MATLAB应用实习的教学改革探索

　　一、引言

　　MATLAB软件作为数学类科技应用软件在求解数学模型及仿真分析中具有不可替代的优势和作用，成为众多理工科专业学生必须掌握的应用软件，如自动化控制专业、通讯工程专业、工程力学专业、应用数学专业等。内蒙古科技大学工程力学专业2006年秋季开设MATLAB与丁程应用课程，从2008年秋学期开始，开设MATLAB与工程应用课程实习课，学时两周。该课程的开设对工程力学专业学生毕业论文质量的提高有促进作用，同时还存在不足 。为了加强工程力学专业学生应用MATLAB软件的能力，提高教学水平，本专业教师对MATLAB与T程应用课程的教学及实习环节进行了改革探索 。根据学校总体教学改革的推进，2012年实行新的培养方案。按照新培养方案重视学生实践能力培养的精神，工程力学专业将“MATLAB与工程应用”课及两周实习调整为“MATLAB应用实习”，学时三周。在三周实习中，既要讲授软件又要指导学生实习，对教学提出了新的挑战。只有不断进行二、课程背景本校工程力学专业的培养目标是：掌握系统扎实的力学理论基础知识和土木工程学科的基本知识，具备解决与力学有关的工程技术问题的理论分析、数值计算与现代科学实验的能力，并获得工程师基本训练的工程应用型高级技术人才。毕业生可在与力学相关的土木、机械、材料、交通等领域从事科研、技术开发等工作。同时：也可在工科院校从事教学、科研工作。

　　根据工程力学专业的培养目标，旧版的32学时MATLAB与工程应用的教学内容包括MATLAB基础知识与侧重力学的工程应用两个方面。MAT—LAB基础知识包括MATLAB的基本语法，MATLAB的矩阵运算，程序流程控制，MATLAB的符号运算，MATLAB函数的基本使用方法，二维和三维图形绘制。侧重力学的工程应用包括MATLAB在动力学与振动上的应用，SIMULINK仿真入门。为此，选用了MATLAB原理与工程应用和SIMULINK建模与仿真回两部教材。

　　旧版的MATLAB与工程应用的两周实习在MATLAB与工程应用课程讲授完之后进行。主要内容包括选题——选择具体的课程实习任务书，按任务书要求查阅相关资料，编制相应的MATLAB程序或应用相应的MATLAB工具箱求解问题，分析得到的结果，最后撰写课程实习说明书。选题集中在强度和振动两个方面，也有运动学的内容。课程实习的目的是培养学生综合应用力学理论、MATLAB软件解决问题的能力。学生学习过的力学理论包括理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、振动力学等，在完成MATLAB与工程应用实习时，通过建立力学模型、数学模型、编程求解、结果分析，学生可以综合应用所学知识解决实习题目中的问题。实习题目以基本力学问题为主，振动方向如两自由度、三自由度振动系统求解，集中质量法求解支梁的模态及响应，两自由度车辆悬挂系统振动分析，三层、五层钢筋混凝土结构地震反应求解等；强度方向如MATLAB有限元法求解平面钢架结构等。平面钢架结构可以有多种形式，可以求解内力图、应力、应变等。有的问题需要编制MATLAB程序求解，有的问题需要应用MATLAB工具箱求解，有的问题两种方法都可以解决。课程实习说明书要求详述求解过程，笔耕论文新浪博客，得出必要的结论，附录程序或框图。

