面向电气控制专业的MATLAB语言及应用课程考试改革与实践

高妍南 周生彬

(1.广东海洋大学大学电子与信息工程学院;2.岭南师范学院计算机与智能教育学院 广东湛江 524088)

2018年10月教育部出台了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，其中指出，随着信息技术的快速发展，学生的实践能力尤为重要，需要让学生在拥有丰富知识的基础上，有效提升综合实践能力。考试不只是对学生知识掌握情况的考查，更是实现教师教学效果与水平的考核。对考试中存在的问题加以分析诊断，从而将“教”与“学”过程中的各种信息及时反馈，这对于鼓励学生学习、促进教师提高教学方法和培养高水平工程人才具有重要意义。因此，为全面提升课堂教学质量，实现教育教学全方位改革，对课程的考试进行研究和改革实践势在必行。

MATLAB语言由于具有函数集成度高、语言简单、强大的绘图功能、丰富的专业工具箱等特点，成为国内大学电气、自动化等专业必修的工具基础课，是本科生和研究生学习基础课、专业课、参加科学竞赛和毕业设计中最常用、最有效的基础编程软件之一[1-2]。如何使学生在有限学时内掌握较多MATLAB 语言的知识，提高编程计算能力，利用MATLAB 语言和仿真平台熟练解决工程实际问题，是MATLAB 语言课程教学改革面临的迫切需要解决的问题。

如何提高过程评价一直是该语言类课程考试改革的重点及难点[3-5]。作为一门强大的计算和仿真工具，MATLAB语言在专业课程学习和创新实践中发挥着非常重要的作用，然而课时较少，而内容覆盖面较多，考核过程难是各大高校在该课程开展过程中普遍存在的问题。整体而言，平时成绩的考核及评价在MATLAB类语言课程教学过程中尤为重要，较完善的课程过程考核机制及考核评价体系将充分利用现有有限的教学学时，达到更好的教学效果。

随着互联网的逐步发展，众多先进网络技术逐步被大众所熟悉并使用。在“互联网+”教育的教育改革背景下对MATLAB 语言课程考试改革，以现代化教育手段为媒介搭建习题库及无纸化考试平台，可实现过程线上综合考核并对考核内容进行分级处理，提高过程考核的准确性[6]。此外，将游戏中的“强迫心理”引入过程考核中，以通关打分的模式引入竞争机制，可激励学生自主学习，独立完成课堂任务[7]。在教学改革过程中，多向融合的教学方式被验证，可有效提升课程的教学效果，加强培养学生理论实践结合和知识融合应用能力[8-9]。

该文将以先进互联网技术为MATLAB 类语言课程考试改革的科学支撑，搭建包括习题库及无纸化考试平台在内的考试资源平台，实现过程考核线上线下相结合的多元考核，并对考核内容按等级进阶式处理，增强过程考核的准确性及客观性。另外，结合教育改革创新的背景下面向电气及自动化专业的教育新要求，设计面向复杂数学问题的求解、先进控制理论及应用、信息处理及分析、电气工程自动化等多学科知识相融合的考核内容，紧密围绕课程考试内容的设计与实施展开课程考试改革，通过考核不断促进学生学习效果的提升，增强专业需求特色化，提升教学实践效果，优化教学效率。

1 MATLAB语言及应用课程考核现状分析

课程考试方面，如果仍是以传统方式进行考核，难以准确评估单个学生的学习水平，同时也无法为学生提供有效的学习指导与帮助，限制实用型人才培养的发展需要。分别从考试形式、考试内容及考核评价方式3个方面分析《MATLAB语言及应用》课程考试的现状及存在的主要问题。

1.1 过程评价不显著，考核方式单一，无法真正检验学生的掌握能力

目前MATLAB 语言及应用课程的考核方式以期末考核为主，形式上主要有闭卷笔试、开卷笔试、大作业和课程论文这4种形式[6-7]。闭卷笔试中学生通常是通过硬性记忆的方式来复习考试内容，缺少实践能力的培养。而开卷笔试常常使学生忽视学习过程，学习主动性较差。大作业和课程论文的考核方式普遍存在抄袭及雷同情况，大部分同学难以实现自己独立动手完成，缺少了对学生独立编程能力的锻炼，教师也难以对该过程进行细致考核。上述考核方式由于各自缺陷都无法实现以考核促学习的目的。

1.2 考试内容局限于教材，缺少专业定位以及多学科知识融合

大多数高校都选择在各专业课学习之前开设MATLAB 语言课程，所以学生对专业课程中相关知识了解得较少；此外还应考虑到学时限制问题，且大部分MATLAB语言课程的讲授范围内容局限于基础编程部分，专业知识领域涉及较少[8]。因此，学生常反映，并不明白该门课程对后续专业课程的作用，搞不清楚学习该门课程的原因，无法和专业知识相融合，学习热情不高，无法达到较好的学习效果。

1.3 缺少完善的考试评价体系，考核成绩的评定易受主观因素印象

《MATLAB语言及应用》课程考试成绩由平时成绩及期末成绩组成，若缺少习题库及专用考试平台，在对平时成绩进行评定时，存在教师工作量大效率低的问题[9]。期末考核通常让学生结合专业背景和感兴趣的问题，利用MATLAB 语言编程实现，完成一份大论文。在评定期末成绩时，以大论文的完成情况及学生个人答辩情况两方面情况给出成绩，平均150 名学生需要在一天时间内完成答辩，并由教师根据答辩情况当场给出成绩，由于工作量较大且依赖主观因素，答辩成绩的评定难以做到前后高度一致性。

基于以上，研究在教育改革创新的背景下，分析电气信息类课程在互联网+时代与工程专业认证的结合点，重点构建多元化的考核模式，形成线上线下相结合的多元考核方法，以创建具有学科背景特色的无纸化综合考核平台，实现阶段性进阶式过程考核、电气专业学科知识融合和评价体系标准化三位一体的考核新模式，从《MATLAB语言及应用》课程的考核方式、考核内容、考核评价模式等多方面进行深入改革。该课程考试改革不仅可以客观地评价学生的学习成绩，还将通过持续的过程考核增强学生程序编程及实操能力；而且在通过小组学习、任务实施学习等方式中不断激励学生学习的主动性和积极性；从而使学生在不断的学习中掌握知识能力，通过不断总结问题、解决问题从而更加牢固地理解并掌握相关知识技能，进而实现《MATLAB语言及应用》课程的能力目标。

2 MATLAB语言及应用课程考试改革措施

2.1 进阶式的阶段性过程考核模式改革

2.1.1 构建阶段性考核评价过程

传统《MATLAB语言及应用》课程由多个子实验组成，在平时教学过程中没有考核任务，教师只针对学生提交的各个实验报告线下给分，实验报告雷同抄袭情况较严重，难以判定每个学生真实完成情况。如图1所示，结合MATLAB语言及应用课程教学内容，将考核内容按照难度不同阶梯式划分到3 个阶段中，实现进阶式阶段性考核：基础知识考核阶段、提高训练考核阶段和综合应用考核阶段，每个阶段完成后学生要参与线上线下考核。其中，基础知识考核阶段、提高训练考核阶段要求学生在考试平台随机选题完成线上考核，综合应用考核阶段，学生完成相应课题任务并参加答辩完成线下考核。三大考核模块按难度不同阶梯式穿插在教学过程中，实现过程考核细致化，实现以考核促学习，扩大学习范围，同时教师可利用阶段性的考核结果及时分析学生存在的问题，进行专项性的讲解与训练，优化教学效率。

图1 进阶式阶段性考核模式

2.1.2 搭建个性化题库

传统《MATLAB语言及应用》课程由于受时间和空间的限制，平时是让每位学生求解同样的练习题，这种方案无法实现学生对知识内容的个性化需求。利用互联网技术，结合教学软件及不同的信息技术手段，在不同的考核阶段，分别编写不同难度的练习题，可以分为入门难度、中级难度、高级难度，将题目下发到教学软件中，使学生利用课下时间自行寻找适合自己难度的题目，实现一种进阶式个性化学习模式，使传统教学的效率有力提升和补充。

2.2 基于多向融合式的考试内容改革

2.2.1 立足电气专业特色及多学科知识融合的考试内容设计

《MATLAB语言及应用》课程的特色主义体现在两方面：一是利用应用软件类实践课程培养学生自身分析问题及解决问题的能力；二是利用该工具软件来解决各类专业实际问题，需要结合该学科实际情况与专业知识深度融合。因此，在该门课程考核内容设计上要体现专业特色、学科特色，具体见表1，合理设计各系列所对应的考核项目，使各学科有关交叉理论知识得到充分融合。通过考核内容的改革，使学生做到应用课程所学内容的融会贯通，有目的、有针对性地解决一些相关的与电气工程及自动化专业相关的任务。

