《数学实验》课程教学大纲

《数学实验》教学大纲课程名称：数学实验英文名称：Mathematicalexperiment课程编号：F035093382学分：2总学时/课内实践学时：32/32课程性质：选修课程开课单位：数理科学与工程学院数学系基层教学组织适应对象：信息与计算科学专业一、课程简介数学实验是计算机技术和数学、软件引入教学后出现的新事物。数学实验的目的是提高学生学习数学的积极性，提高学生对数学的应用意识并培养学生用所学的数学知识和计算机技术去认识问题和解决实际问题的能力。不同于传统的数学学习方式，它强调以学生动手为主的数学学习方式。数学软件Matlab除了具备卓越的数值计算能力外，还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。用MATLAB处理问题和编程要比用C语言、Fortran语言等简洁快速。教学采用上机操作的方式，考核方式为考查。课堂上除了讲授本门知识之外，在同学们注意力不集中的时候，把课程思政元素融入教学，会提到要加强品德修养，要有爱国情怀等等。Mathematicsexperimentisanewthingaftercomputertechnology,mathematicsandsoftwareareintroducedintoteaching.Thepurposeofmathematicsexperimentistoimprovestudents'enthusiasminlearningmathematics,improvestudents'awarenessofmathematicsapplicationandcultivatestudents'abilitytounderstandandsolvepracticalproblemswiththemathematicalknowledgeandcomputertechnologytheyhavelearned.Differentfromthetraditionalwayofmathematicslearning,itemphasizesthestudents'hands-onwayofmathematicslearning.Inadditiontoitsexcellentnumericalcalculationability,themathematicalsoftwareMATLABalsoprovidesprofessionalsymboliccalculation,wordprocessing,visualmodelingandsimulation,real-timecontrolandotherfunctions.UsingMATLABtodealwithproblemsandprogrammingissimplerandfasterthanusingClanguageandFORTRANlanguage.Theteachingadoptsthemethodofcomputeroperation,andtheexaminationmethodisexamination.Inadditiontoteachingthisknowledgeintheclass,whenstudentsarenotfocused,theideologicalandpoliticalelementsofthecoursewillbeintegratedintotheteaching,willmentiontostrengthenthemoralcultivation,patrioticfeelingsandsoon.二、课程目标1.强化科学伦理教育，注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的能力，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。2.熟练掌握MATLAB语言的基础概念、基本内容，包括数值计算、符号运算、绘制二维与三维图形、编写M文件等。掌握用MATLAB表示函数，并求极限、导数、数值微分等。掌握用MATLAB作矩阵的基本运算，求线性方程与线性方程组的解。3.能够利用MATLAB进行相关领域的科学研究，在计算机软件辅助下解决简单的实践问题。1.Strengthenscientificethicseducation,payattentiontothetrainingofscientificthinkingmethodsandthecultivationofscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatestudents'feelingsandmissionofservingthecountrythroughscienceandtechnology.2.MasterthebasicconceptsandcontentsofMATLABlanguage,includingnumericalcalculation,symbolicoperation,drawingtwo-dimensionalandthree-dimensionalgraphics,writingm-files,etc.MastertheexpressionoffunctionsinMATLAB,andfindlimits,derivatives,numericaldifferentiation,etc.MasterthebasicoperationofmatrixwithMATLAB,andfindthesolutionsoflinearequationsandlinearequations.3.AbletouseMATLABforscientificresearchinrelatedfieldsandsolvesimplepracticalproblemswiththeassistanceofcomputersoftware.