Beregningsorientert utdanning

Tanumstrand 08.03.12Tore A. Kro

Computing in Science Education, UiO

• UiO, Studiemodell før 2000, første semester:

• UiO, Ny studiemodell ca. 2000:

Ex.phil Kalkulus

Kalkulus Modellering og beregninger

Grunnkurs i programmering

CSE, Personer

• Annik M. Myhre Professor - Petroleum Geology and Geophysics

• Knut Martin Mørken Professor - Computational Mathematics

• Morten Hjorth-Jensen Professor - Experimental Particle Physics

• Anders Malthe-Sørensen Professor - Physics of Geological Processes

• Hans Petter Langtangen Professor - Computational Mathematics

• Tom L. Lindstrøm Professor - Matematikk

• Øyvind Ryan Forsker - Senter for matematikk for anvendelser

• Hanne Sølna Seksjonssjef - Fakultetsadministrasjonen

Hva er beregningsorientert utdanning?

• Beregningsorientert utdanning inkluderer beregninger på en systematisk og helhetlig måte på tvers av ulike fag, slik at studentene får en solid basis for bruk av beregninger i en fremtidig arbeidskarriere.

• Tanken er at grunnlaget i beregningsferdigheter legges så tidlig som mulig i studiet og utnyttes overalt der det er naturlig.

Mer Realistiske Eksempler.

• Fysikk: Beregning av satelittbaner.

Hva med tradisjonell matematikk?

• Beregningsperspektivet skal ikke gå på bekostning av opplæring i grunnleggende matematikk.

• Noen eksempler på matematikkforståelse som blir viktigere enn før:– Algebraisk manipulasjon av uttrykk slik at de kan

programmeres mer effektivt– Fortrolighet med definisjonene av den deriverte og av

integralet slik at de kan beregnes nummerisk– Overføring av problemer til standard matematisk form

slik at de kan løses på standard programvare

HVA SLAGS PROGRAMVARE MØTER INGENIØRSTUDENTENE I FREDRIKSTAD?

Programvare for DAK

• ANSYS • AutoCad • Edgecam • Inventor • Revit • Rhino • Solid Works • Tekla

Mikrokontrollere og PLS

• AvrStudio 4/5 • Code Composer Studio (CCS) • Code::Blocks med GCC (GNU Free C-compiler)• Factory Talk View ME Station • Factory Talk View studio • MBED • Orcad • RSLogix 5000 • XILINX ISE Design Suite

Matematikk og simulering

• MATLAB• MATLAB/Comsol • MATLAB/FDATOOL • Power Simblock/Simulink • Scilab • Visual basic/excel

Diverse programvare

• Gemini • G-prog • Granta • Kalk 2010 • Mouse avløpsmodell • MS Project • Netbas • Novapoint • Pspice • PSSU/Sincal

ANSYS

• Programvare for simulering:– Mekanikk, fysikk, fluiddynamikk,

elektromagnetisme

SolidWorks

• DAK og simulering

Autodesk Revit

• Modellerer bygningsfysikk

AVR Studio 5

• Utviklingsverktøy for å skrive, bygge og debugge C/C++ for mikrokontrollere

HVILKE ANBEFALINGER GIR UIO?

Anbefalinger for ingeniørutdanningene

Undervisningsledelsen ved hver institusjon må ta ansvar og aktiv del i diskusjonen om hvordan beregningsorientert matematikk skal tilpasses undervisningen på den enkelte institusjon.

Anbefalinger for ingeniørutdanningene

Kostnader forbundet med tilpasning til mer beregningsorientert matematikk i bachelorutdanningene må tas med i budsjettprosessene.

Anbefalinger for ingeniørutdanningene

Høgskolene bør sørge for å integrere beregningsorientert matematikk samtidig som høgskolene tilpasser undervisningen til den nye forskriften og rammeplanen for ingeniørutdanning på bachelornivå.

Anbefalinger for ingeniørutdanningene

Et innføringskurs i programmering bør inngå i første semester, og koordineres med Matematikk 1. Institusjonene bør opprette et beregningslaboratorium for å sikre kompetanse og kontinuitet i undervisningen hvor beregningsorientert matematikk inngår. Ingeniørutdanningen bør planlegge å gjennomføre beregningsperspektiv i alle studieløp. Beregningsperspektivet innføres i alle relevante emner.

Implementering Ingeniørutdanningen

• Tidlig opplæring i grunnleggende programering:– For- og While-løkker, If-tester, variable, modifisere

programkode.• Matematisk programvare erstatter kalkulatoren• Introdusere nummeriske metoder i Matematikk 1:

– Newtons metode, Simpson, Eulers metode, nummerisk derivasjon

– Vurdere ulike kilder til feil i de nummeriske svarene• Muliggjør mer sammensatte problemstillinger i fysikk:

– Eksempelvis skrått kast med luftmotstand.

Valg av programvare

• Tenk først gjennom hva de overordnede kravene er.

• Bør være egnet til å fokusere på grunnleggende programmering.

• Gode plotteomgivelser bør være inkludert.• Ikke for omfattende.

Videre lesning:

• Mørken et.al: Beregningsorientert utdanning, En veileder for universiteter og høgskoler i Norge, UiO: Det matematisk-naturvitenskaperlige fakultet, 2011