हम कम्प्यूटेशनल विज्ञान पाठ्यक्रमों में छात्रों के प्रदर्शन का मूल्यांकन कैसे कर सकते हैं?


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जैसा कि किसी को कम्प्यूटेशनल विज्ञान में पाठ्यक्रम पढ़ाना पड़ता है, मैं उम्र-पुराने प्रश्न से सामना कर रहा हूं: मैं छात्रों को किसी विषय को सीखने की क्षमता का मूल्यांकन कैसे करता हूं जो उन अनुप्रयोगों पर निर्भर करता है जो "मानक" परीक्षण विधियों के साथ परीक्षण करना मुश्किल है ( लिखित या मौखिक परीक्षा)? पाठ्यक्रम का हिस्सा एक सार स्तर पर सिद्धांत और विधियों को समझने पर निर्भर करता है, और इसके लिए, मैं उन अवधारणाओं के लिए एक लिखित परीक्षा का उपयोग करना जारी रखना चाहूंगा। हालांकि, इन तरीकों के व्यावहारिक उपयोग की समझ का परीक्षण करने के लिए एक अलग दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है

न केवल विभिन्न प्लेटफार्मों (MATLAB, Modelica, Mathematica, और अन्य भाषाओं के लिए) के प्रसार के साथ जुड़ी प्राकृतिक चुनौतियों को देखते हुए, बल्कि इंटरनेट कनेक्टिविटी और परीक्षण सुरक्षा के साथ, मुझे छात्रों की समझ का व्यावहारिक मूल्यांकन करने के लिए नए या मूल तरीकों में दिलचस्पी होगी। संख्यात्मक तरीके। (परीक्षण सुरक्षा को बढ़ावा देने वाली विशेषताएं विशेष रूप से वांछनीय हैं।)

EDIT: मुझे यह भी उल्लेख करना चाहिए कि जिस कक्षा को मैं पढ़ा रहा हूं वह एक परिचयात्मक-स्तरीय पाठ्यक्रम है, इसलिए छात्रों के पास काम करने के लिए अपेक्षाकृत छोटा ज्ञान आधार है।


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उन्हें अपनी पसंद की (मिनी?) परियोजना पर काम करने की अनुमति देते हुए, PLASMA / MAGMA / LAPACK / ScaLAPACK जैसे खुले स्रोत कोडों की समीक्षा / संपादन करना। मैं एक छात्र के दृष्टिकोण से बात कर रहा हूँ।
प्रात:

टिप्पणी के लिए धन्यवाद - यह मुझे याद दिलाया कि मैं यह उल्लेख करना भूल गया कि यह एक परिचयात्मक पाठ्यक्रम है, इसलिए मुझे समानांतर प्रोग्रामिंग और प्रदर्शन अनुकूलन जैसी अवधारणाओं में नहीं लाया जाना चाहिए - मूल संख्यात्मक विधियों और एल्गोरिदम पर ध्यान केंद्रित करना।
ऐनीमिज़ल

जवाबों:


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यहाँ मैंने एक छात्र और शिक्षण सहायक के रूप में देखा है:

  • प्रोग्रामिंग और संख्यात्मक तरीकों में परियोजनाएं बहुत सारी अवधारणाओं को एक साथ लाने और मुझे और अन्य छात्रों को रचनात्मक होने के लिए मजबूर करने के मामले में अच्छी थीं। हालांकि, कम्प्यूटेशनल परियोजनाओं के साथ, यह सॉफ्टवेयर बढ़ईगीरी के लिए थोड़ा समय समर्पित करने के लायक हैकौशल ताकि छात्रों को अधिक संगठित है कि कोड लिखें। जब मैं एक अंडरग्रेजुएट था और मुझे कोई बेहतर पता नहीं था, तो मेरे पास कट-एंड-स्पैगेटी कोड था जो शायद ग्रेडर पर नरक था। आप उन्हें कुछ अच्छे अभ्यास सिखाकर उस भाग्य से बचना चाह सकते हैं। इसके अलावा, यदि आप सभी को समान परियोजनाएं देते हैं (उदाहरण के लिए, यौगिकों के एक सेट के लिए दी गई सूची में सभी थर्मोडायनामिक गुणों की गणना एक स्नातक-ऊष्मप्रवैगिकी वर्ग में एक दीर्घकालिक परियोजना थी; बाद में, यह एक सप्ताह तक चलने वाला गृह कार्य था। स्नातक ऊष्मप्रवैगिकी में), मूल रूप से अपेक्षा करते हैं कि वे व्यावहारिक रूप से एक दूसरे की नकल करें और एक दूसरे के कोड को डिबग करें।
  • नए तरीके और अवधारणाओं को सीखने के लिए होमवर्क , साप्ताहिक या द्वैध रूप से, सबसे अच्छा अल्पकालिक तरीका था। कुछ करने का कार्यक्रम बनाना आसान है, इसे करने के लिए एक सप्ताह दिया गया है। फिर से, उनसे कमोबेश एक-दूसरे की नकल करने और एक-दूसरे के कोड को डीबग करने की अपेक्षा करें।
  • क्विज़ वास्तव में एक दो लघु तरीकों या विश्लेषण प्रश्नों के अलावा किसी भी चीज़ के लिए अच्छा नहीं था। आप क्विज़ पर कोई प्रोग्रामिंग नहीं कर सकते हैं, लेकिन कम धोखा भी होना चाहिए , मेरा मतलब है, सहयोग। आप क्विज़ में पेंसिल-एंड-पेपर कोडिंग का भी परीक्षण कर सकते हैं, जो कि बुनियादी अवधारणाओं के लिए अच्छा है, लेकिन शायद उन्नत अवधारणाओं के लिए अनुचित है, या ऐसी कोई भी चीज़ जिसके लिए बहुत विशिष्ट आदेशों की आवश्यकता होती है, क्योंकि छात्रों के पास कंप्यूटर पर कोडिंग होने पर प्रलेखन तक पहुंच होगी।
  • परीक्षाएँ कमोबेश क्विज़ की तरह ही होती थीं, यदि उन्हें कक्षा में दिया जाता था, लेकिन लंबे समय तक, और अधिक कठिन। मैंने कक्षाओं को कम्प्यूटेशनल काम में टेक-होम परीक्षाएं दी हैं, इस मामले में आप अधिक कम्प्यूटेशनल-उन्मुख प्रश्न पूछ सकते हैं और उनसे समस्याओं को हल करने के लिए कार्यक्रम की उम्मीद कर सकते हैं। हालाँकि, होम-परीक्षाओं में एक ही तरह की समस्याएँ होती हैं, जैसे कि होमवर्क और अंडर-ग्रेजुएट प्रोजेक्ट्स, इस मामले में, यह शायद बेहतर है यदि आप टेक-होम परीक्षाओं के लिए अधिक ड्रैकॉनियन सहयोग नीति स्थापित करते हैं। मेरे पास कुछ बहुत अच्छी टेक-होम परीक्षाएँ हैं, इसलिए मुझे लगता है कि अगर प्रशिक्षक पर्याप्त रूप से रचनात्मक हैं तो ये अच्छी तरह से काम कर सकते हैं।
  • कम्प्यूटेशनल लैब्स विज्ञान की कक्षाओं में अनुरूप गीली प्रयोगशालाओं की तुलना में कम प्रभावी हैं, क्योंकि आपके सामने एक कंप्यूटर के साथ, इसे बंद करना बहुत आसान है। मेरी कक्षाओं में कुछ लोग थे जो हमेशा ऑनलाइन पोकर खेलने वाले कम्प्यूटेशनल लैब में समय बिताते थे। ये प्रयोगशालाएं संभवतः प्रदर्शनकारी के रूप में, या कम्प्यूटेशनल विज्ञान में व्यावहारिक कौशल पर निगरानी के सबक के रूप में सबसे प्रभावी हैं यदि आपके पास प्रयोगशाला में घूमने के लिए पर्याप्त शिक्षण सहायक हैं और सुनिश्चित करें कि लोगों को मदद मिल रही है और कोई भी ऑनलाइन के आसपास पंगा नहीं ले रहा है।

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मैंने उच्च स्तर के स्नातक से उन्नत स्नातक स्तर तक संख्यात्मक और कम्प्यूटेशनल विधियों से संबंधित विभिन्न पाठ्यक्रमों में व्याख्यान, सिखाया या सहायता की है। यहाँ मैं एक प्रशिक्षक के रूप में सहायक होने वाले तत्व हैं:

अनुसंधान परियोजनायें

उन्नत कक्षाओं के लिए, एक शोध परियोजना (संख्यात्मक अनुसंधान को शामिल करना, आमतौर पर कुछ सॉफ़्टवेयर विकास, और एक लेखन-अप) छात्रों के लिए अपने अकादमिक शोध के साथ अपने शोध में टाई करने का एक बहुत अच्छा तरीका है। मुझे लगता है कि स्नातक स्तर के पाठ्यक्रमों में एक परियोजना अनिवार्य होनी चाहिए, लेकिन स्नातक के लिए उन्हें अधिक निर्देशित कार्य के साथ बेहतर तरीके से प्रतिस्थापित किया जाता है।

