«Компьютерное моделирование физических процессов»




Скачать 162.86 Kb.
Название«Компьютерное моделирование физических процессов»
Дата06.02.2013
Размер162.86 Kb.
ТипКурсовая
Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный педагогический университет»

Институт физики и технологии

Кафедра общетехнических дисциплин


РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА


по дисциплине «Компьютерное моделирование физических процессов»

для ООП «050100 – Педагогическое образование (Физика)»

по циклу Б.3.В.04 — Профессиональный цикл

(вариативная часть)


Очная форма обучения

Курс – 2, 3


Семестр – 4, 5

Объем в часах всего – 144

в т.ч.: лекции – 12

практические занятия – нет

лабораторные занятия – 60

самостоятельная работа – 72

Экзамен – нет

Зачет – 5 семестр

Курсовая работа - нет

Заочная форма обучения

Курс – 4


Семестр – 7, 8

Объем в часах всего – 144

в т.ч.: лекции – 6

практические занятия – нет

лабораторные занятия – 12

самостоятельная работа – 126

Экзамен – нет

Зачет – 8 семестр

Курсовая работа - нет



Екатеринбург 2011

Рабочая учебная программа по дисциплине

«Компьютерное моделирование физических процессов»


ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Екатеринбург, 2011. – 13 с.


Составитель: Стихина Наталья Владимировна, доцент кафедры общетехнических дисциплин. _______________________________________________

подпись

Рабочая учебная программа обсуждена на заседании кафедры общетехнических дисциплин УрГПУ

Протокол №4 от 08.12.2011 г. Зав. кафедрой _______ Г.В. Красноперов


Директор Института физики и технологии ________________ П.В. Зуев


  1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

    1. Цели и задачи дисциплины

Программа учебной дисциплины «Компьютерное моделирование физических процессов» предназначена для реализации государственных требований к содержанию и уровню подготовки бакалавров педагогического университета института физики и технологии по профилю «Физика и Информатика».

Цели курса:

  • сформировать представление о роли и месте знаний по дисциплине при практическом использовании в своей профессиональной деятельности.

Основные задачи курса:

  • сформировать понятие «модель», представления о видах моделей и способах их создания;

  • сформировать представление о создании компьютерных моделей реальных физических процессов и явлений;

  • сформировать умения проводить расчеты в программах математического и схемотехнического моделирования;

  • сформировать умения создавать математические, а затем компьютерные модели;

воспитать информационную культуру работы с вычислительной техникой


    1. Место дисциплины в структуре ООП

Исходной базой для усвоения материала являются знания, приобретенные студентами в ходе изучения дисциплин математического и естественнонаучного цикла в предшествующий период обучения в вузе.

Межпредметные связи компьютерного моделирования с информационными технологиями и математической обработкой информации, физикой, теоретическими основами информатики другими профессиональными дисциплинами обеспечивают формирование единой базы информационной подготовки бакалавров.


    1. Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

  • способностью реализовывать учебные программы базовых и элективных курсов в различных образовательных учреждениях (ПК-1),

  • способностью осуществлять педагогическое сопровождение процессов социализации и профессионального самоопределения обучающихся, подготовки их к сознательному выбору профессии (ПК-4),

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать: структуру информационных моделей, этапы компьютерного конструирования, создания компьютерных моделей и алгоритмов решения задач, этапы моделирования, взаимосвязи натурного эксперимента и теории, примеры математических моделей в химии, биологии, экологии, экономике, программные средства для моделирования предметно-коммуникативных сред, специфику использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах.

Уметь: создавать программы и модели, проводить компьютерные эксперименты, работать с различными программами для компьютерного моделирования, реализовать математические модели в пакетах схемотехнического моделирования и математического моделирования, проводить исследования поведения различных физических систем, процессов и явлений с использованием компьютера.

Владеть: основными этапами моделирования; теоретическими знаниями о создаваемой модели; разноплановым программным обеспечением, позволяющим создать требуемую модель.


1.4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы.


  1. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

    1. Учебно-тематический план очной формы обучения

№ п/п

Наименование раздела, темы

Всего трудоемкость

Аудиторные занятия

Самостоятельная работа

Всего

Лекции

Практические

Лабораторные

1

Понятие «модель». Моделирование как метод познания. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в естественных и технических науках

8

4

4







4

2

Компьютерная модель. Абстрактные модели и их классификация. Вербальные модели. Информационные модели. Объекты и их связи. Основные структуры в информационном моделировании. Примеры информационных моделей

6

2

2







4

3

Математические модели. Имитационное моделирование. Модели динамических систем. Геометрическое моделирование и компьютерная графика. Различные подходы к классификации математических моделей

