人类已经进入了工业互联网时代,大数据、人工智能、数字孪生体与各个工程技术领域之间正在进行着深度的融合,计算机不仅仅是解决问题的效率工具,它深刻影响了人们的作业方式、认知方式。“计算思维”不再是计算机专家和程序员的专属能力,而成为了一种普遍的认识和一类普适的技能,每一名学生都应该热心于它的学习和运用。君不见,当下所有复杂工程问题的解决都离不开计算思维的助力。这一切为非计算机专业的理工科学生提出了更高的要求:深谙计算机工作原理,精通一门高级编程语言,掌握必备的数值算法,开发或应用计算机模拟程序,……
“Wolfram科学计算:思维与技能”系列课程旨在启发计算思维、磨练计算技能。课程的总体设计以德国教育实践家瓦根舍因创立的“范例教学理论”作为指导思想。面向一门交叉学科的课程,放弃百科全书式授课思路,大胆地实施“缺漏”教学,教授最根本的、最基础的、最本质性的范例内容,以培养学生学习的主动性和创造性为目标。从科学计算、数据分析、基于方程的计算机模拟、仿真等方向上精选教学范例。沿着“算法”(积分梯形法则-迭代与递归-插值法-最小二乘法-牛顿法-有限差分法-有限单元法)和“编程”(命令式范式-面向过程-函数式范式-迭代式开发-增量式开发)两条主线打通学生“教养性”学习的任督二脉。
本课程是“Wolfram科学计算:思维与技能”系列课程的第三篇,基于“全球现代技术计算权威系统”Wolfram Mathematica高效、准确地求解微分方程,并进行计算机模拟及仿真,让几乎没有编程经验的学习者通过开发Wolfram程序解决复杂工程问题。模拟篇课程涵盖五个专题,全程案例驱动,其中不乏“计算PN结内建电场”、“模拟CZ法晶体生长工艺”等复杂工程问题。