《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)大綱

《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱課程名稱：數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)英文名稱：Mathematicalexperiment課程編號(hào)：F035093382學(xué)分：2總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：32/32課程性質(zhì)：選修課程開(kāi)課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院數(shù)學(xué)系基層教學(xué)組織適應(yīng)對(duì)象：信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)一、課程簡(jiǎn)介數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)、軟件引入教學(xué)后出現(xiàn)的新事物。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，提高學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用意識(shí)并培養(yǎng)學(xué)生用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)去認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。不同于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式，它強(qiáng)調(diào)以學(xué)生動(dòng)手為主的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式。數(shù)學(xué)軟件Matlab除了具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。用MATLAB處理問(wèn)題和編程要比用C語(yǔ)言、Fortran語(yǔ)言等簡(jiǎn)潔快速。教學(xué)采用上機(jī)操作的方式，考核方式為考查。課堂上除了講授本門知識(shí)之外，在同學(xué)們注意力不集中的時(shí)候，把課程思政元素融入教學(xué)，會(huì)提到要加強(qiáng)品德修養(yǎng)，要有愛(ài)國(guó)情懷等等。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、課程目標(biāo)1.強(qiáng)化科學(xué)倫理教育，注重科學(xué)思維方法訓(xùn)練和科學(xué)精神培養(yǎng)，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。2.熟練掌握MATLAB語(yǔ)言的基礎(chǔ)概念、基本內(nèi)容，包括數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算、繪制二維與三維圖形、編寫M文件等。掌握用MATLAB表示函數(shù)，并求極限、導(dǎo)數(shù)、數(shù)值微分等。掌握用MATLAB作矩陣的基本運(yùn)算，求線性方程與線性方程組的解。3.能夠利用MATLAB進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究，在計(jì)算機(jī)軟件輔助下解決簡(jiǎn)單的實(shí)踐問(wèn)題。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、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對(duì)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：知識(shí)要求具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，掌握信息科學(xué)、計(jì)算科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本理論和基本知識(shí)。課程目標(biāo)2畢業(yè)要求2：能力要求能熟練使用計(jì)算機(jī)（包括常用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、工具及一些專業(yè)軟件），具有基本的算法分析和設(shè)計(jì)能力以及較強(qiáng)的編程能力。課程目標(biāo)3畢業(yè)要求3：素質(zhì)要求具有正確的人生觀、價(jià)值觀和道德觀，愛(ài)國(guó)、誠(chéng)信、友善、守法，具有高度的社會(huì)責(zé)任感；具有良好的心理素質(zhì)和積極的人生態(tài)度。課程目標(biāo)1四、課程教學(xué)安排課程共有3項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)小計(jì)1MATLAB基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)愛(ài)國(guó)教育1682微積分實(shí)驗(yàn)職業(yè)教育883線性代數(shù)實(shí)驗(yàn)科學(xué)精神培養(yǎng)88合計(jì)3232教學(xué)安排1.MATLAB簡(jiǎn)介和基本函數(shù)圖形的繪制教學(xué)要求：熟悉MATLAB窗口基本操作命令；能夠編寫程序語(yǔ)言，編寫函數(shù)及M文件；能夠繪制圖形；能夠上機(jī)操作。教學(xué)內(nèi)容：了解MATLAB的基本功能；掌握MATLAB各種數(shù)據(jù)格式以及命令輸入；能夠編寫函數(shù)和繪制圖形。重點(diǎn)難點(diǎn)：編寫函數(shù)和繪制圖形。思政元素：講授著名數(shù)學(xué)家蘇步青的案例，激發(fā)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷。著名數(shù)學(xué)家蘇步青早年留學(xué)日本，1931年獲得博士學(xué)位。