Revolutionierung der Einführung in die Physik mit Maple am Scripps und Pitzer College - Maplesoft

Fallstudie:
Revolutionierung der Einführung in die Physik mit Maple am Scripps und Pitzer College

Physikkurse für Studenten beinhalten komplexe mathematische Berechnungen, die das Verständnis der physikalischen Prinzipien überschatten können. Im Rahmen einer transformativen Initiative am Scripps und Pitzer College leitete Professor Scot Gould die Integration von Maple, einer von Maplesoft entwickelten fortschrittlichen Mathematiksoftware, in einen experimentellen Physikkurs für Erstsemester. Ziel war es, ein Werkzeug einzubinden, das diese Berechnungen vereinfacht und gleichzeitig das Verständnis der Studierenden für die Konzepte der Physik verbessert.

Warum Maple?

Maple wurde für diese Initiative sorgfältig ausgewählt, weil es mehrere wichtige Merkmale aufweist:

  • Anspruchsvolle Problemlösung: Maple ist bekannt für seine Fähigkeit, komplexe mathematische Probleme zu lösen und aufschlussreiche Visualisierungen zu erstellen, und es bietet die umfassendste Unterstützung für Physik von allen derzeit erhältlichen mathematischen Softwarepaketen. Folglich war Maple nicht nur für den Einführungskurs geeignet, sondern Professor Gould wusste, dass Maple auch weiterhin ein nützliches Werkzeug sein würde, wenn seine Studenten zu fortgeschritteneren Physikkursen übergingen.
  • Ein prinzipienorientierter Ansatz: Maple ermöglicht es Physikern, Probleme so zu lösen, wie sie über Physik denken, indem sie einen Top-Down-Ansatz verwenden, der von den Prinzipien ausgeht, anstatt sie zu zwingen, das Problem aus der Perspektive der Kodierung anzugehen. Anstatt die Verwendung von Werkzeugen als separate Aufgabe zu betrachten, kann Maple verwendet werden, um korrektes physikalisches Denken zu lehren und zu verstärken, während es gleichzeitig verwendet wird, um das konzeptionelle Verständnis zu fördern und Probleme zu lösen.
  • Die richtige Mathematik für die Aufgabe: In Physikkursen wird manchmal nicht die am besten geeignete Mathematik verwendet, um ein Konzept auszudrücken oder ein Problem zu lösen, weil die Mathematik über die Erfahrung der Kursteilnehmer hinausgeht. Maple ermöglicht es ihnen, neue Mathematik zu erlernen und anzuwenden, wie z. B. das Lösen von gekoppelten Differentialgleichungen, so dass sie Probleme mit fortgeschritteneren mathematischen Werkzeugen angehen können, als sie in ihren Mathematikkursen behandelt wurden.
  • Flache Lernkurve: Im Gegensatz zu einigen populären Programmiersprachen führt die reichhaltige klickbare Oberfläche von Maple und die Verwendung der Standardnotation für Mathematik und Physik zu einer flacheren Lernkurve. Da sie viele Aktionen ohne Befehle ausführen können, verbringen die Schüler weniger Zeit mit dem Erlernen des Tools und können sich mehr auf die physikalischen Konzepte konzentrieren. Da Maple eine vertraute Notation verwendet, können sie Probleme schnell und präzise eingeben und Ergebnisse interpretieren.
  • Präsentation der Ergebnisse: Mit Maple können die Schüler und Studenten ihre Ergebnisse in Form von publikationsfähigen Diagrammen, Animationen und "Was wäre wenn"-Anwendungen leicht präsentieren und so ihre technischen Kommunikationsfähigkeiten entwickeln.

Maple hat die Art und Weise, wie wir den Physikunterricht am Scripps und Pitzer Colleges angehen, revolutioniert.”

Wie Maple in den Kurs integriert ist

Ursprünglich wurde Maple während der Vorlesungszeit unterrichtet, wobei der Schwerpunkt zu Beginn des Semesters lag. Im Laufe der Zeit verfeinerte Professor Gould jedoch den Ansatz, was zu einer effektiveren Integration führte:

  • Videos mit Fertigkeiten: Die Schüler erwerben grundlegende Maple-Kenntnisse durch eine Reihe von zehnminütigen Videos, die von Problemstellungen begleitet werden. Dieser "Just-in-Time"-Ansatz stellt sicher, dass die Schüler die erforderlichen Fähigkeiten genau dann erlernen, wenn sie zur Lösung von Physikproblemen benötigt werden.
  • Integration mit physikalischen Prinzipien: edes Fachwissen wird zusammen mit den relevanten physikalischen Prinzipien, die studiert werden, eingeführt, um die praktische Anwendung von Maple im Rahmen der Kursarbeit zu verstärken.
  • Einreichung von Maple-Arbeitsblättern: Alle Präsentationen, Hausaufgaben und Prüfungsarbeiten werden in Form von Maple-Arbeitsblättern eingereicht, auf denen die Schüler ihre Berechnungen und Diagramme mit Erklärungen, Diagrammen und interaktiven Elementen kombinieren können, alles in einem einzigen Dokument.

Am Ende des Kurses wird es für die Studierenden zur Norm, Maple zur Eingabe und Manipulation grundlegender Gleichungen bei der Lösung von Physikproblemen zu verwenden. Die Studierenden sind sich einig, dass Maple es ihnen ermöglicht, sich mehr auf das Verständnis der physikalischen Prinzipien zu konzentrieren, während sie weniger Zeit für die mathematischen Details aufwenden müssen, die solche Kurse oft verzögern können.

Maple hat die Art und Weise, wie wir den Physikunterricht am Scripps und Pitzer Colleges angehen, revolutioniert", so Professor Gould. "Es befähigt unsere Studenten, sich tiefer in die Kernkonzepte der Physik einzuarbeiten. Als Pädagoge ist es mein primäres Ziel, sinnvolle Lernerfahrungen zu ermöglichen, und Maple hat maßgeblich dazu beigetragen, dies zu erreichen. Es hat die Art und Weise, wie unsere Studenten sich mit der Physik auseinandersetzen und sie verstehen, neu definiert, indem es ihnen noch nie dagewesene Möglichkeiten zur Erforschung, Visualisierung und zum Verständnis bietet."

Die Integration von Maple in die Physikkurse auf Universitätsebene am Scripps College und am Pitzer College, die von Professor Scot Gould geleitet wird, ist ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Technologie bei der Verbesserung der STEM-Ausbildung. Da diese Institutionen weiterhin eine Vorreiterrolle in der innovativen technischen Ausbildung einnehmen, bleibt Maple ein unverzichtbares Werkzeug für die Ausbildung der nächsten Generation von Physikern und MINT-Fachleuten.

Wenden Sie sich an Maplesoft, um zu erfahren, wie Maple in Ihrem Klassenzimmer eingesetzt werden kann.