기호 수학을 사용한 학생 학습 증진 - MATLAB & Simulink

MATLAB을 사용해 학생들이 복잡한 열 및 물질 전달 문제를 해결할 수 있도록 교육하기

실제 공학 문제를 해결하기 위해 기본 원리를 배우는 학생들

“MATLAB을 사용하면 복잡한 수학 계산을 자동화할 수 있으므로, 학생들은 공학 문제 해결 능력을 배우고 이러한 능력을 열 및 물질 전달을 넘어 더 복잡한 실제 응용 분야에 외삽하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다.”

주요 성과

  • MATLAB을 사용해 학생들은 수학 연산을 오류 없이 실행하면서 공학 개념을 익힐 수 있었습니다.
  • 강력한 시각화를 통해 학생들은 열 전달 및 물질 전달 문제를 해결할 때 가정을 검증할 수 있었습니다.
  • 학생들은 MATLAB을 사용하여 실제 공학 과제를 해결하는 데 필요한 문제 해결 능력을 얻을 수 있었습니다.
튜브 문제의 열 프로파일에 대한 해석적 해를 설명하는 수식 및 해의 그래픽 시각화.

열 프로파일 튜브 흐름 수치 해의 전개.

NJIT(New Jersey Institute of Technology)의 화학공학과 커리큘럼은 본인의 직업에서 문제를 해결할 수 있는 능력을 갖춘 졸업생을 배출하는 것을 목표로 합니다. NJIT의 화학공학과 교수이자 New Jersey Innovation Institute의 전 창립 회장 겸 CEO Donald Sebastian은 학생들의 수학 능력이 걸림돌이 되지 않도록 하면서 열 전달 및 물질 전달 교육과정에서 이러한 능력을 향상하고자 노력했습니다. 이를 위해 Sebastian 박사는 “수학”을 정확하게 이해하는 동시에 더 복잡한 공학 시스템을 설계하기 위한 기초를 익힐 수 있도록 하는 수단으로 MATLAB®의 기호 수학 기능을 활용하기로 결정했습니다.

Sebastian 박사는 MATLAB Onramp 같은 자기 주도형 온라인 교육과정을 통해 MATLAB의 기초를 배웠습니다. 결과에 대한 단계별 검증, 유용한 힌트 및 구해진 해가 포함된 이 교육과정은 MATLAB을 수업에 통합할 수 있는 탄탄한 기반을 제공했습니다. Sebastian 박사는 또한 Symbolic Math Toolbox™ 및 Partial Differential Equation Toolbox™에 대해서도 잘 알고 있었습니다.

Sebastian 박사는 강의에서 복잡한 개념을 설명하기 위해 실제 예제를 사용했습니다. 기존의 펜과 종이를 사용하는 접근법에서 Symbolic Math Toolbox 및 Partial Differential Equation Toolbox를 사용하는 접근법으로 전환하면서, 그는 학생들에게 복잡한 공정공학 문제를 단순화 가정을 통해 풀 수 있는 방법과 3차원 시각화를 통해 이러한 가정을 검증할 수 있는 방법을 보여줄 수 있었습니다. 이러한 접근법을 통해 학생들은 해 역학을 암기하는 대신 전도, 이류, 생성과 같은 열 전달 및 물질 전달의 기본 원리를 배웠습니다.

Sebastian 박사의 수정된 접근법은 학생들로부터 긍정적인 피드백을 받았으며 몇몇 학생은 개인 이메일로 감사의 인사를 전하기도 했습니다. 다음 학기에 수강한 다른 학생들 역시 기존 강의에서 제시된 직접 풀이 방법에 비해 새 교육과정에서 기호 수학을 사용하는 것이 더 쉬웠다고 박사에게 알려주었습니다. 앞으로 Sebastian 박사는 MATLAB Grader™를 사용하여 학생 과제에 대한 실시간 피드백을 제공할 계획입니다.