使用MATLAB教一年级文科学生解决问题的技巧

学生将CMP 150:富兰克林学院计算机工具解决问题今年春天没有那些通常需要一个MATLAB类。少一些工程或科学专业,仍有任何编程经验。大多数人追求学位教育,学习这门课程,因为它是一个微积分3的先决条件。

在学习MATLAB博雅教育似乎并不重要,使用技术和批判性思维的能力无疑是解决问题。我知道大多数学生150年CMP最终会忘记函数名,命令,和其他细节,但这并不是至关重要的。重要的是,他们学习如何使用MATLAB解决问题。

课程的动机

CMP创建150年为学生提供在他们的第一年编程经验,使他们能够满足我们双学位的要求工程项目。

多年来,富兰克林学院数学专业的学生被要求把c++编程入门课程。一些学生告诉我们,他们将受益于更适用的编程经验。很多应届毕业生指出,虽然他们不会用c++编写软件,他们经常需要写快,功能代码块来解决一个问题或执行一个分析使用一个电子表格,很难做。

CMP 150添加到我们的数学课程使我们应对我们收到的反馈富兰克林大学毕业生。它也帮助我们实现我们的课程修订的主要目标:编程融入更多课程,包括线性代数、微积分3,数值方法。

CMP 150还帮助富兰克林学院本科生参加我们的双学位工程项目,普渡大学印第安纳波利斯工程与技术学院,富兰克林学院需要三年,两年印第安纳大学-普渡大学印第安纳波利斯(IUPUI)。在过去,这些学生需要在IUPUI MATLAB课程。在我们的课程修订,我们决定创建自己的版本,普渡课程涵盖的主题但调整他们更紧密地与我们的课程。

倒教室

CMP 150遇到一星期只有一次75分钟。充分利用这有限的课堂时间我雇佣一个倒教室模型。在这个模型中,学生们观看视频讲座,完成在线教程,阅读所需的在家里。课堂时间致力于实验室动手练习,几乎没有课。这种安排让我花时间与学生工作组织的两个或三个每周任务(图1)。尽管学生花了一些时间来适应这种学习方式,到学期结束的时候他们已经完善的技能:学习并应用新概念的能力。

视频讲座、教程很容易扩展。在支持的课程助教,我提供金宝app的一对一的关注可能会扩展到数百名学生。

MATLAB是适合这种方法。在mathworks.com上开始视频非常好,适合学习MATLAB的基本知识。我没有看到任何材料在mathworks.com上,我觉得我可以改进,所以我只是保持他们。MathWorks教程更加先进,我创建了自己的演示每周新概念了,学生在上课前看。通过MATLAB金宝app提供进一步支持医生命令,使学生获得信息在任何MATLAB功能直接从命令提示符。发现它让学生发现他们不需要告诉什么类型可以学习任何他们想要通过使用医生和自己试验。

我使用练习和例子从克里夫硅藻土的在线教科书与MATLAB实验。否则,没有150年CMP所需教材。相反,我建议学生们掌握MATLAB和Simulink学生版本。金宝app我指出,这是一种投资,他们将使用在他们的本科。

宽松到MATLAB

首先,学生们发现计算机编程概念很难把握。我开始与主题,他们可以立即联系,使用真实数据,使它们更有趣和引人注目。因为大多数学生都熟悉策划,策划和可视化数据是一个MATLAB的强大实力,我开始(图2)。

学生分析数据从印第安纳州运输部和其他在线下载来源。在一个运动,他们的工作与一个大数据集,包括每个月的平均汽油价格超过25年。数据是一个矩阵形式,以月为列和年行。创建的情节,学生们必须学习如何操纵数据。这个练习是一个很好的介绍MATLAB矩阵运算。学生们创建一个MATLAB脚本使用重塑函数来访问不同月份价格数据,生成一个图的价格。然后使用这些图表的数据得出结论。

下一节课程的处理统计绘图,回归分析和曲线拟合。这些主题的学生熟悉一些微积分课程,他们使用电子表格进行回归。他们快速学习,MATLAB是更强大的比这种工作的电子表格,提供更多的精度和更大的控制多项式系数。

实验和数学符号

当学生们与MATLAB环境舒适和有策划的经验,使用变量,并运行脚本,我将介绍基本的编程结构,包括条件和循环。虽然大多数学生编程是全新的,我鼓励他们的实验。犯错误并改正学习一项新的技能是一个很好的方法。

在一个任务,学生写一个简单的程序,它需要一个数字年级年级并产生相应的字母。91级,例如,生成一个A -。我不带领学生到一个特定的解决方案;我让他们自己设计。一些被一系列的如果条件;其他的选择开关声明。当我们在课堂上讨论他们的解决方案的时候,他们金宝搏官方网站看到有很多方法在MATLAB解决同样的问题。

课程快结束的时候,学生们使用象征性的符号数学工具箱来解决问题。过去的这个学期,教微积分2的同事告诉我,他的一些学生在无穷级数。谈话的结果,下周我改变了我的计划。我展示我的课如何计算部分和一系列数值使用MATLAB脚本,然后要求他们解决同样的问题象征性地使用MuPAD笔记本接口,这是包含在符号数学工具箱。这个练习不仅帮助他们理解他们挣扎的数学概念;它还提供了一个很好的例子,如何应用MATLAB和符号数学工具箱在CMP 150以外的课程。

期末考试及以后

为期末考试,学生们必须证明能力在四个方面:图形和可视化,处理数据,数学分析和编程。他们有两个小时来解决一个问题在上述每个类别中使用MATLAB。的一个编程问题问他们创建一个函数来近似的值e^x使用泰勒多项式。另一个选择是写一个脚本,该脚本生成第一N在斐波那契序列的数字,N是一个整数输入脚本。我很高兴与学生的考试成绩;这表明他们已经走了很长的路在14周。

我们继续将MATLAB集成到其他的课程。学生已经在使用MATLAB在微积分3中,我与同事工作在科学和商业部门增加使用MATLAB。学生的反馈是积极的。一些学生已经随后在c++编程课告诉我他们是多么想念在MATLAB编程。许多学生说课程最有价值的部分是学习如何自己解决一个新概念——如何找到文档或其他的信息来源和坚持下去,直到他们理解它。

批判性思维和信息的获取和理解核心知识技能在文科教育。MATLAB是一个很好的环境为学生发展和早期在他们的大学生涯磨练这些技能。