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摘要：MATLAB/Simulink大学师生和研究人员普遍使用的学习和研究工具，由于强大的计算和仿真能力，在课程学习和创新实践能力培养方面起着十分重要的作用。依据重庆大学MATLAB/Simulink有关课程的设置以及实际的教学实践和研究经验，阐述了该软件课程的开设背景，分析了教学实践中存在的问题，并提出了面向创新实践的课程改革方案。
关键词：MATLAB；创新实践；课程改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0029-02
创新是民族进步的灵魂，也是大学发展的动力。[1]重庆大学前校长林建华认为，重庆大学未来的特色是以创新创业教育能力培养为特色的学校。有了实践创新能力，毕业生才能更好地适应和驾驭未来。但是，由于有限的大学资源很难惠及所有学生，创新实践能力的培养方案很难全面推广。
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业软件，集成了MATLAB和Simulink两大软件包。[2]它是一种编程语言和仿真工具，依靠其丰富的功能模块、强大的计算能力、灵活的二次开发接口和半实物仿真手段，已广泛应用于电力、金融、生物等众多领域。[3]如同OFFICE软件是日常工作必备的工具，MATLAB/Simulink已成为高校广大师生和研究人员的基本学习和研究工具，对于创新实践具有重要的作用。
一、大学创新实践中存在的问题
第一，一所大学的资源十分有限，面对众多的学生仍然处于“僧多粥少”的状态。以重庆大学开展的各种本科生和研究生创新实践项目来看，大多需要经过层层筛选。尽管可以发现拔尖人才，但也使更多学生失去了创新实践的机会，这与“竞争力的提升要靠一大批有创新能力的优秀的年轻人”的人才培养理念还有差距。
第二，在创新实践项目的实施过程中，多数学生的理论基础不扎实，动手能力差，淡化研究与探索的意识。究其原因，之前缺少实践机会和条件，进而信心不足。
第三，随着信息化和仿真技术的发展，重庆大学针对不同专业开设了各种计算机辅助类课程。但由于课程体系侧重于软件本身的学习，或者采用“面向课程”的教学模式，使得这类辅助课程始于理论，止于仿真，与解决实际问题有很大差距。从近几年的本科生和研究生毕业论文分析可以发现，对于计算机仿真软件产生了过度依赖性，对软件仿真与实践的融合远远不够，这是一种“滥用”计算机仿真技术的不良倾向。“滥用”仿真的真正原因不是软件仿真多了，而是绝大部分学生对于MATLAB/Simulink的掌握远远不够，未能找到实用化的切入点。
针对以上问题，借助教学科研中应用最为广泛的MATLAB/Simulink软件，本文根据近几年在“计算机辅助电路分析”教学、MATLAB/Simulink培训和科研中的经验，对电气工程专业计算机辅助课程的内容体系、教学方法、考核方式和教学效果进行全方位探讨，以期达到有效利用计算机仿真技术和培养创新实践人才的目的。
二、MATLAB/Simulink在教学和研究中的应用
以重庆大学电气工程学院为例，近几年学院在专业基础选修课中开设了两门基于MATLAB的课程：“MATLAB在电气工程中的应用”和“计算机辅助电路分析”。尽管是选修课，但选修率达到了95%以上，仅电气学院每年就有400多名学生选修，还有弘深、机械等学院的学生选修。
通过对电气工程学院每年的本科生毕业设计、硕士研究生学位论文来看，70%以上的同学都使用MATLAB/Simulink软件开展课题的研究。重庆大学创新实践中心每学期都会开设MATLAB/Simulink有关的初级、中级到高级培训，吸引了全校多个学院大量的本科生和研究生参加。
为了进一步掌握MATLAB/Simulink的应用现状和趋势，对MATLAB/Simulink软件在国内外的学术贡献进行了调研，图1和表1分别给出了国内CNKI数据库和国外三大数据库关于MATLAB的论文检索结果。
CNKI数据库中最近10余年涉及MATLAB的学术文章合计41万篇，其中人文社会科学约2600篇、经济与管理科学约2.6万篇，更多用于工程科学、自然科学。文献来源主要来自工科实力较强的高校，如前5名依次为天津大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、重庆大学和浙江大学。
