教学督导信息 【2024】（第二十七期）总第27期
2024-04-11
教学督导信息
【2024】（第二十七期）总第27期
沈阳农业大学第十二届教学督导室主办
二零二四年四月十日
强化理论紧密结合实际 努力提升工程应用能力
---工程学院侯俊铭副教授《MATLAB及工程应用》研究生课教学法特点
督导员 周宝利
近期，本人听取了工程学院侯俊铭副教授主讲的《MATLAB及工程应用》研究生课，授课地点在工程学院304计算机室，侯俊铭老师采取边讲解、边实践、边指导、边应用的方式，将一门MATLAB编程课讲得清晰透测、通俗易懂、学用结合、融会贯通。现场的学生，时而聚焦讲台聆听老师对理论的讲解与分析、时而面对电脑进入编程演练、数据处理、实例操作，整个课堂节奏自然、和谐轻松、循序渐进、学用结合、效果显著。该课程采用计算机教学模式进行授课，采用理论联系实际的教学方式，通过对常规科学运算的计算机求解和高等仿真工具箱的介绍，提高学生对高等数学问题的计算机求解能力，同时结合工程实例，解决工程实际问题。本人课后与侯俊铭老师进行了详细交流，现将该课程的主要教学法特点，分享给大家，供参考。
一、基本情况
《MATLAB及工程应用》是农业机械化工程专业学术型硕士研究生的专业必修课，共计32学时。该课程的教学目标，旨在培养学生具备扎实的MATLAB理论基础和熟练的操作技能，能够运用MATLAB解决复杂的工程问题。同时，注重培养学生的创新能力和团队协作精神，以适应未来工程领域的挑战。具体目标是：使学生掌握MATLAB的基本操作和编程方法，理解MATLAB在自动化、机械系统自动控制、农业机械系统设计等领域中的应用，培养学生的理解力与程序设计能力，使学生掌握计算机程序语言在自然科学和工程技术中的广泛应用基础，将所学的程序设计知识应用到信息领域具体工程问题中，识别和判断其关键环节和参数，为解决复杂问题提供可靠的应用工具。使学生获得一种从专业问题中抽象出数学模型进而运用MATLAB语言去求解的思维方法，训练学生综合运用语言和专业知识去解决问题的能力，为学生将来学习后续课程的系统仿真打下基础。
二、主要教学方法及特点
1．强化理论与实践紧密结合 在理论讲解的基础上，侯俊铭老师注重实验和实践环节的设计，通过实验操作和项目实践，让学生能够将理论知识与实际操作相结合，加深对MATLAB应用的理解和掌握。传统的理论授课方式往往导致学生难以将所学知识应用到实际问题中，侯俊铭老师引入案例教学和项目驱动教学法，让学生在解决实际问题的过程中学习和掌握MATLAB的应用技巧。案例可以来自真实的工程问题，项目可以是学生自己提出或教师指定的实际问题。通过这种方式，学生可以更加深入地理解MATLAB在工程中的应用，并提高自己的实践能力。侯老师认为，在研究生阶段，学生的实践能力尤为重要。因此，应该加强实践环节的设置，包括课程实验、课程设计、项目实践等，实验内容紧密结合课程内容，让学生在实验中掌握MATLAB的基本操作和编程方法。课程设计可以要求学生完成一个完整的工程问题，从建模、仿真到结果分析，全面锻炼学生的实践能力。项目实践则可以让学生参与到教师的科研项目中，通过实际操作，深入了解MATLAB在科研中的应用。例如，通过对玉米联合收获机割台控制系统联合建模的实际问题，建立控制模型，并进行联合仿真，提高研究生对工程实践的认识。
2．实施模块化教学和分级实验： 侯老师为了更好地适应不同学生的学习需求，实施模块化教学和分级实验。模块化教学是将课程内容划分为若干个模块，每个模块对应一个具体的工程应用方向，学生根据自己的兴趣和专业方向选择相应的模块进行学习。分级实验是根据学生的掌握程度，设置不同难度的实验任务，让学生在逐步挑战中提高自己的实践能力。针对本课程的特点针对微积分、线性代数、极限求解等问题，分模块化教学，并针对同学较难理解的部分重点讲解。研究生们反应收获颇多。
