MATLAB程序設計課程思政融合教學建設案例探究

馬茹茹 宋傳靜 程瑤

摘? 要：在“三全育人”的鮮明導向下，全國高校以立德樹人作為根本任務，正如火如荼地開展各學科各專業課程思政教學建設。MATLAB程序設計課程是各大理工科專業的本科生和研究生數學基礎課程。該文以此課程為例，通過在教學內容中挖掘出具體的思政教學案例，旨在實現思想政治理論教育與專業課教育同頻共振、相互促進，最后給出課程思政的教學效果考核依據。

關鍵詞：高等教育;立德樹人;MATLAB程序設計;課程思政;教學案例

中圖分類號：G641? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）S2-0068-05

Abstract： Under the clear guidance of the "Three Comprehensive Education"， universities across the country are taking moral education as their fundamental task and carrying out the construction of ideological and political education in various disciplines and majors. The course MATLAB Programming is a foundations of mathematics course for undergraduates and postgraduates of various science and engineering majors. This article takes this course as an example and aims to achieve resonance and mutual promotion between ideological and political theory education and professional course education by exploring specific ideological and political teaching cases in the teaching content， finally providing the basis for evaluating the teaching effectiveness of ideological and political education in the course.

Keywords： higher education; to foster virtue through education; MATLAB program design; curriculum ideological and political education; teaching Cases

《中國教育現代化2035》提出以習近平新時代中國特色社會主義思想武裝教育戰線，推動習近平新時代中國特色社會主義思想進教材進課堂進頭腦，將習近平新時代中國特色社會主義思想融入中小學教育，加強高等學校思想政治教育[1]。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，“要堅持不懈傳播馬克思主義科學理論，抓好馬克思主義理論教育，為學生一生成長奠定科學的思想基礎”[2]。本文以MATLAB程序設計課程為例，圍繞該課程建設思路與舉措，深度挖掘教學內容中思政元素案例，進一步給出該課程思政成效考核依據。

一? 課程建設思路與舉措

20世紀80年代出現了科學計算語言，MATLAB就是其中之一，其代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。如今，MATLAB已經發展為適用于多學科、多平臺的程序設計語言，在科學研究和工程應用領域得到廣泛應用。然而，在傳統的MATLAB程序設計課程中，通常是由教師主導教學，教師自己授課的同時還要自己編程，結果導致學生并沒有提高利用MATLAB解決專業實際計算問題的能力。因此，本研究的首要任務是明確該課程的指導思想，即“學以致用”。課堂教學結合有應用背景的實際問題，注重精講多練，追求“理論結合實踐”的教學模式[3-5]。無論是在理論教學還是上機實踐中，本研究的宗旨是培養學生求是創新的工匠精神以及不畏困難的科研精神。為此，本文積極尋找和深度挖掘該課程的思想政治教育資源，并深入思考如何有效地將授課內容與思想政治元素融合起來，使學生在專業課程中真正提升思想政治素養。

該課程面向信息與計算科學專業的學生。根據該專業的教學大綱，MATLAB程序設計課程的主要教學內容如下：①MATLAB系統環境;②MATLAB數據及其運算;③MATLAB矩陣處理;④MATLAB程序流程控制;⑤MATLAB繪圖;⑥MATLAB數據分析與多項式計算;⑦MATLAB數值微分與積分;⑧MATLAB Simulink系統仿真。

針對以上教學內容，本文提出了一種綜合教學方法，即“教、學、做一體化課堂教學”+“課外實踐拓展”+“項目實戰”。其中，一體化教學方法結合了翻轉課堂教學，并融入了思政元素。教師應引導學生實現理論教學與實例實訓的一體化，使理論知識與實際應用緊密結合。課堂內外的任務應有緊密的銜接，學生以小組形式進行相關實驗，培養團隊合作能力，并激發學生的科研熱情，為他們參加“互聯網+”、大學生數學建模等競賽做好充足的準備。

