卡内基梅隆大学的教授使用在线MATLAB教程来教授生物医学工程的计算方法

解决方案

采用翻转课堂策略，学生在线完成MATLAB教程，在课前学习MATLAB的基础知识

结果

翻转课堂启用
积极参与引发
编程效率增加

“在使用翻转课堂教学时，你不能指望学生在没有适当的指导材料、没有准备好来上课的情况下自学。交互式MATLAB教程非常适合吸引学生，让他们快速上手。”
王玉立博士，CMU

在正常和恶性乳腺组织样本的电阻抗测量中使用K-means聚类来识别聚类。散点图显示了这些主成分对之间的关系，用不同的颜色来描述不同簇的分布。

对于那些在编程方面经验相对较少的学生来说，一门关于计算或数值方法的研究生水平的课程可能会让他们望而却步。为了让这些学生参与进来，并使他们在一个学期内达到工程任务的功能水平，教师必须提供有意义的练习，以适应学生的特定工程兴趣，同时确保学生快速前进，而不是被低级的编码细节所淹没。

生物医学工程博士予力王的卡耐基梅隆大学教授通过翻转课堂战略与MATLAB结合遇到了这个挑战^®基于任务。来上课之前，学生完成互动MATLAB教程。在课堂上，他们申请他们已经在教程中获得的基本技能，是在一个更高的层次或相关的生物医学工程问题。王医生发现，这种做法增加了参与和帮助，为工程的问题，他们将滑车执业的专业人士准备的学生。

“教学数值方法与传统的基于课本的方法可干，而不是特别感兴趣的学生，所以在我的过程中，我们直接进入与MATLAB的任务，”王医生说。“在课程结束后，学生们更充分的准备是有效的工程师比更传统的数值方法类培养出来的学生。”

挑战

王博士的新课程，计算生物医学工程基础，CMU的第一个研究生级别的生物医学工程课程是完全基于MATLAB和Simulink吗万博1manbetx^®。王医生进行早期的一流的调查显示，尽管其有限的编程背景，大多数学生要成为“超级用户” MATLAB和使用它的两种生物医学工程课程和未来的职业生涯。

虽然他有几十年的其他语言编程经验，从汇编语言到c++，王博士不是MATLAB专家。为了准备每堂课，他需要提高自己的熟练程度，并确定学生将使用的资源。

解决方案

王博士利用MathWorks在线培训课程学习MATLAB，并在新的《计算方法》课程中采用翻转课堂的方法。在给学生布置辅导课之前，王博士会亲自完成辅导课，以确定进度和确定学生可能需要帮助的领域。

王医生发现，他可以最大限度地减少花费通过要求学生完成他上课前指定辅导课教学在课堂上的基本语法的时间。在课堂上，他简要回顾在教程中介绍的主要概念，然后展示了学生们如何在生物医学工程方面应用它们。例如，在他们的第一个任务之一，学生使用MATLAB来分析患者数据发现血压，胆固醇和整体健康之间的关系。对于图像分析的教训，开始用一种算法学生文件交换MATLAB的中央上米粒的照片进行图像分割下载，修改它来计算和测量细胞核。

通过采用类似的教学方法，王博士在完成教程后扩展了几个重要的主题领域。例如，对于线性代数，王博士引入了附加的解决问题的材料来涵盖特征向量、奇异值分解和主成分分析的应用。学生们使用MATLAB教程建立的基础使他们更容易掌握抽象和复杂的概念。

当王医生覆盖常微分方程（常微分方程），他要求学生完成与MATLAB求解求解微分方程的教程。然后，学生被要求解决象征性地使用符号数学工具箱™和图形化利用Simulink同样的常微分方程。万博1manbetx

该课程与机器学习与MATLAB教程结束。许多学生则选择使用传统的任一机器学习或基于神经网络的深度学习的最后一个项目上他们所选择的主题。主题包括胸部X射线图像的分类，用于检测肺炎，脑电图记录用于检测痴呆，心电图记录用于检测心律失常，并且用于自动血球计数白血细胞的图像。许多项目涉及的是比较分类方法，从简单的回归深度学习。

对于未来的学期，王医生的计划，以配发更多的时间机器学习和深度学习响应学生的反馈和学生对他们的最终项目广泛使用的分类器。

结果

翻转课堂启用。“MATLAB教程对我教授计算方法的能力产生了日夜不同的影响，而翻转课堂可以最大限度地提高效果，”王博士说。“例如，如果我用Python来教这门课，我可能不得不从课堂中抽出时间来教基础知识，或者自己花时间创建类似的教程。”
积极参与了。“MATLAB基础取代了那些原本会是一系列无聊和费时的讲座，”王博士说。“随着技能的提高，学生们变得更加积极主动，对我给他们的挑战做出了更好、更有趣的回答。”
编程效率增加。“MATLAB是工程一个非常有效的工具，它使学生和执业的专业人士和我一样轻松，快速地解决问题，”王医生说。“如果我要使用C或C ++为原型设计了类似的问题，即使我有一个很好的图书馆可供它可能会带我更多的时间和精力才能看到效果比我用MATLAB。”