Рабочая программа учебной дисциплины ДС. «Вычислительный эксперимент» (стр. 1 )

Новокузнецкий филиал-институт

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»

Кафедра математики и математического моделирования

Факультет информационных технологий

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

учебной дисциплины

ДС. «Вычислительный эксперимент»

( шифр и наименование дисциплины по рабочему учебному плану ООП)

для специальности _010501_Прикладная математика и информатика

( шифр и название специальности)

для _________очной____ формы обучения

Составитель(и) / разработчик(и) программы

д. т.н., профессор _______________________________________

(Ф. И.О., должность и степень)

Новокузнецк

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Лист – вкладка рабочей программы учебной дисциплины

Вычислительный эксперимент, ДС

название дисциплины, цикл, компонент

Список основной учебной литературы

*Указания о контроле на момент переутверждения программы	Сведения об учебниках	Соответствие ГОС (для федеральных дисциплин) или соответствия требованиям ООП (для региональных и вузовских) - указание на недостаточно отраженные в учебнике разделы	Количество экземпляров в библиотеке на момент переутверждения программы
Дата	Внесение, продление или исключение	Наименование, гриф	Автор	Год издания
1	2	3	4	5	6	7
	Внесение	1. Ведение в математическое моделирование: учебное пособие.– М.: Университетская книга: Логос, 2007. – 440с. Рекомендовано УМО		2007	Соответствует	20

СОДЕРЖАНИЕ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ... Ошибка! Закладка не определена.

1. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ... 7

1.1. Пояснительная записка. 7

1.2. Виды занятий, формы контроля. 8

1.3. Уровни освоения дисциплины и критерии оценки на экзамене и зачете. 8

1.4. Учебно-тематический план рабочей программы учебной дисциплины.. 11

1.5. Содержание разделов дисциплины.. 12

1.6. Сведения о переутверждении РП на очередной учебный год и регистрация изменений. 14

1.7. Список основной учебной литературы.. 15

1.8. Список дополнительной учебной литературы.. 16

1.9. Средства обучения. 17

1.10. График организации самостоятельной работы студентов. 18

2. ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.. 19

2.1. Содержание практических занятий. 19

2.2. Методические указания по подготовке к практическим занятиям.. 19

Введение. 20

1. Методы построения математических моделей для вычислительного эксперимента (8 часов) 21

Занятие 1. Характеристика технологии вычислительного эксперимента. 21

Занятие 2. Полуэмпирические модели. 22

Занятие 3. П-теорема. 22

Занятие 4. Критерии подобия. 23

2. Планирование вычислительного эксперимента (8 часов) 23

Занятие 5. Полный факторный эксперимент. 23

Занятие 6. Полуреплика. 23

Занятие 7. Оценка коэффициентов влияния. 24

Занятие 8. Планы для квадратичных моделей. 24

3. Вычислительный эксперимент на многоуровневых моделях (8 часов) 24

Занятие 9. Построение многоуровневых моделей. 24

Занятие 10. Интерпретация результатов вычислительного эксперимента по плану 1 порядка. 25

Занятие 11. Интерпретация результатов вычислительного эксперимента по дробному плану 1 порядка. 25

Занятие 12. Интерпретация результатов вычислительного эксперимента по плану 2 порядка. 25

4. Пакеты прикладных программ вычислительного эксперимента (4 часа) 25

Занятие 13. Универсальные пакеты программ постпроцессорной обработки. 25

Занятие 14. Специализированные пакеты программ.. 25

3. ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ.. 25

3.1. Краткие методические указания по организации самостоятельной работы.. 25

4. ТЕМАТИКА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ... 26

4.1. Рекомендуемая тематика курсовых работ. 26

4.2. Краткие методические указания по выполнению курсовой работы.. 27

5. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ.. 29

1. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Пояснительная записка

Цели и задачи изучения дисциплины.

Дисциплина «Вычислительный эксперимент» входит в цикл дисциплин специализации «Математическое моделирование» и включена в курс подготовки специалистов – математиков, системных программистов на основании специфики их профессиональной деятельности, отраженной в ГОС ВПО: математик, системный программист должен быть подготовлен преимущественно к исследовательской деятельности.

