MATLAB程序设计课程思政融合教学建设案例探究

摘  要：在“三全育人”的鲜明导向下，全国高校以立德树人作为根本任务，正如火如荼地开展各学科各专业课程思政教学建设。MATLAB程序设计课程是各大理工科专业的本科生和研究生数学基础课程。该文以此课程为例，通过在教学内容中挖掘出具体的思政教学案例，旨在实现思想政治理论教育与专业课教育同频共振、相互促进，最后给出课程思政的教学效果考核依据。

关键词：高等教育;立德树人;MATLAB程序设计;课程思政;教学案例

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：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

《中国教育现代化2035》提出以习近平新时代中国特色社会主义思想武装教育战线，推动习近平新时代中国特色社会主义思想进教材进课堂进头脑，将习近平新时代中国特色社会主义思想融入中小学教育，加强高等学校思想政治教育[1]。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“要坚持不懈传播马克思主义科学理论，抓好马克思主义理论教育，为学生一生成长奠定科学的思想基础”[2]。本文以MATLAB程序设计课程为例，围绕该课程建设思路与举措，深度挖掘教学内容中思政元素案例，进一步给出该课程思政成效考核依据。

一  课程建设思路与举措

20世纪80年代出现了科学计算语言，MATLAB就是其中之一，其代表了当今国际科学计算软件的先进水平。如今，MATLAB已经发展为适用于多学科、多平台的程序设计语言，在科学研究和工程应用领域得到广泛应用。然而，在传统的MATLAB程序设计课程中，通常是由教师主导教学，教师自己授课的同时还要自己编程，结果导致学生并没有提高利用MATLAB解决专业实际计算问题的能力。因此，本研究的首要任务是明确该课程的指导思想，即“学以致用”。课堂教学结合有应用背景的实际问题，注重精讲多练，追求“理论结合实践”的教学模式[3-5]。无论是在理论教学还是上机实践中，本研究的宗旨是培养学生求是创新的工匠精神以及不畏困难的科研精神。为此，本文积极寻找和深度挖掘该课程的思想政治教育资源，并深入思考如何有效地将授课内容与思想政治元素融合起来，使学生在专业课程中真正提升思想政治素养。

该课程面向信息与计算科学专业的学生。根据该专业的教学大纲，MATLAB程序设计课程的主要教学内容如下：①MATLAB系统环境;②MATLAB数据及其运算;③MATLAB矩阵处理;④MATLAB程序流程控制;⑤MATLAB绘图;⑥MATLAB数据分析与多项式计算;⑦MATLAB数值微分与积分;⑧MATLAB Simulink系统仿真。

针对以上教学内容，本文提出了一种综合教学方法，即“教、学、做一体化课堂教学”+“课外实践拓展”+“项目实战”。其中，一体化教学方法结合了翻转课堂教学，并融入了思政元素。教师应引导学生实现理论教学与实例实训的一体化，使理论知识与实际应用紧密结合。课堂内外的任务应有紧密的衔接，学生以小组形式进行相关实验，培养团队合作能力，并激发学生的科研热情，为他们参加“互联网+”、大学生数学建模等竞赛做好充足的准备。

二  教学内容课程思政案例挖掘

（一）  MATLAB系统环境

本章主要介绍MATLAB的发展历程、主要功能、系统环境、操作界面和基本操作等内容。20世纪70年代后期，时任美国墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler教授在给学生讲授线性代数课程时遇到了一个问题，他希望学生能够使用当时流行的线性代数软件包LINPACK和特征问题求解的软件包EISPACK，但发现用其他高级语言编程来编写这些程序极为不便。为了解决这个问题，Cleve Moler教授为学生编写了一个方便使用LINPACK和EISPACK的接口程序，并将其命名为MATLAB，这便是MATLAB的雏形。多年来，MATLAB一直在不断发展和更新，其强大的功能受到了学者们的广泛关注和使用。然而，美国政府却禁止中国哈尔滨工业大学等高校使用MATLAB。这个事件引发了人们对于国家创新发展的关注，一个国家要想在世界民族中立足，并获得其他国家的关注和尊重，必须坚持高质量的发展。对于学生而言，关心国家的建设是非常重要的。通过了解MATLAB的发展历程和应用领域，可以深刻理解科技创新对国家发展的重要性，引导学生关注国家的创新能力和发展质量，为国家建设贡献自己的力量。

MATLAB作为一种功能强大的科学计算软件，在科研、工程和教育领域发挥着重要作用。然而，我们也应该认识到，一个国家要想在世界上脱颖而出，必须坚持高质量的发展，注重科技创新，提高自主研发能力，并为国家建设贡献自己的力量。

发展是党执政兴国的第一要务。没有坚实的物质技术基础，就不可能全面建成社会主义现代化强国。习近平总书记在党的二十大报告中指出：“高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。”