二? 教學內容課程思政案例挖掘

（一）? MATLAB系統環境

本章主要介紹MATLAB的發展歷程、主要功能、系統環境、操作界面和基本操作等內容。20世紀70年代后期，時任美國墨西哥大學計算機科學系主任Cleve Moler教授在給學生講授線性代數課程時遇到了一個問題，他希望學生能夠使用當時流行的線性代數軟件包LINPACK和特征問題求解的軟件包EISPACK，但發現用其他高級語言編程來編寫這些程序極為不便。為了解決這個問題，Cleve Moler教授為學生編寫了一個方便使用LINPACK和EISPACK的接口程序，并將其命名為MATLAB，這便是MATLAB的雛形。多年來，MATLAB一直在不斷發展和更新，其強大的功能受到了學者們的廣泛關注和使用。然而，美國政府卻禁止中國哈爾濱工業大學等高校使用MATLAB。這個事件引發了人們對于國家創新發展的關注，一個國家要想在世界民族中立足，并獲得其他國家的關注和尊重，必須堅持高質量的發展。對于學生而言，關心國家的建設是非常重要的。通過了解MATLAB的發展歷程和應用領域，可以深刻理解科技創新對國家發展的重要性，引導學生關注國家的創新能力和發展質量，為國家建設貢獻自己的力量。

MATLAB作為一種功能強大的科學計算軟件，在科研、工程和教育領域發揮著重要作用。然而，我們也應該認識到，一個國家要想在世界上脫穎而出，必須堅持高質量的發展，注重科技創新，提高自主研發能力，并為國家建設貢獻自己的力量。

發展是黨執政興國的第一要務。沒有堅實的物質技術基礎，就不可能全面建成社會主義現代化強國。習近平總書記在黨的二十大報告中指出：“高質量發展是全面建設社會主義現代化國家的首要任務?！?/p>

（二）? MATLAB數據及其運算

本章首先分析MATLAB數據的特點，然后重點介紹MATLAB中各種數據的表示方法以及數據的基本運算。

中國古代科技成果是巨大的，其中在算術領域的研究也取得了很大的成就?，F有的史料指出，中國古代數學書《九章算術》中的分數運算法則是世界上最早的文獻之一。其中的分數四則運算和我們現在所使用的方法幾乎完全相同。在《夏侯陽算經》卷中，敘述完度量衡后還記載著：“十乘加一等，百乘加二等，千乘加三等，萬乘加四等;十除退一等，百除退二等，千除退三等，萬除退四等?！边@種以十的方冪表示位數無疑也是中國最早發現的。在算術領域中還應該提到，由公元三世紀的《孫子算經》的物不知數題發展到宋朝的秦九韶所創立的大衍求一術，這就是中國剩余定理。而相同的方法在歐洲直到19世紀才開始研究。中國古代在數學運算方面的這些歷史能夠切實增強學生的家國情懷和民族自豪感。

在講到在命令行輸入一條命令時，命令行以Enter鍵結束。但是一個命令行也可以輸入若干條命令，各命令之間以逗號分隔，若前一命令后帶有分號，則逗號可以省略。例如

>>p=15，m=35

p =

15

m =

35

>> p=15; m=35

m =

35

兩條命令中只是一個細微的逗號“，”和分號“;”的差別，可以看到輸出的結果是不一樣的。

在MATLAB中，有一種特殊的運算，因為其運算符是在有關算術運算符前面加點，所以稱作點運算。點運算符有.*、./、.＼和.^。兩個矩陣進行點運算是指其對應元素進行相關運算。例如

>> A = [1， 2， 3; 4， 5， 6; 7， 8， 9];

>> B = [-1， 0， 1; 1， -1， 0; 0， 1， 1];

>> C=A.*B

C =

-1? 0? ?3

4? -5? 0

0? 8? ?9

A*B表示A和B單個元素之間對應相乘，顯然與A*B的結果不同。由此可見，同型矩陣的運算符前一點之差結果就是天壤之別。

“三大紀律、八項注意”是中國共產黨領導的人民軍隊的基本準則和優良傳統，其中“三大紀律”中的第二條是“不拿群眾一針一線”?！耙会樢痪€”對于建設新中國這一宏偉目標來說是一個毫不起眼的細節，正是這個細節讓老百姓對共產黨信心滿滿，共產黨才能一步步地帶領中國人民走上了實現中華民族偉大復興的康莊大道。老子道：“天下難事，必作于易;天下大事，必作于細”。世上不會有一蹴而就的事，凡事都是從點滴開始做起。平凡的事是這樣，偉大的事也是如此。一個人的成功，靠的不僅是自己壯志凌云的理想，更需要的是腳踏實地地努力。正所謂：“不積跬步，無以至千里;不積小流，無以成江?！?，以此來告誡學生細節決定成敗。

