教授一夜之间重新设计MATLAB课程以应对COVID-19
在线和交互式工具简化了向远程学习的转变
2020年3月12日，在加州大学戴维斯分校为应对COVID-19大流行而上线。结果，加州大学戴维斯分校电子和计算机工程教授André克诺森博士被迫改变了他的想法工程问题解决课程，使用MATLAB编写®，变成远程学习体验。他无法通过阅读学生的面部表情和肢体语言来直觉地判断他们是否在专心学习。原本为小组解决具体问题和实践项目而设计的现场实验室已经不复存在。对学生学习至关重要的社区环境消失了，减少作弊的结构也消失了。
“如果没有zyBook和已经到位的交互式MATLAB结构，我们的过渡将会更加困难。我想说几乎不可能。”
André Knoesen博士，加州大学戴维斯分校电子和计算机工程教授
“这非常令人沮丧，”Knoesen说。
克诺森还想知道，向在线学习的过渡是否会减缓他的课程的势头。“这是我最大的担忧，我们无法覆盖所有的内容和主题，”他说。
但克诺森在这门课上有一个主要优势:他已经在使用MATLAB简介zyBook作为他课程的一部分。这本互动式电子教材由克诺森和他在加州大学戴维斯分校的同事Rajeevan Amirtharajah于2012年共同撰写，每年更新一次。学生阅读文本，然后通过回答问题和编写代码来测试他们的知识。在这个过程中，他们会收到建议和反馈。由于zyBook集成了MATLAB Grader，学生的作业将自动评分。
Knoesen教授的教学问题解决入门在放大。图片来源:加州大学戴维斯分校
然后，Knoesen将其他MATLAB特性引入到课程中，包括MATLAB实时脚本、MATLAB Mobile™和ThingSpeak™，以创建丰富的在线体验。“如果没有zyBook和已经到位的交互式MATLAB结构，我们的过渡将会更加困难。我想说几乎不可能，”Knoesen说。
旧常态
在大学2020年冬季学期开始时，大学生活一切正常。每天早上，克诺森都会把车停在肯珀大厅附近，然后步行大约15分钟穿过校园——在古老雄伟的橡树下，经过巨大的绿色四边形——来到杨大厅，在那里他给大约200名学生上课。潮湿的雾弥漫在空气中，这是冬天的典型现象，直到上午8点半左右太阳到达地平线。
学期初，他注意到一群热情的学生，他们性别、种族和专业各不相同，一起坐在报告厅的前面。他们友好地开玩笑，似乎把其他学生也吸引到他们的圈子里。克诺森喜欢在课前和他们聊天，在课堂上看着他们，以了解学生们是否投入并理解了内容。他说:“直到我不得不远程教授同一门课程时，我才完全意识到这种反馈有多么重要，尤其是在一个大班中。”
在他的课程中，他依赖于MATLAB zyBook。学生们利用自己的时间在电脑上阅读交互式书籍。他们阅读主题部分，如变量、脚本、字符串或数组，然后在“参与活动”中回答问题。这本书还对“挑战活动”进行了评分，他们将MATLAB代码直接写入网络浏览器。
在课堂上，克诺森通常使用微软来展示概念®演示文稿®．他还使用了一种名为iClicker的技术，这是一种类似遥控器的设备(以及一款手机应用程序)，可以让学生在课堂上匿名回答问题。如果他们的回答表明他们没有理解，他就会调整他的指导。值得庆幸的是，他能够将iClicker技术保留在远程环境中。但在今年2月，随着COVID-19病例开始增多，他决定用MATLAB实时脚本交互式文档取代少数剩余的PowerPoint说明，这使他能够在一个名为“实时编辑器”的单一环境中编写和执行代码，以及文本、方程和图像。他认为，如果课程必须在网上进行，它可能会派上用场。
他说:“我们不知道这将是一次‘突然戒断’的转变。”
的MATLAB简介zyBook，作者André Knoesen和Rajeevan Amirtharajah。
学校关闭