3．注重与其他课程的有机衔接： MATLAB及工程应用课程往往与其他课程存在交叉和衔接。因此，在教学过程中，侯老师注重加强与其他课程的联系，形成课程的有机整体。例如，在控制系统设计课程中，引入MATLAB进行控制系统建模和仿真；在信号处理课程中，利用MATLAB进行信号分析和处理。通过这种方式，可以让学生更好地理解和应用MATLAB，提高学习效果。
4．引入实际工程案例组织教学：通过引入实际工程案例，例如:拖拉机自动导航控制算法的Matlab的实现、水稻激光平地机自调平系统的神经网络控制工具箱使用案例、水泵调节水量的Matlab运算工具箱实现，让学生在实际问题中运用MATLAB进行建模、仿真和数据分析。这有助于学生更好地理解MATLAB在工程中的应用，并培养他们的解决问题的能力。
5．应用问题式开展互动教学：该课程是一门理论性和实践性都很强的课程，为了能够充分调动学生的学习积极性，激发学生的学习科研兴趣，进而提高学生的学习效果，侯老师及课程组注重理论知识与实际案例相结合，采取面向问题解决的互动式教学方式组织教学。例如，采用人工神经网络工具箱这部分内容具有重要程度高、较难理解等特点，为了使同学们真正地掌握此部分内容，他们采用带着问题学习的方式组织教学。鉴于《MATLAB与工程应用》这门课程的特点，仅仅从理论上掌握是远远不够的，还必须将理论知识应用到实际的案例设计中，课程举出水泵控制流量的仿真实验，根据实际情况，为每位同学设置了不同的参数，进行仿真实验，提高了学生对该课程的理解。
6．利用项目式与团队合作实践：通过分组合作和团队项目的形式，培养学生的团队协作能力和解决问题的能力。学生可以在团队中共同完成任务，互相学习和交流，提高学习效果。由于本课程后半段内容主要涉及到线性和非线性系统控制工具箱的问题，侯老师通过对大型制粒机的非线性系统控制问题，培养同学对实际问题的解决能力。要求每3名同学一组，每组分别根据干扰情况建立自己的控制模型，并改写神经网络工具箱，对其进行优化分析，达到最优解。对3组得出的最优解，分别进行评价。同学通过解决实际问题，提高了解决问题的能力，并对团队协作能力提高起到很大帮助。
三、主要教学效果
1.学生的基本操作和编程技能明显提升 研究生们普遍掌握了MATLAB的基本操作和编程技能，能够熟练运用MATLAB进行数据处理、算法实现以及工程问题的建模与仿真。
2.学生的学习兴趣与参与度显著提升 学生在解决实际问题的过程中，逐渐认识到MATLAB在工程应用中的重要性，学习兴趣和积极性得到了显著提升。他们主动参与课堂讨论，积极提出自己的见解和解决方案，与教师和同学之间的互动也更为频繁和深入。
3.模块化教学与分级实验满足学生个性化需求 学生可以根据自己的兴趣和专业方向选择相应的学习内容和实践任务。这种个性化的教学方式不仅满足了学生的不同需求，也让他们在学习过程中更加有针对性和成就感。同时，分级实验的设置也使得学生们能够在逐步挑战中提高自己的实践能力，增强自信心。
4．与其他课程衔接紧密形成完整知识体系 使得学生们能够在更广泛的知识背景下理解和应用MATLAB。他们能够将所学知识与其他课程的内容相互融合，形成完整的知识体系，从而更好地解决实际问题。
总之，侯俊铭老师，针对研究生专业课特点，潜心教学改革，强化理论指导实践、强化学生动手能力，通过采取多种教学法，提升学生的编程能力、数据处理能力、工程应用能力，且教学效果显著，学生受益匪浅，值得大家学习和借鉴。
本期信息传至：王铁良副校长，教务处、研究生院领导，学院负责本科教育、研究生教育领导，全体督导员