使用MATLAB教授波士顿大学一年级工程学生编程

在我教书的20年里工程计算概论在美国，我们使用了几种不同的语言，包括Pascal、Fortran、C和c++，但这门课程基本上没有改变，直到最近，一个工程学院的工作小组开会重新考虑了课程目标。

来自电气和计算机工程系的教师发起了这一变化，他们告诉委员会，他们希望所有学生都能使用MATLAB学习基本的编程概念^®这样学生就可以在他们的高级课程和更高级别的课程中有效地使用MATLAB。

一些教师最初犹豫不决，认为这是MATLAB和入门编程之间的选择——没有意识到MATLAB具有所有必要的编程结构。

乍一看，生物医学工程专业的学生只需要知道如何有效地使用MATLAB，计算机系统工程师只需要知道编程概念，但在今天的工程领域，这两种技能都是至关重要的。另一个需要考虑的问题是，在学习MATLAB之前学习低级语言(如c++或Java™)的学生往往使用MATLAB效率不高，至少在开始时是这样。他们不使用代码向量化技术和MATLAB内置的许多强大函数，而是依赖于为-loops和其他低级结构。这种方法不仅需要更长的时间，而且得到的解决方案通常没有针对性能进行优化。金宝搏官方网站

由于这些原因，在工程计算概论我们决定采用独特的方法，同时教授编程概念和内置函数，使用MATLAB作为两者的载体。每个学期，所有工程学科的约200名工程专业学生学习如何在MATLAB中使用变量、数据结构、循环、条件、函数、输入和输出以及其他编程概念，以及如何有效地使用MATLAB解决工程问题。

直接进入

当我使用c++教授这门课程时，我面临的最大障碍之一就是如何让学生开始学习。关于如何打开适当的代码编辑器并开始输入，我不得不给他们一份两页的单倍行距讲义，我花了整整一节课的时间来讲解基本的设置步骤。

使用MATLAB，学生可以直接进入;他们在命令窗口中输入命令并立即看到结果。没有任何恐吓。对于编程新手来说，这比其他语言所要求的编辑-编译-执行-调试周期要容易得多，也更有动力。

第一堂课不再讨论如何使用开发环境，现在我可以讨论赋值语句、变量、表达式、运算符、优先级和向量。

当学生们能够以新的方式想象结果时，他们也会受到激励。我在本学期早期讲过MATLAB绘图，因为使用为对学生来说，用循环来创建图形和图表要比反复打印字符串有趣得多。

课程结构

这门课程是基于我的书，MATLAB:编程和问题解决的实用介绍．它包括每周两次一小时的讲座，每次讲座之后是一个半小时的计算机实验室。周末一小时的非正式讨论为学生提供了更多的提问机会。

在讲座中，我重复5到10分钟的演讲过程，展示一个使用MATLAB的例子，然后让学生解决一个问题。讲座过去在计算机实验室举行，学生们直接在MATLAB中解决问题。然而，我发现，当他们使用笔和纸来思考问题而不是立即编写代码时，他们学得更好。(出于同样的原因，测试以书面问答形式给出，而不是在MATLAB中给出。)在每节课之后，他们在实验室中使用MATLAB解决更高级的问题，这使他们有机会立即应用他们刚刚学习到的抽象概念。

结对或三人一组，学生在课程中完成三个项目。这些项目比我在实验课程中给出的更复杂，旨在让学生了解各种工程学科如何使用MATLAB解决实际问题。我通常每学期都会从每个工程学院的院系中挑选一个项目。最近的项目包括用于涡轮叶片质量控制的图像处理，检测图像差异，指纹识别，用于传热应用的有限差异，以及用于癌症检测的弹性散射光谱。

超越基本编程概念

MATLAB对学生来说非常容易使用和学习，我可以覆盖我们过去使用其他平台所覆盖的所有基本编程概念，再加上大量的数学和基本问题解决，包括线性代数、曲线拟合和统计分析的介绍。

MATLAB也使我能够尝试新的教学方法。例如，在一个暑假的课堂上，学生们使用乐高积木^®MINDTORMS^®NXT系统和MATLAB构建机器人，并编程它们导航障碍课程。最近，我们在风洞中设置了一台台式风力涡轮机，并使用MATLAB收集和分析数据，进行曲线拟合，计算产生的功率，并进行模拟。

积极的反馈

在与大二和大三学生的公开会议上，我们一遍又一遍地听到他们对在波士顿大学的第一年学习MATLAB感到多么高兴。我也从工程学院那里听到了对这门课程的积极评价。我正在与几位教授合作，进一步将MATLAB整合到工程课程中。例如，我们计划在线性代数和工程力学课程中更广泛地使用它。

在我听到的唯一抱怨中，有几个高年级学生选修了c++版本的课程，他们希望自己有机会学习MATLAB(后来以广受欢迎的周六教程的形式为他们提供了MATLAB)。

用MATLAB教授编程概念产生了一些我们预想到的优势，也有一些我们没有想到的优势。我们希望可视化、交互式的MATLAB环境能够吸引学生并帮助他们学习新概念。事实证明，MATLAB也让他们对这些概念有了更透彻的理解。例如，许多学生通常很难理解嵌套循环的概念。当我们学习矩阵运算时，我将通过遍历MATLAB文件来演示如何在MATLAB中实现这些运算。学生们可以看到嵌套循环是如何工作的，以及它们为什么工作。许多人感到惊讶的是，一个最初很难的概念现在对他们来说如此简单。

在工程教师中有一个常见的误解，即使用MATLAB教授计算课程意味着放弃编程概念。这根本不是真的。我们在波士顿大学已经证明，您可以在用户友好的MATLAB环境中传授编程技能、高效编码和基本问题解决方法。