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告别繁琐手工计算:Wolfram 符号计算在科研、教学与开发中的卓越力量

告别繁琐手工计算:Wolfram 符号计算在科研、教学与开发中的卓越力量 WOLFRAM
2025-12-08
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导读:Youngjoo Chung教授自1990年使用Mathematica至今,并开发出MathSymbolica工具包,新增1200+函数,帮助学生从纸笔顺畅过渡到符号计算,将精力集中于理解概念而非繁琐


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Wolfram 符号计算在科研、教学与开发中的卓越力量

行业: 教育领域

应用场景: 数学、工程学、物理学

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人物简介

Youngjoo Chung 教授于 1990 年在美国阿贡国家实验室进行博士后研究期间,首次接触并使用了 1.2 版本的 Wolfram Mathematica。自此,Mathematica 始终作为其学术生涯中不可或缺的工具,持续支撑着他的学术研究、科研合作及复杂数学系统探索。


如今,除了科研工作外,Chung 教授更运用 Wolfram Mathematica 在韩国光州科学技术院进行电气工程课程教学。作为计算机数学的积极倡导者,他鼓励学生借助计算机完成计算任务,从而将精力集中于理解核心概念,而非陷入烦琐的手工计算。


为同时满足科研与教学需求,Chung 教授基于 Wolfram 语言开发了功能完整的附加工具包。该工具包旨在优化 Wolfram Mathematica 的符号计算环境,使其兼容传统数学输入方式,并增强对表达式结构与操作流程的控制能力。


这一创新方案有效助力研究人员和学生实现从纸笔演算到计算机数学的自然过渡。因其在 MathSymbolica 项目中的突出贡献,Youngjoo Chung 教授于 2017 年荣获 Wolfram 创新者大奖。

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MATHSYMBOLICA:

构筑于符号计算基石之上

2002 年,Chung 教授开始研发基于 Mathematica 符号计算引擎的增强工具包 MathSymbolica。该工具包通过适配 Wolfram 语言的灵活性,既支持结构化教学流程,又兼顾传统数学输入习惯。其内置独立解释语言、完整交互式文档及专用面板功能,已被众多秉持相同理念的教育工作者和研究人员采用。


最新版 MathSymbolica 在 Wolfram 语言数千个原生函数基础上,新增 1,200 余个专用函数,覆盖从基础代数到复杂变量变换、符号微分等高级课题的符号数学领域。


MathSymbolica 基于三大核心设计理念:

1.延迟求值机制 —— 表达式可保持符号形式定义而不立即计算。这种表示与执行的分离,使用户能聚焦于问题的数学本质,深化对数学原理的理解。

2.函数顺序执行 —— 支持分步应用函数功能,教师可依教学需求逐步演示解题过程。

3.传统数学记号 —— 采用贴近手写数学的表达形式,增强代码可读性,有效弥合传统数学记号与计算机数学的鸿沟。


从根本上说,正是 Wolfram 语言自诞生以来所具有的符号特性与卓越可扩展性,为 MathSymbolica 提供了理想的发展土壤。核心功能的便捷扩展能力与必要的自定义自由度,使 Chung 教授得以打造出既技术精湛又贴合教学需求的专业工具。


如今,Chung 教授将 Wolfram 技术全面融入科研与教学的各个环节 —— 从使用 Mathematica 创建演示文稿与交互式课程材料,到指导学生进行工程定律的符号建模。MathSymbolica 在此环境中无缝集成,通过扩展 Mathematica 的分步教学功能,为学生提供连贯的计算机数学端到端体验。


“在符号计算领域,考虑到基础架构与扩展性,我们别无选择——唯有 Mathematica 能够胜任。”

——Youngjoo Chung 教授

光州科学技术院


基于 Wolfram 语言与 MathSymbolica 构建的接地导电柱体周围静电位与电场线交互可视化模型。用户可在笔记本界面中移动源线电荷(红色)的位置,实时观察感应镜像电荷(蓝色)、电场线与表面电荷分布的动态变化。

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数学教育的未来图景

尽管 Chung 教授与其光州科学技术院的同仁们已全面采用 Wolfram Mathematica 进行课程教学与计算,但他们清醒地认识到:计算机数学教学尚未成为主流模式。


“许多学生尚未进行计算思维训练,”Chung 教授解释道,“由于习惯使然,他们仍倾向于手工计算。” 尽管符号计算技术已日渐成熟且潜力巨大,将其融入课堂教学体系仍面临挑战。


Wolfram 语言区别于其他计算平台的,不仅是其精准高效处理复杂计算的能力,更在于其作为开发平台的卓越灵活性。正是这两种优势的有机结合,为推进数学教育与研究创造了深远的发展机遇。


“通常而言,困难并非产自数学原理本身,而是计算过程。就让计算机来解决计算任务吧!”

——Youngjoo Chung教授

光州科学技术院


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Wolfram语言涵盖几何分析、高性能科学计算、机器学习、图像处理、数据分析、人工智能等高科技领域;Wolfram产品(Mathematica, SystemModeler,WA等)是世界500强、世界顶级大学以及中小学必备的软件工具。
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