这几乎是在一夜之间发生的。三月中旬，期末考试前一周，学校关闭了。尽管克诺森的办公室里有三盒打印好的试卷，但他不能使用它们。他和加州大学戴维斯分校的其他教职员工争先恐后地远程管理期末考试。克诺森说，这提出了公平的问题。在教室里考试，在教授或助教的监督下，使得学生更难以作弊——这是所有大学都在应对的一个严重问题。但是仍然没有远程监考学生的好方法。由于期中和期末考试占学生成绩的50%，因此风险很高。克诺森可以看到，他将不得不在春天做出一些调整。
“MATLAB课程是有益的，因为我马上就能使用它，并将其应用到现实生活中的项目中。”
穆斯塔法·易卜拉欣，加州大学戴维斯分校电子工程专业的学生
“那次经历让我大开眼界，”克诺森说。
他的解决方案是把更多的重点放在教学上，而不是期中和期末这样的重大评估。在整个课程中，他给学生们做了一系列小型评估，并在学期末做了一个开放式项目。他将PowerPoint幻灯片转换为MATLAB实时脚本，并在Zoom举办的在线课程上进行了演示。他说:“将注释和编码集成到一个文档中非常有帮助。”学生们仍然可以在远程学习环境中使用iClicker应用程序，并可以回答克诺森在线提出的问题，以评估他们的理解能力。
不过，他仍然怀念面对面的交流。他说:“这种非正式的面对面互动非常自然，被认为是理所当然的，对于在选修这门课程的学生之间建立社会联系至关重要，尤其是在一个招生人数众多的班级。”“我也很难了解如何根据参与者的理解来调整讲座。”
穆斯塔法·易卜拉欣(Mostafa Ibrahim)现在是电气工程专业的大二学生，他和他的团队将MATLAB Mobile和ThingSpeak结合起来，不仅可以创建他们运动的地图和图表，还可以在用户达到特定的步行速度或位置时发送推文。虽然这个项目只是为了好玩，但易卜拉欣最终把他学到的东西应用到他的工作中，成为了加州大学戴维斯方程式赛车俱乐部的一员，该俱乐部设计、制造和比赛高性能电动汽车。他的队友们想要可视化他们汽车上的传感器数据，易卜拉欣站出来做了这件事。易卜拉欣说:“MATLAB课程是有益的，因为我立即使用它，并将其应用到现实生活中的项目中。”
MATLAB最终项目工程问题解决课程:疯狂的8分。图片来源:Emily Frias-Contreras
继续远程学习
克诺森说，远程教学仍在进行中。他认为，尽管在正常情况下，学生们每周见面两次，但每周见面两次的在线直播课程就太多了。他认为每周一节同步的面对面课程就足够了，再辅以zyBooks中自动评分的挑战活动(Challenge Activities)的异步授课时间。“在这本书的新版本中，有一些额外的问题使这种改变更容易，”他说。
“我得到的最有意义的赞美是，当完成这门课程的学生在几年后拦住我，告诉我在课堂上学到的编程技术对他们以后的学习或职业生涯很有用。”
André Knoesen博士，加州大学戴维斯分校电子和计算机工程教授
好消息是，春季学期的分析显示，MATLAB课程中可能作弊的学生不到5%。克诺森认为，在一个季度内进行许多小型评估，同时取消期中和期末考试，将进一步降低作弊的可能性，减少学生的焦虑。
克诺森说，能够指导一个几乎没有编程背景的学生，让他们有信心编写相对复杂的计算机应用程序，是一种荣幸。MATLAB环境使学生在短短10周内了解编程的基本知识。一旦学生意识到数据捕获、操作、可视化和交互的基本元素是通用的，并且独立于应用领域，他们就开始以创造性的方式在他们感兴趣的领域应用他们的编程技能。
Young Hall，加州大学戴维斯分校。图片来源:加州大学戴维斯分校
克诺森说:“我得到的最有意义的赞美是，当完成这门课程的学生在几年后拦住我，告诉我在课堂上学到的编程技术对他们以后的学习或职业生涯很有用。”
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