《數(shù)學(xué)軟件選講》課程教學(xué)大綱

《數(shù)學(xué)軟件選講》教學(xué)大綱課程名稱：數(shù)學(xué)軟件選講英文名稱：Selectedlecturesonmathematicalsoftware課程編號(hào)：F035092372學(xué)分：2.5總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：40/24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)軟件選講講的是MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用教程，它作為一門數(shù)學(xué)應(yīng)用工具，是提升學(xué)生操作能力和實(shí)踐能力的一門輔助課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們能夠深入理解實(shí)際問(wèn)題與模型、模型與軟件算法、算法與問(wèn)題數(shù)值解的內(nèi)在聯(lián)系，使學(xué)生對(duì)在計(jì)算機(jī)軟件輔助下解決實(shí)際管理問(wèn)題的處理過(guò)程，有較為深刻的理解。本課程注重提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力、軟件應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范、理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)態(tài)度，為他們今后處理問(wèn)題或繼續(xù)深造打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)采用PPT和上機(jī)操作相結(jié)合的方式，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。MathematicssoftwareisacourseofMATLABprogramdesignandapplication.Asamathematicalapplicationtool,itisanauxiliarycoursetoimprovestudents'operatingabilityandpracticalability.Throughthestudyofthiscourse,studentscandeeplyunderstandtheinternalrelationsbetweenpracticalproblemsandmodels,modelsandsoftwarealgorithms,algorithmsandnumericalsolutionsofproblems,andhaveadeeperunderstandingoftheprocessofsolvingpracticalmanagementproblemswiththeassistanceofcomputersoftware.Thiscoursefocusesonimprovingstudents'problem-solvingandsoftwareapplicationabilities,cultivatingarigorous,standardized,andpracticalscientificattitude,layingasolidfoundationfortheirfutureproblem-solvingorfurthereducation.TheteachingadoptsthecombinationofPPTandcomputeroperation,andtheexaminationmethodisexamination.Inadditiontoteachingthisknowledgeintheclass,whenstudentsarenotfocused,theideologicalandpoliticalelementsofthecoursewillbeintegratedintotheteaching,willmentiontostrengthenthemoralcultivation,patrioticfeelingsandsoon.二、課程目標(biāo)1.了解MATLAB的發(fā)展和主要功能；能夠獨(dú)立安裝和運(yùn)行MATLAB軟件；熟悉MATLAB的操作界面、基本操作和幫助系統(tǒng)；能夠上機(jī)操作。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.了解MATLAB數(shù)值數(shù)據(jù)的分類并熟悉數(shù)據(jù)的輸出格式；掌握MATLAB矩陣的表示方法及變量的操作方法；能夠建立矩陣；掌握MATLAB常用內(nèi)部函數(shù)；掌握MATLAB算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；掌握字符串的表示方法并了解結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、單元數(shù)據(jù)的表示方法；能夠上機(jī)操作。3.掌握零矩陣、隨機(jī)矩陣、范德蒙矩陣等特殊矩陣；掌握對(duì)角陣和三角陣；掌握矩陣的轉(zhuǎn)置與旋轉(zhuǎn)；掌握矩陣的逆與偽逆；能夠上機(jī)操作。能夠利用MATLAB在計(jì)算機(jī)軟件輔助下解決簡(jiǎn)單的實(shí)踐問(wèn)題。1.UnderstandthedevelopmentandmainfunctionsofMATLAB;CapableofindependentlyinstallingandrunningMATLABsoftware;FamiliarwithMATLAB'suserinterface,basicoperations,andassistancesystem;Capableofoperatingonthecomputer.Strengthenscientificethicseducation,focusontrainingscientificthinkingmethodsandcultivatingscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatetheirpatriotismandmissionofservingthecountrythroughscienceandtechnology.2.UnderstandtheclassificationofMATLABnumericaldataandbefamiliarwiththeoutputformatofdata;MastertherepresentationmethodofMATLABmatrixandtheoperationmethodofvariables;Capableofestablishingamatrix;MasterthecommonlyusedinternalfunctionsinMATLAB;MasterMATLABarithmeticoperations,relationaloperations,andlogicaloperations;Mastertherepresentationmethodsofstringsandunderstandtherepresentationmethodsofstructuraldataandunitdata;Capableofoperatingonthecomputer.3.Masterspecialmatricessuchaszeromatrix,randommatrix,andvanderWaalsmatrix;Masterdiagonalandtriangularmatrices;Masterthetransposeandrotationofmatrices;Mastertheinverseandpseudoinverseofmatrices;Capableofoperatingonthecomputer.BeabletouseMATLABtosolvesimplepracticalproblemswiththeassistanceofcomputersoftware.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)要求具有較好的數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)專業(yè)素養(yǎng)，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系統(tǒng)環(huán)境愛(ài)國(guó)教育2242MATLAB數(shù)據(jù)及其應(yīng)用職業(yè)教育1216283MATLAB矩陣處理科學(xué)精神培養(yǎng)268合計(jì)162440教學(xué)安排1.MATLAB系統(tǒng)環(huán)境教學(xué)要求：了解MATLAB的發(fā)展和主要功能；能夠獨(dú)立安裝和運(yùn)行MATLAB軟件；熟悉MATLAB的操作界面、基本操作和幫助系統(tǒng)；能夠上機(jī)操作。教學(xué)內(nèi)容：能夠獨(dú)立安裝和運(yùn)行MATLAB軟件；熟悉MATLAB的操作界面、基本操作和幫助系統(tǒng)。重點(diǎn)難點(diǎn)：獨(dú)立安裝和運(yùn)行MATLAB軟件。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)?；貒?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。抗日戰(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.MATLAB數(shù)據(jù)及其運(yùn)算教學(xué)要求：了解MATLAB數(shù)值數(shù)據(jù)的分類并熟悉數(shù)據(jù)的輸出格式；掌握MATLAB矩陣的表示方法及變量的操作方法；能夠建立矩陣；掌握MATLAB常用內(nèi)部函數(shù)；掌握MATLAB算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；掌握字符串的表示方法并了解結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、單元數(shù)據(jù)的表示方法；能夠上機(jī)操作。教學(xué)內(nèi)容：掌握MATLAB矩陣的表示方法及變量的操作方法；能夠建立矩陣；掌握MATLAB常用內(nèi)部函數(shù)；掌握MATLAB算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；掌握字符串的表示方法。重點(diǎn)難點(diǎn)：MATLAB常用內(nèi)部函數(shù)；字符串的表示方法。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?，里面被太?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?！?。《紅樓夢(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?！笨偫硭诘狞h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?？墒牵瑢?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。”3.MATLAB矩陣處理教學(xué)要求：掌握零矩陣、隨機(jī)矩陣、范德蒙矩陣等特殊矩陣；掌握對(duì)角陣和三角陣；掌握矩陣的轉(zhuǎn)置與旋轉(zhuǎn)；掌握矩陣的逆與偽逆；能夠上機(jī)操作。教學(xué)內(nèi)容：掌握MATLAB矩陣的各種操作命令。重點(diǎn)難點(diǎn)：矩陣的轉(zhuǎn)置與旋轉(zhuǎn)；矩陣的逆與偽逆。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系統(tǒng)環(huán)境了解MATLAB系統(tǒng)的基本環(huán)境，能夠獨(dú)立安裝和運(yùn)行M