Вычислительная физика (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»

Учебно-методический комплекс по дисциплине

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА

(название дисциплины в соответствии с учебным планом)

Направление подготовки

011200.62 Физика

Профиль подготовки:

Физика конденсированного состояния вещества

Физическое материаловедение

Преподавание физики

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Кемерово

2011

СОГЛАСОВАНО:

СОГЛАСОВАНО:

Декан физическогофакультета

Проректор

по учебно-организационной работе

/

/

Т. Н. Семенкова

( Ф. И.О. )

( Ф. И.О. )

от «

»

201___г.

от «

»

201___г.

УМК обсужден и одобрен на заседании Ученого совета физического факультета

УМК обсужден и одобрен научно-методическим советом КемГУ

Председатель Ученого совета

Председатель НМС

/

/

Т. Н. Семенкова

/ Ф. И.О. /

( Ф. И.О. )

Протокол №

Протокол №

от «

»

201___г.

от «

»

201___г.

ОБСУЖДЕНО:

РАССМОТРЕНО:

УМК обсужден и одобрен на заседании кафедры

УМК обсужден и одобрен методической комиссией факультета*

Зав. кафедрой

Председатель методической комиссии

/

/

/

/

(Ф. И.О.)

(Ф. И.О. )

Протокол №

Протокол №

от «

»

201___г.

от «

»

201___г.

СОДЕРЖАНИЕ

	(стр.)
Рабочая программа	4
Методические рекомендации по освоению учебной дисциплины	28
Приложения	29
Учебно-методические материалы
- учебное пособие (3 файла)
- учебно-методическое пособие (10 файлов)
- сборник задач (1 файл)
- лабораторный практикум (11 файлов)
Контрольно-измерительные материалы
- тестовые задания (6 файлов)
- варианты контрольных работ (6 файлов)
- творческие задания / ситуационные задачи (2)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Декан

_______________________

"_____"__________20___ г.

Рабочая программа дисциплины

Вычислительная физика

Направление подготовки

011200.62 Физика

Профиль подготовки

Физика конденсированного состояния вещества

Физическое материаловедение

Преподавание физики

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

Очная

Кемерово

2011

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Вычислительная физика» являются получение обучающимися знаний, формирование умений и навыков в области информационных технологий, развитие профессиональных компетенций, позволяющих решать профессиональные задачи в области научно-исследовательской, научно-инновационной и педагогической деятельности.

Целью данного курса является – овладение практическими навыками применения персонального компьютера, как инструмента для работы с разнообразно организованной информацией: текстовой, графической, табличной, базами данных, мультимедийной, гипертекстом, а также моделирования физических процессов или явлений, проведения численного эксперимента при решению физической задачи и оформления результатов, которые необходимы в будущей профессиональной деятельности физиков.

Данный курс должен формировать у студента базовую подготовку в области современного использования вычислительной техники как применительно к потребностям физика, так и специалиста более широкого профиля. Одновременно физика, как предмет, на базе которого проходит обучение, служит дополнительным фактором, обеспечивающим мотивацию студента в изучении компьютерных технологий. Курс направлен, в основном, на приобретение студентом практических навыков применения компьютеров для решения задач физики, которые формируются постепенно путем приобретения опыта решения все более сложных задач из разных разделов физики с использованием различных средств.

В соответствии с программой курса студент должен:

·  получить начальные навыки работы в современных операционных средах с важнейшими прикладными пакетами обработки текстов, графического представления информации, базами данных, электронными таблицами, с интернет;

·  получить навыки компьютерного моделирования в физике; овладеть простейшими численными методами (дифференцирование, интегрирование, и т. п.).

Вычислительная физика, как и программирование, безусловно, самые важные в модуле «Информатика». Программирование дает в руки студентов инструмент, а вычислительная физика - методы, которые необходимы для решения широкого круга физических задач с использованием компьютера. Дополнительно в курсе рассматриваются вопросы аналитических вычислений на компьютере и решения задач физики с использованием пакетов компьютерной алгебры.

