МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ИПЭЭф) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль(и) подготовки: «Энергообеспечение предприятий», «Промышленная теплоэнергетика»,

«Автономные энергетические системы», «Экономика и управление на

предприятии»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ПРОГРАММИРОВАНИЕ И ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ"

Цикл:

Математический и естественнонаучный

Часть цикла:

вариативная/по выбору

№ дисциплины по учебному плану:

Б2 8.2.

Часов (всего) по учебному плану:

108час

Трудоемкость в зачетных единицах:

3


4 семестр – 3;

Лекции

36 час

4 семестр

Практические занятия

18 час

4 семестр

Лабораторные работы

нет

– –

Расчетные задания, рефераты

0 час самостоят. работы

– –

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

54 час

4 семестр

Экзамены

нет

Курсовые проекты (работы)

нет

– –

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение принципов и методов составления расчетных схем, алгоритмов и программ расчета при математическом моделировании и анализе процессов, протекающих в различных теплотехнических, теплотехнологических, энергогенерирующих и энергопередающих устройствах.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1,ПК-6);

·самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7, ПК-3);

·анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12, ПК-2);

·анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зару бежный опыт по тематике исследования (ПК-6);

·  демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных

дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной

деятельности, применять методы математического анализа и моделирования,

теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);

·  выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения

соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);

Задачами дисциплины являются:

·  ознакомление обучающихся с принципами и этапами процесса моделирования с обозначением роли и места алгоритмизации и программирования в этом процессе; ознакомление учащихся с математическими моделями, используемыми в энергетике;

·  дать информацию о численных методах, расчетных схемах, применяемых при анализе моделей; рассмотреть свойства и условия применимости алгоритмов и расчетных схем для заданных математических моделей;

·  научить принимать и обосновывать конкретные решения по выбору той или иной математической модели, соответствующей ей расчетной схемы и реализации ее в виде программного кода.

·   

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла Б2 8.2. основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Энергообеспечение предприятий», «Промышленная теплоэнергетика», «Автономные энергетические системы», «Экономика и управление на предприятии» направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Спецглавы математики», «Физика», «Информационные технологии», «Техническая термодинамика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин: «Гидрогазодинамика», «Расчет и проектирование тепломассообменного оборудования», «Высокотемпературные процессы и установки», КП «Тепломассообменное оборудование предприятий», «Методы инженерных исследований», КП «Источники и системы теплоснабжения предприятий и ЖКХ», КП «Физикохимические методы исследования», а также при выполнении программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  основные рекомендованные источники научно-технической информации по математическому моделированию, численному анализу и программированию(ОК-1;ОК-7,ПК-2, ПК-3);

·  принципы и методы составления математических моделей, описывающих исследуемые процессы(ПК-2, ПК-3);

·  принципы и методы составления основных расчетных схем для численной реализации сформулированных моделей(ПК-2, ПК-3);

Уметь:

·  самостоятельно разбираться в составлении моделей, описывающих изучаемые процессы; (ПК-2, ПК-3);

·  выбрать расчетную схему и составить программу расчета по выбранному алгоритму; (ПК-3);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  анализировать точность, сходимость алгоритма;(ПК-2, ПК-3);

·  анализировать получаемую в результате расчета информацию и использовать ее для решения поставленной задачи в рамках общей схемы моделирования; (ПК-1,ПК-2, ПК-3).

Владеть:

·  навыками дискуссии по профессиональной тематике; (ОК-12, ПК-3);

·  терминологией в области моделирования, алгоритмизации и программирования; (ПК-2,ПК-3) ;

·  навыками поиска информации по изучаемому предмету; (ОК-6,ПК-1);

·  навыками использования вычислительной техники, информацией о ее технических параметрах; (ОК-6, ПК-1);

·  навыками применения полученной информации при проектировании или исследовании; (ПК-9; ПК-1).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Принципы математического моделирования. Процесс алгоритмизации и программирования.

6

4

2

2

2

Тест: аналитический анализ моделей; составление алгоритмов и программ.

2

Алгоритмы для нелинейных алгебраических моделей.

12

4

4

2

6

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

3

Алгоритмы прямых и итерационных методов решения линейных и нелинейных систем уравнений.

16

4

6

2

8

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

4

Алгоритмы минимизации и приближения функций.

16

4

6

2

8

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

5

Алгоритмизация задач на собственные значения.

10

4

4

2

4

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

6

Программирование дифференциальных моделей одномерных процессов.

16

4

6

2

8

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

7

Программирование стационарных двумерных дифференциальных моделей.

12

4

4

2

6

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

8

Программирование нестационарных дифференциальных моделей.

16

4

4

4

8

Защита составленных программ по изученным алгоритмам.

Зачет

4

4

--

--

--

4

Защита созданных программ.

Зачетное задание.

Экзамен

--

--

--

--

--

--

--

Итого:

108

36

18

54

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

4 семестр

1.Принципы математического моделирования. Процесс алгоритмизации и программирования.

Понятие модели. Этапы математического моделирования. Алгоритмизация и программирование как один из этапов моделирования. Понятие алгоритма. Требования к алгоритмам. Термины и определения. Примеры построения математических моделей, методы решения. Примеры по составлению алгоритмов и программ.

2. Алгоритмы для нелинейных алгебраических моделей.