प्रोग्रामिंग होमवर्क असाइनमेंट

किसी भी कम्प्यूटेशनल विज्ञान वर्ग का मूल सुलभ प्रोग्रामिंग असाइनमेंट है। प्रोग्रामिंग अनुभव वाले छात्रों के लिए, आपको प्रोग्रामिंग वातावरण में कुछ परिचयात्मक सत्रों के साथ अपने असाइनमेंट का बैकअप लेने की आवश्यकता होगी, और आदर्श रूप से आपके विभाग या SIAM जैसे छात्र संगठन द्वारा किसी प्रकार की "सहायता कक्ष" की पेशकश की जाएगी। कई फ्रेमवर्क और प्रोग्रामिंग भाषाओं की अनुमति देना मुश्किल हो सकता है, मैंने किसी भी भाषा में लिखे गए कार्यक्रमों को स्वीकार किया लेकिन केवल एक वातावरण का समर्थन किया , जो आमतौर पर विश्वविद्यालय के कंप्यूटर प्रयोगशालाओं (ऑपरेटिंग सिस्टम, संपादक, शेल, दुभाषिया, आदि ...) में स्वतंत्र रूप से उपलब्ध है।

क्विज़

मुझे वास्तव में हर हफ्ते या हर दूसरे सप्ताह में एक बार 10-15 मिनट के इन-क्लास क्विज़ पसंद हैं। यह दो-तरफा प्रतिक्रिया है: छात्र देखते हैं कि वे मेरी उम्मीदों के खिलाफ और एक-दूसरे के खिलाफ कैसे कर रहे हैं, और मैं देखता हूं कि वे कौन सी अवधारणाएं मार रहे हैं और गायब हैं। मूल्यांकन की इस शैली का यूरोप में आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है, और मुझे लगता है कि यह शर्म की बात है।

परीक्षा

परीक्षाएं पेंसिल और पेपर हैं, जिसमें एल्गोरिदम, कोड टुकड़े और गणितीय तकनीकों का विश्लेषण है। मैंने कभी भी एक कंप्यूटर प्रयोगशाला परीक्षा में भाग नहीं लिया, या तो एक छात्र या एक प्रशिक्षक / मूल्यांकनकर्ता के रूप में। मुझे लगता है कि मैंने जो निकटतम चीज़ देखी है, वह एक छात्र को अपने होमवर्क या प्रोजेक्ट को प्रदर्शित करने के साथ-साथ डिजाइन या कार्यान्वयन के बारे में सवालों के जवाब देने की आवश्यकता है।

बेईमानी बाधा

एक छात्र के रूप में और एक प्रशिक्षक के रूप में, मैंने शैक्षणिक प्रणाली में पर्याप्त बेईमानी देखी है ताकि किसी छात्र के ग्रेड के 50% से अधिक सम्मान पर भरोसा न किया जा सके। इसका मतलब यह है कि परियोजनाओं और होमवर्क जैसे मूल्यांकन, जहां बाहरी संसाधनों तक पहुंच शैक्षणिक बेईमानी का कारण बन सकती है, पाठ्यक्रम ग्रेड के 50% से अधिक में योगदान नहीं करते हैं।


मुझे लगता है कि अंतिम बिंदु विशेष रूप से महत्वपूर्ण है- मेरे पास अभी भी उस प्रारूप में परीक्षण करने योग्य बिंदुओं को कवर करने के लिए एक लिखित, इन-क्लास परीक्षा होगी। मुझे लगता है कि ग्रेड का कम से कम दो-तिहाई हिस्सा होगा। मैं यह भी सुनिश्चित करूंगा कि कोई ऐसा लेखन-अप हो जो आउट-ऑफ-क्लास प्रोजेक्ट के साथ हो, ताकि छात्रों को सामग्री के साथ उलझने में कम से कम कुछ समय बिताना पड़े। मैं इनपुट्स के कुछ रैंडमाइजेशन और समस्या को बदलने के लिए प्रलोभन और धोखा देने की क्षमता में कटौती कर सकता हूं।
ऐस्मिज़ेल

@AronAhmadia: साप्ताहिक क्विज़ उनके पूर्ण स्वतंत्रता के बावजूद विभागों में जर्मन विश्वविद्यालयों में मानक हैं।
मृत्युभोज

