Integrere beregninger på datamaskin gjennom hele bachelor-studiet? UiO er ledende

Transkript

1 Integrere beregninger på datamaskin gjennom hele bachelor-studiet? UiO er ledende

2 Mange realistiske spørsmål kan vi ikke svare på uten å bruke beregninger: Hva vil havnivået være om 30 år? Hvordan kan jeg vite effekten av reklamen jeg har på Google? Hvilken rute bør en hjemmesykepleier følge for å rekke flest mulig besøk i løpet av en arbeidsdag? Hvordan skal mitt nye hjemmekinoanlegget innstilles for at lyden i min stue skal bli best mulig? Hvordan bør en finansinstitusjon plassere sin kapital for å minimere sin risiko, men samtidig ha gode muligheter for stabil avkastning?

3 Fra første dag får studenter innblikk i hva som skjer på forskningsfronten Ved UiO tar nå begynnerstudentene i bruk beregninger på datamaskin. Andre universiteter venter med å introdusere numeriske metoder til en langt senere del av studiet. Gjennom prosjektetet Computing in Science Education (CSE) lærer studentene å løse matematiske problemer ved hjelp av datamaskin fra starten av bachelorstudiet i matematikktunge realfag. Ved hjelp av beregninger kan studentene løse realistiske problemstillinger hvor de også kan eksperimentere med den virkeligheten de er opptatt av. Slik blir studiet levende og relevant fra første dag og de unngår en lang teoretisk periode i startfasen som gjør at mange mister motivasjonen.

4 Hvorfor beregninger? Et grunnleggende fellestrekk ved naturvitenskap og ingeniørfag er at sammenhenger kan beskrives i et matematisk språk. Utviklingen av datamaskiner og programvare har de siste tiårene gjort matematisk problemløsning på datamaskiner beregninger svært tilgjengelig. Dette har endret fagene og deres anvendelser, og gjort at beregninger har blitt en integrert og sentral del av forskning og utvikling, samt et grunnleggende verktøy i næringsliv og industri. Dette er i liten grad reflektert i elementærutdanningen ved de fleste universiteter og høgskoler. Tradisjonelt har studentene blitt presentert for et begrenset spekter av realistiske problemstillinger tidlig i studiet av den enkle grunn at de ikke har hatt tilgang på matematiske metoder for å løse slike problemer. Når beregninger integreres i utdanningen allerede fra første semester, gjør dette det mulig for studentene å studere realistiske problemstillinger gjennom hele utdanningen.

5 Eksempler på gevinster av nytt opplegg Tidlig erfaring med beregningsmetoder. Studentene skjønner relevansen av metodene i arbeidslivet. Veien fra metodefag til realistiske anvendelser blir kortere. Økt beregningskompetanse gjør det mulig å inkludere eksempler der den fullstendige teorien først kommer senere. Ideen bak en numerisk løsningsmetode er ofte enkel og intuitiv og kan ha en fysisk tolkning når den anvendes på et fysisk problem. Ved at beregningsmetoder integreres i de fleste fag gjennom hele studiet, blir dette operasjonell kunnskap som kan utnyttes i arbeid med mange typer av problemstillinger.

6 Beregningsmetodene kan tilpasses ulike fag Beregninger er først og fremst knyttet til naturvitenskap og ingeniørfag. Men de kan også anvendes innen samfunnsfagene. Eksempler er markedsføring, forskning om sosiale nettverk eller innenfor miljøregnskap. Bør en entreprenør inngå en avtale med pukkverk A eller pukkverk B i forbindelse med en større veiutbygging, når miljøhensyn tillegges størst vekt? Kan man benytte informasjon fra e-postsystemet til et firma og dermed identifisere og kategorisere bedriftskulturen ved hjelp av kvantitative analysemetoder? I fag som statistikk, de matematiske delene av informatikk, fysikkfagene og teoretisk kjemi er matematikk og matematisk modellering, og dermed beregninger, et svært sentralt verktøy. De mindre matematiske realfagene omfatter geografi, geologi, biologi og deler av kjemi og farmasi. I den tradisjonelle utøvelsen av disse fagene er matematisk modellering langt mindre utbredt enn i de matematikktunge fagene. Men dette endrer seg raskt i takt med suksessen som modellering har hatt i andre fag. Derfor er det viktig å gi også disse studentene en relevant utdanning i beregningsorientert modellering.

7 Målene for reformen Ved å innføre et helhetlig beregningsperspektiv i utdanningen skal studentene få kunnskap om relevante beregningsmetoder, deres egenskaper og begrensninger og deres anvendelser i ulike fag. Derfor er det viktig at beregningsperspektivet kommer inn som et faglig grunnlag, helst i første semester. Et annet mål er at studentene selv skal programmere sentrale metoder. Det å eksperimentere med programmer som andre har skrevet har også sin plass, men blir lett passiviserende og lite motiverende. De numeriske løsningsmetodene bør dessuten knyttes til teorien som undervises i de første matematikkemnene og brukes til å løse realistiske problemer i relevante anvendte fag som tas parallelt.

8 Kontaktopplysninger Knut Mørken, professor, Institutt for informatikk/center for mathematics for applications, Øyvind Ryan, forsker, Matematisk Institutt, Hanne Sølna, seksjonssjef, Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet,