面向電氣控制專業的MATLAB語言及應用課程考試改革與實踐

高妍南 周生彬

(1.廣東海洋大學大學電子與信息工程學院;2.嶺南師范學院計算機與智能教育學院 廣東湛江 524088)

2018年10月教育部出臺了《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，其中指出，隨著信息技術的快速發展，學生的實踐能力尤為重要，需要讓學生在擁有豐富知識的基礎上，有效提升綜合實踐能力?？荚嚥恢皇菍W生知識掌握情況的考查，更是實現教師教學效果與水平的考核。對考試中存在的問題加以分析診斷，從而將“教”與“學”過程中的各種信息及時反饋，這對于鼓勵學生學習、促進教師提高教學方法和培養高水平工程人才具有重要意義。因此，為全面提升課堂教學質量，實現教育教學全方位改革，對課程的考試進行研究和改革實踐勢在必行。

MATLAB語言由于具有函數集成度高、語言簡單、強大的繪圖功能、豐富的專業工具箱等特點，成為國內大學電氣、自動化等專業必修的工具基礎課，是本科生和研究生學習基礎課、專業課、參加科學競賽和畢業設計中最常用、最有效的基礎編程軟件之一[1-2]。如何使學生在有限學時內掌握較多MATLAB 語言的知識，提高編程計算能力，利用MATLAB 語言和仿真平臺熟練解決工程實際問題，是MATLAB 語言課程教學改革面臨的迫切需要解決的問題。

如何提高過程評價一直是該語言類課程考試改革的重點及難點[3-5]。作為一門強大的計算和仿真工具，MATLAB語言在專業課程學習和創新實踐中發揮著非常重要的作用，然而課時較少，而內容覆蓋面較多，考核過程難是各大高校在該課程開展過程中普遍存在的問題。整體而言，平時成績的考核及評價在MATLAB類語言課程教學過程中尤為重要，較完善的課程過程考核機制及考核評價體系將充分利用現有有限的教學學時，達到更好的教學效果。

隨著互聯網的逐步發展，眾多先進網絡技術逐步被大眾所熟悉并使用。在“互聯網+”教育的教育改革背景下對MATLAB 語言課程考試改革，以現代化教育手段為媒介搭建習題庫及無紙化考試平臺，可實現過程線上綜合考核并對考核內容進行分級處理，提高過程考核的準確性[6]。此外，將游戲中的“強迫心理”引入過程考核中，以通關打分的模式引入競爭機制，可激勵學生自主學習，獨立完成課堂任務[7]。在教學改革過程中，多向融合的教學方式被驗證，可有效提升課程的教學效果，加強培養學生理論實踐結合和知識融合應用能力[8-9]。

該文將以先進互聯網技術為MATLAB 類語言課程考試改革的科學支撐，搭建包括習題庫及無紙化考試平臺在內的考試資源平臺，實現過程考核線上線下相結合的多元考核，并對考核內容按等級進階式處理，增強過程考核的準確性及客觀性。另外，結合教育改革創新的背景下面向電氣及自動化專業的教育新要求，設計面向復雜數學問題的求解、先進控制理論及應用、信息處理及分析、電氣工程自動化等多學科知識相融合的考核內容，緊密圍繞課程考試內容的設計與實施展開課程考試改革，通過考核不斷促進學生學習效果的提升，增強專業需求特色化，提升教學實踐效果，優化教學效率。

1 MATLAB語言及應用課程考核現狀分析

課程考試方面，如果仍是以傳統方式進行考核，難以準確評估單個學生的學習水平，同時也無法為學生提供有效的學習指導與幫助，限制實用型人才培養的發展需要。分別從考試形式、考試內容及考核評價方式3個方面分析《MATLAB語言及應用》課程考試的現狀及存在的主要問題。

1.1 過程評價不顯著，考核方式單一，無法真正檢驗學生的掌握能力

目前MATLAB 語言及應用課程的考核方式以期末考核為主，形式上主要有閉卷筆試、開卷筆試、大作業和課程論文這4種形式[6-7]。閉卷筆試中學生通常是通過硬性記憶的方式來復習考試內容，缺少實踐能力的培養。而開卷筆試常常使學生忽視學習過程，學習主動性較差。大作業和課程論文的考核方式普遍存在抄襲及雷同情況，大部分同學難以實現自己獨立動手完成，缺少了對學生獨立編程能力的鍛煉，教師也難以對該過程進行細致考核。上述考核方式由于各自缺陷都無法實現以考核促學習的目的。

1.2 考試內容局限于教材，缺少專業定位以及多學科知識融合

大多數高校都選擇在各專業課學習之前開設MATLAB 語言課程，所以學生對專業課程中相關知識了解得較少；此外還應考慮到學時限制問題，且大部分MATLAB語言課程的講授范圍內容局限于基礎編程部分，專業知識領域涉及較少[8]。因此，學生常反映，并不明白該門課程對后續專業課程的作用，搞不清楚學習該門課程的原因，無法和專業知識相融合，學習熱情不高，無法達到較好的學習效果。

1.3 缺少完善的考試評價體系，考核成績的評定易受主觀因素印象

《MATLAB語言及應用》課程考試成績由平時成績及期末成績組成，若缺少習題庫及專用考試平臺，在對平時成績進行評定時，存在教師工作量大效率低的問題[9]。期末考核通常讓學生結合專業背景和感興趣的問題，利用MATLAB 語言編程實現，完成一份大論文。在評定期末成績時，以大論文的完成情況及學生個人答辯情況兩方面情況給出成績，平均150 名學生需要在一天時間內完成答辯，并由教師根據答辯情況當場給出成績，由于工作量較大且依賴主觀因素，答辯成績的評定難以做到前后高度一致性。

基于以上，研究在教育改革創新的背景下，分析電氣信息類課程在互聯網+時代與工程專業認證的結合點，重點構建多元化的考核模式，形成線上線下相結合的多元考核方法，以創建具有學科背景特色的無紙化綜合考核平臺，實現階段性進階式過程考核、電氣專業學科知識融合和評價體系標準化三位一體的考核新模式，從《MATLAB語言及應用》課程的考核方式、考核內容、考核評價模式等多方面進行深入改革。該課程考試改革不僅可以客觀地評價學生的學習成績，還將通過持續的過程考核增強學生程序編程及實操能力；而且在通過小組學習、任務實施學習等方式中不斷激勵學生學習的主動性和積極性；從而使學生在不斷的學習中掌握知識能力，通過不斷總結問題、解決問題從而更加牢固地理解并掌握相關知識技能，進而實現《MATLAB語言及應用》課程的能力目標。

2 MATLAB語言及應用課程考試改革措施

2.1 進階式的階段性過程考核模式改革

2.1.1 構建階段性考核評價過程

傳統《MATLAB語言及應用》課程由多個子實驗組成，在平時教學過程中沒有考核任務，教師只針對學生提交的各個實驗報告線下給分，實驗報告雷同抄襲情況較嚴重，難以判定每個學生真實完成情況。如圖1所示，結合MATLAB語言及應用課程教學內容，將考核內容按照難度不同階梯式劃分到3 個階段中，實現進階式階段性考核：基礎知識考核階段、提高訓練考核階段和綜合應用考核階段，每個階段完成后學生要參與線上線下考核。其中，基礎知識考核階段、提高訓練考核階段要求學生在考試平臺隨機選題完成線上考核，綜合應用考核階段，學生完成相應課題任務并參加答辯完成線下考核。三大考核模塊按難度不同階梯式穿插在教學過程中，實現過程考核細致化，實現以考核促學習，擴大學習范圍，同時教師可利用階段性的考核結果及時分析學生存在的問題，進行專項性的講解與訓練，優化教學效率。

圖1 進階式階段性考核模式

2.1.2 搭建個性化題庫

傳統《MATLAB語言及應用》課程由于受時間和空間的限制，平時是讓每位學生求解同樣的練習題，這種方案無法實現學生對知識內容的個性化需求。利用互聯網技術，結合教學軟件及不同的信息技術手段，在不同的考核階段，分別編寫不同難度的練習題，可以分為入門難度、中級難度、高級難度，將題目下發到教學軟件中，使學生利用課下時間自行尋找適合自己難度的題目，實現一種進階式個性化學習模式，使傳統教學的效率有力提升和補充。

2.2 基于多向融合式的考試內容改革

2.2.1 立足電氣專業特色及多學科知識融合的考試內容設計

《MATLAB語言及應用》課程的特色主義體現在兩方面：一是利用應用軟件類實踐課程培養學生自身分析問題及解決問題的能力；二是利用該工具軟件來解決各類專業實際問題，需要結合該學科實際情況與專業知識深度融合。因此，在該門課程考核內容設計上要體現專業特色、學科特色，具體見表1，合理設計各系列所對應的考核項目，使各學科有關交叉理論知識得到充分融合。通過考核內容的改革，使學生做到應用課程所學內容的融會貫通，有目的、有針對性地解決一些相關的與電氣工程及自動化專業相關的任務。

表1 考試內容設計

2.2.2 制訂以科研實訓任務驅動為主的多學科知識應用融合方式

結合在表1 所示各章節的考核內容設計，緊密結合課程各章節要求掌握的識點，充分融合學科關聯交叉理論知識，合理設置系列相關的技術課題任務，并以任務驅動為切入點，優化考核內容組織方式。進一步，將該課程包含的MATLAB/Simulink 編程、建模仿真等知識，與該專業緊密關聯的數字信號處理、自動控制理論、電機學、電氣工程基礎、電力系統分析、電力電子技術、新能源發電系統等相關課程知識有機融合，實現對專業復雜工程課題的問題分析、模型構建、設計調試和解決，充分激發學生自主學習和探索實踐的熱情，實現基于任務驅動的多學科交叉知識融合應用。

2.3 基于“線上+線下”相結合的考核評價方案改革

2.3.1 制定統一考核評價標準

對課程考試模式按階段性劃分出了基礎知識考核、提高訓練考核和綜合應用考核，每個學生的成績由個人成績和小組成績組成，在基礎知識考核及提高訓練考核中學生利用無紙化考試平臺取得個人成績，在綜合應用考核階段以小組完成課題任務取得小組成績。為了體現考試的公平性和可實施性，以尊重平時測評成績為重，將基礎知識考核和提高訓練考核分配50分：其中，基礎知識考核階段設計為20分，提高訓練考核階段設計為30分，綜合應用考核成績得分分配50分。在優秀、合格和不合格的劃分中，以得分的百分比例進行劃分，小于得分的60%為不合格，得分60%～80%為合格，大于得分的80%為優秀。

2.3.2 搭建無紙化線上考試平臺，提高過程考核準確性

為加強考核過程標準化及客觀化，在習題庫基礎上搭建無紙化考試平臺，使每個學生在基礎知識考核階段及提高訓練考核階段利用該平臺完成考核任務，得到個人成績。該平臺構建的主要目標在于提高教學質量、增強學生自主編程能力、降低教師工作強度并提高工作效率。其中，學生端可實現在線答題、學生互評、隨機抽題答題，教師端可實現作業發布、習題庫的維護、考試階段設計、考試數據分析與打印。

2.3.3 線下綜合應用考核評價模式改革

綜合應用考核成績體現為學生提交的大作業的成績及線下答辯成績，占期末總成績的50%。過去針對每位同學單獨打分，易造成考核效率低且前后成績評定的不一致性等問題。設計在綜合應用考核階段根據班級人數將學生分成不同小組，每組3～6人，并選取一名組長，每組根據布置的綜合考核任務，確定各自的分工。教師需要在學生完成課題任務的全過程中給予適當的指導，同時在任務布置前要按學生分組情況，組織學生按照5個步驟完成課題任務：知識點整理歸納、相關文獻資料搜集、課題任務拆解分析、解決方案的研討與制定、編程仿真實踐。最終，以小組形式安排進行答辯提問環節。

在答辯階段，結合前兩階段考核評價的個人成績及小組分組情況，組成由教師及學生代表（3～4 名，在前兩階段考核成績占前5%的學生）過程的答辯評定小組，答辯后根據課題完成質量和小組答辯質量進行綜合評估打分。該項改革的目的就是通過課程的成績考核檢查教師的教學效果和學生的知識掌握情況，激發學生的學習熱情，增強學生的團隊協作精神，使學生充分展示自己已掌握知識的程度和運用能力。

3 結語

作為一門強大的計算和仿真工具，MATLAB 語言在電氣及自動化專業課程學習和創新實踐中發揮著非常重要的作用。課時少，教學內容多且雜，難以實現量化考核是各大高校在該課程開展過程中普遍存在的問題。

通過歷年來教學經驗，結合筆者學校電子與信息工程學院電氣工程及自動化專業的《MATLAB 語言及應用》課程考核實際情況，該文以構建多元化教學模式為重點，以建立線上線下混合考核方法為落腳點，創建無紙化綜合考核平臺為技術依托，實現階段性過程考核、多學科知識融合和評價體系標準化三位一體的考核新模式為目標，在《MATLAB 語言及應用》課程的考核方式、考核內容、考核評價模式等方面進行全面改革。

通過該研究，可以有效提高過程考核評價的準確性，此外可以做到及時了解與評定學生知識掌握的情況，有效發現成績與問題，使教學過程得到了規范與改進，提高了整體教學質量。進一步，通過提高考核評價的客觀化細致化，制定規范的評價依據和標準，科學評價考試成績，將更有助于提高學生在平時課堂中的學習熱情及積極性，避免出現考試臨時突擊學習等不良現象，讓考試評價真正成為激勵學生學習的手段，提高知識自信，從而更加有助于學生綜合實踐能力、創新融合思維的形成。