通过对国内外期刊数据库对于MATLAB/Simulink的应用分析表明：更多文章对于MATLAB/Simulink“用而不言”，实际应用量比统计大得多，特别是高水平文章；计算机硬件和软件的发展为MATLAB/Simulink广泛深入应用提供了条件；统计数量增幅放缓，原因之一是现在对软件本身的关注降低，更注重软件的应用效果；預计未来关于MATLAB/Simulink的直接引用量保持现状，但会像人们离不开OFFICE一样，MATLAB正在成为教学研究中的必备工具。
三、MATLAB课程教学实践中存在的缺陷
重庆大学电气工程学院现面向全校开设“MATLAB在电气工程中的应用”和“计算机辅助电路分析”，前者主要包括MATLAB/Simulink的基础知识和电气工程有关的MATLAB函数，后者涉及电路理论通过MATLAB/Simulink来验证的具体应用，但课程的开设存在一些缺陷。
1.课程分为理论课和上机课两部分
理论与上机实践衔接不紧密，理论部分涉及线性代数、矩阵理论、数值计算等知识，而这些往往是高年级甚至研究生的课程，而上机实践课主要针对已经学完的电路原理仿真。这种“面向课程”的教学，是针对已学课程内容的再现和重复，使学生表现“疲劳”，缺少兴趣。
2.学时短，内容多，合班上课学生多
由于学习能力和学习习惯的差异，“吃不饱”和“撑不下”并存的情况严重。 3.学生缺乏学习动力
由于使用MATLAB/Simulink的时间更多是在专业课的学习、创新研究项目和毕业设计阶段，学习在学习时缺乏目的性和兴趣，[4]导致不少同学学完该课程后仅把MATLAB当作一种高级计算器，忽视了更为深入的应用，甚至有硕士生导师报怨研究生连编写和调试简单的MATLAB程序也有困难。
4.考核困难
由于仿真实践需要计算机操作，存在硬件软件故障的不确定性，而且平时作业和上机考试中抄袭现象时有发生。因此，有必要制订出合理的考核方式，公正有效地反映出学生的真实水平。
四、MATLAB课程改革与实践方案
在硬件資源有限的情况下，利用MATLAB/Simulink课程提升学生的创新实践能力和培养出大批的优秀人才。针对现有本科生计算机辅助类课程“过分强调其辅助服务功能”和“与实践脱节”的问题，[5]以“计算机辅助电路分析”课程作为改革的突破口，改进课程内容体系，加强理论、仿真和实践的结合，充分发挥MATLAB/Simulink工具的强大功能，引导学生从单纯的“学习型”到“研究探索型”的意识转变，从“理论仿真”到“具体实现”的行为转变，使学生增加一技之长，提高就业竞争力，同时为毕业设计和研究生深造奠定基础。为此，在以下方面进行了改革和探索。
1.教学大纲的改革
根据创新型、研究型人才的培养需要，将“MATLAB在电气工程中的应用”与“计算机辅助电路分析”合并，新的课程名称改为“计算机辅助电子电路分析”，以适应“电路原理”“模拟电子技术”和“数字电子技术“以及专业课的需要。同时在新教学大纲中，对课程内容体系进行优化。总课时由原两门课的62学时改为52学时，依据课时适当压缩纯课堂理论，增加上机环节学时，将部分理论与上机相结合。
2.教学方法的转变
由“面向课程”的教学，增加专题训练和应用实践环节，拓宽学生知识面，使学生具有解决问题的能力。采取主讲教师专题讲座与研究生助教实践专题报告相结合。研究生助教“现身说法”，探讨MATLAB/Simulink在研究和学习中的应用，开拓学生视野和提升兴趣。针对不同层次学生分类指导，考虑开设基础班和提升班，实行差异化教学。改变教学方法，实现从“学习”到“研究”的思维转变，从“仿真”到“实现”的行为转变，改变过度依赖仿真、始于理论止于仿真的局面，提升学生的上机操作和应用实践能力，以团队的方式布置专题作业，培养团队协作精神。
3.课程开设方式和开设时间的探索，教学计划的制订
课程开设时间延后，学生数学基础和专业基础更好，有利于为毕业设计和深入学习、研究生深造做准备；也可以多学期分段教学，由基础到专业逐步深入，改善教学效果。
4.考核体系的修订
建立合理有效的成绩评定体系和考试考查方式，制订出合理的考核方式，公正有效地反映出学生的真实水平，又能成为激励学生努力学习、勤奋钻研的压力和动力。
五、结束语
通过MATLAB有关课程的改革，把MATLAB/Simulink课程从“辅助”角色提升为重要的创新实践手段，不仅可以大大节约硬件资源，为更多学生提供锻炼机会，同时通过创新实践能力提高，为学术研究提供支撑。
参考文献：
[1]刘翠红，陈秉岩，王建永.基于学生实践和创新能力培养的实验教学改革[J].科技创新导报，2011，（1）.
[2]刘俏.MATLAB辅助化工原理教学的实践[J].高等理科教育，
2006，（5）.
[3]吕峰，张哲，吕鹏.MATLAB在电力电子教学实践中的探究[J].电子世界，2013，（10）.
[4]彭代慧，祝诗平，伞磊.“引导式面向对象”教学法在MATLAB课程中的应用研究[J].中国电力教育，2013，（31）.
