演示再到学生练习的全过程，单周教学内容连贯，有助于学生快速掌握新知识、新功能、新方法。

 

  （三）教学内容改进

 

  借鉴成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）理念和项目式学习（Project Based Learning，PBL）教学方式，借助学习通、雨课堂等学习平台，将教学内容与就业岗位需求相匹配，按照岗位职责梳理迭代、数据读写、绘图、微积分运算等章节的授课顺序，以完成项目为目标，重新安排每个教学周的授课内容。安排的教学内容既要考虑教学目标和教学课时，又要注重学生的兴趣爱好和可操作性。在同等课时量的前提下，项目导向的教学内容安排，不但有助于学生快速掌握基本知识点，帮助学生活学活用，还能提高学生的学习兴趣，帮助其积累项目经验，为日后求职打下坚实的基础。除此之外，教师还要在每个章节引入若干工程实例，为培养学生分析、探索、推理及解决问题的能力提供素材。

 

  （四）作业方式改进

 

  课后作业由个人为单位改为小组为单位。中外合作办学的MATALB课程每次课会留出20分钟，让学生自由练习课程内容，以便及时巩固当天学到的新知识。而添加美方教师线下教学课时后，这部分时间也可以用来解答疑问，做到不留问题到课下，这对学生掌握新技能更加有利。同时，可将课后作业挪到这20分钟，即要求学生按5人一组，完成同一份作业，每人署名各自角色，如问题解析、程序编写、程序调试、结果演示与讲解等。每次作业，组内成员角色轮换，并进行组间作业成果评比。同组学生获得同一成绩，每组以程序是否正确、效果是否稳定、运行是否快速为指标参与排名。以竞赛方式完成作业，更能调动学生的积极性和学习兴趣。同时以小组为单位的评分规则，能够为提升学生团队意识，锻炼学生合作能力提供助力。

 

 

  现以MATLAB课程教学中期的重点内容迭代为例，针对新教学模式的优势进行解析。迭代在美方提供的教材中作为第五章内容出现，要求学生学会使用While循环编写函数，以实现所需功能。主要教学内容与课时分配如下。

 

  第一，迭代概念解释。区分有限循环和无限循环的概念，并举例说明。其间，美方教师讲解10分钟，因涉及文字概念较多，助教解释也需要10分钟，共计20分钟。

 

  第二，迭代例题讲解。迭代隶属无限循环范畴，以Sin函数为例，演示mySinPow(x)函数的编写过程，对比循环次数依次递增过程中，两个函数值的差距，解释迭代截止条件的设定规则。其间，美方教师手动演示mySinPow(x)函数的计算结果10分钟，演示不同循环次数下mySinPow(x)函数与Sin函数值的差距，直至差值小于0.000 1为止，用时30分钟，助教解释15分钟，共计55分钟。

 

  第三，函数编写详解。以板书形式讲解每条函数程序的含义并添加注解，着重解析While循环部分的程序逻辑，演示循环截止程序写法。其间，美方教师讲解30分钟，助教解释15分钟，共计45分钟。

 

  第四，MATLAB操作演示。用MATLAB完成mySinPow(x)函数编写，所有程序同板书一致，过程中强调需要注意的语法规则。其间，美方教师讲解20分钟，助教解释10分钟，共计30分钟。

 

  第五，程序演示与解读。用MATLAB调用mySin-Pow(x)函数，赋予x值，展示计算结果并逐条分析函数语句，将程序语句与功能准确对应，解读MATLAB中该函数的计算过程。其间，美方教师讲解30分钟，助教解释15分钟，共计45分钟。

 

  第六，习题讲解。讲解一道与例题同类的习题。首先，分析题目要求；其次，讲解答题思路；再次，以板书形式展示程序内容；最后，用MATLAB编写程序，以实现所需功能。其间，美方教师讲解35分钟，助教解释10分钟，共计45分钟。

 

  第七，学生课上练习。每次课结束前按需分配时间，让学生自由练习本次课学到的程序，此环节累计用时30分钟。

 

  迭代一章的核心板书如下。例题：

 

  Write a function with header mySinPow(x).The function will calculate the sin function to 4 decimal places.

 

  函数：

 

 

  程序：

 

  >>mySinPow(0.5)

 

  ans=0.4794>>sin(0.5)

 

  ans=0.4794

 

  >>mySinPow(pi/6)ans=0.5000

 

  >>sin(pi/6)

 

  ans=0.5000

 

  根据教学计划，迭代一章需要270分钟，即按照每次2小节共3次课进行讲解。由于传统教学模式存在互动、答疑不及时，术语翻译不地道，关键章节一周无法讲完，学生作业完成效率低等缺点，改进后的教学模式有针对性地对以上缺点进行了规避。美方教师在线下教学时可以根据学生听课状态和理解程度，及时调整各知识点的讲解时长，随时回答学生疑问，以便有效提高授课效率。以迭代一章为例，有限循环和无限循环的概念用文字解释十分晦涩难懂，尤其是学生的英语听力普遍薄弱，几乎全部依赖助教翻译，如果以录屏方式备课，美方教师只能预判学生理解能力，据此分配文字说明和举例说明的讲解比例，十分容易预判失误，影响教学效果。而改为线下授课后，美方教师通过观察学生表情，能准确把握学生状态，进而及时减少文字内容，增加实例讲解部分，帮助学生理解概念，助教需要补充解释的部分也可以相应削减，授课内容将变得更加充实。专业教师助教在翻译“命令”“语句”“函数”“循环”“迭代”等词汇时，可以将英文与中文行业术语对应，避免专业词汇使用混乱，影响学生对MATLAB编程语言的理解和记忆。周课时从4学时改为6学时，让迭代等重点章节可以在一周内授课完毕，避免了章节教学跨越周末，使教学节奏变得更紧凑、逻辑更清晰，有助于学生快速掌握重点、难点知识。传统教学模式下，学生利用课后时间翻书、翻笔记完成作业，不但效率低、准确率低，错误也无法及时得到纠正；课上为学生留出的自由练习时间较短，不足以将当堂课的全部内容梳理一遍，而如果用于完成作业，往往刚刚捋顺思路就下课了。而按照新教学模式，将课后作业改为用课上练习时间分小组完成，学生集思广益，就能够及时纠正理解偏差，提高作业完成效率。在美方教师线下答疑和中方助教随堂翻译的护持下，无论是学生的英语沟通能力还是团队协作能力，都能得到充分锻炼和提升。

 

  综上所述，中外合作办学的MATLAB课程中，学生对录屏加英文字幕结合翻译辅助的教学方式接受良好，将班主任辅助翻译改为专业课教师随堂助教，教学效果会更理想。“先讲后考”的随堂测试方式比“先考后讲”更能提高学生的学习兴趣和听课积极性。全部线上录屏的授课方式，虽然方便重复学习，但学生与美方教师沟通不够及时，因此改为线上线下结合方式，这对提高授课效率、提升学生英语水平都有帮助。每周6学时比4学时更适合中外合作办学背景下的学生，因为单周教学内容更加连贯，有助于学生快速掌握新知识、新功能、新方法。课后作业由个人为单位改为小组为单位，以竞赛方式在下课前的练习时间完成作业，可以增强学生团队意识，锻炼学生合作能力。可见，本文针对MATLAB课程提出的新教学模式更适合我校2022级电子信息工程（中外合作办学）专业学生，在提升本课程教学效果的同时，也为本专业其他课程的教学工作提供了参考。

 

 

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