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查尔默斯科技大学将MATLAB集成到核心数学课程中

挑战

向跨多个学科和两所大学的学生教授数学和数学建模,并使他们为满足行业需求做好准备

解决方案

将MATLAB集成到核心数学课程中,并在实际问题解决中提供跨学科练习

结果

  • 部门间协作得到改善
  • 学生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作为一个交互工具,不仅用于完成指定的练习,而且用于调查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整合在一起。”

查尔默斯技术大学Tommy Gustafsson博士
瑞典哥德堡查尔默斯大学。

查默斯理工大学和哥德堡大学共有一个数学科学系,为两所大学的学生提供课程。这个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®解决与他们研究领域相关的问题。该学院采用这种方法,以吸引学生学习基础数学概念,并为他们准备更高层次的课程和职业生涯,需要数学建模技能。

“MATLAB是贯穿我们所有核心数学课程的主线,”Tommy Gustafsson博士说,他是Chalmers大学的数学研究主任。“MATLAB充当了数学和其他学科(如化学或建筑学)之间的桥梁,帮助学生联系课程材料,并了解如何在工业中应用。”

挑战

过去,在早期的数学课程中,学生们只被分配相对简单的作业,内容是课堂上讲授的概念。系里的教员很快就认识到这种方法的两个缺点。首先,这些问题不够难,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:“我们希望向学生展示真正的问题,帮助他们理解和应用所学的知识,而不是我所说的学校问题。”“瑞典的很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,满足这一需求。”

该部门还希望为查默斯大学和哥德堡大学的学生提供一个跨学科课程完成作业和项目所需的工具。

解决方案

数学科学系的教员在整个核心和高级课程中集成了MATLAB,这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。

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。

化学和生物工程专业的学生从介绍MATLAB开始,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,在作业中编写康威的《生命游戏》。第一门课程的最后两项作业探索平分、线性化和牛顿方法D

第二门课程涵盖了积分和常微分方程在MATLAB中的应用。学生们使用MATLAB模拟反应动力学和NO氧化成NO的过程2

在第三和第四门课程中,学生们解线性微分方程组。学生在使用内置MATLAB求解器之前编写自己的求解器。利用MATLAB,学生们从一本化学教科书中复制出一张图,显示在氢原子周围的特定区域中找到电子的概率。

建筑和技术专业的一年级学生也从MATLAB入门开始,涵盖积分、微分方程和数值计算。在MATLAB中,他们使用一元微积分和多元微积分完成作业。

大学里的学生形状、颜色和建筑工具课程探索建筑和工程中使用的几何。在关于线性代数的后续课程中,学生们完成了最后一个项目,在该项目中,他们使用MATLAB对大英博物馆庭院上方的玻璃屋顶进行建模。

所有水平的学生——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

  • 部门间协作得到改善.古斯塔夫松博士说:“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,建筑学专业的学生将数学建模应用于桥梁、建筑和其他结构——所有这些都是在MATLAB中。”

  • 学生教授行业所需的技能Gustafsson博士说:“我们在瑞典和欧洲的工业合作伙伴希望学生们知道如何在MATLAB中创建和使用数学模型。我在汽车行业工作时,我们广泛使用MATLAB。我们的学生使用MATLAB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对115名学生在公式学生工程竞赛中的一项调查中,来自Chalmers和哥德堡大学的团队是四个团队中的一个,他们认为自己是专家的Matlab用户。“我对这个结果并不感到惊讶,因为Matlab被深深地融入到我们系的所有教学中,”古斯塔夫森博士说。

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