创建一个自我节奏，在线版本的基于课堂的MATLAB入门课程

用MATLAB进行工程计算是加州大学圣地亚哥分校化学工程和纳米工程专业所有一年级新生的必修课。学生学习使用计算方法解决工程问题，并熟练掌握他们在整个学习过程中需要的技能，如制定问题陈述，开发算法，并在MATLAB中分析结果^®．

当我创建这门课程的在线版本时，我的主要目标是改善学生的学习体验。现在，在线版本与课堂版本并行提供，事实证明，在线版本是一个受欢迎和成功的课程补充。参加该课程的学生在完成类似的作业时表现得和同龄人一样好，同时享受着在最适合自己的时间和地点完成课程的灵活性。

从讲堂到自我节奏的在线学习

曾15最初的授课形式是标准的，学生被动地听教授在黑板上介绍新概念。我觉得如果学生能够用这些材料进行实验，他们就能更有效地学习编码概念。当我开始教授这门课程时，我把它转移到计算机实验室，让学生在我演示的时候用MATLAB尝试绘图、向量分析、简单计算、脚本和其他任务和构造。

学生进入曾15有着截然不同的知识水平;有些人会MATLAB，有些人会用另一种语言编程，还有一些人根本没有编程经验。他们背景的多样性使得自主节奏学习变得如此重要。这种自我调整的节奏可以让有经验的学生快速浏览材料，同时给其他人足够的时间来掌握新概念。此外，通勤距离较远或在校外工作的学生可以在一天中的任何时间在家学习和完成作业。

准备在线课程内容

在线版曾15由创新学习技术计划(ILTI)资助，该计划由UC总统办公室建立，旨在鼓励技术的使用和高质量在线课程的开发。我还得到了MathWorks内容开发工程师团队的技术支持。我和这个团队一起制作教学材料，包括视频和互动学习模块。这些材料是基于课程的实验版本的课程计划和作业以及MATLAB教程。

我们将课程材料设计成模块化的，这样内容就可以根据具体项目的需要进行定制。最初的一组主题包括导入和绘制数据、使用表格、编程结构、函数、统计方法、线性代数、非线性方程和常微分方程。视频和小测验中使用的许多例子都是基于我的课堂笔记，配有MathWorks内容开发工程师提供的画外音。

基于模块的方法如何在线工作

学生按顺序完成模块，通常以每周一到两个模块的速度完成。我们不会对他们的进步速度施加上限，但我们会强制实施一个下限，以确保他们按时完成课程。

每个模块都以一个简短的视频开始，介绍主题并解释其重要性。根据主题的复杂性，学生要么观看另一个短视频，要么在MATLAB中跳入一个指导示例。MATLAB示例提供即时反馈，并为那些可能需要它们的学生提供提示(图1)。

在MATLAB中通过一个简短的、不评分的测试来评估他们对材料的理解后，学生开始更深入的编码示例。例如，在微分方程模块中，他们构建了一个脚本，一次一步地解决一个问题。首先，他们只需填写一些初始条件并运行所提供的代码。后面的示例提供的代码更少，直到学生基本上从空白脚本开始。

一旦学生们觉得自己掌握了一个特定的主题，他们就可以使用加州大学圣地亚哥分校的学习管理系统进行分级测试，然后完成家庭作业，将所学的概念应用到针对特定工程学科的问题中——例如，化学工程或纳米工程。

最后的项目

在课程结束时，每个学生都要完成一个项目，该项目将涵盖所有的内容。在去年的期末项目中，学生们在MATLAB中开发了一个二维气体的模拟。他们必须编写一个MATLAB脚本，显示代表在正方形内部弹跳的粒子的圆圈，然后对模拟结果进行统计分析。

我设置了4个难度级别:青铜、银、金和白金。学生可以选择在青铜级之后停止，或者完成所有四个级别。在青铜关卡中，他们必须为单个粒子的移动和反弹编写代码。他们必须更新粒子的位置，确定它何时与墙壁相撞，然后根据我提供的规则切换它的速度矢量。在Silver水平上，他们模拟了81个粒子，然后绘制了每单位时间内的壁面碰撞次数，以获得盒子内压力的粗略近似值。在Gold关卡中，粒子可以相互碰撞，也可以与墙发生碰撞。在最终的白金级别，有两种不同的粒子，每次碰撞，粒子都有可能发生化学反应(图2)。

学生们对这个项目表现出了极大的热情，超过一半的学生选择超出要求，尝试黄金级别。有些人甚至完成了白金级别。

比较课程版本和计划下一步

将学生在不同版本课程中提交的家庭作业进行比较后发现，在线课程的学生与在课堂上学习的学生一样理解材料。

在课后调查中，在线版本的每个学生都同意或强烈同意在线MATLAB训练足以让他们完成作业。约90%的人说他们会推荐这门课程，这比几年前有了明显的改善，当时约65%的人说他们会推荐课堂版的课程。调查结果还显示，学生们欣赏在线教学的灵活性。

虽然对教授来说，在线课程很容易被视为一种节省时间的方法，但我很早就决定在在线课程上投入与课堂课程相同的时间。我本应该花在课堂上的时间被用来办公和提供反馈。学生们注意到他们的教授非常关注他们的家庭作业，有几个人认为这种额外的关注提高了学习效果。有人说:“在这门课上，我学到了比我预期的多得多的东西。我喜欢办公时间，也喜欢布置的作业。”另一位评论道:“谢谢你对作业的所有详细反馈和意见。我从这门课中学到了很多东西。”

下一步是整合在线版本曾15作为加州大学圣地亚哥分校其他工程系的核心课程，根据需要增加或删除特定学科的模块。在那之后，我们计划将这门课程提供给整个加州大学系统的学生。