@ ऐइज़्मेल: अमेरिकियों के पास बहुत संकीर्ण है (कुछ मामलों में लुडीक्रिस पर सीमाबद्ध है) साहित्यिक चोरी की समझ। प्रथम वर्ष आप छात्रों को सहयोग करने में सक्षम बना सकते हैं, लेकिन अगले वर्षों में, Fachschaft ने आपके असाइनमेंटों को सूचीबद्ध कर दिया होगा और यह उन समस्याओं को हल करने के लिए उत्तरोत्तर अधिक कठिन हो जाएगा, जो पूर्ववर्ती वर्षों में काफी हद तक हल नहीं हुई हैं।
मृत्युंजय

@ डार्टब्रेथ: (एरन के लिए) आचेन में साप्ताहिक क्विज़ यहाँ मानक नहीं हैं - कम से कम मैकेनिकल इंजीनियरिंग में नहीं। मुझे यह भी नहीं पता कि मुझे उन्हें देने की अनुमति है या नहीं। (ऐसा नहीं है कि मैं चाहता हूँ।)
aeismail

@Deathbreath: (मेरे लिए) यदि छात्र कार्यप्रणाली को सीखने के लिए पिछली परीक्षाओं का उपयोग करते हैं, तो मुझे उन्हें उपयोग करने देने में खुशी होती है। मैं अधिक चिंतित हूं कि वे सीखें कि उपकरणों का उपयोग कैसे किया जाए। उस ने कहा, मैं साल-दर-साल पाठ्यक्रम की सामग्री को बदल रहा हूं, इसलिए जो कोई भी पुराने सामान में एक सही स्कोर प्राप्त करता है और नए सामान में हंस का अंडा होता है, वह शायद कुछ हद तक फासचफ्ट पर बहुत अधिक भरोसा करने का संदेह है ।
ऐस्मिज़ेल

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कुछ अन्य उत्तर व्यक्तिगत परियोजनाओं का सुझाव देते हैं। मैं अपने परिमित तत्व सॉफ्टवेयर क्लास में ऐसा कर रहा हूं और यह बहुत मजेदार है; मेरा मानना ​​है कि यह वास्तव में छात्रों के लिए शिक्षाप्रद है। एक ही समय में, यह बेहद समय गहन है: पिछली बार जब मेरे पास 18 छात्र थे और व्यावहारिक रूप से पूरे सेमेस्टर के लिए इन परियोजनाओं की देखरेख के लिए पूर्णकालिक काम था। तो उस काम को सफलतापूर्वक करने के लिए एक छोटा सा पर्याप्त वर्ग होना चाहिए।


रिकॉर्ड के लिए, मैंने इस पर अपने अनुभव # 39 पर math.tamu.edu/~bangerth/publications.html#x-reviewed
वोल्फगैंग बंगर्थ

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मेरी ईमानदार राय में, मुझे लगता है कि अपरिचित क्षेत्र में अपने ज्ञान को लागू करने के लिए अंतिम परीक्षा है। मैं प्रभावी मॉडल, विवेकाधिकार, सन्निकटन / सॉल्वर विधियों, शोषक समानता, त्रुटि अनुमानों और संख्यात्मक विश्लेषण के साथ-साथ कम्प्यूटेशनल हित की एक विशेष भौतिक घटना का वर्णन करने के लिए विज़ुअलाइज़ेशन विधियों का चयन करने के लिए छात्रों की क्षमता का परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन की गई परियोजनाओं का प्रस्ताव करूंगा। मैं छात्रों की समस्या के आकार / अपेक्षित सटीकता के आधार पर प्रत्येक विकल्प को सही ठहराने के लिए कहने के लिए आगे बढ़ूंगा। कुंजी यह जानना है कि जांच के तहत घटना की बाधाओं के तहत कौन से तरीके उपयुक्त हैं। छात्र अपने चयन की एक घटना का चयन करने का विकल्प चुन सकते हैं। लेकिन अगर आप इसे और भी चुनौतीपूर्ण बनाना चाहते हैं, तो प्रत्येक छात्र को अपने शोध प्रबंध के लिए असंबंधित क्षेत्र में एक कम्प्यूटेशनल प्रोजेक्ट सौंपें।


मेरे छात्र दूसरे वर्ष के स्नातक हैं, इसलिए वे अपने शोध प्रबंध के क्षेत्र में आने से एक लंबा रास्ता तय करते हैं। :-) लेकिन सोचा निश्चित रूप से सराहना की है।
आइज़्मेल
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