国内外在本科科学计算工具上的差距教程 教案.ppt

国内外在本科科学计算工具上的差距教程 教案.ppt国内外在本科科学计算工具上的差距——论科学计算与教学质量的关系“三个面向”的具体化面向现代化,首先表现在把最新科学计算技术引入课程教学;同时也表现在使课程以解决飞速发展的现代工程应用为己任;要面向世界,就要时刻关注世界发达国家的最新做法。要及时吸引他们教育和教材中的先进经验,为我所用,与国际接轨;要面向未来,就要不断批判扬弃那些过时了的内容和方法,挤出时间,迎接知识大爆炸的时代。工具的现代化是根本行业现代化的最直接的指标是看你的第一线人员所用的装备。它代表生产力,所以具有根本和基础的意义。工业上蒸气机与电动机的不同,军事上冷兵器与热兵器的差别,如果工具是落后的,再努力也赶不上别人。教育使用工具的落后势必引起课程和培养目标的全面落后,质量也当然提不上去。中国教育目前就是这个状态,千百万大学生学****的基本工具是计算器而不是计算机。例1基础课——线性代数从1992年以后,美国新出版的线性代数教材逐步都采用了计算机算题,而我国教材中找不到一本用计算机的,全靠手算。两者的差距就是15年,而且还没有改变的迹象。用手算,实际上只能解n≤3以下的方程组,后续课和工程中的问题,n都很大,因此都没法用线性代数来解,而用中学的代入法。所以这门课形同虚设,纯粹为考研。美国推动科学计算的努力(1)美国的线性代数教育从1990年开始了一次大的改革,先组成了线性代数课程研究组(LinearAlgebraCurriculumStudyGroup-LACSG)。8月,在美国国家科学基金会(NSF)资助下,他们和工程界的代表组织了一次大会,共同提出了五条重要的建议,mendations[1]:要点是:(i),线性代数课程要面向应用,满足广大的非数学专业学生的需要;(ii),它应该是面向矩阵的;(iii),它应该是根据学生的水平和需要来组织的;(iv),它应该利用新的计算技术;(v),对数学专业要另设课程提高其抽象性。美国推动科学计算的努力(2)1992年NSF又资助了一个ATLAST计划,ATLAST是AugmenttheTeachingofLinearAlgebrausingSoftwareTools(用软件工具增强线性代数教学)的缩写。该计划在1992到1997六个暑期组织了许多学****班。使大批教师接受了科学计算语言的培训,并编成一本线性代数计算机****题书,正式出版[2]。由于实施了这些措施,他们的线性代数教材普遍引入了计算技术,减少了抽象性,其面貌发生了重大改变[3~6]。中国以不变应万变看看中国的线性代数书吧,其内容基本上与30年前一样。靠手工计算,解一个n元方程组要做n3/3次乘法,n=2小学就会(鸡兔同笼),n=3可用中学学的代入法,大学设线性代数本该教学生算n>3的问题。这不用计算机是解决不了的,但就是不教,教了一大堆理论,实际算题能力没有提高,还是只会中学的代入法,这是中国大学课程保守落后的最典型的例子。没有压力,所以没有人提出要改,精品课程也照样评。关键是没有按“三个面向”的要求,建立正确的评价标准,没有推动课程现代化的政策,而现有的政策都是保护落后,安于现状的。例2,例3基础课力学、电路静力学中的核心是平衡方程,一个空间物体有6个平衡方程,就是n=6的线性方程组,两个刚体相联,方程数n就加倍;电路课中稳态电路的核心是基尔霍夫方程,n个节点(或回路)就有n个方程,交流电路更是复数方程,线性代数教的手工解法解决不了,只好不用,还是用中学的代入法,这就是现状。由于同样的原因,电路和力学老师也没学过用计算机解矩阵方程,甚至不知道线性代数课对他们有什么用,当然也不去教学生。做做两三阶的****题手算也就行了,根本不考虑未来工程中的需求。计算机解题在这些课中也成了可有可无的内容了。