Алгоритмы для получения решений нелинейных алгебраических и трансцендентных моделей численными методами. Алгоритм половинного деления. Метод Ньютона, метод итераций. Примеры составления алгоритмов. Блок - схемы алгоритмов.

3 .Алгоритмы прямых и итерационных методов решения линейных и нелинейных алгебраических систем уравнений.

Модели, описываемые системами линейных алгебраических уравнений. Алгоритмы прямых методов решения линейных систем уравнений: метод Гаусса, метод прогонки. Алгоритмы итерационных методов решения линейных систем: метод релаксации, метод Зейделя. Модели, описываемые нелинейными системами уравнений. Алгоритмы итерационных методов для нелинейных систем уравнений. Примеры построения алгоритмов.

4. Алгоритмы минимизации и приближения функций.

Модели, описываемые табличными функциями. Алгоритмы приближения функций по методу наименьших квадратов с помощью полиномов и функций общего вида. Интерполяция сплайнами. Алгоритмы методов минимизации гладких функций. Градиентный метод. Описание алгоритмов. Примеры построения алгоритмов.

5. Алгоритмизация задач на собственные значения.

Алгоритмы вычисления собственных чисел и собственных векторов матриц: степенной метод, метод обратных итераций, QR- алгоритм. Примеры построения алгоритмов.

6. Программирование дифференциальных моделей одномерных процессов.

Понятие разностной модели первого порядка. Обоснование применения разностной модели. Точность модели, сходимость. Алгоритмы метода Эйлера, модифицированного метода Эйлера. Примеры формулировки дифференциальных моделей, разностных моделей. Примеры построения алгоритмов. Дифференциальные модели второго порядка. Разностные модели второго порядка для двухточечной краевой задачи. Применение алгоритма прогонки. Оценка точности алгоритма. Примеры численного решения.

7. Программирование стационарных двумерных дифференциальных моделей.

Алгоритмы расчета двумерных моделей. Краевая дифференциальная и разностная задачи для уравнения Лапласа. Алгоритм решения. Оценка точности. Примеры расчета по выбранным алгоритмам.

8. Программирование нестационарных дифференциальных моделей.

Построение разностных моделей для параболического уравнения по явной и неявной расчетным схемам. Построение алгоритмов по явной и неявной расчетной схеме с использованием метода прогонки. Построение разностной модели для гиперболического уравнения. Оценка точности алгоритмов.

4.2.2. Практические занятия

4 семестр

1.Анализ моделей, допускающих аналитическое решение. Решение конкретных задач.

Составление алгоритмов и программ для задач, решаемых численно.

2.Составление алгоритмов и программ по методам половинного деления, Ньютона,

простых итераций. Получение решений по этим алгоритмам для конкретных задач в

среде программирования Visual Basic.

3. Построение алгоритмов и составление программ для прямых методов решения линейных систем уравнений – метода Гаусса и метода прогонки. Алгоритмы итерационных методов решения линейных систем – метод релаксации и метод Зейделя. Построение алгоритмов и создание программ для итерационных методов решения нелинейных систем уравнений.

4. Построение алгоритмов приближения функций по методу наименьших квадратов с помощью полиномов и функций общего вида. Алгоритм интерполяции сплайнами. Алгоритмы методов минимизации гладких функций. Построение алгоритма градиентного метода. Создание программ.

5. Построение алгоритмов вычисления собственных значений и векторов для степенного метода и метода обратных итераций. QR- алгоритм. Создание программ.

6. Построение разностных моделей. Построение алгоритмов метода Эйлера и модифицированного метода Эйлера. Составление программ расчета

Построение разностных моделей второго порядка для двухточечной краевой задачи. Применение алгоритма прогонки. Составление программ расчета.

7. Построение алгоритмов и составление программ для решения двумерного уравнения Лапласа по двум основным расчетным схемам.

8. Построение алгоритмов и составление программ для решения параболического уравнения по явной и неявной схемам. Построение алгоритма и составление программы для решения гиперболического уравнения.

4.3. Лабораторные работы

«Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены».

4.4. Расчетные задания

«Расчетные задания учебным планом не предусмотрены».

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

«Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен».

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме с обязательным рассмотрением примеров и обсуждением практических вопросов программирования.

Практические занятия проводятся в компьютерном классе кафедры ТМПУ.

Самостоятельная работа включает подготовку к лекциям, к выполнению работ по составлению вычислительных программ, к защите работ и зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются устный опрос и защита выполненных работ по составлению алгоритмов и вычислительных программ.

Аттестация по дисциплине – зачет.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценкой на зачете, так и по результатам текущего контроля.

В приложение к диплому вносится оценка за 4 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  , , Копченова методы для инженеров – М.: Высшая школа, 19с..

2. Visual Basic 6 – М.: Издательство БИНОМ, 20с.

б) дополнительная литература:

1.  , , Шувалова методы анализа – М.: Наука, 19с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

среда программирования Visual Basic,

б) другие: Microsoft Office.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие компьютерного класса с программным обеспечением (среда программирования Visual Basic 6.0).

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140106 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профилю «Энергообеспечение предприятий», «Промышленная теплоэнергетика».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

старший преподаватель

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. кафедрой ХиЭЭ

д. т.н., профессор

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. кафедрой ЭКО

д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ТМПУ

к. т.н., профессор