查尔默斯科技大学将MATLAB集成到核心数学课程中

挑战

为跨学科和两所大学的学生教授数学和数学建模,并使他们能够满足行业的需求

解决方案

将MATLAB集成到核心数学课程中,并在实际问题解决中提供跨学科练习

结果

  • 跨部门合作改进
  • 学生们被教授行业所需的技能
  • 学生自认为是专家用户

“我们训练学生使用MATLAB作为一个交互工具,不仅用于完成指定的练习,而且用于调查数学问题和获得乐趣。我们正在增加对跨学科项目的关注,而MATLAB非常适合将数学与其他学科整合在一起。”

汤米·古斯塔夫松博士,查尔默斯理工大学
瑞典哥德堡查尔默斯大学。

查默斯理工大学和哥德堡大学共有一个数学科学系,为两所大学的学生提供课程。这个系的本科课程包括一套工程、科学和数学课程的核心课程。通过这些课程,每年有近1000名学生学习如何使用MATLAB®解决与他们研究领域相关的问题。该学院采用这种方法,以吸引学生学习基础数学概念,并为他们准备更高层次的课程和职业生涯,需要数学建模技能。

“MATLAB是贯穿我们所有核心数学课程的主线,”Tommy Gustafsson博士说,他是Chalmers大学的数学研究主任。“MATLAB充当了数学和其他学科(如化学或建筑学)之间的桥梁,帮助学生联系课程材料,并了解如何在工业中应用。”

挑战

过去,在早期的数学课程中,学生们只被分配相对简单的作业,内容是课堂上讲授的概念。系里的教员很快就认识到这种方法的两个缺点。首先,这些问题不够难,不足以吸引学生。其次,它们是抽象的,与实际工程或科学挑战没有直接关系。古斯塔夫松说:“我们希望向学生展示真正的问题,帮助他们理解和应用所学的知识,而不是我所说的学校问题。”“瑞典的很多行业都需要懂数学建模的人,我们希望让我们的学生做好准备,满足这一需求。”

该部门还希望为Chalmers和哥德堡大学的学生提供方便的工具,以完成跨学科课程中的作业和项目。

解决方案

数学科学系的教师将MATLAB集成到核心和高级课程中,两所大学都获得了校园许可证,使学生能够在任何一个校园访问MATLAB。

讲师们已经为化学和生物工程专业的学生,以及建筑和技术专业的学生量身定制了一年级和二年级的课程。

化学和生物工程的学生开始介绍MATLAB,包括内置函数和绘图。然后,他们在MATLAB中学习基本的编程结构,并完成一项任务,在该任务中他们编写了Conway的《生活游戏》。本课程的最后两个作业是探讨二分法、线性化和牛顿法。

第二门课程涵盖了积分和常微分方程在MATLAB中的应用。学生们使用MATLAB模拟反应动力学和NO氧化成NO的过程2

在第三和第四门课程中,学生们解线性微分方程组。学生在使用内置MATLAB求解器之前编写自己的求解器。利用MATLAB,学生们从一本化学教科书中复制出一张图,显示在氢原子周围的特定区域中找到电子的概率。

建筑和技术专业的一年级学生也从MATLAB入门开始,涵盖积分、微分方程和数值计算。在MATLAB中,他们使用一元微积分和多元微积分完成作业。

的学生形状、颜色和建筑工具本课程探讨建筑和工程中使用的几何学。在线性代数的后续课程中,学生们完成了一个期末项目,在这个项目中,他们使用MATLAB建模大英博物馆庭院上的玻璃屋顶。

所有水平的学生——包括研究生——在他们的课程作业、个人和团队项目以及学生工程竞赛中继续使用MATLAB。

结果

  • 跨部门合作改进.古斯塔夫松博士说:“MATLAB使数学科学系能够改善与其他系的合作,这有助于学生与他们正在学习的学科联系起来。”“化学专业的学生解决与化学过程相关的数学问题,建筑学专业的学生将数学建模应用于桥梁、建筑和其他结构——所有这些都是在MATLAB中。”

  • 学生们被教授行业所需的技能.“我们在瑞典和欧洲的工业伙伴希望学生知道如何在MATLAB中创建和使用数学模型,”Gustafsson博士说。“当我在汽车行业工作时,我们广泛使用MATLAB。我们的学生使用它的方式与他们学习解决实际问题的方式基本相同。”

  • 学生自认为是专家用户.在一项针对115支参加Formula Student本科生工程竞赛的团队的调查中,来自查尔默斯和哥德堡大学的团队是仅有的四个自称为MATLAB专家用户的团队之一。Gustafsson博士说:“我对这个结果并不感到惊讶,因为MATLAB已经深入到我们系的所有教学中。”

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