锡耶纳学院物理计划的主要目标是为物理或相关领域的职业或研究生学习做好准备。为了支金宝app持这个目标，我们已经集成了matlab®在整个物理课程中，从第一年的第一学期开始（图1）。
学生一学期又一学期地熟练掌握MATLAB，在任何联网的计算机上使用MATLAB访问MATLAB。高级课程的教授现在可以专注于教授相关的课程，而不是教授一种新的工具或语言，学生可以立即为需要MATLAB经验的研究项目做出贡献。
一年级普通物理
在秋季学期，一年的物理学生在力学中采取必要的课程。在与MATLAB的第一天，他们绘制了一个正弦波，创建一个M文件，适合使用数据的函数多尔，创建一个3D图，并发布他们的结果。随后在课堂上，他们使用MATLAB分析实验期间收集的实验数据，包括抛物运动、重力场强度、摩擦、圆周运动和动量。他们将曲线与数据进行拟合，以获得基础理论的数学表示，并绘制数据以可视化结果。在一个练习中，学生们从一个波沿弦传播的模拟中收集数据。使用MATLAB绘制数据后，他们在MATLAB中创建了一个正弦波，并调整频率，直到与测量数据相匹配(图2)。
在春季学期，重点转移到电、磁、波和光学。在本课程中，学生将在上学期的力学课程中学习MATLAB技能。可视化练习在实验室工作中起着核心作用。例如，学生使用MATLAB绘制电场的力矢量(图3)。这个练习让他们更深入地理解矢量和力是如何组合的。
在两个课程中，Web上的Matlab简化了家庭作业和实验室分配的分级。除了收集和管理数十个电子邮件，而不是收集和管理，教授现在访问学生在线工作。我们使用Web界面分发示例，模板和其他课程材料。在集团项目中，学生可以轻松分享与合作伙伴合作。
二年级计算物理学
第二年的计算物理课程侧重于用数值方法解决物理问题。在这一点上，学生可以自如地使用MATLAB完成一系列计算任务;他们使用MATLAB来计算一个复杂矩阵的特征向量和特征值，就像几年前的学生用计算器计算平方根一样容易。
在这门课程中，讲师使用MATLAB(特别是网络上的MATLAB)进行几乎所有的课堂活动。在讲座期间，教授在头顶的屏幕上显示MATLAB，学生在自己的计算机上跟随他提出问题，尝试各种算法，并通过解决方案工作。金宝搏官方网站学生可以立即下载教授正在演示的文件，并用它们来完成家庭作业。
学生们用MATLAB中的数值方法解决每一个问题。例如，他们使用常微分方程解算器来分析二体问题，该问题描述了一个物体在一个明显较重的物体的引力影响下的轨道。他们利用三体问题来探索牛顿方程。学生发现这类问题很难用解析方法解决，但可以用MATLAB轻松地进行数值求解。一旦他们在MATLAB中可视化了运动微分方程，他们发现这些概念更容易理解。
学生还使用MATLAB解决微分方程数值套件和符号数学工具箱™．在一次练习中，他们确定2011年AG5小行星的下一个接地地球通过大约39年，并在Matlab中创造了事件的动画（图4）。
在课程的后期，学生使用MATLAB计算多维积分和解决约束优化问题。一个学生项目关注于渗流现象，利用MATLAB中的蒙特卡罗模拟来评估聚合物在刚性障碍溶液中的随机游动(图5)。
学生在MATLAB中实现Floyd-Warshall算法，在代表锡耶纳大学校园的加权图中寻找最短路径(图6)。在过去，当学生使用低层次编程语言探索优化和类似的概念时，太多的时间花在编码细节上。使用MATLAB，他们可以专注于解决问题的物理。
先进的力学，电子和天体物理学
计算物理课程是物理系几门高级课程的先决条件，包括电子学、天体物理学、高级力学和问题解决。
电子学课程的学生使用MATLAB用线性微分方程分析模拟电路。例如，他们建立了一个电容电路的数学模型，然后绘制出电容的电荷随时间的函数。我们发现，使用更复杂的电路模拟器(如SPICE)进行这类分析需要显著的学习曲线。有了MATLAB，学生可以立即开始，并很快在交互式环境中尝试新的想法或电路配置。
在基于项目的天体物理学课程中，学生通过分析天文调查数据来测量星球和星系的基本属性。它们适用于天文学家使用的相同技术来计算与各种星系的距离或估计它们的亮度。它们适合调查数据并绘制MATLAB的结果。许多学生使用MATLAB的发布功能来创建其工作的演示。
高级问题解决课程介绍相对论粒子，不稳定性和混沌行为的概念，和其他高级主题。学生使用MATLAB完成多项作业，包括线性滤波器建模，电子在电场中的运动可视化，以及绘制一个摆动的阿特伍德机器的质量轨迹(图7)。
研究准备
锡耶纳大多数正在进行的研究项目都使用MATLAB。有些还广泛使用了Simulink金宝app®和HDL编码器™．在Web上使用Matlab的学生体验使得桌面版本的MATLAB进行平滑过渡，并为Simulink提供了一个坚实的基础。金宝app
我们鼓励所有物理专业的学生从第一年开始就参与学院的研究项目。几名学生参与了萤火虫卫星项目，这是锡耶纳和美国国家科学基金会资助的戈达德太空飞行中心的联合努力。在这个项目中，研究人员正在研究闪电和地球上层大气中突然爆发的高能伽马射线之间的联系。萤火虫卫星将携带一个伽马射线传感器和一个光学光电二极管。包括锡耶纳学院师生在内的研究团队使用MATLAB和Simulink设计数字滤波器和信号处理算法来处理来自这些传感器的输入。金宝app该团队从部署设计到将搭载在卫星上的FPGA生成可合成的HDL代码。信号处理需要快速的傅里叶变换，在MATLAB和Simulink中实现比直接在HDL中容易得多。金宝app该研究团队还使用MATLAB开发分析工具，用于卫星在执行任务期间收集的数据的后处理。
课程整合的优势
在过去的几年里，锡耶纳学院的高级课程是分散的;一些学生更习惯使用电子表格，而另一些学生则更熟悉某种特定的编程语言。这种统一性的缺乏对教授来说是一个挑战，因为无论为一门课程选择哪种工具，总会有一部分学生不熟悉它。领导夏季研究项目的教员面临着类似的挑战，因为参与项目的学生需要时间来掌握必要的MATLAB技能。
当我们将MATLAB集成到物理课程中时，我们克服了这些挑战。这种整合使我们的学生能够发展实用技能——从第一年开始，他们不仅将在锡耶纳的整个本科学习中使用，而且将在未来十年甚至更长远的时间里使用。
