大学本科水平的物理课程涉及复杂的数学计算，这可能会阻碍学生对物理原理的理解。在斯克里普斯和皮策学院进行的一项革新措施中，Scott Gould教授领导了由Maplesoft开发的高等数学软件Maple，并将结合到实验性的第一学期本科物理课程中。课程目标是尽可能简化物理学中的复杂数学计算，同时提升并加强学生对物理概念理解的一个有力的物理学课堂教学工具。

为什么选择Maple？

教授说，之所以选择Maple，是因为它具有以下几个关键特点：

1. 复杂问题解决能力：Maple以其解决复杂数学问题并生成启发性可视化结果能力而闻名世界，并为物理学提供了目前数学软件包中最全面的支持。因此，Maple不仅适用于入门课程的使用，而且Gould教授知道，随着学生进入更高级的物理课程，Maple还将继续是一个可以发挥更大作用的教学科研工具。

2.以原理为先的方法：Maple允许物理学家以他们对物理的思考方式解决问题，采用自上而下、以原理为先的方法，而不是强迫他们从编程的角度解决问题。Maple不仅可以用来当作教学工具来完成课程教学任务，而且可以用来教授和强化正确的物理思维，同时帮助理解概念并解决问题。

3.适合工作的正确数学：在物理课程中，有时候表达概念或解决问题的最合适的数学方法未被采用，因为这种数学超出了学生的经验范围。Maple允许学生学习和应用新的数学，比如解决一系列相关的微分方程，以便他们可以使用比他们的数学课程所涵盖的更高级的数学工具来解决问题。

4.减少学习曲线：与一些流行的编程语言不同，Maple具有丰富的可点击界面和使用标准数学和物理符号的特点，从而减少了学习曲线。由于软件有丰富的可以执行许多操作而不需要使用命令，大学生可以花费更少的时间来掌握学习工具，从而更多的时间集中于物理概念。此外，由于Maple使用了大家都较为熟悉的符号，他们可以快速准确地输入问题并解释结果。

5.结果展示：通过Maple，学生可以通过可发布的图表、动画和“假设”等应用程序功能，从而可以轻松地展示他们的发现，从而培养他们的技术沟通能力。

Maple如何应用在物理课堂上：

最初，教授是在课堂时间内教授Maple，主要放在学期初期。然而，随着时间的推移，Gould教授逐渐完善了这种方法，结果是可以更有效的将Maple结合到课堂上，使用了以下方式方法：

技能视频：学生通过一系列十分钟的视频和问题集获得基础的Maple技能。这种“及时”方法确保学生在解决物理问题时学到所需的技能。 与物理原理的整合：每个技能集都与正在学习的相关物理原理一起介绍，强化了Maple在课程中的实际应用。

Maple工作表提交：所有演示、作业和作业考试都采用Maple工作表的形式，学生可以将他们的计算和图表与解释、图表和交互元素结合在一个单一的文档中。 到课程结束时，学生使用Maple输入和操作基本方程来解决物理问题已成为常态。学生的共识是，Maple使他们能够更多地专注于理解物理原理，同时花费较少的时间处理可能会使这类课程陷入泥沼的数学细枝末节。

“Maple已经在斯克里普斯和皮策学院改变了我们对物理教育的态度，”Gould教授说道。“它赋予了我们的学生更深入地探究物理核心概念的能力。作为一名教育者，我的主要目标是促进有意义的学习经验，而Maple在实现这一目标方面起到了关键作用。它通过为他们提供前所未有的探索、可视化和理解机会，重新定义了我们的学生参与和理解物理的方式。”

在斯克里普斯学院和皮策学院的大学物理课程中将Maple整合进课程教学中，在Scot Gould教授领导下，展示了科技在增强STEM教育中的力量。随着这些机构在创新技术教育方面继续领先，Maple仍然是塑造下一代物理学家和STEM从业者的重要工具。