表1 考试内容设计

2.2.2 制订以科研实训任务驱动为主的多学科知识应用融合方式

结合在表1 所示各章节的考核内容设计，紧密结合课程各章节要求掌握的识点，充分融合学科关联交叉理论知识，合理设置系列相关的技术课题任务，并以任务驱动为切入点，优化考核内容组织方式。进一步，将该课程包含的MATLAB/Simulink 编程、建模仿真等知识，与该专业紧密关联的数字信号处理、自动控制理论、电机学、电气工程基础、电力系统分析、电力电子技术、新能源发电系统等相关课程知识有机融合，实现对专业复杂工程课题的问题分析、模型构建、设计调试和解决，充分激发学生自主学习和探索实践的热情，实现基于任务驱动的多学科交叉知识融合应用。

2.3 基于“线上+线下”相结合的考核评价方案改革

2.3.1 制定统一考核评价标准

对课程考试模式按阶段性划分出了基础知识考核、提高训练考核和综合应用考核，每个学生的成绩由个人成绩和小组成绩组成，在基础知识考核及提高训练考核中学生利用无纸化考试平台取得个人成绩，在综合应用考核阶段以小组完成课题任务取得小组成绩。为了体现考试的公平性和可实施性，以尊重平时测评成绩为重，将基础知识考核和提高训练考核分配50分：其中，基础知识考核阶段设计为20分，提高训练考核阶段设计为30分，综合应用考核成绩得分分配50分。在优秀、合格和不合格的划分中，以得分的百分比例进行划分，小于得分的60%为不合格，得分60%～80%为合格，大于得分的80%为优秀。

2.3.2 搭建无纸化线上考试平台，提高过程考核准确性

为加强考核过程标准化及客观化，在习题库基础上搭建无纸化考试平台，使每个学生在基础知识考核阶段及提高训练考核阶段利用该平台完成考核任务，得到个人成绩。该平台构建的主要目标在于提高教学质量、增强学生自主编程能力、降低教师工作强度并提高工作效率。其中，学生端可实现在线答题、学生互评、随机抽题答题，教师端可实现作业发布、习题库的维护、考试阶段设计、考试数据分析与打印。

2.3.3 线下综合应用考核评价模式改革

综合应用考核成绩体现为学生提交的大作业的成绩及线下答辩成绩，占期末总成绩的50%。过去针对每位同学单独打分，易造成考核效率低且前后成绩评定的不一致性等问题。设计在综合应用考核阶段根据班级人数将学生分成不同小组，每组3～6人，并选取一名组长，每组根据布置的综合考核任务，确定各自的分工。教师需要在学生完成课题任务的全过程中给予适当的指导，同时在任务布置前要按学生分组情况，组织学生按照5个步骤完成课题任务：知识点整理归纳、相关文献资料搜集、课题任务拆解分析、解决方案的研讨与制定、编程仿真实践。最终，以小组形式安排进行答辩提问环节。

在答辩阶段，结合前两阶段考核评价的个人成绩及小组分组情况，组成由教师及学生代表（3～4 名，在前两阶段考核成绩占前5%的学生）过程的答辩评定小组，答辩后根据课题完成质量和小组答辩质量进行综合评估打分。该项改革的目的就是通过课程的成绩考核检查教师的教学效果和学生的知识掌握情况，激发学生的学习热情，增强学生的团队协作精神，使学生充分展示自己已掌握知识的程度和运用能力。

3 结语

作为一门强大的计算和仿真工具，MATLAB 语言在电气及自动化专业课程学习和创新实践中发挥着非常重要的作用。课时少，教学内容多且杂，难以实现量化考核是各大高校在该课程开展过程中普遍存在的问题。

通过历年来教学经验，结合笔者学校电子与信息工程学院电气工程及自动化专业的《MATLAB 语言及应用》课程考核实际情况，该文以构建多元化教学模式为重点，以建立线上线下混合考核方法为落脚点，创建无纸化综合考核平台为技术依托，实现阶段性过程考核、多学科知识融合和评价体系标准化三位一体的考核新模式为目标，在《MATLAB 语言及应用》课程的考核方式、考核内容、考核评价模式等方面进行全面改革。

通过该研究，可以有效提高过程考核评价的准确性，此外可以做到及时了解与评定学生知识掌握的情况，有效发现成绩与问题，使教学过程得到了规范与改进，提高了整体教学质量。进一步，通过提高考核评价的客观化细致化，制定规范的评价依据和标准，科学评价考试成绩，将更有助于提高学生在平时课堂中的学习热情及积极性，避免出现考试临时突击学习等不良现象，让考试评价真正成为激励学生学习的手段，提高知识自信，从而更加有助于学生综合实践能力、创新融合思维的形成。