42

22

2




20

20

4

Дескриптивные, оптимизационные, многокритериальные, игровые модели. Системный подход в научных исследованиях. Численный эксперимент. Его взаимосвязи с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели. Анализ и интерпретация модели

42

22

2




20

20

5

Учебные компьютерные модели. Программные средства для моделирования предметно-коммуникативных сред (предметной области). Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах

46

22

2




20

24

Итого

144

72

12

60

72





    1. Учебно-тематический план заочной формы обучения

№ п/п

Наименование раздела, темы

Всего трудоемкость

Аудиторные занятия

Самостоятельная работа

Всего

Лекции

Практические

Лабораторные

1

Понятие «модель». Моделирование как метод познания. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в естественных и технических науках

21

1

1




0

20

2

Компьютерная модель. Абстрактные модели и их классификация. Вербальные модели. Информационные модели. Объекты и их связи. Основные структуры в информационном моделировании. Примеры информационных моделей

21

1

1




0

20

3

Математические модели. Имитационное моделирование. Модели динамических систем. Геометрическое моделирование и компьютерная графика. Различные подходы к классификации математических моделей

31

5

1




4

26

4

Дескриптивные, оптимизационные, многокритериальные, игровые модели. Системный подход в научных исследованиях. Численный эксперимент. Его взаимосвязи с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели. Анализ и интерпретация модели

35

5

1




4

30

5

Учебные компьютерные модели. Программные средства для моделирования предметно-коммуникативных сред (предметной области). Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах

36

6

2




4

30

Итого

144

18

6

0

12

126





  1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Темы лекционных занятий

  1. Понятие «модель». Моделирование как метод познания. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в естественных и технических науках. Цели и задачи моделирования. Понятие «модель». Натурные и абстрактные модели. Моделирование в естественных и технических науках. Абстрактные модели и их классификация. Компьютерная модель.

  2. Компьютерная модель. Абстрактные модели и их классификация. Вербальные модели. Информационные модели. Объекты и их связи. Основные структуры в информационном моделировании. Примеры информационных моделей.

Применение компьютера для создания моделей. Информационные модели. Объекты и их связи. Основные структуры в информационном моделировании. Примеры информационных моделей.

  1. Математические модели. Имитационное моделирование. Модели динамических систем. Геометрическое моделирование и компьютерная графика. Различные подходы к классификации математических моделей

Понятие «математическая модель». Различные подходы к классификации математических моделей. Характеристики моделируемого явления. Уравнения математической модели. Внешние и внутренние характеристики математической модели. Замкнутые математические модели. Составление модели. Проверка замкнутости модели. Идентификация модели. Системы измерения и наблюдаемость модели относительно системы измерения. Разработка процедуры вычисления внутренних характеристик модели. Численный эксперимент. Верификация и эксплуатация модели.

  1. Дескриптивные, оптимизационные, многокритериальные, игровые модели. Системный подход в научных исследованиях. Численный эксперимент. Его взаимосвязи с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели. Анализ и интерпретация модели.

  2. Учебные компьютерные модели. Программные средства для моделирования предметно-коммуникативных сред (предметной области). Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах. Модель Колмогорова, связанная с педагогикой. Программные средства для моделирования предметно-коммуникативных сред (предметной области). Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах. Модели, методы и алгоритмы двумерной и трёхмерной машинной графики. Построение компьютерных моделей.


Темы лабораторных занятий

  1. Знакомство с пакетами схемотехнического моделирования MicroCap, Multisim (ElectronicWorkbench) (4 час).

  2. Построение электрических цепей последовательного и параллельного соединения потребителей постоянного тока (2 часа).

  3. Получение основных характеристик цепей постоянного тока (2 часа).

  4. Решение задач на смешанное соединение потребителей (2 часа).

  5. Построение электрических цепей последовательного и параллельного соединения потребителей переменного тока (2 часа).

  6. Получение основных характеристик цепей переменного тока (2 часа).

  7. Решение задач на смешанное соединение потребителей (2 часа).

  8. Получение основных характеристик радиотехнических цепей (2 часа).

  9. Математические возможности пакета MathCad (2 часа).

  10. Простейшие вычисления в MathCad (2 часа).

  11. Решение уравнений и систем уравнений в MathCad (4 часа).

  12. Дифференциальное и интегральное исчисления в MathCad (2 часа).

  13. Построение графиков функций в различных системах координат (4 часа).

  14. Создание анимации графических зависимостей (2 часа).

  15. Решение физических задач из раздела Кинематика (4 часов).

  16. Решение физических задач из раздела Колебания и волны (6 часов).

  17. Решение физических задач из раздела Электростатика (4 часов).

  18. Решение физических задач из раздела Электродинамика (6 часов).

  19. Решение физических задач из раздела Оптика (6 часов).


Вопросы для контроля и самоконтроля

  1. Понятие модели. Моделирование как метод познания.

