Mathematica とCDFを使って化学工学のブログを書く

チャレンジ

学生や現役エンジニアの化学工学問題についての理解を促進する.

解決方法

CDFでインタラクティブなアプリを作成し,Mathematica を持っていない人たちとでもこれをオンラインや授業で共有する.

利点

  • アプリは,学生と共有できるよう簡単にブログやWebページに埋め込むことができる.
  • インタラクティブ機能を使うことで,静的なグラフィックスを使ったときよりも,パラメータの変化による影響が理解しやすくなる.

Mathematica の強み

  • 誰でもブログやWebサイト上でアプリが直接使える.
  • インタラクティブ機能を使うとモデルを手で計算し直す必要がないので,時間が節約できる.
  • Mathematica には,方程式の計算,グラフィックス,プログラミングに使える何千もの組込み関数が含まれている.
「物理や化学の問題は代数的に解くよりも図を使って解いた方が,学生は深く,速く理解できるのです.また,学生はコントローラを使って問題を操作し,変化による影響を学ぶことができます.」

ペルーの化学エンジニアたちは,新しいブログで Mathematica について学んでいます.リマの国立工科大学の化学工学教授であるManuel Cerpa博士は「Aplicando Mathematica a la Ingeniería Química」というスペイン語のブログで,Mathematica を化学工学で使用することについて書いています.それぞれの投稿に,ある特定の概念や問題を例示するインタラクティブなCDFアプリが含まれています.

CDFを使ったブログ

Cerpa博士はペルーの人々に Mathematica をもっと知ってもらう目的でブログを始めました.博士は9年前に,複雑な熱力学モデルを解くのに Mathematica が使われている科学論文を読んで,初めて Mathematica のことを知りました.それ以来博士は,自分の研究で化学工学の現象学的問題を解くのに Mathematica を使っています.

博士は,化学工学分野のより多くの人が,物質移動や熱伝導,流体の流れ,化学反応速度論,熱力学,質量バランスの一般的な問題を解くのに Mathematica を使う方法を知ることが重要だと思っています.化学工学の問題の多くでは,明示的な代数解が必要です.しかも,多くの問題に出てくる常微分方程式は,高機能でインタラクティブなグラフィックスを使って解くことができます.

博士はCDFを使って結果をグラフで表示し,コントロールを使ってその結果を操作することができます.それぞれのパラメータ集合についてモデルを計算し直す必要がないので,時間の節約になります.

博士は,自身のブログでCDFを使い,Mathematica を持っていない人とインタラクティブな例題が共有できるようにしています.誰でも無料の CDF Player をダウンロードして,博士の作成したCDFとインタラクトすることができるため,より多くの人に博士のブログを利用してもらうことができます.

授業で使うCDF

Cerpa博士は,自身のブログに掲載しているCDFのいくつかを授業でも使っています.博士は6ヶ月前から,科学の修士課程の学生の授業に Mathematica を使っています.

Mathematica は大学のどの学生にとっても重要なソフトウェアだと思います」と博士は述べています.

Mathematica のインタラクティブ機能により,学生は生きた数学モデルや動的なグラフィックスを操作することができます.

「多くの問題には静的なグラフによる解(ノモグラフ)がありますが,それでは主要パラメータの変化による影響を理解するのに役立ちません」と博士は言います.

CDFファイルを使うことで,博士はパラメータの変化による影響を説明するのにもっと時間がかけられるようになりました.これは,学生が数学モデルの解き方ではなく,新しい関係を発見したり,潜在する物理・化学現象を学んだりするのに役立ちます.自分で実験する学生は,Mathematica を使うことによって,書籍からよりも多くを学び,他の問題や実際の産業問題を解くためのよりよい備えができます.

「物理や化学の問題は代数的に解くよりもグラフを使って解いた方が,学生は深く,速く理解できるのです..また,学生はコントローラを使って問題を操作し,変化による影響を学ぶことができます.」

詳細

Aplicando Mathematica a la Ingeniería Química

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