基于Matlab课程的科教融合教学改革研究_金龙.pdf

第 卷第 期 年 月电气电子教学学报 收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金面上项目（）；国家重点研发计划项目（）；甘肃省杰出青年基金项目（）；兰州大学 年度校级教育教学改革重点研究项目（）；兰州大学 年度校级教育教学改革研究项目（）第一作者：金龙（），男，博士，教授，主要从事人工智能和多智能体方面的研究工作，：基于 课程的科教融合教学改革研究金 龙 马得秀 刘 梅 李 帅（兰州大学 信息科学与工程学院，兰州）摘要：以 课程为例，开展面向信息类专业科教融合教学改革的研究与实践，旨在提升学生综合能力。首先，针对 课程当前教学过程中存在的问题，结合该课程的特点，提出一系列有效的改革方法。具体地，从教学方式、考核方式等方面入手，以科教融合为载体，推进 在多方面的应用，锻炼学生独立思考、创新思维和解决实际问题的能力，在本科教学作为开展科研的前提下，以科研引领本科生的教学。关键词：信息类专业；科教融合；教学改革中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；为进一步培养学生的创新思维与实践能力以适应当前新时代的发展需求，高校教育工作者需在平时的教学过程中引入先进的授课方式，鼓励学生在基础性的课堂学习中有效融入创新型研究。信息类专业课程普遍具有概念抽象、理论性和技术性强、逻辑推理较多和运算量大的特点。这使得学生即使拥有较强的逻辑思维和一定的计算机基础知识，学习时也有一定的难度，更难以确保在专业前沿方向与时俱进。科研与教学相融合是一种新型的教学模式，也是目前国内外一流大学办学核心理念之一。其核心为将科研和教学有机地结合起来，二者相辅相成以有效提升本科培养质量。简言之，教学促进科研，科研辅助教学，相互补充，共同发展。是由美国 公司推出的一款用于数据分析、图像处理、深度学习、控制系统等领域的商业数学软件。该软件具有强大的计算能力和绘图功能，被广泛应用于许多课程教学、工程设计和科学研究中。具有丰富的库函数，在计算时可以直接调用，因其人机交互性强、语句简洁高效、操作简单、容易上手、在数组和矩阵方面运算效率高等优势，成为目前最流行的一款仿真绘图软件。“程序设计”作为信息类专业的一门重要的基础课程，涉及多个领域，具有实用性强和应用性广的特征。该课程虽然是一门独立的软件编程课，但也是信息学科其他课程的重要基础和使用工具，与其他课程有着天然且密切的联系。例如，在“数字图像处理”课程中引入 语言，将图像信息转换成矩阵运算，利用其在矩阵运算方面效率高的优点，更好地分析和解决图像处理中存在的问题；在“信号与系统”课程中，使用 语言避免繁琐的数学计算，通过仿真给学生直观地展示可控制的信号曲线，将枯燥的课程生动化，激发学生的学习兴趣；在“自动控制理论”课程中，通过 对系统进行时域或频域分析，并绘制对应分析方法下的响应曲线，从而确定系统的性能。因此，“程序设计”课程在信息类专业的教学过程中扮演着基础且重要的角色。在分析兰州大学信息类专业传统教学存在问题的基础上，如何进一步提升该课程的教学质量对信息类学生后续的发展至关重要。传统教学存在的问题兰州大学信息类专业传统的 课程教学方式暴露出诸多的问题和不足，在一定程度上严重制约学生自主探索和思考能力的发展，阻碍学习效率和科研能力的提高，难以满足国家创新型人才的培养要求。具体的缺陷和问题如下：教学方式单一 课程传统的授课模式单一，主要是侧重于教师注入式地讲解理论知识，学生很难长时间集中注意力认真听讲。此外，学生和教师、学生与学生之间的互动较少，课堂气氛低沉且枯燥乏味。由于 课程实际操作性较强，单一的理论知识讲解难以使学生很好地掌握 中函数的具体功能。教学过程中倾向于以教师为中心，这削弱了学生的主体地位，忽视了学生的主动性和创造性，使学生易丧失自主学习和自主探索的兴趣，不利于学生潜能开发和身心发展。课堂效率不高由于学生在课堂中处于被动地位，使得学生思维受到限制，长此以往将导致其养成不愿主动思考的习惯，同时教师无法高效地组织课程进度。