[5]张昊慧.MATLAB课程教学改革的探索与实践[J].中国教育技术装备，2012，（33）.
（责任编辑：王意琴）
关键词：MATLAB；创新实践；课程改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0029-02
创新是民族进步的灵魂，也是大学发展的动力。[1]重庆大学前校长林建华认为，重庆大学未来的特色是以创新创业教育能力培养为特色的学校。有了实践创新能力，毕业生才能更好地适应和驾驭未来。但是，由于有限的大学资源很难惠及所有学生，创新实践能力的培养方案很难全面推广。
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业软件，集成了MATLAB和Simulink两大软件包。[2]它是一种编程语言和仿真工具，依靠其丰富的功能模块、强大的计算能力、灵活的二次开发接口和半实物仿真手段，已广泛应用于电力、金融、生物等众多领域。[3]如同OFFICE软件是日常工作必备的工具，MATLAB/Simulink已成为高校广大师生和研究人员的基本学习和研究工具，对于创新实践具有重要的作用。
一、大学创新实践中存在的问题
第一，一所大学的资源十分有限，面对众多的学生仍然处于“僧多粥少”的状态。以重庆大学开展的各种本科生和研究生创新实践项目来看，大多需要经过层层筛选。尽管可以发现拔尖人才，但也使更多学生失去了创新实践的机会，这与“竞争力的提升要靠一大批有创新能力的优秀的年轻人”的人才培养理念还有差距。
第二，在创新实践项目的实施过程中，多数学生的理论基础不扎实，动手能力差，淡化研究与探索的意识。究其原因，之前缺少实践机会和条件，进而信心不足。
第三，随着信息化和仿真技术的发展，重庆大学针对不同专业开设了各种计算机辅助类课程。但由于课程体系侧重于软件本身的学习，或者采用“面向课程”的教学模式，使得这类辅助课程始于理论，止于仿真，与解决实际问题有很大差距。从近几年的本科生和研究生毕业论文分析可以发现，对于计算机仿真软件产生了过度依赖性，对软件仿真与实践的融合远远不够，这是一种“滥用”计算机仿真技术的不良倾向。“滥用”仿真的真正原因不是软件仿真多了，而是绝大部分学生对于MATLAB/Simulink的掌握远远不够，未能找到实用化的切入点。
针对以上问题，借助教学科研中应用最为广泛的MATLAB/Simulink软件，本文根据近几年在“计算机辅助电路分析”教学、MATLAB/Simulink培训和科研中的经验，对电气工程专业计算机辅助课程的内容体系、教学方法、考核方式和教学效果进行全方位探讨，以期达到有效利用计算机仿真技术和培养创新实践人才的目的。
二、MATLAB/Simulink在教学和研究中的应用
以重庆大学电气工程学院为例，近几年学院在专业基础选修课中开设了两门基于MATLAB的课程：“MATLAB在电气工程中的应用”和“计算机辅助电路分析”。尽管是选修课，但选修率达到了95%以上，仅电气学院每年就有400多名学生选修，还有弘深、机械等学院的学生选修。
通过对电气工程学院每年的本科生毕业设计、硕士研究生学位论文来看，70%以上的同学都使用MATLAB/Simulink软件开展课题的研究。重庆大学创新实践中心每学期都会开设MATLAB/Simulink有关的初级、中级到高级培训，吸引了全校多个学院大量的本科生和研究生参加。
为了进一步掌握MATLAB/Simulink的应用现状和趋势，对MATLAB/Simulink软件在国内外的学术贡献进行了调研，图1和表1分别给出了国内CNKI数据库和国外三大数据库关于MATLAB的论文检索结果。
CNKI数据库中最近10余年涉及MATLAB的学术文章合计41万篇，其中人文社会科学约2600篇、经济与管理科学约2.6万篇，更多用于工程科学、自然科学。文献来源主要来自工科实力较强的高校，如前5名依次为天津大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、重庆大学和浙江大学。
通过对国内外期刊数据库对于MATLAB/Simulink的应用分析表明：更多文章对于MATLAB/Simulink“用而不言”，实际应用量比统计大得多，特别是高水平文章；计算机硬件和软件的发展为MATLAB/Simulink广泛深入应用提供了条件；统计数量增幅放缓，原因之一是现在对软件本身的关注降低，更注重软件的应用效果；預计未来关于MATLAB/Simulink的直接引用量保持现状，但会像人们离不开OFFICE一样，MATLAB正在成为教学研究中的必备工具。