（三）? MATLAB矩陣運算

本章主要介紹MATLAB的矩陣處理。MATLAB以矩陣運算為基礎，擁有強大的計算功能，極大地方便了數據處理，提高了計算效率?；叵胛覈谥圃斓谝活w原子彈的時候，條件非常艱苦?？蒲腥藛T們在沒有大型計算機作為運算支撐的情況下，憑借強大的毅力和無畏的精神，懷揣著國家和民族的使命，硬是通過使用笨拙的104型計算機進行計算，少部分數據通過手搖計算器、小型計算器，甚至使用算盤來處理。原子彈要成功爆炸，當時最難的就是大量的計算，在理論上計算不能出錯。鄧稼先帶領著由22名大學生組成的團隊，在糧食緊缺的情況下，科研人員經常面臨著饑餓的困境，但是其工作熱情始終如一，每天除了睡覺上廁所，其余所有時間都用來做大量的理論計算，每一個數字都要重復計算很多次，并且還要與物理學家反復核對每一個數正確與否。就這樣經過幾十萬人的嘔心瀝血不懈努力，真地創造了奇跡。因此，培養學生要有吃苦耐勞的意識和精神品質，要有民族使命感和國家自豪感，鉚足干勁，迎難而上，不畏艱險。

（四）? MATLAB程序流程控制

本章主要介紹有關MATLAB程序控制結構及程序設計的基本方法。其核心內容是程序控制結構，包括順序結構、選擇結構、循環結構。MATLAB之所以能處理大量的數據，正是因為其包含的循環結構能夠進行類似或重復的計算。正是循環結構的那份堅守、敬業和執著的精神，才得以順利完成大量的計算任務。時代楷模、現任云南省麗江市華坪女子高級中學校長張桂梅同志，她堅守邊疆教育一線40余年，默默耕耘、無私奉獻，改變了貧困地區女孩失學輟學現狀，使得一屆一屆的貧困學子通過高考而走出大山、走進大學。她用知識改變貧困山區女孩命運，用教育阻斷貧困代際傳遞。她教書育人、立德樹人，引導學生從小樹立遠大志向，倡導女性自尊自信自立自強，注重言傳身教，傳承紅色基因，讓“感黨恩、聽黨話、跟黨走”成為廣大學生自覺追求;她堅韌純粹、甘當人梯，用愛心和智慧點亮萬千鄉村女孩的人生夢想，展現了當代人民教師的高尚師德和責任擔當，被孩子們親切地稱為“張媽媽”。

（五）? MATLAB繪圖

本章主要介紹繪制二維和三維圖形的高層繪圖操作及其他圖形控制的操作方法。通過用MATLAB繪圖可以引導學生培養健康的審美情趣，樹立正確的審美觀念。馬克思說過“社會的進步就是人類對美的追求的結晶”。充分認識審美對于全面提高大學生的思想品德素養具有非常重要的作用?！懊馈笨梢允蔷唧w的事物，也可以是一種精神?？追鄙径啻胃安?，不怕艱苦，為阿里的百姓帶去了溫暖?？追鄙乔遑毜?，同時也是富有的。他擁有人世間最美好的心靈，最高尚的精神境界。

圖1和圖2分別給出一種富有美感的平面曲線——蝴蝶曲線和三維空間中的曲線。這兩種不同空間中的曲線都是對稱的，對稱美是數學美的重要組成部分。以此教育學生在掌握對稱這一基本原理的基礎上找到事物之間的內在統一性，并用數學的思想內化這一原理，美在藝術和自然兩方面都有著重大意義。

橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。如圖3所示，多峰函數從不同的方位角和仰角觀察所看到的圖形是不一樣的。對任何事物的研究都應該以客觀的態度，采取正確的立足點，作全面、本質的觀察和科學的分析，以避免把局部當成整體，把現象當成本質而得出錯誤結論。