日本不少名牌大學(xué)以高薪聘請(qǐng)他，但他想到出國(guó)留學(xué)是為了祖國(guó)掌握科學(xué)，就一一辭謝，毅然回國(guó)。回國(guó)后，他在浙江大學(xué)執(zhí)教，一連四個(gè)月領(lǐng)不到工資，窮得連飯都難吃飽，而當(dāng)時(shí)日本的帝國(guó)大學(xué)還答應(yīng)他保留半年的工資。貧賤難移愛(ài)國(guó)心，蘇步青毫無(wú)再去日本之意?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，日本帝國(guó)大學(xué)又打電報(bào)，請(qǐng)他前去任教。出于民族大義，他一口回絕道：“我要留在自己的祖國(guó)。祖國(guó)再窮，我也要為她奮斗，為她服務(wù)！2.微積分實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求：熟悉MATLAB的函數(shù)分類和調(diào)用方式；能夠用Matlab計(jì)算極限，求微分和積分；能夠上機(jī)操作。教學(xué)內(nèi)容：掌握微積分的知識(shí)，用Matlab計(jì)算微分和積分。重點(diǎn)難點(diǎn)：用Matlab計(jì)算函數(shù)表達(dá)式。思政元素：講授居里夫人，曹雪芹，陳金水，周總理的案例，對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)教育。居里夫人的實(shí)驗(yàn)室條件極差，夏天，因?yàn)轫斉锸遣ＡУ模锩姹惶?yáng)曬得像一個(gè)烤箱；冬天，又冷得人都快凍僵了。居里夫人克服了人們難以想像的困難，為了提煉鐳，他們辛勤地奮斗著。居里夫人立即投入提取實(shí)驗(yàn)，她每次把20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋熔化，連續(xù)幾小時(shí)不停地用一根粗大的鐵棍攪動(dòng)沸騰的材料，而后從中提取僅含百萬(wàn)分之一的微量物質(zhì)。曹雪芹晚年貧病交困，在北京西村時(shí)，“蓬牖茅椽，繩床瓦灶”，“舉家食粥酒常賒”。在這樣的困境中，他仍然勤奮寫作《紅樓夢(mèng)》，披閱10載，增刪5次，真是“字字看來(lái)皆是血，十年辛苦不尋?！薄！都t樓夢(mèng)》問(wèn)世已200余年，成為我國(guó)古典文學(xué)的光輝巨著，也是世界文化藝術(shù)的瑰寶。陳金水出生于錢塘江畔，從氣象學(xué)院畢業(yè)后，他只身來(lái)到青藏高原，單槍匹馬建起了世界上最高的氣象觀察站。這里的環(huán)境十分惡劣，終年積雪，空曠無(wú)人；由于低壓，他吃不到煮熟的飯；由于寸草難生，他吃不到新鮮的蔬菜；由于缺氧，他患上了心血管疾病。然而，陳金水絲毫沒(méi)有動(dòng)搖他獻(xiàn)身祖國(guó)氣象事業(yè)的決心，在這里一蹲就是30年，印證了他的一句肺腑之言：我的一切屬于祖國(guó)的氣象事業(yè)?！拔母铩逼陂g，有一次，周總理連續(xù)工作了三個(gè)晝夜，當(dāng)天晚上又安排了七個(gè)會(huì)，累得病又犯了，疼痛難忍，就站起來(lái)用椅背頂住腹部，繼續(xù)耐心地聽(tīng)大家匯報(bào)。參加會(huì)議的同志請(qǐng)總理坐下，總理低聲說(shuō):“我不能坐，一坐下就會(huì)睡著了。”總理所在的黨支部看到總理的身體十分虛弱，便以支部的名義作了一個(gè)決議，要總理增加休息時(shí)間。可是，對(duì)這個(gè)決議，總理往往執(zhí)行得不好。大家又寫了一張告示，貼到總理的門上，要他嚴(yán)格執(zhí)行支部決議，注意休息?？偫砜春笮χf(shuō):“我老了，剩下的時(shí)間不多了，要更加抓緊時(shí)間為黨工作?！?.線性代數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求：熟悉矩陣的運(yùn)算；行列式的計(jì)算；矩陣的特征值和特征向量；能夠運(yùn)用Matlab求解線性方程與線性方程組；能夠上機(jī)操作。教學(xué)內(nèi)容：能夠運(yùn)用Matlab進(jìn)行矩陣的運(yùn)算，求解線性方程與線性方程組。重點(diǎn)難點(diǎn)：Matlab進(jìn)行矩陣的相關(guān)運(yùn)算，求解線性方與線性方程程組。思政元素：講授居里夫人研究放射性物質(zhì)的案例，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神培養(yǎng)。居里夫人研究放射性物質(zhì)，摧殘了自己的健康。她最后死于惡性貧血癥。她一生創(chuàng)造、發(fā)展了放射科學(xué)，長(zhǎng)期無(wú)畏地研究強(qiáng)烈放射性物質(zhì)，直至最后把生命貢獻(xiàn)給了這門科學(xué)。她一生中，共得過(guò)包括諾貝爾獎(jiǎng)等在內(nèi)的10種著名獎(jiǎng)金，得到國(guó)際高級(jí)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的獎(jiǎng)?wù)?6枚；世界各國(guó)政府和科研機(jī)構(gòu)授予的各種頭銜多達(dá)100多個(gè)。但是她一如既往地那樣謙虛謹(jǐn)慎。偉大的科學(xué)家愛(ài)因斯坦評(píng)價(jià)說(shuō)：“在我認(rèn)識(shí)的所有著名人物里面，居里夫人是唯一不為盛名所顛倒的人?！敝Z貝爾為研究炸藥，自己和助手多次負(fù)傷，弟弟炸死。五、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求表3：課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號(hào)教學(xué)類型教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求1上機(jī)MATLAB簡(jiǎn)介和基本函數(shù)圖形的繪制熟悉MATLAB窗口基本操作命令；能夠編寫程序語(yǔ)言，編寫函數(shù)及M文件；能夠繪制圖形。2上機(jī)微積分實(shí)驗(yàn)熟悉MATLAB的函數(shù)分類和調(diào)用方式；能夠用Matlab計(jì)算極限，求微分和積分。3上機(jī)線性代數(shù)實(shí)驗(yàn)熟悉矩