物理课程中的MATLAB和Simulink实例
Michele McColgan,锡耶纳学院物理与天文学系
锡耶纳学院的物理学副教授Michele McColgan展示了如何使用MATLAB添加简单的入门活动和自动评分评估®和仿真软件®家庭作业、小测验和普通物理课程和高等物理课程的考试。这些课程中的学术概念包括电与磁、电子学、热物理和光学。
mathworks提供的工具应用程序(作为锡耶纳学院可用的校园范围许可证的一部分)包括:
- MATLAB年级™介绍计算思维和自动评估50个电路概念问题
- MATLAB现场脚本,学习MATLAB环境下解决问题的方法
- 用于设计电路模型、预测行为和故障排除的Simulink
本教程视频首次于2021年1月28日发布,作为PICUP春季网络研讨会系列的一部分:本科生物理计算,强调MATLAB的使用。
我叫Michele McColgan,是纽约北部一所小型文理学院的物理和天文学教员。我们系大约有100名学生——物理专业的学生。我们每年有20到25名毕业生,其中40%是女性。我使用MATLAB Grader, Live Scripts和Simulink。
我马上开始学习普通物理。然后,我还在我的高级课程中加入了很多小组问题。我教电子学,机电,热物理,光学,我通常从简单的入门活动开始,然后转入小组问题。我通常会在期末考试或实习中加入一些MATLAB的内容。
去年秋天,在我的电子学课程中,我决定多用一点MATLAB评分器。我想做的是使用MATLAB评分器和实时脚本。所以我在MATLAB Grader中为我的电子学课创建了大约50个问题,主题是欧姆定律,分压器,晶体管,运算放大器,RLC电路。这就是这些话题之间的分歧。
学生们真的很喜欢。这是除书面作业外的家庭作业。所以他们真的很喜欢。我也给了他们群体问题,我马上会讲到。每个单元有4到6个——每个单元有4个家庭作业,包括MATLAB评分问题,Canvas小测验。所以我真的很喜欢给他们这些测试问题,主要是给他们即时反馈。所以他们被评分了。他们会立即给学生反馈,看他们写的作业是否正确。这样他们就会向Gradescope提交。
然后我有了团队项目。我真的很想融入更多的设计工作。所以我试着结合设计电路,给他们一些标准,让他们手工设计,然后在MATLAB或Simulink中完成。我很喜欢用MATLAB和Simulink。我开始训练时,用了MATLAB和Simulink的Onramp。这是我班上的作业。
如何使用MATLAB评分器呢?这是我使用它的设想,是复习物理学中的材料。一开始我很喜欢用它来解决一些简单的问题。这真的能帮助他们了解如何将一个问题——一个文字问题——转化为计算问题。所以我开始复习之前课程的物理材料。我从简单的问题开始。我只是从容易练习的东西开始——脚本和函数。然后我试着从复习过渡到更高级的东西。
我所做的一件事就是提供如何使用MATLAB Grader的视频。我用了很多普通物理课上的例子,所以他们应该很了解这种材料。这样他们就可以学习如何使用MATLAB Grader。我不会给他们所有关于新材料的信息,我给他们如何制作现场脚本和如何创建Simulink模型的视频。
为什么我喜欢MATLAB评分器?学生不需要MATLAB许可证。这很好,对于早期的课程,你可以直接使用它,而不需要许可证。它不整合。如果你没有机构许可,它就不能集成到Canvas或类似的东西中。但仅仅进入成绩并没有那么难。它适用于任何浏览器。所以我确实有学生用chromebook,所以它可以和这些学生一起工作。分级是自动完成的。
我不会只使用MATLAB Grader的原因是你仍然希望他们学习IDE。您希望他们学习脚本窗口和命令窗口。你想让他们练习打字
在命令窗口,看看他们得到了什么。然后粘贴到他们的脚本窗口,一旦他们得到了正确的。你想让他们这么想。因此,与Live Editor相比,它的功能有限,但有一个练习编码的窗口。所以我想,如果你想的话,你真的可以黑进去,让他们在橱窗里练习。只是,看起来不一样,如果学生们没有这样的练习,他们往往不能很好地转换。
我也使用Simulink,因为我们有应用物理专业的学生进入工程专业。所以我真的很喜欢让他们创造电路然后排除故障的机会。学生们真的很难排除故障和理解,我应该在哪里考虑电压值,看看我的电路是否工作。他们没有找到中间点来帮助他们找出问题所在。
那么,我为什么喜欢它呢?你可以逐渐增加难度。你可以马上引入计算思维。你可以把一个应用题转换成一个竞争题。我们可以从这里开始。所以你提供了一个简单的在线服务——就像他们习惯做的那样——你在网上做,他们有脚手架。
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