《數學實驗》教學大綱課程名稱：數學實驗英文名稱：Mathematicalexperiment課程編號：F035093382學分：2總學時/課內實踐學時：32/32課程性質：選修課程開課單位：數理科學與工程學院數學系基層教學組織適應對象：信息與計算科學專業一、課程簡介數學實驗是計算機技術和數學、軟件引入教學后出現的新事物。數學實驗的目的是提高學生學習數學的積極性，提高學生對數學的應用意識并培養學生用所學的數學知識和計算機技術去認識問題和解決實際問題的能力。不同于傳統的數學學習方式，它強調以學生動手為主的數學學習方式。數學軟件Matlab除了具備卓越的數值計算能力外，還提供了專業水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。用MATLAB處理問題和編程要比用C語言、Fortran語言等簡潔快速。教學采用上機操作的方式，考核方式為考查。課堂上除了講授本門知識之外，在同學們注意力不集中的時候，把課程思政元素融入教學，會提到要加強品德修養，要有愛國情懷等等。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1.強化科學倫理教育，注重科學思維方法訓練和科學精神培養，提高學生分析問題和解決問題的能力，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。2.熟練掌握MATLAB語言的基礎概念、基本內容，包括數值計算、符號運算、繪制二維與三維圖形、編寫M文件等。掌握用MATLAB表示函數，并求極限、導數、數值微分等。掌握用MATLAB作矩陣的基本運算，求線性方程與線性方程組的解。3.能夠利用MATLAB進行相關領域的科學研究，在計算機軟件輔助下解決簡單的實踐問題。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、課程目標與畢業要求對應關系本課程的課程目標對信息與計算科學專業畢業要求指標點的支撐情況如表1所示：表1課程目標與畢業要求對應關系畢業要求指標點課程目標畢業要求1：知識要求具有扎實的數學基礎，掌握信息科學、計算科學和計算機科學的基本理論和基本知識。課程目標2畢業要求2：能力要求能熟練使用計算機（包括常用計算機語言、工具及一些專業軟件），具有基本的算法分析和設計能力以及較強的編程能力。課程目標3畢業要求3：素質要求具有正確的人生觀、價值觀和道德觀，愛國、誠信、友善、守法，具有高度的社會責任感；具有良好的心理素質和積極的人生態度。課程目標1四、課程教學安排課程共有3項教學內容，具體安排如下。表2：課程教學安排表序號教學內容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1MATLAB基礎操作實驗愛國教育1682微積分實驗職業教育883線性代數實驗科學精神培養88合計3232教學安排1.MATLAB簡介和基本函數圖形的繪制教學要求：熟悉MATLAB窗口基本操作命令；能夠編寫程序語言，編寫函數及M文件；能夠繪制圖形；能夠上機操作。教學內容：了解MATLAB的基本功能；掌握MATLAB各種數據格式以及命令輸入；能夠編寫函數和繪制圖形。重點難點：編寫函數和繪制圖形。思政元素：講授著名數學家蘇步青的案例，激發學生愛國情懷。著名數學家蘇步青早年留學日本，1931年獲得博士學位。日本不少名牌大學以高薪聘請他，但他想到出國留學是為了祖國掌握科學，就一一辭謝，毅然回國。回國后，他在浙江大學執教，一連四個月領不到工資，窮得連飯都難吃飽，而當時日本的帝國大學還答應他保留半年的工資。貧賤難移愛國心，蘇步青毫無再去日本之意。抗日戰爭爆發后，日本帝國大學又打電報，請他前去任教。出于民族大義，他一口回絕道：“我要留在自己的祖國。祖國再窮，我也要為她奮斗，為她服務！2.微積分實驗教學要求：熟悉MATLAB的函數分類和調用方式；能夠用Matlab計算極限，求微分和積分；能夠上機操作。教學內容：掌握微積分的知識，用Matlab計算微分和積分。重點難點：用Matlab計算函數表達式。思政元素：講授居里夫人，曹雪芹，陳金水，周總理的案例，對學生進行職業教育。居里夫人的實驗室條件極差，夏天，因為頂棚是玻璃的，里面被太陽曬得像一個烤箱；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驗，她每次把20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋熔化，連續幾小時不停地用一根粗大的鐵棍攪動沸騰的材料，而后從中提取僅含百萬分之一的微量物質。曹雪芹晚年貧病交困，在北京西村時，“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》，披閱10載，增刪5次，真是“字字看來皆是血，十年辛苦不尋常”。《紅樓夢》問世已200余年，成為我國古典文學的光輝巨著，也是世界文化藝術的瑰寶。陳金水出生于錢塘江畔，從氣象學院畢業后，他只身來到青藏高原，單槍匹馬建起了世界上最高的氣象觀察站。這里的環境十分惡劣，終年積雪，空曠無人；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，陳金水絲毫沒有動搖他獻身祖國氣象事業的決心，在這里一蹲就是30年，印證了他的一句肺腑之言：我的一切屬于祖國的氣象事業。“文革”期間，有一次，周總理連續工作了三個晝夜，當天晚上又安排了七個會，累得病又犯了，疼痛難忍，就站起來用椅背頂住腹部，繼續耐心地聽大家匯報。參加會議的同志請總理坐下，總理低聲說:“我不能坐，一坐下就會睡著了。”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決議，要總理增加休息時間。可是，對這個決議，總理往往執行得不好。大家又寫了一張告示，貼到總理的門上，要他嚴格執行支部決議，注意休息。總理看后笑著說:“我老了，剩下的時間不多了，要更加抓緊時間為黨工作。”3.線性代數實驗教學要求：熟悉矩陣的運算；行列式的計算；矩陣的特征值和特征向量；能夠運用Matlab求解線性方程與線性方程組；能夠上機操作。教學內容：能夠運用Matlab進行矩陣的運算，求解線性方程與線性方程組。重點難點：Matlab進行矩陣的相關運算，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的案例，對學生進行科學精神培養。居里夫人研究放射性物質，摧殘了自己的健康。她最后死于惡性貧血癥。她一生創造、發展了放射科學，長期無畏地研究強烈放射性物質，直至最后把生命貢獻給了這門科學。她一生中，共得過包括諾貝爾獎等在內的10種著名獎金，得到國際高級學術機構頒發的獎章16枚；世界各國政府和科研機構授予的各種頭銜多達100多個。但是她一如既往地那樣謙虛謹慎。偉大的科學家愛因斯坦評價說：“在我認識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。”諾貝爾為研究炸藥，自己和助手多次負傷，弟弟炸死。五、課內實踐教學內容及要求表3：課內實踐教學內容及要求序號教學類型教學內容教學要求1上機MATLAB簡介和基本函數圖形的繪制熟悉MATLAB窗口基本操作命令；能夠編寫程序語言，編寫函數及M文件；能夠繪制圖形。2上機微積分實驗熟悉MATLAB的函數分類和調用方式；能夠用Matlab計算極限，求微分和積分。3上機線性代數實驗熟悉矩