用户故事

查尔默斯理工大学将MATLAB集成到核心数学课程中

挑战

向跨越多个学科和两所大学的学生教授数学和数学建模,并为他们满足行业需求做好准备

解决方案

在整个核心数学课程中集成MATLAB,并提供实际解决问题的跨学科练习

结果

  • 跨部门合作改进
  • 学生们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作为交互式工具,不仅是为了完成指定的练习,也是为了研究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结合起来。”

汤米·古斯塔夫松博士,查尔默斯科技大学
查尔默斯大学位于瑞典哥德堡。

查尔默斯理工大学和哥德堡大学共用一个数学科学系,为两所大学的学生提供课程。该系的本科课程包括一套针对工程、科学和数学专业学生的核心课程。通过这些课程,每年有近1000名学生学习如何使用MATLAB®解决与所学领域相关的问题。教师们采用这种方法让学生学习基本的数学概念,为他们的高级课程和需要数学建模技能的职业生涯做准备。

“MATLAB是贯穿我们所有核心数学课程的共同主线,”查尔默斯学院数学研究主任汤米·古斯塔夫松博士说。“MATLAB是数学和其他学科(如化学或建筑学)之间的桥梁,它帮助学生与课程材料联系起来,并理解它如何在工业中应用。”

挑战

在过去,学习早期数学课程的学生被布置了相对简单的关于课堂上讲授的概念的作业。该部门的教师很快就意识到这种方法的两个缺点。首先,题目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。古斯塔夫松说:“我们希望向学生们展示真正的问题,而不是我所说的学校问题,以帮助他们理解和应用所学知识。”“瑞典的许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,以满足这种需求。”

该部门还希望为查尔默斯和哥德堡大学的学生提供便捷的工具,以完成跨学科课程中的作业和项目。

解决方案

数学科学系的教师在核心和高级课程中集成了MATLAB,两所大学都获得了校园范围的许可证,使学生能够在任何一个校园访问MATLAB。

教师们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第一年和第二年的课程。

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,他们学习MATLAB中的基本编程结构,并完成一项作业,为康威的《生命游戏》编程。第一门课的最后两个作业探讨了等分法、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软件对反应动力学和NO氧化生成NO进行建模2

在第三和第四门课程中,学生将求解线性微分方程组。学生在使用内置的MATLAB求解器之前编写自己的求解器。学生们使用MATLAB再现了化学教科书上的一张图,图中显示了在氢原子周围的某个区域找到电子的概率。

建筑和技术专业的一年级学生也从MATLAB入门开始,包括积分、微分方程和数值计算。通过MATLAB,他们可以用一元微积分和多元微积分来完成作业。

的学生形状、颜色和建筑工具课程探索建筑和工程中使用的几何图形。在线性代数的后续课程中,学生完成了一个期末项目,在该项目中,他们使用MATLAB对大英博物馆庭院的玻璃屋顶进行建模。

各个层次的学生——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部门的合作,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,建筑专业的学生将数学建模应用于桥梁、建筑物和其他结构——所有这些都是在MATLAB中完成的。”

  • 学生们教授行业所需的技能.“我们在瑞典和欧洲的工业合作伙伴希望学生知道如何用MATLAB创建和使用数学模型,”古斯塔夫松博士说。“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和他们学习解决实际问题的方式差不多。”

  • 学生自认为是专家用户.在一项针对115支参加大学生方程式工程竞赛的队伍的调查中,来自查尔默斯和哥德堡大学的队伍是四个自称为MATLAB专家的队伍之一。古斯塔夫松博士说:“我对这个结果并不感到惊讶,因为MATLAB已经深入地融入了我们系的所有教学中。”

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