摘

要：在新工科建設背景下，以通信工程專業(yè)“Matlab語言及應用”課程為例，分析了當前課程教學和考核方面存在的問題，從教學內(nèi)容、模式和方法等方面進行改革和探索，提出了以學生為中心的多維教學模式，突出專業(yè)特色，促進科教融合，實行多元化考核，提升教學效果和質(zhì)量，有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、工程實踐水平和科學問題研究能力。關鍵詞：Matlab；新工科；通信工程；教學改革一、引言為響應國家制造強國戰(zhàn)略，應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，教育部積極推進新工科建設，先后發(fā)布多個通知，探索中國工程教育新模式，助力教育強國建設。新工科教育是落實立德樹人根本任務和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑，是中國高等教育改革的重要方向和必然選擇[1]。該文以通信工程專業(yè)的Matlab為例，探討了將新工科教育理念與課程教學相結(jié)合的改革模式。針對通信工程專業(yè)“Matlab語言及應用”課程教學存在問題，提出優(yōu)化和改革方案，包括優(yōu)化教學內(nèi)容、促進科教融合、改進教學模式和考核評價方法，旨在通過強化學習課程基礎概念和專業(yè)技能，提升學生分析、研究和解決問題的能力，培養(yǎng)學生科學態(tài)度和創(chuàng)新思維，以滿足新工科背景下人才培養(yǎng)需求。二、課程現(xiàn)狀本專業(yè)“Matlab語言及應用”課程開設在大二第一學期，課程性質(zhì)為專業(yè)任選，總學時為32，其中理論4學時，實驗（專題輔導）28學時。通過課程學習，學生可以掌握Matlab的基本數(shù)據(jù)類型、矩陣運算、三種程序結(jié)構、腳本和函數(shù)文件、數(shù)值和符號運算、數(shù)據(jù)可視化、程序編寫等基本知識，為后續(xù)課程學習、工程設計和科學研究打下基礎。課程主要采用課堂講授和學生上機操作相結(jié)合的教學方式。在實際教學過程中，對關鍵知識點采用語法描述、編程分析和實例展示等方法。課程考核方式：期末編程作業(yè)或論文70%，平時成績20%（課后作業(yè)、課堂表現(xiàn)等），實驗成績10%。三、存在問題當前課程教學采用課堂講授為主，在規(guī)定的教學時間內(nèi)完成大綱要求的教學內(nèi)容。這種傳統(tǒng)的教學方式，難以滿足新工科創(chuàng)新通融人才培養(yǎng)要求[2]。圖1給出了當前課程教學現(xiàn)狀及存在問題。（一）教學模式程式化當前的教學模式，注重按照既定的教學計劃和大綱要求，按部就班地進行，缺乏靈活性和創(chuàng)造性。這種程式化的教學往往過于關注知識傳授，忽略了個體的學習感受和需求，過于強調(diào)教學過程，忽視教學質(zhì)量。教師在課堂上注重知識傳授，學生無法長時間跟上教師思路，且理工科課程的內(nèi)容本身缺乏思辨要素，師生之間互動不多或流于形式，學生處于被動接收知識的狀態(tài)，學生的主動性和參與性沒有得到充分調(diào)動。（二）學習積極性不高目前Matlab課程為專業(yè)選修課，大多數(shù)學生選擇該課程的目的是為完成專業(yè)學分，僅有小部分是為將來的從事科研做準備。這種情況導致學生的學習積極性不高。其次，該課程的先修課程是高等數(shù)學、線性代數(shù)等數(shù)學類課程，對學生的數(shù)學基礎要求較高，而數(shù)學類課程往往是學生的弱項。此外，學生在學習過程中，往往眼高手低，簡單的不去動手，復雜的又畏首畏尾，不愿積極主動思考，缺乏進取心、創(chuàng)造性和探索精神。（三）教研融合不足當前Matlab的課程教學側(cè)重點在于教，主要教學內(nèi)容是基礎的數(shù)據(jù)類型、操作方法、語法結(jié)構、函數(shù)使用、數(shù)值計算等內(nèi)容，案例教學也主要展示代表性或經(jīng)典案例，在引導學生使用Matlab知識解決和探索開放性的、前沿的、創(chuàng)新性或挑戰(zhàn)性科學問題方面還相對欠缺，沒有開拓性的嘗試、明確策略和具體方法[3]。此外，本科生的學習任務重點在于基礎知識學習，對科學研究認識不足，參與科研活動較少，對科學研究的意識淡薄。