姜霞 卢嘉 李薇薇

摘 要：从本校信息工程学院专业课教学特点出发，以成果为导向，针对课堂教学和实验教学内容进行改革实践。讨论了在授课时引入“案例教学法”，把MATLAB的相关知识点和实际相关问题结合，使学生在学习软件语言的同时，掌握如何用软件解决实际问题，培养学生创新思维和自主学习意识，提高综合实践能力。

关键词：MATLAB;案例教学;实验教学;成果导向

近年来，信号处理软件MATLAB在各类教学改革中的应用研究越来越多，尤其对于电子信息类专业，许多课程的实验设计都是直接或间接的建立在MATLAB基础之上[1]。在我国，MATLAB在高校已经流传和应用了10余年，现在几乎所有的理工科院校都开设MATLAB课程，它已经成为高校师生和科研工作者必须掌握的最常用的软件之一。

但目前的课程设置重点放在软件本身的使用方法和编程技巧上，而不是以成果为导向，忽视了在本专业领域的应用和与后续课程的连续性。因此必须合理配置教学内容，紧密结合本专业特色，突出本专业领域仿真应用的学习;同时改进课堂教学和实验教学方式，引入“案例教学法”，突出以成果为导向，将MATLAB更好地融入后续课程，为这些课程的实验教学打好基础。

一、研究现状

对于我校电信专业类的学生，到二年级的上学期就开始学习使用MATLAB软件，并且在以后的许多相关专业课程和课程设计中需要更深入的应用它。如《信号与线性系统》《通信原理》《数字信号处理》《数字图像处理》《移动通信》《光纤通信》《模式识别》等，这些课程的共同特点是公式多，理论性强，直观性差，学生学习起来比较困难。如果能将MATLAB仿真引入课堂，把很多抽象的东西直观地展现出来，不仅起到了辅助教学的良好效果，而且会激发学生学习理论课程的积极性，加深学生对理论内容的理解，提高课堂教学质量。无一例外，这些课程的实验和课程设计，都要使用MATLAB软件。

但目前MATLAB的教学仍然侧重于软件本身的编程技巧和使用方法的描述，而没有和专业课结合，体现本专业特色。以至于在后续课程中应用MATLAB时，不少学生仍然会有陌生的感觉。其实，MATLAB语言本身语句简单，基本没有理论难度，比较容易学习和掌握，重点是如何用它来解决实际问题[2]。有些同学在MATLAB这门课考试的时候分数很高，可是在用MATLAB解决实际问题的时候往往感到无从下手，这就需要教师在授课时多结合本专业特点，注意把MATLAB和后续课程内容紧密地结合起来，培养学生用所学软件分析和解决实际问题的能力。

二、课堂教学

由于《信号处理软件》（MATLAB）是一门应用软件类课程，其目的是使学生掌握MATLAB语言的基本使用方法，并能熟练地应用于和专业相关的各个领域的建模和仿真分析中[3]。因此除了常规授课方式加合理使用多媒体手段外，对于这种应用类的课程教学，“案例教学法”正日益广泛地被接受和采用。所谓“案例教学法”，就是根据教学目的和要求，以案例出发，设计一个或几个实际问题或场景，引导学生深入学习对应的知识点，并以所学知识主动灵活地解决问题，培养他们的主动思维能力，达到开放互动的教学目的[4]。

例如在讲授“微分方程”知识点时，可以给出《电路分析》中RLC充、放电电路的模型案例，要求学生对该案例进行分析建模，在得到的微分方程基础上，运用“dslove”函数对方程进行求解，并利用符号绘图函数“ezplot”描绘出电压和电流随时间的变化规律;在讲“多项式运算和卷积”内容的时候，可以结合《信号与线性系统》中的求两个序列卷积的问题;在讲解SIMULINK交互式仿真集成环境时，可以结合《通信原理》中的通信系统仿真，以通信系统模块工具箱（Comm）为例，让学生在各个模块中找到相应组件搭建通信系统模型，并通过设置和改变参数观察、分析系统性能，让学生对枯燥的理论有了直观的认识，而这些在实验箱上是无法完成的。

再比如第四章数值计算，要求学生掌握数据拟合和数据插值的基本方法。一般地，从各种试验得来的数据总是有一定的数量，而利用插值技术能够从有限的数据中获取系统整体的状态，因此，数据插值在各行各业，特别是信号处理领域内有着广泛的应用。此时，我们在讲数据插值时，如果直接告诉学生，插值就是在已知数据之间寻找估计值，那学生得到的就只是泛泛的概念，对插值定义理解的就不够深入。此时，我们可以先提供一个案例，如在某处测得海洋不同深度处水温度数据如下表所示，用插值法求出水深500m、900m和1500m处的水温（℃）。

