MATLAB課程“通關(guān)考核法”的教學(xué)改革探討

胡瓊 周葉

摘要：該文針對(duì)MATLAB實(shí)踐課程，提出了一種新的考核方法，以自主批閱的形式進(jìn)行，以獲得通關(guān)成就為最終目標(biāo)。舉例說明了考核方法的具體實(shí)施過程。實(shí)踐證明，通關(guān)考核法能較好得督促學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高其實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：MATLAB；考核；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）06-0131-02

MATLAB是一款由美國(guó)The MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，其核心思想是以矩陣作為基本運(yùn)算單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算、分析、數(shù)據(jù)可視化，算法開發(fā)等各個(gè)層面的技術(shù)運(yùn)算。MATLAB語言是一種交互性的數(shù)學(xué)腳本語言，執(zhí)行MATLAB代碼最簡(jiǎn)單的方式是在命令窗口的提示符（>>）處輸入代碼，如代碼無誤則會(huì)返回正確的結(jié)果，否則，提示錯(cuò)誤并指明原因。這種交互性設(shè)計(jì)相對(duì)于其他高級(jí)語言來說更加簡(jiǎn)單明了，對(duì)初學(xué)者尤其友好。MATLAB的一個(gè)重要特點(diǎn)是可擴(kuò)展性。可以通過附加的工具箱進(jìn)行功能擴(kuò)展，每一個(gè)工具箱就是實(shí)現(xiàn)特定功能的函數(shù)的集合，包含有數(shù)學(xué)和優(yōu)化、信號(hào)處理和通訊、數(shù)字圖像處理，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析等。作為一門強(qiáng)大的計(jì)算和仿真工具，MATLAB在專業(yè)課程學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐中發(fā)揮著非常重要的作用。[1]然而課時(shí)緊，內(nèi)容多，考核難[2]是各大高校MATLAB課程開展過程中普遍存在的問題。《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號(hào)文件）明確提出，研究與探索建立與時(shí)代特色相適應(yīng)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的課程考核形式，是當(dāng)前應(yīng)用型本科院校教育教學(xué)面臨的重要課題。為全面提升課堂教學(xué)質(zhì)量，教育教學(xué)全方位改革，對(duì)課程的考核進(jìn)行研究和改革實(shí)踐是勢(shì)在必行的。[3]

通過歷年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本文以南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院通信工程專業(yè)開設(shè)的《MATLAB實(shí)踐》為例，對(duì)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了深入的思考和積極的實(shí)踐探索，提出了一種新的考核方法：不同于以往學(xué)生交，老師改的考查流程，新增了自主批閱環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自己核查習(xí)題完成情況。通過利用類似游戲中的“強(qiáng)迫心理”[4]，以通關(guān)打分的模式促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立完成課堂任務(wù)。

1 通關(guān)考核法實(shí)踐措施

以南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院《MATLAB實(shí)踐》課程為例。課程面向大一下半學(xué)期通信工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，主要教學(xué)目標(biāo)是令學(xué)生熟悉MATLAB的操作方法，理解不同數(shù)據(jù)類型及其計(jì)算，掌握數(shù)據(jù)可視化、基礎(chǔ)編程以及對(duì)如Excel等其他類型文件的讀取操作幾大模塊。課程集中在2周完成。現(xiàn)以基礎(chǔ)編程環(huán)節(jié)為例，闡述通關(guān)考核法的實(shí)現(xiàn)過程及其結(jié)果分析。

1.1 方法概述

在教師完成理論知識(shí)的講解后，向?qū)W生下發(fā)課堂練習(xí)，同時(shí)附有一份MATLAB加密文件grade.p用于實(shí)現(xiàn)通關(guān)考核。舉例有編程題目為“寫一個(gè)自定義函數(shù)名為mult_two_num，給定兩個(gè)數(shù)值類型的輸入?yún)?shù)a和b，返回a和b的乘積給變量c。”

學(xué)生在完成這道題之后即可使用grade文件進(jìn)行自主批閱，其使用方式是在命令行窗口中輸入grade。如果結(jié)果正確，則MATLAB窗口會(huì)顯示“你完成了這道題！真棒！”字樣，否則的話，grade會(huì)返回“錯(cuò)誤”以及錯(cuò)誤的原因如“函數(shù)缺少正確的輸入?yún)?shù)，請(qǐng)返回編輯”等不同類型提示信息。（如圖1，2所示）

1.2 考核文件

考核文件需要教師在課前準(zhǔn)備好。教師應(yīng)首先將每道習(xí)題的正確答案以MATLAB測(cè)試函數(shù)的形式進(jìn)行腳本編寫，然后對(duì)腳本文件進(jìn)行加密。MATLAB中加密文件是*.p格式，如有腳本文件grade.m則加密后新生成grade.p文件。后者可以運(yùn)行，但不可被查看內(nèi)容，防止了學(xué)生通過批改文件直接獲取正確答案。