（六）? MATLAB 數據分析與多項式計算

本章主要介紹MATLAB 數值計算功能，包括數據分析和多項式計算。曲線擬合的目的是用一個較簡單的函數去逼近一個復雜的或未知的函數，所依據的條件都是在一個區間或一個區域上的有限個采樣點的函數值。數據分析和多項式計算是現代科學中重要的工具和方法，它們不僅用于研究和解釋各種現象，更能夠與對待人生的態度相結合，引發學生對人生意義和哲學思考的深入探索。本文以數據分析與多項式計算為基礎，結合曲線擬合的案例，探討在教學中如何培養學生積極的人生態度和哲學思維，引導他們以科學的方式審視人生、理解人生曲線的起伏，并在成長中實現全面發展。通過數據分析，學生可以了解不同階段的趨勢和規律，從而認識到人生是充滿變化和起伏的。這有助于培養學生對待人生的開放態度，以及在變化中發現機遇和應對挑戰的能力。多項式計算能夠適應各種曲線形狀，類似于人生的多樣性和復雜性。教學中的多項式計算應引導學生靈活應對人生的變化，發現解決問題的方法和路徑。通過曲線擬合方法，學生可以將人生視為一條曲線，觀察其起伏、上升和下降。在人生的不同階段，他們會經歷成長、挫折、成功和失敗等各種情況。通過數據分析和多項式計算，學生能夠更好地理解這些曲線，從而找到積極應對人生起伏的方式。教學中應引導學生思考人生的價值與意義。通過數據分析和多項式計算的案例分析，學生將認識到人生曲線中的各個階段都具有一定的價值和意義，而價值的追求和意義的探索是個體成長的重要組成部分。

（七）? MATLAB 數值微分與積分

本章主要介紹MATLAB數值微分與積分的求解。無論是用MATLAB來求函數的導數（微分），還是求函數的定積分，在MATLAB軟件中都是利用離散的方法來近似地計算。由于是近似的計算，不免會產生誤差。事實上，誤差越小越好，直至為零最為理想。在實際的求解過程中，微分步長和積分步長的選擇是一個非常關鍵的因素，因為其直接關系到微分和定積分的求解準確性。在利用MATLAB軟件求解的時候，步長的選擇越小，最終求解就越準確。但隨之而來的問題是，較小的步長會帶來計算量的增加，從而放緩了計算速度。所以說，“魚和熊掌不可兼得”“此事古難全”。中國古人的智慧是無窮的，中華文化更是源遠流長。教導學生要弘揚和傳承中華優秀傳統文化，增強文化自信。此外，可進一步升華到“矛盾的普遍存在性”這一哲學原理。盡管新的計算軟件和方法在不斷發展，但是總有不足的地方。同學們要正確客觀并理性地接受新事物。

（八）? MATLAB Simulink系統仿真

Simulink于20世紀90年代初由Math Works公司開發，該軟件包用于對動態系統進行建模和仿真。國防科技人員利用Simulink交互式圖形化仿真環境，設計了航空發動機、航空導彈、海軍艦艇等模型的動態仿真。

本章節第一個例子是利用Simulink仿真曲線y（t）=sintsin（4πt）（0≤t≤π）。其中，正弦信號由Sources模塊庫中的Sine Wave模塊提供，求積用Math Operations模塊庫中的Product模塊實現，再用Sinks模塊庫中的Scope模塊輸出波形。這里展示Simulink模型編輯窗口和示波器窗口中的仿真結果。

通過觀察圖4中的仿真曲線，人一生的經歷就好比一條不斷波動的正弦曲線，起起伏伏是人生常態，重要的是調整好自己的心態。面對那些人生的低谷時期，要敢于向困難發起挑戰。正所謂“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。中華民族之所以能夠屹立于世界民族之林千年不倒，正是因為民族精神核心當中的自強不息的開創精神以及艱苦奮斗的求索精神。中國共產黨帶著中國人民摸著石頭過河，在挫折和磨難中找尋符合中國國情的中國特色社會主義建設道路。

在講到建立系統仿真模型內容時可以結合美國制裁華為事件，介紹我國華為技術有限公司不僅設計芯片（華為海思），還自主研發了操作系統（鴻蒙操作系統），從3G到5G，華為經歷了從跟隨到參與再到主導的崛起歷程。如今，中國技術攻勢對美國構成了前所未有的挑戰。這些都有助于增強學生的民族自豪感。與此同時，激勵學生獨立自主、自力更生和勇于探索的科研精神，進一步深化和加強我國獨立自主研發基礎科研軟件的意識和緊迫感?！皥F結就是力量”，相信在中國人的集體努力下，中國的科技企業會越來越強大。