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对信息与计算科学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：知识要求具有扎实的数学基础，掌握信息科学、计算科学和计算机科学的基本理论和基本知识。课程目标2毕业要求2：能力要求能熟练使用计算机（包括常用计算机语言、工具及一些专业软件），具有基本的算法分析和设计能力以及较强的编程能力。课程目标3毕业要求3：素质要求具有正确的人生观、价值观和道德观，爱国、诚信、友善、守法，具有高度的社会责任感；具有良好的心理素质和积极的人生态度。课程目标1四、课程教学安排课程共有3项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1MATLAB基础操作实验爱国教育1682微积分实验职业教育883线性代数实验科学精神培养88合计3232教学安排1.MATLAB简介和基本函数图形的绘制教学要求：熟悉MATLAB窗口基本操作命令；能够编写程序语言，编写函数及M文件；能够绘制图形；能够上机操作。教学内容：了解MATLAB的基本功能；掌握MATLAB各种数据格式以及命令输入；能够编写函数和绘制图形。重点难点：编写函数和绘制图形。思政元素：讲授著名数学家苏步青的案例，激发学生爱国情怀。著名数学家苏步青早年留学日本，1931年获得博士学位。日本不少名牌大学以高薪聘请他，但他想到出国留学是为了祖国掌握科学，就一一辞谢，毅然回国。回国后，他在浙江大学执教，一连四个月领不到工资，穷得连饭都难吃饱，而当时日本的帝国大学还答应他保留半年的工资。贫贱难移爱国心，苏步青毫无再去日本之意。抗日战争爆发后，日本帝国大学又打电报，请他前去任教。出于民族大义，他一口回绝道：“我要留在自己的祖国。祖国再穷，我也要为她奋斗，为她服务！2.微积分实验教学要求：熟悉MATLAB的函数分类和调用方式；能够用Matlab计算极限，求微分和积分；能够上机操作。教学内容：掌握微积分的知识，用Matlab计算微分和积分。重点难点：用Matlab计算函数表达式。思政元素：讲授居里夫人，曹雪芹，陈金水，周总理的案例，对学生进行职业教育。居里夫人的实验室条件极差，夏天，因为顶棚是玻璃的，里面被太阳晒得像一个烤箱；冬天，又冷得人都快冻僵了。居里夫人克服了人们难以想像的困难，为了提炼镭，他们辛勤地奋斗着。居里夫人立即投入提取实验，她每次把20多公斤的废矿渣放入冶炼锅熔化，连续几小时不停地用一根粗大的铁棍搅动沸腾的材料，而后从中提取仅含百万分之一的微量物质。曹雪芹晚年贫病交困，在北京西村时，“蓬牖茅椽，绳床瓦灶”，“举家食粥酒常赊”。在这样的困境中，他仍然勤奋写作《红楼梦》，披阅10载，增删5次，真是“字字看来皆是血，十年辛苦不寻常”。《红楼梦》问世已200余年，成为我国古典文学的光辉巨著，也是世界文化艺术的瑰宝。陈金水出生于钱塘江畔，从气象学院毕业后，他只身来到青藏高原，单枪匹马建起了世界上最高的气象观察站。这里的环境十分恶劣，终年积雪，空旷无人；由于低压，他吃不到煮熟的饭；由于寸草难生，他吃不到新鲜的蔬菜；由于缺氧，他患上了心血管疾病。然而，陈金水丝毫没有动摇他献身祖国气象事业的决心，在这里一蹲就是30年，印证了他的一句肺腑之言：我的一切属于祖国的气象事业。“文革”期间，有一次，周总理连续工作了三个昼夜，当天晚上又安排了七个会，累得病又犯了，疼痛难忍，就站起来用椅背顶住腹部，继续耐心地听大家汇报。参加会议的同志请总理坐下，总理低声说:“我不能坐，一坐下就会睡着了。”总理所在的党支部看到总理的身体十分虚弱，便以支部的名义作了一个决议，要总理增加休息时间。可是，对这个决议，总理往往执行得不好。大家又写了一张告示，贴到总理的门上，要他严格执行支部决议，注意休息。总理看后笑着说:“我老了，剩下的时间不多了，要更加抓紧时间为党工作。”3.线性代数实验教学要求：熟悉矩阵的运算；行列式的计算；矩阵的特征值和特征向量；能够运用Matlab求解线性方程与线性方程组；能够上机操作。教学内容：能够运用Matlab进行矩阵的运算，求解线性方程与线性方程组。重点难点：Matlab进行矩阵的相关运算，求解线性方与线性方程程组。思政元素：讲授居里夫人研究放射性物质的案例，对学生进行科学精神培养。居里夫人研究放射性物质，摧残了自己的健康。她最后死于恶性贫血症。她一生创造、发展了放射科学，长期无畏地研究强烈放射性物质，直至最后把生命贡献给了这门科学。她一生中，共得过包括诺贝尔奖等在内的10种著名奖金，得到国际高级学术机构颁发的奖章16枚；世界各国政府和科研机构授予的各种头衔多达100多个。但是她一如既往地那样谦虚谨慎。伟大的科学家爱因斯坦评价说：“在我认识的所有著名人物里面，居里夫人是唯一不为盛名所颠倒的人。”诺贝尔为研究炸药，自己和助手多次负伤，弟弟炸死。五、课内实践教学内容及要求表3：课内实践教学内容及要求序号教学类型教学内容教学要求1上机MATLAB简介和基本函数图形的绘制熟悉MATLAB窗口基本操作命令；能够编写程序语言，编写函数及M文件；能够绘制图形。2上机微积分实验熟悉MATLAB的函数分类和调用方式；能够用Matlab计算极限，求微分和积分。3上机线性代数实验熟悉矩