课程开设的前提条件是学生具备一定的数学功底，然而由于学生数学水平参差不齐，部分学生基础薄弱，不能很好地参与到课堂中，不利于课堂效率的提高。在课堂中，缺乏实际问题的编程练习，即使掌握了 语言的基础知识，不进行实际操作，学生也无法深刻地理解其强大的功能。此外，一味地介绍知识点，使学生感到课堂枯燥乏味，失去了学习兴趣和对知识的探索精神。教学难以促进科研传统的教学方式，使学生在平时的学习过程中被动地接受知识，机械式地学习，在一定程度上抑制了学生对科研探索的热情。是一门应用性和趣味性较强的课程，而单一的教学方式和枯燥乏味的课堂，难以有效培养学生对知识刻苦钻研和不断创新的精神，导致所学理论和技能得不到进一步的升华，使学生在学习 和其他专业课的过程中面临种种困难，无法培养科研能力，也无法体会到学习带来的乐趣。科教融合教学改革方法为了有效培养创新型人才，亟需对相关的课程展开教学改革工作。为了解决传统教学中存在的一些问题，以兰州大学信息类专业 课程为例，有序地开展科教融合教学改革研究，在教学方式、课堂效率、科研、考核方式等方面构建相应策略，形成一套比较完整的教学改革方法，具体如下：丰富教学方式，提高课堂效率丰富教学方式，提高课堂效率是科教融合教学改革中的重要环节。在教学过程中，以 课程为基础，突显信息类专业的特点，积极引导学生使用 工具分析专业课学习中遇到的工程问题，从而达到学以致用的目的。为有效实施科教融合教学改革，提高教学质量，采取相应的措施，取得一定的成效。实行分组讨论，每组进行结果汇报。将传统的注入式教学转向讨论式，把重点和难点问题归纳总结起来，在教学过程中集中开展讨论，解决重难点问题。学生进行疑难反馈，师生齐心协力，共同研讨，共同学习，共同进步，达到教学相长的目的。通过讨论，让学生之间相互学习，从而加深对 库函数功能的理解记忆，使 课程的学习轻松高效。充分利用网络教学资源，辅助线下教学。随着信息技术的飞速发展，不断涌现出以腾讯课堂、慕课网、超星尔雅、中国大学 等为代表的网络教学平台。其中，慕课网是一个免费学习 技术的网站，涵盖编程教程和经典讲解，通过该网站学生可以学习到领先的 技术，为之后开展科研奠定基础。结合 课程的特点，推荐慕课网为主要的网络学习平台，可以通过课堂签到、线上讨论、布置网上作业等方式辅助线下课堂教学。以多元化的教学方式使课堂内容丰富有趣，调动学生学习的积极性，提升教学成效。构建“以学生为中心”的课堂，无论是教学内容的设计还是教学计划的安排都要以学生的发展和培养目标为重点，旨在为学生高效学习提供更好的服务。“以学生为中心”的课堂，使全体学生电气电子教学学报 第 卷积极参与，引导学生在课堂上深度思考，激发学生的学习热情，使他们极大地发挥出自己的潜能。欧洲一所大学，研究了“以学生为中心”的课堂对学生思想、态度和行为的影响，结果显示，该课堂最大限度地发挥了建设性和持续的影响，为构建该课堂提供了一个有力的证据。在授课过程中避免直接灌输知识，以问题为引导展开教学。如在学习 基本运算时，引入信号与系统中对信号的加、乘、平移、反转和尺度变换等运算。这些复杂的数学运算在 中只需要简单的几行代码就能实现，在很大程度上能提高计算效率，避免学生因数学基础薄弱而失去对信号与系统课程学习的信心。这不仅激发学生对 的学习兴趣，还提高学生编程和实践应用的能力，与此同时让学生领悟到 的简单易用。以基础知识铺垫为主，适当地增加课堂深度，进行前沿知识的引申，将科研融入教学以进一步提升教学成效。课后指导和分层次安排学习任务当学生遇到问题时教师适当地给予提示帮助分析并解决问题，避免过度指导，给学生一定的时间和空间去思考和解决问题，从而调动学生的主观能动性。督促学生通过阅读文献、查看资料、学习网络教程等对所学内容进行拓展和总结，激发学习自主性，培养探索性、研究性的学习方法。大学教育中，教师作为学生学习的引导者，指引研究方向，重在培养学生独立思考和研究能力。