  2. Классификация моделей. Виды моделирования в естественных и технических науках.

  3. Типы моделей: материальные и идеальные. Их классификация.

  4. Гносеологические функции моделей (интерпретаторская, объяснительная, предсказательная, критериальная).

  5. Функции модели в мысленном эксперименте.

  6. Компьютерные модели. Их классификация.

  7. Структура процесса моделирования: постановка задачи → создание модели → исследование модели.

  8. Построение математической модели и ее реализация в компьютерном эксперименте.

  9. Численный эксперимент. Его взаимосвязь с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели.

  10. Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах.

  11. Учебные компьютерные модели. Программные средства для создания и использования моделей в химии, биологии, экологии, экономике и др.

  12. Использование компьютерного моделирования при обучении физике в школе.




  1. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И ОРГАНИЗАЦИЯ
    КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ







Название темы

Вид самостоятельной работы

Кол-во часов

Форма отчетности

1

Понятие «модель». Моделирование как метод познания. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в естественных и технических науках

Изучение рекомендованной литературы

4

Конспект

2

Компьютерная модель. Абстрактные модели и их классификация. Вербальные модели. Информационные модели. Объекты и их связи. Основные структуры в информационном моделировании. Примеры информационных моделей

Изучение рекомендованной литературы

4

Конспект

3

Математические модели. Имитационное моделирование. Модели динамических систем. Геометрическое моделирование и компьютерная графика. Различные подходы к классификации математических моделей

Выполнение домашнего задания

20

Отчет о выполнении домашнего задания

4

Дескриптивные, оптимизационные, многокритериальные, игровые модели. Системный подход в научных исследованиях. Численный эксперимент. Его взаимосвязи с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели. Анализ и интерпретация модели

Выполнение домашнего задания

20

Отчет о выполнении домашнего задания

Беседа с преподавателем

5

Учебные компьютерные модели. Программные средства для моделирования предметно-коммуникативных сред (предметной области). Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах

Выполнение индивидуального задания

24

Отчет о выполнении индивидуального задания

Беседа с преподавателем




Итого




72







  1. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
    ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ





    1. Рекомендуемая литература

Основная

  1. Алексеев, Д. В. Компьютерное моделирование физических задач в Microsoft Visual Basic [Текст] / Д. В. Алексеев. - Издательство: Солон-Пресс, 2004. – 203 с.

  2. Колесов, Ю. Б. Моделирование систем. Практикум по компьютерному моделированию (+ CD-ROM) [Текст] / Ю. Б. Колесов, Ю. Б. Сениченков. - Издательство: БХВ-Петербург, 2007. – 398 с.

  3. Королев А.Л. Компьютерное моделирование [Текст] / А.Л. Королев.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 230 с.

  4. Охорзин, В. А. Компьютерное моделирование в системе Mathcad [Текст] / В. А. Охорзин. - Издательство: Финансы и статистика, 2006. – 310 с.

  5. Поршнев, С.В. Компьютерное моделирование физических систем с использованием пакета MathCad Учебное пособие [Текст] / С.В. Поршнев, Горячая линия - Телеком, 2006. – 320 с.

  6. Поршнев, С.В. Компьютерное моделирование физических систем с использованием пакета MATLAB: Учебное пособие [Текст] / С.В. Поршнев. – СПб.: издательство «Лань», 2011. – 736 с.

  7. Сирота, А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем [Текст] / А. Сирота. - Издательство: Техносфера, 2006. – 165 с.


Дополнительная

  1. Герман-Галкин, С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0. [Текст] / С. Г. Герман-Галкин. - Издательство: Корона-Принт, 2007. – 314 с.

  2. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры [Текст] / А. А. Самарский, А. П. Михайлов. - Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 301 с.

  3. Павловский, Ю.Н. Имитационные модели и системы [Текст] / Ю.Н. Павловский. - М.: Фазис,2000. – 310 с.

  4. Плохотников, К. Э. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Методология и практика [Текст] / К. Э. Плохотников. - Издательство: Едиториал УРСС, 2003. – 297 с.

  5. Савин, Г.И. Системное моделирование сложных процессов [Текст] / Г.И. Савин. - М.: Фазис, 2000. – 256 с.

  6. Тарасевич, Ю. Ю. Математическое и компьютерное моделирование. Вводный курс [Текст] / Ю. Ю. Тарасевич. - Издательство: Едиториал УРСС, 2004. – 125 с.

  7. Фриск, В. В. Mathcad. Расчеты и моделирование цепей на ПК [Текст] / В. В. Фриск. Издательство: Солон-Пресс, 2006. – 352 с.

  8. Журнал «Информатика в школе».




    1. Информационное обеспечение дисциплины

  1. Cnews SoftBox [Электронный ресурс] : Образование/Обучалки http://soft.cnews.ru/?n=25&a=23&i=82&s=4&sf=0&sl=0&p=1.
  2. Micro-CAP - система схемотехнического моделирования [Электронный ресурс] : http://www.informika.ru/text/inftech/progr/model1/

  3. Алгоритмы и основы программирования, пособие [Электронный ресурс] : http://mckryak.chat.ru/posob/inf_pos.html


  4. Википедия. [Электронный ресурс]: Свободная энциклопедия. ru.wikipedia.org.
  5. Интегрированная система моделирования логических и цифровых схем Micro- LOGIC [Электронный ресурс] : http://www.informika.ru /text/inftech/progr/model/


  6. Интернет университет информационных технологий [Электронный ресурс] : http://www.intuit.ru/department/informatics/intinfo/
  7. Мартьянова А.Е. Компьютерные вычисления в пакете MathCAD. Астраханский Государственный Технический Университет, [Электронный ресурс] : http://www.exponenta.ru/educat/systemat/martiyanova/index.asp

  8. Математическое моделирование [Электронный ресурс], http://www.oglibrary.ru/data/16/160301.htm

  9. Система моделирования стохастического поведения алгоритмов и программ [Электронный ресурс] :
    http://www.informika.ru/text/inftech/progr/simul/

  10. Тарасевич, Ю. Ю. Численные методы на Mathcad'е [Электронный ресурс] : http://www.exponenta.ru/educat/systemat/tarasevich/default.asp


  11. Ханова А.А., Макарова И.Г. Лабораторный практикум по математическому моделированию и методам в расчетах на ЭВМ [Электронный ресурс] :http://www.exponenta.ru/educat/systemat/hanova/lab/lr.asp




  1. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ
    ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ



При изучении дисциплины «Компьютерное моделирование физических процессов» рекомендуется использовать:

  • мультимедийный проектор;

  • экран;

  • компьютерную технику.




  1. СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ ПРОГРАММЫ

Стихина Наталья Владимировна

кандидат педагогических наук

доцент кафедры общетехнических дисциплин Института физики и технологии УрГПУ

рабочий телефон: 371-70-51




РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА


по дисциплине «Компьютерное моделирование физических процессов»

для ООП «050100 – Педагогическое образование (Физика)»

по циклу Б.3.В.04 — Профессиональный цикл

(вариативная часть)


Подписано в печать Формат 60х84/16

Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. .

Тираж экз. Заказ .

Уральский государственный педагогический университет.

620017 Екатеринбург, пр. Космонавтов, 26.

Похожие:

«Компьютерное моделирование физических процессов» iconКомпьютерное моделирование на уроках физики
Кроме того, компьютерное моделирование физических процессов может быть выполнено учащимся дома, в дополнительное время. Все это делает...
«Компьютерное моделирование физических процессов» iconКомпьютерное моделирование физических явлений и процессов Предметный раздел Естественно-научный цикл Предмет Физика Проект предназначен для 7-9 классов Краткое описание выполненного проекта
В ходе проекта создаются и исследуются компьютерные модели физических явлений и процессов, в рамках которых можно управлять поведением...
«Компьютерное моделирование физических процессов» iconЭлективный курс «Компьютерное моделирование физических процессов с помощью математического пакета «Derive»
Компьютер в современной школе должен стать (наряду с решением других задач) исследовательским инструментом на уроках физики. С помощью...
«Компьютерное моделирование физических процессов» iconГ. Л. Коткин, В. С. Черкасский
Практикум "компьютерное моделирование физических явлений с использованием пакета matlab"
«Компьютерное моделирование физических процессов» icon«Компьютерное моделирование»
Рабочая учебная программа по дисциплине «Компьютерное моделирование» для ооп «050100 Педагогическое образование (Физика и информатика)»...
«Компьютерное моделирование физических процессов» iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 13. 18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»
Типы математических моделей. Модели физических и химических процессов. Моделирование технологических, организационных и технико-экономических...
«Компьютерное моделирование физических процессов» iconЛекция Компьютерное моделирование в решении физических задач. Типы компьютерных задачных моделей и методика организации познавательной деятельности

«Компьютерное моделирование физических процессов» iconКомпьютерное моделирование стохастических процессов в задачах управления предприятием

«Компьютерное моделирование физических процессов» iconКомпьютерное моделирование реальной структуры металлических материалов при исследовании процессов деформации и разрушения
Компьютерное моделирование реальной структуры металлических материалов при исследовании процессов деформации
«Компьютерное моделирование физических процессов» iconУчебно-методический комплекс по дисциплине "компьютерное моделирование" (факультет прикладной информатики и информационных технологий) для специальности (050202-09-14 R)
Курс компьютерное моделирование предназначен для подготовки будущих учителей с квалификацией "Учитель информатики и математики" к...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница