课程简介 Course Introduction
课程描述
MATLAB是一种以数值计算和数据图示为主的计算机软件。它将适合迭代分析和设计过程的桌面环境与直接表达矩阵和数组运算的编程语言相结合,包含了适应多个学科的专业软件包,以及完善的程序开发功能。MATLAB对工程师和科学家而言,是最易学和最高效的软件环境。对训练学生的职业能力、提高实践水平影响很大。
本课程要求学生掌握MATLAB的数据类型、矩阵输入和操作方法、语法结构、函数的使用以及二维、三维图形的绘图功能,并能够熟练地将MATLAB应用于学习中,解决相关课程中的复杂计算问题和数据的图形化等问题。该课程的学习不仅有助于学生学习和掌握MATLAB语言的使用方法和技巧,提高多角度分析和解决问题的能力、以及综合实践的能力,更可协助学生理解和应用后续课程如《信号与系统》、《自动控制原理》、《通信原理》、《数字信号处理》等课程知识的能力。MATLAB语言初步课程是数学和计算机软件编程技术相结合的一门课,以各类数学问题的数值解法为研究对象,包括对方法的推导、描述以及对整个求解过程的分析,并由此为计算机提供实际可行、理论可靠、计算复杂度好(指占用内存空间少以及计算复杂度低)的各种数值算法。强调数学理论与计算技术紧密结合。
课程目标
MATLAB语言初步是工科学生必须掌握的基本技能。通过本课程的学习,要求学生掌握MATLAB语言的基本语法,基本应用和基本编程等,并达到下列学习目标:
1.理解和掌握求解线性方程组、非线性方程、插值与拟合等的数值方法和相关原理,掌握对应算法的分析和设计能力,核心能力1.
2.掌握常见的数值算法在MATLAB上的编程实现和数据的可视化应用,并具有应用MATLAB开展数据分析、图形分析的能力,核心能力2。
3.根据实际需要,具备选择合适的开发平台进行MATLAB程序设计的能力,核心能力3。
4. 养成自主学习的意识,通过培养持续学习的能力拓展知识层面,掌握能够应用MATLAB来辅助专业学习能力,时刻关注数值算法的发展和优化,核心能力7。
5.在教师的指导下完成每周实验和综合实验训练,遵守职业规范和道德,并可自主加入助教团队,训练严谨的专业学习及工作习惯,核心能力8。
教学大纲 Teaching Syllabus

(一)实验1 MATLAB软件入门与学习

主要知识点:

1.1 MATLAB软件的安装,基本功能,基本应用和窗口设置

1.2 MATLAB语言的基本语法和使用

1.3 MATLABM文件的编辑

1.4 MATLAB中函数的编写与调用

1.5 总结-MATLAB工具箱介绍

1.6 Matlab 符号运算*(拓展与自主学习部分)

实验要求:通过本次实验的学习,使学生掌握MATLAB的安装和使用,建议同学们在自己的PC上进行软件安装,便于完成课后实验。通过本次实验的学习掌握MATLAB的基本语法,M文件的编辑,函数的编写和调用等基本应用。

重点:MATLAB的基本语法,M文件的编辑和使用。

难点:函数的编写和调用。

采用的教学方法:教师讲解与演示,学生练习和使用

讲授学时:6学时

实践学时:2学时

(二)实验2 MATLAB的可视化应用

主要知识点:

2.1二维曲线和图形的基本指令和应用

2.2三维曲线和曲面的基本指令和应用

2.3 特殊绘图*(拓展与自主学习部分)

实验要求:通过本次实验的学习,使学生掌握MATLAB的数据和函数的可视化应用。掌握曲线、曲面绘制的基本技法和指令。

重点:MATLAB曲线、曲面绘制的基本技法和指令。

难点:大数据时代,需要人们从数据中找出规律,而数据的图形表示,可以帮助人们发现规律。故学习本实验的难点是能够根据需要画出各种有特色的图形,为科研做准备。

采用的教学方法:教师讲解与演示,学生练习和使用

讲授学时:4学时

实践学时:3学时

(三)实验3 求解线性方程组

主要知识点:

3.1求解线性方程组

3.2 MATLAB反斜线符号算符

3.3一个3*3的例子

3.4解线性方程组的迭代法*(拓展与自主学习部分)

实验要求:通过本次实验的学习,使学生掌握MATLAB在求解线性方程组中的应用,调用MATLAB函数求解和自己撰写函数求解进行对比。

重点:MATLAB在求解线性方程组中的应用。

难点:自己撰写求解线性方程组的函数,并检查其效率。

采用的教学方法:教师讲解与演示,学生练习和使用

讲授学时:2学时

实践学时:1学时

(四)实验4 插值与拟合

主要知识点:

4.1拉格朗日插值

4.2 拟合-最小二乘法*(拓展与自主学习部分)

实验要求:通过本次实验的学习,使学生掌握插值、拟合的原理及MATLAB在插值,拟合中的应用。利用MATLAB求解插值和拟合问题。

重点:掌握插值、拟合的原理及MATLAB在插值、拟合中的应用。

难点:根据题目需要,撰写插值和拟合程序。

采用的教学方法:教师讲解与演示,学生练习和使用

讲授学时:2学时

实践学时:1学时

(五)实验5 方程求根

主要知识点:

5.1黄金分割比

5.2二分法

5.3牛顿法*(拓展与自主学习部分)

5.4割线法*(拓展与自主学习部分)

实验要求:通过本次实验的学习,使学生掌握非线性方程的数值解法:二分法,牛顿迭代法,二分法等及其在MATLAB上的实现。用MATLAB求解非线性方程的数值解。

重点:掌握非线性方程的数值解法及其在MATLAB上的实现。

难点:根据题目需要,撰写对应的求解程序。

采用的教学方法:教师讲解与演示,学生练习和使用

讲授学时:2学时

实践学时:1学时


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