“纸上谈兵终觉浅，绝知此事要躬行”，鼓励学生积极动手，在理解算法的基础上进行实践，并在实践的过程中进一步改进，进而杜绝纸上谈兵的学习模式。安排具有针对性、创新性和探究性题目的学习任务。每个学生的认知水平和对知识的接受能力有所不同，需要根据平时的课堂表现和测试结果，精准地掌握每个学生的具体学习情况，然后有针对性地布置课后学习任务。对学习能力较强的学生，安排更具挑战性的任务，并且提出更高质量的要求。学生根据自己的兴趣，选择该课程中的某一个知识点，围绕该知识点完成自己的学习任务。例如，在学习完整本书后，学生可以结合所学内容和课外研究技能，对音频进行分析，使用 演奏歌曲，通过包络函数和正弦信号相乘使音符更加柔缓、演奏效果更好。通过此方法，使学生将课堂所学的理论知识应用到实际生活中，对 的功能和应用有更深入的了解，为高效科研做好充分准备。对学习能力较弱且基础薄弱的学生，要求他们掌握课本上的基础知识，完成课后习题。鼓励他们认真学习课本知识，以科研为补充，将更多的时间和精力投入到课程学习中，确保能顺利完成学业。为学生提供科研平台对于信息类专业而言，科教融合是当前教育发展的必然选择。授人以鱼不如授人以渔，新的教学模式旨在培养学生的思考、探索和学习迁移能力而非注入式地讲授理论知识和技能，科教融合为学生高效学习和进一步深造提供一个新的教育平台，从而促进学生创新技能、主动学习和实践能力的提升。为了给有科研意向的本科生提供一个良好的科研平台，课题组开放实验室，将部分资料和实验器材进行共享，合理有效利用资源，建立一个完善的共享机制。在课题组中，让科研能力较强的学生组成答疑小组，专门为本科生解答科研方面的疑难问题，讲解一些有效的科研方法和技巧。教师利用优质的网络教学资源和前沿知识扩展教学内容，尽可能使学生接触该领域内的先进知识，激发学生的科研兴趣，正如“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”，兴趣才是最好的老师，是不断进步的动力。使学习能力较强且有科研潜力的学生提前进入课题组进行学习，指导他们进行高水平科研论文的写作和训练，培养学生严谨的学术思维，进而取得高质量的研究成果。在科教融合的教学模式下，重视学生综合能力的提升，大力支持学生借助科研平台参加创新型和科技类的比赛，锻炼学生动手操作能力和创新思维，提高科研水平，从而提升教学质量和人才培养质量。实施小班化教学及增加博士生助教当学生规模较大时，实施小班化教学成为提高科教融合教学质量的有效方式。近年来，许多高校开始实施小班化教学。经过不断地努力和实验，取得一些显著的成果。小班化教学的优势主要体现在两个方面。首先，小班化教学给学生提供良好的学习环境和充足的教学资源，增加师生交流、生生交流的机会，使每个学生积极参与到学习活动中以及表达自己的观点，有利于学生全面发展。其次，小班化教学在一定程度上能减少教师的负担，使教师有足够的精力关心每个学生，了解学生的学习状况和科研能力，实现因材施教，让学生受到更充分、更全面的教育。同时，有条件的情况下，增加博士生助教协助教师批改作业和试卷、及时反馈学生的需求和问题，给学生答疑解惑。博士生助教可以通过分享自己的科研经历，有效地协助提升本科生科第 期金龙，等：基于 课程的科教融合教学改革研究教融合教学的效率。健全考核制度课程考核是教师检验学生具体学习情况的重要方法，是衡量教师教学效果的有效途径，是高校人才培养质量的直观体现，没有考核就无法了解学生是否达到学校规定的毕业标准。然而，一些传统的考核方式过于单一，主要形式是闭卷考试，以试卷成绩作为课程最终的学习结果，使学生学习压力较大。应用型课程闭卷考试造成的结果是，学生机械式学习，死记硬背应付考试，不追求知识的来龙去脉，同时也忽略了动手操作的能力，使学习效果较差，无法满足复合型人才的培养目标。课程应用性和实践性较强，需要设计更加合理、全面的考核方式以满足课程需求。注重过程化考核，实现平时成绩的多元化，将平时的课堂签到、作业、课堂讨论、实验报告等作为评价标准，改变学生临时抱佛脚的学习态度，激发学习的积极性。期末考试以课程论文或软件著作的形式进行，学生根据自身的学习