（四）考核效果不全面當前課程考核主要包括：期末編程作業(yè)或論文，平時測驗和作業(yè)，以及實驗報告。期末編程和論文為開放性題目，學生自行選取專業(yè)相關的問題，使用Matlab進行建模、編程和分析，雖然學生大都可以按時提交自己的實驗代碼和論文，但是無法保證這些都是由本人獨立完成，無法準確反映學生真實的完成情況。平時測驗可能存在只注重知識點的記憶，而忽略了實際應用能力的考查，平時作業(yè)和實驗報告也存在千篇一律，無法真正檢視和驗證學習效果，考核結(jié)果不全面。四、課程教學改革方向Matlab課程改革應圍繞新工科人才培養(yǎng)的核心理念，以提高學生工程實踐和創(chuàng)新能力，服務國家制造強國戰(zhàn)略為目標，結(jié)合通信工程的專業(yè)特色，從以下四個方面進行改革和探索，改革思路如圖2所示。（一）以學生為中心，構建多維教學模式以學生為中心的多維教學模式強調(diào)尊重學生的個性差異和主體地位，從多個維度激勵和啟發(fā)學生思考，培養(yǎng)學生問題分析、概括、判斷和遷移能力，更好地滿足學生多樣學習需求，促使學生積極參與教學過程，提高學習效果[4]。實行任務驅(qū)動的小組討論，各組定期匯報學習成果。在教學過程中適當引入任務分組討論，教師將一些重點難點問題或任務提前分配給各小組，鼓勵各小組成員合理分工，利用課余時間一起查閱資料，分析和解決問題。在課堂上，各小組需要向教師和其他小組匯報問題的解決方案，同時接受人員提問，并由匯報小組代表進行解答。最后，教師會對學生的表現(xiàn)進行點評和總結(jié)。這種任務驅(qū)動和小組討論相結(jié)合的模式，可以促使學生參與Matlab相關知識學習和討論，提高學生團隊協(xié)作和解決問題的能力。小組成員要合理搭配，討論過程要提供必要的引導，確保人人都有發(fā)言機會，評價總結(jié)要以肯定和鼓勵為主，同時也要指出問題和不足之處，引導學生深入思考和交流，加深問題理解。角色互換，引入翻轉(zhuǎn)課堂，挖掘?qū)W生自主學習潛能。在傳統(tǒng)的課程講授過程中，挑選部分重要章節(jié)或知識點，以翻轉(zhuǎn)課堂的形式完成。教師將課程的基礎知識、編程技巧或特定任務制作成視頻、電子書、在線課程等形式，或通過B站、中國大學MOOC（大規(guī)模開放在線課程）、慕課網(wǎng)等在線知識平臺，讓學生在課前用自己擅長的方式自習，完成規(guī)定的學習內(nèi)容。教師在課堂上組織學生對預習成果進行深入交流，講述遇到的問題或困惑，以及學習體會和問題解決辦法，并針對一些具體問題展開討論，其間教師適時給予引導和解答，并根據(jù)學生的課堂表現(xiàn)、任務完成和問題解決等情況給出綜合評價，鼓勵學生不斷提高自習水平和問題解決的能力。翻轉(zhuǎn)課堂可在一定程度上提高Matlab課程的教學效果，促使學生參與到學習過程中，提高學生自習能力和學習效果[5]。采用豐富多樣的教學形式，實現(xiàn)多元化教學。除了翻轉(zhuǎn)課堂和小組討論的形式，還可以采取知識競賽、思維導圖、問題探究式、實踐訓練式等多種教學形式。知識競賽可以加深學生對知識點的記憶，而思維導圖則可以利用思維導圖工具，將復雜的知識體系簡化為易于理解的可視化圖表，便于歸納總結(jié)和記憶。問題探究式則是教師引導學生提出問題，在教師組織指導下，學生獨立自主地開展探索和研究活動，求解問題答案，獲得新知識，掌握新方法。實踐訓練主要是以學生為主體，通過課內(nèi)外的練習、實驗、實習、實踐等活動，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。（二）優(yōu)化課程內(nèi)容，突出專業(yè)通信特色從學科體系和專業(yè)特色建設的角度出發(fā)，在現(xiàn)有內(nèi)容基礎上增加海洋通信相關課程的知識，加深學生對海洋通信知識的理解。例如，可以使用Matlab的通信仿真工具箱，構建各種通信系統(tǒng)模型，包括深海通信、遠洋通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等；使用無線通信工具箱設計和分析無線通信系統(tǒng)，模擬各類無線通信系統(tǒng)的信號處理、調(diào)制解調(diào)、組網(wǎng)和干擾管理等；使用數(shù)字信號處理工具箱對數(shù)字信號進行處理和分析，執(zhí)行數(shù)字濾波、頻譜分析和信號檢測等。