Уже многие десятилетия в качестве средства исследования технических и естественных объектов используется математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Область его применения постепенно расширяется, и, соответственно, сокращается использование традиционных методик расчетов, основанных на аналитических решениях. Этот процесс сопровождается интенсивным развитием индустрии компьютерных программ математического моделирования – как ростом числа специализированных программ и производящих их фирм, так и качественным совершенствованием программных продуктов, которые сегодня встраиваются в системы автоматизированного проектирования и потенциально способны существенно ускорить разработку новых промышленных изделий.

Сложившееся к настоящему времени положение характеризуется появлением нового вида деятельности и новой категории субъектов деятельности – специалистов-расчетчиков, которые должны владеть как методами математического моделирования и компьютерными информационными технологиями, так и вопросами, характерными для области приложения математических моделей. Потребность в таких специалистах ощущается в проектно-конструктор­с­ких организациях, в научно-исследовательских институтах, на промышленных предприятиях. Специалисты-расчетчики, подготовленные должным образом, и только они могут быть квалифицированными пользователями программных продуктов, предназначенных для проведения вычислительного эксперимента.

Дисциплина "Вычислительный эксперимент" является комплексной дисциплиной, объединяющей идеи вероятностно-статистического направления, численных методов и технологии программирования. Изучение дисциплины «Вычислительный эксперимент» базируется на теоретических материалах, изучаемых в дисциплинах: "Теория вероятностей и математическая статистика", "Численные методы", "Численные методы решения краевых задач", "Методы оптимизации", "Теория R-функций" и происходит в едином модуле с изучением дисциплин "Прикладные математические модели и проблемно-ориентированное программирование" и "Практикум на ЭВМ".

В результате изучения дисциплины выпускаемый специалист должен:

1. Знать методы построения эмпирических, полуэмпирических и теоретических моделей.

2. Знать методы экспериментального поиска экстремума (оптимума).

3. Знать методы планирования эксперимента.

4. Уметь строить оптимальные планы дисперсионного анализа и факторного эксперимента.

5. Уметь оценивать адекватность модели объекту изучения.

6. Уметь использовать специализированные программные средства вычислительного эксперимента.

Для достижения необходимого уровня усвоения изучение дисциплины должно сопровождаться практической работой по проведению вычислительного эксперимента на компьютере. С этой целью рекомендуется инновационная структура преподавания учебного материала: дисциплина «Вычислительный эксперимент» совмещена по времени изучения в единый модуль с дисциплинами учебного плана «Прикладные математические модели и проблемно-ориентированное программирование» и «Практикум на ЭВМ», раздел «Планирование и выполнение вычислительного эксперимента». В курсе «Прикладные математические модели…» изучаются структура и функции специализированных программных систем вычислительного эксперимента, необходимые для обоснованного выбора и квалифицированного применения прикладных программ. В рамках компьютерного практикума выполняются лабораторные работы по построению и параметрическому исследованию математической модели реального технического или естественного объекта, в качестве которого рекомендуется использование объекта будущей дипломной работы студента.

1.2. Виды занятий, формы контроля

семестр		Виды учебных занятий	Форма Контроля
Аудиторные	Внеаудиторные
9		Лекции	Практика	Контрольная	Курсовая	Самостоятельная работа
28	28	-	9 семестр	44	Экзамен

1.3. Уровни освоения дисциплины и критерии оценки на экзамене и зачете

Для успешного использования методов вычислительного эксперимента в практической деятельности студент должен усвоить дисциплину в объеме тематического плана и получить практические навыки планирования и проведения вычислительного эксперимента.

Удовлетворительным является уровень освоения дисциплины, при котором студент усваивает:

- теоретические сведения: основные методы построения формальных, структурных и функциональных математических моделей сложных технических и естественных объектов; построение математических моделей из типовых элементов; типовые схемы вычислительных экспериментов; методы построения аппроксимирующих зависимостей;

- практические навыки построения формальных математических моделей и планирования вычислительного эксперимента для определения эмпирических коэффициентов; способность использования пакетов прикладных программ для проведения вычислительного эксперимента.