通过这个案例，学生能够对插值的概念有明确的理解，插值实际上就是根据一组已知数据，估计其他未知数据的取值，在实际工程中用处很大。通过这个案例，可以引出MATLAB插值常用的方法，有邻近插值、线性插值（默认）、三次样条插值，进而详细说明三种插值方法的特点和优异。以三次样条插值“spline”为例，只需要输入下面四条指令，就可以得到需要的结果。

>>M=[466 715 950 1422 1635];

>>W=[7.04 4.28 3.40 2.52 2.13];

>>H=[500 900 1500];

>>Wi=interp1（M，W，H，'spline'）

其中前三條均为数据准备，最后一条为插值指令。运行后结果如下：

Wi= 6.4903 3.5226 2.3845

这三个数即为水深500m、900m和1500m处的水温值。通过这个生活中的实际“案例”，理论联系实际，不仅有利于教学，引起学生学习的兴趣，而且有助于培养学生解决实际工程问题的能力。

“案例”教学法能有效的提高课堂教学质量，有利于学生对知识的深入理解和掌握，但对教师的要求比较高。授课教师首先要深入了解本课程知识体系结构，知道在什么地方可以用案例，用什么样的案例。案例的引入要生动自然，不着痕迹，要和课程内容相关联，而不是生搬硬套，案例设计是为教学服务，教学为主，案例为辅，不要为了使用案例而强行引入一些不恰当的案例。案例设计时既要考虑相关的知识点，还要考虑和后续课程的连续性，这样即拓宽了知识面，也为MATLAB在后续课程中的使用做好铺垫。其次要求教师要有一定的工程实践背景。案例是为了帮助学生更好理解课程内容，所以案例要尽可能生动有趣，最好是学生易于接收，和生活、实际工程有关，这就要求教师在平时要注意积累生活中的素材，不断加强学习，扩展自己的知识面。

三、实驗教学

要使学生真正熟练掌握MATLAB工作环境、编程技巧、建模方法和仿真技术，仅仅依靠理论授课是不行的，必须把上机操作的实践教学作为一种非常重要的课程组成部分。在本校，信号处理软件课程的总学时为32学时，其中实验学时为10学时，共安排5个授课章节的实验内容，但根据学情分析及开展的多次学生座谈来看，实验学时远远不能满足学生的实践要求。而且本门课实质上就是学习一门软件编程语言，需要学生进行大量实践，许多课堂讲授的理论知识，其实学生通过实践完全可以自行学习掌握。“纸上得来终觉浅”，通过实践过程自己体会得到的理论知识，比课堂上通过老师讲解被动吸收效果要好很多，因此，实验教学的过程也非常重要。

实验教学内容应摒弃过去传统的单一验证性实验，应该结合本专业特点，开设综合性、设计性实验，以激发学生参与实验的积极性，使学生能够把MATLAB和分属于各个学科的知识联系起来，加强学生利用MATLAB分析和解决实际问题的能力。此外，通过合理安排实验内容，也让学生了解到MATLAB课程和后续课程具有非常紧密的关系，意识到他们在后续课程的学习中将以MATLAB作为辅助手段，从而培养他们自主学习、终身学习的意识，为后续课程的实验教学打好基础。

为此，可以从以下几个方面来确保实验教学环节的质量和效果：每讲完一章内容，紧接着就安排适当的上机练习，使学生及时消化和吸收所学的内容，而不是等理论课全部讲完，集中安排上机;每节实验课布置一个编程仿真类型的设计，要求学生在自己的电脑上安装MATLAB软件并独立完成，以M文件或模型文件的形式上交;在全部实验结束后，组织一次上机考核，为保证考核效果，上机考试和期末考试一样，不准携带手机等通信设备，考核题目从题库随机抽取，要求在规定的时间内完成相应题目，以此来检验学生的学习成果，以及考核学生利用所学知识，解决实际问题的能力。

四、结语

MATLAB相关课程已经成为许多理工科院校电子信息工程相关专业学生的专业必修课程，为了更好地发挥MATLAB在其他相关学科中的作用，充分调动学生的积极性，提高教学质量和效果，引入“案例”教学法，通过对形象生动的案例进行学习分析和研讨，不仅使学生掌握了理论知识，还培养了学生解决实际问题的能力。通过近几届学生进行的学习评价和后续相关课程老师的反馈，证实这种教学模式取得了很好的教学效果。

参考文献：

[1]陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2]张志涌，杨祖樱.MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3]余国先，王峻.面向科研创新的MATLAB课程教学模式探索[J].西南师范大学学报（自然科学版），2018，1：164-168.

[4]武文佳.《MATLAB基础与应用》通识课程案例教学法探索[J].教育教学论坛，2020，10：270-271.

作者简介：姜霞（1978— ），女，汉族，河北怀来县人，博士，讲师，研究方向：信号处理。