三、MATLAB课程教学实践中存在的缺陷
重庆大学电气工程学院现面向全校开设“MATLAB在电气工程中的应用”和“计算机辅助电路分析”，前者主要包括MATLAB/Simulink的基础知识和电气工程有关的MATLAB函数，后者涉及电路理论通过MATLAB/Simulink来验证的具体应用，但课程的开设存在一些缺陷。
1.课程分为理论课和上机课两部分
理论与上机实践衔接不紧密，理论部分涉及线性代数、矩阵理论、数值计算等知识，而这些往往是高年级甚至研究生的课程，而上机实践课主要针对已经学完的电路原理仿真。这种“面向课程”的教学，是针对已学课程内容的再现和重复，使学生表现“疲劳”，缺少兴趣。
2.学时短，内容多，合班上课学生多
由于学习能力和学习习惯的差异，“吃不饱”和“撑不下”并存的情况严重。 3.学生缺乏学习动力
由于使用MATLAB/Simulink的时间更多是在专业课的学习、创新研究项目和毕业设计阶段，学习在学习时缺乏目的性和兴趣，[4]导致不少同学学完该课程后仅把MATLAB当作一种高级计算器，忽视了更为深入的应用，甚至有硕士生导师报怨研究生连编写和调试简单的MATLAB程序也有困难。
4.考核困难
由于仿真实践需要计算机操作，存在硬件软件故障的不确定性，而且平时作业和上机考试中抄袭现象时有发生。因此，有必要制订出合理的考核方式，公正有效地反映出学生的真实水平。
四、MATLAB课程改革与实践方案
在硬件資源有限的情况下，利用MATLAB/Simulink课程提升学生的创新实践能力和培养出大批的优秀人才。针对现有本科生计算机辅助类课程“过分强调其辅助服务功能”和“与实践脱节”的问题，[5]以“计算机辅助电路分析”课程作为改革的突破口，改进课程内容体系，加强理论、仿真和实践的结合，充分发挥MATLAB/Simulink工具的强大功能，引导学生从单纯的“学习型”到“研究探索型”的意识转变，从“理论仿真”到“具体实现”的行为转变，使学生增加一技之长，提高就业竞争力，同时为毕业设计和研究生深造奠定基础。为此，在以下方面进行了改革和探索。
1.教学大纲的改革
根据创新型、研究型人才的培养需要，将“MATLAB在电气工程中的应用”与“计算机辅助电路分析”合并，新的课程名称改为“计算机辅助电子电路分析”，以适应“电路原理”“模拟电子技术”和“数字电子技术“以及专业课的需要。同时在新教学大纲中，对课程内容体系进行优化。总课时由原两门课的62学时改为52学时，依据课时适当压缩纯课堂理论，增加上机环节学时，将部分理论与上机相结合。
2.教学方法的转变
由“面向课程”的教学，增加专题训练和应用实践环节，拓宽学生知识面，使学生具有解决问题的能力。采取主讲教师专题讲座与研究生助教实践专题报告相结合。研究生助教“现身说法”，探讨MATLAB/Simulink在研究和学习中的应用，开拓学生视野和提升兴趣。针对不同层次学生分类指导，考虑开设基础班和提升班，实行差异化教学。改变教学方法，实现从“学习”到“研究”的思维转变，从“仿真”到“实现”的行为转变，改变过度依赖仿真、始于理论止于仿真的局面，提升学生的上机操作和应用实践能力，以团队的方式布置专题作业，培养团队协作精神。
3.课程开设方式和开设时间的探索，教学计划的制订
课程开设时间延后，学生数学基础和专业基础更好，有利于为毕业设计和深入学习、研究生深造做准备；也可以多学期分段教学，由基础到专业逐步深入，改善教学效果。
4.考核体系的修订
建立合理有效的成绩评定体系和考试考查方式，制订出合理的考核方式，公正有效地反映出学生的真实水平，又能成为激励学生努力学习、勤奋钻研的压力和动力。
五、结束语
通过MATLAB有关课程的改革，把MATLAB/Simulink课程从“辅助”角色提升为重要的创新实践手段，不仅可以大大节约硬件资源，为更多学生提供锻炼机会，同时通过创新实践能力提高，为学术研究提供支撑。
参考文献：
[1]刘翠红，陈秉岩，王建永.基于学生实践和创新能力培养的实验教学改革[J].科技创新导报，2011，（1）.
[2]刘俏.MATLAB辅助化工原理教学的实践[J].高等理科教育，
2006，（5）.
[3]吕峰，张哲，吕鹏.MATLAB在电力电子教学实践中的探究[J].电子世界，2013，（10）.
[4]彭代慧，祝诗平，伞磊.“引导式面向对象”教学法在MATLAB课程中的应用研究[J].中国电力教育，2013，（31）.
[5]张昊慧.MATLAB课程教学改革的探索与实践[J].中国教育技术装备，2012，（33）.
（责任编辑：王意琴）