Для студентов физических специальностей важным является получение навыков численного моделирования физических задач. В курсе это направление получает развитие в рамках таких вопросов, как численный эксперимент в задачах механики, электричества и статистической физики. Студенты знакомятся с методами постановки и проведения компьютерного эксперимента, численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Обсуждаются проблемы построения фазовых портретов колебательных систем, визуализации полей системы электрических зарядов и др. В завершение курса студенты выполняют заключительную (курсовую) работу, которая состоит из моделирующего исследования и теоретической части и является прообразом самостоятельного научного исследования.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Курс «Вычислительная физика» входит в модуль «Информатика», который является частью Математического и естественнонаучного цикла ООП. Курс логически связан и предваряет курсы «Программирование» и «Численные методы и математическое моделирование» модуля «Информатика», и преступает к формированию практических навыков в области научно-исследовательской, научно-инновационной и педагогической деятельности.

Требования к знаниям, умениям и готовностям обучающегося, необходимым при освоении дисциплин данного модуля:

·  Знать основы алгебры, геометрии, математического анализа

·  Иметь понятие об алгоритмах, назначении компьютера

·  Знать основы общей физики

·  Уметь проводить простые математические преобразования

·  Быть готовым к освоению нового программного обеспечения

Дисциплины, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующее: Курсовая работа, Производственная и дипломная практика, Численные методы и математическое моделирование, Блок специальных дисциплин.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения модуля «Информатика» и, в частности, курса «Вычислительная физика»

Способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук (ОК-1) путем использования базовых алгоритмов.

Способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-3) в части формирования умений работать с разнообразным программным обеспечением.

Способность собирать, обрабатывать и интерпретировать с использованием современных информационных технологий данные, необходимые для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам (ОК-4)- в части формирования умений вести поиск информации в компьютерных сетях.

Способность овладеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12) путем изучения приемов работы с офисным и другим программным обеспечением.

Способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях, умением создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет (ОК-17) - путем решения физических задач, обработки данных физического эксперимента в процессе моделирования физических явлений, получения навыков работы с офисными и другими программами.

Способность пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза физической информации (ПК-6) – путем получения навыков программирования, применения численных методов при обработке результатов физического эксперимента, моделирования физических явлений, работы с пакетами программ.

4. Структура и содержание курса «Вычислительная физика»

Трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (в часах)

4.1.1. Объём и виды учебной работы (в часах) по дисциплинам модуля в целом

Вид учебной работы	Всего часов
Общая трудоемкость базового модуля дисциплины	72
Аудиторные занятия (всего)	36
В том числе:
Лекции
Семинары	36
Самостоятельная работа	36
В том числе:
Творческая работа (эссе)
И (или) другие виды самостоятельной работы Работа с литературой (включая Интернет) по подготовке обзора курсовой работы Подготовка к выполнению лабораторных работ и работа с пособиями Оформление отчета по лабораторным работам и курсовой работы Подготовка к тестированию Работа над творческими проектами	36
Вид промежуточного контроля	Тесты, контрольные работы, защита творческих работ, защита итоговой курсовой работы
Вид итогового контроля	зачет

4.1.2. Разделы базового обязательного модуля дисциплины «Вычислительная физика» и трудоемкость по видам занятий (в часах)

№п/п	Раздел Дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Общая трудоёмкость (в часах)	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Учебная работа	В т. ч. активных форм	Самостоятельная работа
всего	Лекции	Лабораторные
1	Операционная система Windows	1	1	4		2	2	2	Тест
2	Поиск информации в сети Интернет. Электронная почта	1	2-3	8		4	4	4	Тест, защита контрольной работа
3	Текстовые редакторы. Элементы издательских систем. Подготовка научной статьи к печати.	1	4-6	10		6	6	4	Тест, защита контрольных работ
4	Обработка данных. Электронные таблицы.	1	7-9	12		6	6	6	Тест, защита контрольных работ
5	Программа создания презентаций. Подготовка научного доклада.	1	10	6		2	2	4	Защита творческой работы
6	Работа с базами данных	1	11-12	8		4	4	4	Тест, защита творческой работы
7	Работа с пакетами математических программ.	1	13	4		2	2	2	Защита контрольных работ
8	Компьютерное моделирование явлений и процессов в физике: численный эксперимент в задачах механики, электромагнетизма и статистической физики	1	14-18	20		10	10	10	Защита итогового курсового проекта - решение индивидуальной задачи
	Дисциплина в целом	1		72		36	36	36	Зачет

4.2 Содержание дисциплины «Вычислительная физика»