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查尔默斯技术大学整合Matlab贯穿核心数学课程

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整合到整个核心数学课程中,并提供跨学科的实际问题解决练习

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

“我们训练学生将MATLAB作为一种交互式工具,不仅用于完成指定的练习,还用于研究数学问题和享受乐趣。我们正在增加对跨学科项目的关注,MATLAB非常适合将数学与其他学科相结合。”

汤米·古斯塔夫松博士,查尔默斯理工大学
位于瑞典哥德堡的查尔默斯大学。

查尔默斯技术大学和哥德堡大学共享一个数学科学系,为两所大学的学生提供课程。该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®解决与其研究领域相关的问题。学院采用这种方法让学生学习基础数学概念,并为需要数学建模技能的高级课程和职业生涯做好准备。

“MATLAB是贯穿我们所有核心数学课程的共同主线,”Chalmers数学研究主任Tommy Gustafsson博士说。“MATLAB是数学和其他学科(如化学或建筑学)之间的桥梁,有助于学生联系课程材料,了解其在工业中的应用。”

挑战

在过去,早期数学课程的学生被分配相对简单的关于课堂上教授的概念的作业。该系教员很快认识到这种方法的两个缺点。首先,问题的难度不足以吸引学生。其次,它们是抽象的,与实际工程或科学挑战没有直接关系。古斯塔夫森说:“我们希望向学生展示真实的问题,帮助他们理解和应用所学知识,而不是我所说的学校问题。”。“瑞典的许多行业都需要懂得数学建模的人才,我们想让学生做好准备,以满足这一需求。”

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。学生使用MATLAB对反应动力学和NO氧化为NO进行建模2.

在第三和第四门课程中,学生解决线性微分方程组。学生在使用内置的MATLAB解算器之前编写自己的解算器。使用MATLAB,学生们从化学教科书中复制一个图,显示在氢原子周围某个区域找到电子的概率。

建筑学和技术课程的一年级学生也从介绍MATLAB开始,包括积分、微分方程和数值计算。通过MATLAB,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。

包括毕业生在内的所有级别的学生在整个学习过程中继续使用MATLAB进行课程作业、个人和团队项目以及学生工程竞赛。

结果

  • 跨部门合作改进. Gustafsson博士说:“MATLAB使数学科学系能够改善与其他系的合作,这有助于学生联系到他们正在学习的学科。”。化学专业的学生解决与化学过程相关的数学问题,建筑专业的学生应用数学建模来模拟桥梁、建筑物和其他结构,所有这些都是在MATLAB中完成的

  • 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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