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在高校“新工科”建设中,数值分析教学如何发挥其重要作用?

中兴小编 科学EDU 2023-05-08

一流数值分析课程与教材建设

诺贝尔奖获得者、计算物理学家威尔逊提出了现代科学研究的三大支柱:理论研究、科学实验和科学计算.

 

如果说伽利略和牛顿在科学发展史上奠定了实验和理论这两大科学支柱,那么依托冯·诺依曼研制的电子计算机就使科学计算成为现代科学研究的另一支柱.

 

如今,科学计算在生命科学、医学、系统科学、经济学等现代科学中起到的作用日益凸显,已经成功地应用于气象预报、石油勘探、核能工程、航空航天、交通运输、机械制造等重要科学与工程领域中.

 

数值分析是研究使用计算机求解各种数学问题的计算方法与理论及其软件实现的一个数学分支,是科学计算的基础理论. 它既有纯粹数学的高度抽象性和严密性,又有着广泛的应用性. 伴随计算机的发展和普及,科学计算已经成为解决各类科学技术与工程实际问题的重要手段.

 

2017年以来,教育部积极推进“新工科”建设,指出工科优势高校要对工程科技创新和产业创新发挥主体作用,这对工科人才的培养提出新的要求. 在此背景下, 东北大学全力推进“四金一新”建设,高度重视课程建设和课程管理,不断增容“金课”,打造特色一流本科教育课群阵地. 在教育部公布的首批国家级一流本科课程中,东北大学共有39门课程获得认定,  其中就包含《数值分析》课程.

 

东北大学数值分析教学团队遵循《教育部关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见》,立足自主建设,注重应用共享,加强规范管理,积极投身在线开放课程的建设与应用. 实现了“时时、处处、人人可学”的跨越时空资源共享的教学模式,达到了“不仅让学生学会,而且让学生会学,更重要的是会用”的教学目标. 探索“以学生为中心,多元化、过程化教学模式的改革与实践”. 着重培养学生应用基本理论解决工程实际问题的能力, 让学生通过数值分析课程的学习,能够掌握数值分析的基本理论和方法,并为进一步学习和研究科学计算理论打下良好基础.

 

东北大学数值分析教学团队团队始建于20世纪90年代,秉承“务实创新,与时俱进”的课程建设理念,在以张铁教授和邵新慧教授两代课程负责人为核心的教学团队的共同努力下,《数值分析》课程建设取得了一系列丰硕成果.  团队主持或参加了教育部、省级和校级各类教学改革项目,形成了以科研促进教学,以教学推动科研的良好局面,有效保证了数值分析课程的教学质量和创新发展.

 

数值分析课程获得荣誉众多,包括

●2018年《数值分析》课程获得中国大学慕课平台(爱课程)精品推荐课程;

●2018年《数值分析》课程获评国家级精品在线开放课程;

●2018年《数值分析》的课件荣获东北大学优秀教学课件一等奖;

●2019年《数值分析》课程获评“东北大学课程思政示范课程”;

●2019年《数值分析》课程获评“东北大学本科精品骨干课程”;

●2020年《数值分析》课程获评国家级一流本科课程;

●2020年《数值分析》课程获评辽宁省一流本科课程;

●2020年《数值分析》荣获“东北大学课程思政标杆课程”.

 

2019年,数值分析教材建设还获批“东北大学百种优质教材建设项目”. 2021年,数值分析教学团队根据多年的教学经验,重新编写了一部融入MOOC和微课等数字媒体资源的数值分析教材(《数值分析》,张铁、邵新慧主编,科学出版社,2022年3月). 数字媒体资源的融入(通过扫描书中二维码进入)提高了学生自主学习的主动性和积极性,实现了课堂教学的互联网延伸. 

 

东北大学《数值分析》教材是国家级一流本科课程配套教材,主要内容包括线性方程组的直接法和迭代法、非线性方程(组)求根、矩阵特征值和特征向量的计算、数据的插值与拟合、数值积分与微分、常微分方程和偏微分方程数值解法等.

 

《数值分析》教材着重介绍了科学和工程计算中常用的数值计算方法,阐明了各种数值方法的基本思想和原理,力求做到重概念、重方法、重应用、重能力的培养.为了便于学生学习,提高学生掌握解决实际问题的能力,书中对一些最常用的数值方法给出了算法程序流程并配有上机计算实验题目.同时,为适应新形势下线上教学的需求,提高读者的自我学习能力,书中配备与课堂教学配套的微视频资源,扫描书中各章节二维码即可观看学习.

 

在东北大学数值分析课程的改革与实践基础上,《数值分析》教材的编写与出版将助力于高等学校“新工科”背景下本科生和研究生的培养, 为谱写高等院校一流大学和一流学科建设的新篇章作出贡献.

(本文改写自《数值分析》前言,内容有增删.)

 


本文编辑、排版:张中兴


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《数值分析》

张铁 邵新慧 主编

书号:9787030718136

定价:69元

内容简介

数值分析既有纯粹数学的高度抽象性和严密科学性,又有着具体应用的广泛性和实际实验的技术性,是一门与计算机使用密切结合的实用性很强的数学课程.本书以国家精品在线开放课程为依托,介绍了科学与工程计算中常用的数值计算方法, 强调各种数值方法的掌握和运用. 本书主要内容包括解线性方程组的直接法和迭代法,非线性方程(组)求根,矩阵特征值和特征向量的计算,函数的插值与逼近,数值积分与数值微分,常微分方程数值解法与偏微分方程差分方法等. 每章节配备相应梯度的习题,书后配备习题答案、上机实验,供读者练习巩固、上机操作. 同时,各章节还配有微课等数字资源,读者扫描二维码即可反复观看学习.

读者对象


本书可作为高等学校本科生和工科研究生的数值分析课程教材,也可作为从事科学与工程计算工作的科技人员的参考书.


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本书特点

 

以国家精品在线开放课程为依托

全面介绍常用经典数值计算方法

强调各种数值方法的掌握和运用

二维码微课视频、教学课件齐备

超适合学生自学、教师开展授课


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