　　教师在指导过程中，随时掌握学生的工作进度，逐个让学生演示程序或框图，确保实习质量。

　　三、教学改革与实践旧版的32学时MATLAB与工程应用及两周实习分析：32学时中讲授20学时，学生上机12学时。

　　20学时讲授课中，软件基础讲授14学时，振动和仿真讲授6学时。如果在课外不上机实践，学生上机时间只有12学时，学习效果不理想。两周实习共lO天时间，2天查阅资料，8天完成实习计算和撰写实习说明书。由于实习定位为提高学生应用MATLAB软件解决力学问题的能力，实习题目涵盖广，包括振动和强度问题。在求解应力、应变问题时，需要用有限元知识编程，对学生来说难度大，而强度问题用ANSYS软件求解更方便。MATLAB与工程应用课程实习还有对学生后面完成与MATLAB相关的毕业论文提供支撑的目的，而与MATLAB相关的毕业论文以振动问题为主。为了抓住实习重点，可以去掉强度问题的实习题目。

　　综合以上分析，编制2012版‘MATLAB应用实习”教学大纲。本实习的实习周数为三周，将学习MATLAB软件、MATLAB求解振动问题专题与实习结合起来，精讲基本内容和重点内容，学生自学为主，通过强化实习提高学习效果。实习对提高力学专业学生应用MATLAB软件解决力学问题很有帮助，可以锻炼学生综合应用MATLAB函数、绘图功能、程序设计方法、SIMULINK工具箱以及其它各种工具箱解决振动力学问题，也为其它力学问题的求解打下基础。三周实习的具体安排为：第一周学习基本软件知识，讲授与实习同步进行，实习用来消化讲授的知识并拓展相关软件知识；第二周学习软件应用，讲授与实习同步进行，实习用来消化讲授的知识并拓展相关软件应用知识；第三周根据任课教师给定的计算题目分成小组，针对具体的实习题目进行实习，通过计算机编制MATLAB程序或SIMLINK框图完成一些力学问题的数值模拟与计算工作，并完成实习计算说明书。实习题目以振动问题为主，主要培养学生应用MATLAB编程和SIMULINK工具箱求解振动问题的能力。

　　好的教学计划需要好的教学管理措施和质量监控，因此特制定考核方式：根据实习计算过程中学生的表现和实习计算说明书完成的质量确定成绩。第l一2周，每周进行按学习进度进行上机实习考核。总成绩由学生在三周内的综合表现评定，包括平时成绩和说明书成绩。总成绩100分=平时成绩5O分(出勤+上机考核)+实习计算说明书成绩50分。实习成绩评定依据包括以下几点：1)工作态度；2)基本技能的掌握程度；3)力学模型的建立是否合理，计算结果是否准确；4)实习说明书编写水平。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

　　2012版的培养方案在2012级学生中实行，还有两年的过渡期。为了教学改革的顺利过渡，在2009—201 1级工程力学专业的课程实习中，逐步进行教改尝试，减少强度方面的实习题目，增加振动方面的实习题目。在MATLAB与工程应用的上机实习中，对每位同学进行上机测试，并且计人平时成绩。在课程实习结束前，对每位同学进行答辩考核，并且计入实习成绩，通过严把质量关确保学习质量。

　　为了改善学生的上机实习硬件环境，筹建工程力学软件应用模拟实验室，计划在2013年完成。模拟实验室为小型上机实验室，60台高性能计算机，学生可以进行MATLAB和ANSYS软件的上机实习，教师也可以在模拟实验室内讲课。

　　四、总结

　　总结前几年的MATLAB与工程应用课程教学及实习的教学实践经验，为2012版的“MATLAB应用实习”教学改革提供了扎实的基础。通过教学目的、教学方法、考核方法、硬件设施等方面的改革和提升，为2012版的“MATLAB应用实习”教学质量的稳固提高提供了有效保障。

　　1、“MATLAB应用实习”以学习MATLAB软件基础和求解振动问题为目的，实习内容以这一目的为主线。

　　2、教学方法以精讲基本内容和重点内容、学生自学为主，通过强化实习提高学习效果。

　　3、考核方面重视上机时间和学生答辩，强调学生的实践能力。

　　4、通过建立工程力学软件应用模拟实验室提高实习的硬件设施。

　　对于在教学实践中出现的其它问题，通过不断改革和实践逐步加以解决。