充分考慮Matlab與其他課程之間的銜接性，將Matlab課程的知識背景和其他課程的應用方向聯(lián)系起來，幫助學生理解Matlab在解決實際問題中的價值和潛力。在制定課程教學目標時，明確Matlab與其他課程之間的聯(lián)系和區(qū)別，合理安排教學計劃，確保各門課程的時間安排合理有序；各門課程統(tǒng)一制定教學大綱，根據(jù)教學進度安排教學內(nèi)容，使得各門課程的教學內(nèi)容能夠有效銜接、相互補充，相得益彰；合理安排實驗教學內(nèi)容，使得學生能夠通過實驗操作加深對其他課程的理論知識的理解和掌握，同時也有利于加強課程之間的聯(lián)系。保持課程內(nèi)容的先進性，持續(xù)引入科技前沿和創(chuàng)新內(nèi)容。要使Matlab課程內(nèi)容具備先進性，需要不斷更新和改進課程的內(nèi)容，反映相關領域的最新進展和發(fā)展趨勢。適當引入深度學習和人工智能方面的內(nèi)容，嘗試使用Matlab進行機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡建模和深度學習任務；增加使用Matlab對大數(shù)據(jù)進行分析和處理的案例，包括數(shù)據(jù)清洗、可視化和高級分析技術；提供Matlab在云計算和分布式計算中的應用示例，包括如何處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和運行并行計算任務。（三）科教融合，培養(yǎng)學生科研素養(yǎng)在教學過程中，引導學生探究科學問題，融入科研元素[3]。在授課過程中，教師可以結(jié)合自己的科研經(jīng)驗和實踐，將當下研究熱點和先進案例引入到課堂中，讓學生使用Matlab進行問題分析和科學研究，拓寬學生視野，激發(fā)創(chuàng)新和科研思維。教師還可以根據(jù)課程內(nèi)容和學生興趣，引導學生開展特定主題的課題研究和討論，讓學生了解科研的基本流程和方法，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作和科研能力。將Matlab課程融入通信領域相關前沿科學問題的研究中，讓學生使用Matlab工具和專業(yè)知識自由探索，能夠找到通信前沿熱點問題，合理分析問題，并能夠嘗試給出問題的解決方案。當前課程教學要與本專業(yè)各研究團隊之間搭建一個橋梁，或共同搭建一個科教平臺，為有意向參與科研工作的本科生提供一個機會，共享科研資源，為學生技能創(chuàng)新、自主科研和實踐能力的提升創(chuàng)造條件。Matlab是各類科技競賽最常用軟件，鼓勵學生參加各種科技競賽。參與競賽可以增強學生的Matlab知識理解、技能運用和綜合素質(zhì)。將課程教學內(nèi)容合理劃分為不同的模塊，各模塊側(cè)重不同的知識點，各模塊之間又相互聯(lián)系，以便教師為學生參加不同類型的科技競賽提供精確指導?？梢詫v年競賽的例題引入課程教學，讓學生利用Matlab知識和工具進行解答，感受Matlab軟件強大的工程能力，有效激發(fā)學生的科研熱情和積極性。（四）完善考核制度，采取多元化全過程考核期末考核形式比較單一，可以結(jié)合采用項目式、論文或研究報告，或者實際應用場景考核等形式。除了現(xiàn)在的期末大作業(yè)，教師可以額外布置一些Matlab實際應用項目，讓學生以小組的形式分析、設計和實現(xiàn)，更好地考查學生的實踐能力、團隊協(xié)作和問題解決能力；可以指定一些專業(yè)相關的熱門領域或研究熱點的參考文獻，要求學生提交一篇學術論文或研究報告，以考查其使用Matlab知識和工具進行文獻閱讀和學術研究能力；還可以基于實際應用場景進行考核，讓學生使用Matlab知識解決一個實際應用場景下的問題或?qū)崿F(xiàn)某個具體功能，以更好地考查學生的實際問題解決能力。平時考核應該貫穿整個學習過程，除了平時作業(yè)和實驗報告，可以采用小組互評、隨堂抽檢、口頭匯報等考核形式作為補充。在日常教學過程中，教師將學生分成若干小組，每個小組進行相互評價，最后由教師根據(jù)小組表現(xiàn)和互評情況給出綜合評價。隨堂抽檢是在課堂上隨機抽取部分學生進行檢查，考查他們對課堂內(nèi)容的掌握情況。口頭匯報是指教師不定期指定部分學生就某一個知識點進行當面口頭匯報，并根據(jù)匯報情況給出