三? 課程思政成效的考核

課程思政的教學效果考核是課程思政建設的重要環節之一，也是一大難點[6]。與考核知識掌握和運用的程度不同，課程思政教學效果的考核關鍵是考查學生能否實現“知行合一”，即能夠結合中國國情并綜合考慮政治、道德、法律等因素的影響，正確分析和解決問題[6-9]。這種考核方式對于數學專業的學生來說還是有一定的難度的。在不增加學生負擔的基礎上，讓學生在整個學習過程中沉浸式地參與進來。結合本課程“理論結合實踐”的教學模式，可以在上機實驗報告書的內容加上課程思政模塊，讓學生自主挖掘對本章節內容上的其他思想政治元素。在項目實戰環節，將思政考核融入其中，讓學生以小組報告的形式，結合具體問題對本項目中出現的思政元素詳細展開敘述。該課程思政考核分數建議占比10%。

四? 結束語

本文以信息與計算科學專業本科生專業必修課程MATLAB程序設計為例，探討了該課程中出現的具體思政教學案例。高等教育的任務不僅僅是培養具有夯實的專業技能和較好科學文化素養的人才，更要重視大學生的理想信念教育和思想政治教育。習近平總書記在看望參加全國政協會議的醫藥衛生界教育界委員上強調：‘大思政課我們要善用之，一定要跟現實結合起來。上思政課不能拿著文件宣讀，沒有生命、干巴巴的”[10]。筆者將以此為標準，在未來的課程教學中繼續深入探究更適合學生身心發展的思政教學模式。

參考文獻：

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[2] 習近平：把思想政治工作貫穿教育教學全過程開創我國高等教育事業發展新局面[EB/OL].http：//jhsjk.people.cn/article/28936173.

[3] 李自立，羅玉玲.基于“教產研”三相驅動的《MATLAB程序設計》課程教學改革探究[J].廣西物理，2021，42（3）：50-52.

[4] 高諾，楊紅娟，莊華偉.MATLAB程序設計與應用課程教學改革及實踐[J].教育現代化，2019，6（13）：36-38.

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[6] 齊硯奎.全課程育人背景下高校課程思政建設的理論思考[J].黑龍江高教研究，2020（1）：124-127.

[7] 程瑤，馬茹茹，宋傳靜，等.“計算方法”課程思政教學的思考與探索[J].科教文匯，2021（20）：78-80.

[8] 張樹永.高?；瘜W類專業課程思政建設目標與實現途徑芻議——以物理化學課程教學為例[J].大學化學，2019（11）：4-9.

[9] 周春艷，李雪華，黃燕軍，等.醫學本科公共基礎課《基礎化學》思政教育教學改革探索[J].當代教育實踐與教學研究，2020（3）：200-202.

[10] “‘大思政課我們要善用之”（微鏡頭·習近平總書記兩會“下團?組”·兩會現場觀察）[EB/OL].http：//jhsjk.people.cn/article/32044587.

基金項目：國家自然科學基金面上項目“Birkhoff系統攝動理論研究”（12172241）;國家自然科學基金青年項目“發展型奇異攝動問題局部間斷Galerkin方法的局部誤差研究”（11801396）;國家自然科學基金青年項目“四元數矩陣的辛幾何保結構算法及在低秩彩色圖像重構中的應用”（12301486）;蘇州科技大學教學改革與研究項目“信息與計算科學專業實踐教學體系的構建與改革”（2021JG-15）;蘇州科技大學研究生課程思政示范課程建設項目“《分數階微積分》課程思政示范課程建設”（22SZKC-03）;蘇州科技大學青年基金項目“四元數矩陣奇異值分解的預處理方法”（332114604）

第一作者簡介：馬茹茹（1989-），女，漢族，江蘇徐州人，博士，講師。研究方向為數值計算。

*通信作者：程瑤（1988-），男，漢族，河南信陽人，博士，副教授，信息與計算科學系主任，碩士研究生導師。研究方向為偏微分方程數值解。