（二）  MATLAB数据及其运算

本章首先分析MATLAB数据的特点，然后重点介绍MATLAB中各种数据的表示方法以及数据的基本运算。

中国古代科技成果是巨大的，其中在算术领域的研究也取得了很大的成就。现有的史料指出，中国古代数学书《九章算术》中的分数运算法则是世界上最早的文献之一。其中的分数四则运算和我们现在所使用的方法几乎完全相同。在《夏侯阳算经》卷中，叙述完度量衡后还记载着：“十乘加一等，百乘加二等，千乘加三等，万乘加四等;十除退一等，百除退二等，千除退三等，万除退四等。”这种以十的方幂表示位数无疑也是中国最早发现的。在算术领域中还应该提到，由公元三世纪的《孙子算经》的物不知数题发展到宋朝的秦九韶所创立的大衍求一术，这就是中国剩余定理。而相同的方法在欧洲直到19世纪才开始研究。中国古代在数学运算方面的这些历史能够切实增强学生的家国情怀和民族自豪感。

在讲到在命令行输入一条命令时，命令行以Enter键结束。但是一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如

>>p=15，m=35

p =

15

m =

35

>> p=15; m=35

m =

35

两条命令中只是一个细微的逗号“，”和分号“;”的差别，可以看到输出的结果是不一样的。

在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以称作点运算。点运算符有.*、./、.＼和.^。两个矩阵进行点运算是指其对应元素进行相关运算。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单个元素之间对应相乘，显然与A*B的结果不同。由此可见，同型矩阵的运算符前一点之差结果就是天壤之别。

“三大纪律、八项注意”是中国共产党领导的人民军队的基本准则和优良传统，其中“三大纪律”中的第二条是“不拿群众一针一线”。“一针一线”对于建设新中国这一宏伟目标来说是一个毫不起眼的细节，正是这个细节让老百姓对共产党信心满满，共产党才能一步步地带领中国人民走上了实现中华民族伟大复兴的康庄大道。老子道：“天下难事，必作于易;天下大事，必作于细”。世上不会有一蹴而就的事，凡事都是从点滴开始做起。平凡的事是这样，伟大的事也是如此。一个人的成功，靠的不仅是自己壮志凌云的理想，更需要的是脚踏实地地努力。正所谓：“不积跬步，无以至千里;不积小流，无以成江海”，以此来告诫学生细节决定成败。

（三）  MATLAB矩阵运算

本章主要介绍MATLAB的矩阵处理。MATLAB以矩阵运算为基础，拥有强大的计算功能，极大地方便了数据处理，提高了计算效率。回想我国在制造第一颗原子弹的时候，条件非常艰苦。科研人员们在没有大型计算机作为运算支撑的情况下，凭借强大的毅力和无畏的精神，怀揣着国家和民族的使命，硬是通过使用笨拙的104型计算机进行计算，少部分数据通过手摇计算器、小型计算器，甚至使用算盘来处理。原子弹要成功爆炸，当时最难的就是大量的计算，在理论上计算不能出错。邓稼先带领着由22名大学生组成的团队，在粮食紧缺的情况下，科研人员经常面临着饥饿的困境，但是其工作热情始终如一，每天除了睡觉上厕所，其余所有时间都用来做大量的理论计算，每一个数字都要重复计算很多次，并且还要与物理学家反复核对每一个数正确与否。就这样经过几十万人的呕心沥血不懈努力，真地创造了奇迹。因此，培养学生要有吃苦耐劳的意识和精神品质，要有民族使命感和国家自豪感，铆足干劲，迎难而上，不畏艰险。

（四）  MATLAB程序流程控制

本章主要介绍有关MATLAB程序控制结构及程序设计的基本方法。其核心内容是程序控制结构，包括顺序结构、选择结构、循环结构。MATLAB之所以能处理大量的数据，正是因为其包含的循环结构能够进行类似或重复的计算。正是循环结构的那份坚守、敬业和执着的精神，才得以顺利完成大量的计算任务。时代楷模、现任云南省丽江市华坪女子高级中学校长张桂梅同志，她坚守边疆教育一线40余年，默默耕耘、无私奉献，改变了贫困地区女孩失学辍学现状，使得一届一届的贫困学子通过高考而走出大山、走进大学。她用知识改变贫困山区女孩命运，用教育阻断贫困代际传递。她教书育人、立德树人，引导学生从小树立远大志向，倡导女性自尊自信自立自强，注重言传身教，传承红色基因，让“感党恩、听党话、跟党走”成为广大学生自觉追求;她坚韧纯粹、甘当人梯，用爱心和智慧点亮万千乡村女孩的人生梦想，展现了当代人民教师的高尚师德和责任担当，被孩子们亲切地称为“张妈妈”。

（五）  MATLAB绘图