使用MATLAB教编程在波士顿大学一年级工科学生

20年来我一直在教学介绍工程计算,我们使用不同的语言,包括帕斯卡,Fortran, C, c++,但直到最近才从根本上保持不变,当一个工程学院专责小组开会反思课程目标。

教师从电气和计算机工程部门发起的变化,告诉委员会,他们希望所有的学生学习使用MATLAB编程的基本概念^®这样学生可以有效地使用MATLAB阶课程。

一些教师最初拒绝,相信这是一个选择在MATLAB和介绍性programming-not意识到MATLAB拥有所有必要的编程结构。

看起来,生物医学工程的学生只需要知道如何有效地利用MATLAB计算机系统工程师,只需要知道编程概念,但在工程今天,技能都是至关重要的。另一个考虑是,学生学习低级语言(如c++或Java™之前学习MATLAB倾向于使用MATLAB效率低下,至少在第一。而不是使用代码向量化技术和MATLAB内置的许多强大的功能,他们依赖为循环和其他低层次结构。这种方法不仅需要更长的时间,得到的解决方案通常不优化了性能。金宝搏官方网站

由于这些原因,ENG EK 127工程概论计算我们决定以独特的教学方法编程概念和并排内置函数,使用MATLAB作为工具。每学期约200工程所有工程学科的学生学习如何使用变量,数据结构、循环、条件、功能、输入和输出,以及其他在MATLAB编程概念以及如何有效地利用MATLAB来解决工程问题。

马上

我面临的最大障碍之一,当我教使用c++课程只是让学生开始。我必须给他们一个两页,行距的讲义如何打开适当的代码编辑器,开始打字,整个讲座,通过基本的设置步骤。

利用MATLAB,学生可以直接在;他们在命令窗口中输入命令,立即看到结果。没有任何威胁。对于学生新的编程,这是更容易和更motivating-than edit-compile-execute-debug周期所需的其他语言。

而不是支出第一节课谈论如何使用开发环境,我可以现在已经覆盖了赋值语句,变量、表达式、运营商、优先级和向量。

学生动机时也可以以新的方式可视化结果。我介绍MATLAB阴谋在学期初期因为使用为循环创造的情节和图表更有趣的学生比反复打印一个字符串。

课程结构

基于我的书,MATLAB:实用介绍编程和解决问题。它由每周两小时的讲座,每个其次是一个半小时在计算机实验室。一个小时的非正式讨论会议的最后一周为学生提供了更多的机会问问题。

讲座,我重复五到十分钟交谈的过程中,显示一个使用MATLAB的例子,然后给学生们一个问题。举行讲座使用在计算机实验室,直接在MATLAB与学生工作的问题。但是我发现,他们认为问题时学的更好利用纸和笔,而不是立即将代码。(出于同样的原因,测试给出书面问答格式而不是在MATLAB。)每堂课之后他们在实验室中使用MATLAB解决更高级的问题,这给了他们一个机会立即应用他们刚学的抽象概念。

在双或三组工作,学生完成三个项目期间。更复杂的比我给的实验室会议期间,这些项目旨在让学生了解各种工程学科如何用MATLAB来解决实际问题。我通常包括一个项目从每个学院每学期工程部。最近的项目包括图像处理关于涡轮叶片的质量控制,检测不同的图像、指纹识别、有限的差异对于传热应用程序,为癌症检测和弹性散射光谱。

除了基本的编程概念

MATLAB是那么容易的学生使用和学习我可以覆盖所有基本的编程概念,我们用于覆盖使用其他平台+大量的数学和基本的解决问题,包括介绍线性代数、曲线拟合和统计分析。

MATLAB也让我尝试新的教学方法。例如,在一个夏天类学生使用乐高^®MINDTORMS^®NXT系统和MATLAB构建机器人和程序导航障碍物。最近,我们建立了一个桌面风力涡轮机在风洞和MATLAB用于收集和分析数据,进行曲线拟合,计算发电和运行模拟。

积极的反馈

在公开会议上二年级和初中的MATLAB基础课程作为大一新生,我们听到,他们是多么高兴学会了MATLAB在波士顿大学的第一年。我听说除了积极评价电子工程学院的课程。我与几个教授合作,进一步将MATLAB集成到工程课程。我们计划,例如,使用更广泛的线性代数和工程力学类。

中唯一的投诉我听说几个从理解c++版本的的课程,希望他们有一个机会去学习MATLAB(当时星期六在广受欢迎的形式为他们提供教程)。

教学与MATLAB编程概念产生了几个优点,我们设想和一些,我们没有。我们预期,视觉互动MATLAB环境会吸引学生,帮助他们学习新概念。结果表明MATLAB也给了他们一个更全面的对这些概念的理解。例如,许多学生通常很难掌握嵌套循环的概念。当我们得到矩阵运算,我展示这些是在MATLAB中实现步行通过MATLAB文件。学生清楚地看到嵌套循环工作,为什么他们是如何工作的。许多人惊讶,一个概念,是在第一个困难现在这么简单。

这是一个常见的误解在工程学院教学使用MATLAB计算课程意味着放弃编程概念。这是不正确的。我们展示了波士顿大学传授编程技能,高效的编码,和基本的解决问题,在用户友好的MATLAB环境中。