利用MATLAB Mobile和ThingSpeak让学生参与基于项目的学习

André Knoesen博士和加州大学戴维斯分校的Marina Radulaski博士告诉MathWorks

在工程问题解决，加州大学戴维斯分校(UC Davis)工程系一年级的学生学习编程基础知识，解决问题陈述只有部分定义的问题。当COVID-19大流行迫使我们转向在线学习时，我们发现自己在做一些创造性的问题解决。当课程转移到网上时，我们如何保持学生的参与度?

我们决定降低考试和课堂评估的重要性，给最终项目更多的时间和权重，在这个项目中，学生团队使用他们的MATLAB^®技能来构建他们选择的应用程序(图1)MATLAB移动™和ThingSpeak™集成到课程中，这样学生就可以从他们的移动设备上获取数据，并与不同地点的团队成员轻松互动。ThingSpeak还让学生们能够构建应用程序，这些应用程序本身就可以促进远程交互。尽管远程学习存在困难，但期末调查和高质量的应用程序证实，学生们很享受课程，并积极参与学习材料。

在线学习基础

我们一直在教工程问题解决我已经使用MATLAB很多年了，部分原因是MATLAB使学生能够快速学习编程，即使他们之前没有任何经验。在大流行之前，我们一直在使用基于MATLAB的材料和工具，为向在线学习过渡奠定了基础。例如，在亲自授课时，我们每周都会安排一次阅读MATLAB简介zyBook¹．每次阅读之后都有测试所涵盖概念理解能力的练习(图2)。学生作业自动评分MATLAB年级™，使我们能够提供即时的、个性化的反馈。

在课堂上，我们回顾了阅读材料，并使用交互式MATLAB实时脚本进行了示例。与住编辑器在开放课程中，我们为课程中涉及的每个主题演示了简单的编码示例，包括数组处理、数据分析、流控制、过程性和面向对象的编程以及UI设计。

在本季度结束时，学生们将他们在整个课程中学到的知识应用到他们的最终项目中。这些项目涉及使用App Designer创建应用程序。用户界面设计加强了面向对象的编程概念，因为图形元素都是作为对象以编程方式控制的。这也给了学生在交流信息时发挥创造力的机会。

使用ThingSpeak和MATLAB Mobile简化过渡

zyBook和实时脚本简化了向在线学习的过渡，因为它们支持交互式、自定节奏的学习。万博1manbetx然而，我们知道，一些路线的改变是必要的。除了九名研究生助教之外，我们还增加了两名刚上过这门课的本科生助教。在网络论坛上，本科生助教们根据自己的经验分享心得并提供指导。我们还提供了异步(录制)和同步(现场)讲座的组合，使用现场脚本来介绍和演示材料。

除了让学生有更多的时间来设计和实现他们的应用程序外，我们还想让团队的体验变得有趣，尽管社交距离的要求阻止了他们紧密合作。我们在ThingSpeak和MATLAB Mobile中找到了解决方案。

ThingSpeak被设计为物联网分析服务，为第一次编程的程序员提供了一种方便且易于实现的机制，可以在云中存储和共享数据。更重要的是，它使我们的学生能够在一个小组项目中远程相互交流。与此同时，MATLAB Mobile使团队能够从移动设备中的内置传感器获取GPS和其他真实世界的数据，如位置、速度和加速度。

学生们可以从三个类别中选择他们的最终项目:纸牌游戏、骰子游戏或基于传感器的应用程序。纸牌和骰子游戏需要使用ThingSpeak在玩家之间交换信息，例如出牌的花色和数量或掷骰子的数量。学生们使用MATLAB Mobile从移动设备获取传感器数据，MATLAB Drive将传感器数据存储在云中，ThingSpeak存储和检索数据段以实现基于web的游戏。学生使用ThingSpeak通道读写数据thingspeakread而且thingspeakwrite功能。一些学生还使用ThingSpeak来触发动作，如发送推特和创建可视化。学生通过App Designer创建的交互式应用程序与ThingSpeak进行交流。

除了构建应用程序，每个团队还必须创建一个视频来演示应用程序，并解释他们的代码是如何工作的。最近的项目包括Crazy eight纸牌游戏、《Yahtzee》和一款追踪用户位置、速度和加速度的应用(图3)。我们一直对这些应用和视频的创造性和复杂性印象深刻。显然，学生们发现在现实应用中直接使用有形数据非常有动力。

一个团队将地图可视化集成到他们的通道视图中，以显示来自真实数据的实时结果(图4，左)。该团队能够使用他们自己的个人数据并立即看到处理结果。另一个团队使用ThingSpeak频道上的数字显示小部件(图4)，使他们能够快速调试他们的共享游戏。

准备重返现场指导

作为全面重新开放的一步，加州大学校园将采用课堂和在线学习相结合的混合模式，我们计划保留我们已经实施的许多课程变化。例如，我们将保留本科生助教项目，该项目受到了目前学生的广泛好评，并且可能会继续让学生使用MATLAB Mobile和ThingSpeak远程完成一些实验室工作和最终项目。有了这些技术，我们可以让学生在本质上是理论编程课程中接触硬件。这些工具在有数百名学生的课堂上效果很好;由于学生可以在自己的设备中使用传感器，我们不需要提供传感器硬件，而且由于这些工具不需要任何硬件设置，学生可以快速开始数据采集。一如既往，我们的主要目标是继续建立我们的学生的自信，向他们展示，在短短10周内，他们可以创建复杂的、交互式的应用程序，收集、交换和分析现实世界的数据。

¹André Knoesen博士共同撰写MATLAB简介．