在grade.p中，對(duì)同一道題可以添加多個(gè)測(cè)試模塊，如例題中對(duì)兩個(gè)數(shù)求乘積的程序，可以測(cè)試輸入?yún)?shù)為a = 2， b = 5的結(jié)果， 也可以測(cè)試a = 100000， b = 0.01；a = 0，b = 0，或者設(shè)置a和b為隨機(jī)數(shù)等多種情況下程序的返回值。如果在后續(xù)課程中講到數(shù)組和矩陣時(shí)，可以在測(cè)試模塊中添加a = [1，2，3，4]，b = [3，0，0，1]此類情況，判斷學(xué)生是否在程序中加入了參數(shù)類型識(shí)別功能。再例如在課程講到參數(shù)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)函數(shù)nargin和nargout時(shí)，可以同樣以本題作為練習(xí)題，測(cè)試模塊中新增有a = 3，b = [ ]這樣的特殊情況，判斷學(xué)生是否在程序中加入了參數(shù)個(gè)數(shù)異常處理機(jī)制。依據(jù)課程的展開程度和延拓深度，教師可對(duì)考核文件進(jìn)行及時(shí)的修改以進(jìn)一步滿足教學(xué)需要。

1.3 成績(jī)判定

在grade.p文件中成績(jī)判定模塊自成一體，其工作原理是要求學(xué)生在最終提交課堂練習(xí)成果時(shí)，使用grade.p文件加上自己的學(xué)號(hào)進(jìn)行批改。每次批閱后，grade.p文件都會(huì)在桌面生成一個(gè)內(nèi)容為亂碼的文本文件。學(xué)生需要將自己的代碼連同該文本文件提交給教師機(jī)。由于每個(gè)學(xué)生的學(xué)號(hào)不同且提交客戶端識(shí)別碼不同，根據(jù)這兩項(xiàng)生成加密邏輯，則教師可以通過解密文本文件獲取每個(gè)學(xué)生的成績(jī)。為了防止有學(xué)生跳過某題的情況，grade.p文件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并識(shí)別當(dāng)前目錄下所有的函數(shù)文件并進(jìn)行批閱。教師也可在解密成績(jī)后隨機(jī)抽查學(xué)生的代碼文件進(jìn)行最終得分的驗(yàn)定。

2 成果評(píng)價(jià)

從引入通關(guān)考核法的教學(xué)改革的實(shí)踐效果來看，學(xué)生對(duì)于自主批閱式考查方法的接受度高，雖然在初次使用中需要摸索熟悉，但在重復(fù)使用后普遍接受并贊成這一方法，愿意為了得到最終的“恭喜通關(guān)”四個(gè)字而努力。這種自己做，自己改的考核方法提高了課堂效率，激發(fā)了學(xué)生在本門課程中的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)。因?yàn)橹乐挥凶约和瓿深}目才能得到成績(jī)提交給教師，每個(gè)學(xué)生都在積極認(rèn)真得進(jìn)行課堂練習(xí)，編程基礎(chǔ)較弱的同學(xué)也勇于問詢學(xué)習(xí)較好的同學(xué)，形成了小范圍內(nèi)的良性討論風(fēng)氣。在遇到難題的時(shí)候，學(xué)生也逐漸學(xué)會(huì)通過理解錯(cuò)誤提示，分析自己的程序，找出錯(cuò)誤原因。在面對(duì)批改程序中特殊參數(shù)的刁難時(shí)，學(xué)生也逐步發(fā)現(xiàn)自己代碼中不完善之處，在函數(shù)編寫上更加趨于標(biāo)準(zhǔn)化和成熟化。

傳統(tǒng)的收作業(yè)，教師批閱，發(fā)作業(yè)具有延時(shí)性，往往學(xué)生在下一堂課收到作業(yè)時(shí)已經(jīng)忘記了上一堂課的內(nèi)容，甚至有些細(xì)小的錯(cuò)誤沒有被教師發(fā)現(xiàn)，學(xué)生也自認(rèn)為回答正確。利用通關(guān)考核程序，學(xué)生可以即時(shí)得到反饋，明確自己的答案對(duì)錯(cuò)。對(duì)于一些惰于獨(dú)立思考的學(xué)生，通關(guān)考核法也在一定程度上提升了學(xué)習(xí)能動(dòng)性，提高了學(xué)生的課堂參與度。此外，通關(guān)考核法不僅幫助學(xué)生更好的發(fā)現(xiàn)問題，也解放了教師大量批閱作業(yè)的時(shí)間，可以更好地備課及為上課做準(zhǔn)備。

通關(guān)考核法的教學(xué)改革現(xiàn)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，尚存在一定的問題，批改程序也可進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)，為其將來能夠更好地服務(wù)本門課程，甚至于推廣到其他軟件類課程教學(xué)中去。

參考文獻(xiàn)：

[1]余國(guó)先，王峻.面向科研創(chuàng)新的MATLAB課程教學(xué)模式探索[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，43（1）：164-168.

[2]朱高峰，張艷蕾，梁平元.MATLAB課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2018，06：83-85.

[3]李念良，李望國(guó).基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的高校課程考核改革探究[J].科教導(dǎo)刊，2013，25（6）：14-15.

[4]Jenova Chen.Flow in Games （and Everything Else）[J].Communication of the ACM，2007，50（4）：31-34.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】