Хорошим является уровень освоения дисциплины, при котором студент дополнительно усваивает:

- теоретические сведения: методы построения математических моделей в форме безразмерных краевых задач; методы построения упрощенных математических моделей на основе теории подобия и размерностей; математические модели механики деформируемого тела, теплопроводности, фильтрации;

- практические навыки: построения математических моделей сложных явлений в форме краевых задач; уточнения полуэмпирических моделей с использованием вычислительного эксперимента.

Отличным является уровень освоения дисциплины, при котором студент показывает знакомство с дополнительной литературой и способность применять методы вычислительного эксперимента к исследованию объекта будущей дипломной работы.

Настоящая рабочая программа предусматривает межсессионную аттестацию на 8 неделе, защиту курсовой работы на 14 неделе (зачет с оценкой) и экзамен.

Критерием оценки в межсессионную аттестацию является выполнение 25% курсовой работы: анализ исследуемого объекта, построение уточненной дискретной модели и расчет базового варианта этой модели с использованием пакета прикладных программ «Композит» или НСНЖ «Огнестойкость».

Критерием оценки при защите курсовой работы является уровень проведенного исследования. Учитываются: обоснованность выбора варьируемых структурных параметров; достаточная полнота плана вычислительного эксперимента; обоснованность упрощенной модели; согласование полученных результатов с упрощенной моделью; правильность определения поправочных коэффициентов по результатам вычислительного эксперимента; определение границ применимости построенной модели.

Критерий оценки на экзамене складывается из следующих показателей:

- уровень усвоения теоретических знаний, показанный при ответе на вопросы по билету (применяются критерии, указанные выше);

- уровень практических навыков, контролируемый качеством выполнения курсовой работы.

Оценка «Отлично» на экзамене ставится при отличном ответе на теоретические вопросы при условии отличной оценки, полученной при защите курсовой работы, а также в случае, если в качестве объекта курсовой работы студент достаточно полно исследовал объект будущей дипломной работы, либо вычислительный эксперимент выполнен по плану научно-исследовательской работы кафедры и успешно защищен.

Оценка «Хорошо» ставится, если студент показывает хорошие теоретические знания при отличных или хороших практических навыках.

Оценка «Удовлетворительно» ставится, если теоретическая либо практическая подготовка студента соответствует удовлетворительному уровню.

Оценка «Неудовлетворительно» ставится, если теоретическая либо практическая составляющая ниже удовлетворительного уровня.

1.4. Учебно-тематический план рабочей программы учебной дисциплины

№	Название и содержание разделов, тем, модулей	Объем часов 100 час.	Примечания, дополнительные указания, методические материалы, технические средства и др., необходимые для учебной работы
Общий 100 час.	Аудиторная работа 56 час.	Самостоятельная работа 44 час.
Лекции 28 час.	Практические занятия 28 час.	Лабораторные занятия
1	2	3	4	5	6	7	8
Очная форма обучения
1	Введение. Основные понятия вычислительного эксперимента	2	2	-		-
2	Методы построения математических моделей для вычислительного эксперимента	24	6	8		10	Выдается задание на курсовую работу. Изучаются методы построения уточненных моделей и аппроксимирующих зависимостей.
3	Планирование вычислительного эксперимента	28	8	8		12	Изучение сопровождается построением планов экспериментов и проведением расчетов в рамках компьютерного практикума
	Интерпретация результатов вычислительного эксперимента	28	8	8		12	Изучение сопровождается практической интерпретацией результатов вычислительных экспериментов
	Пакеты прикладных программ для вычислительного эксперимента	18	4	4		10	Изучаются пакеты программ «Композит» и НСНЖ
Рекомендации к перезачету и переаттестации
	Применяются общие требования к перезачету и переаттестации
Формы контроля
	·  контроль выполнения первой части курсовой работы – 8 неделя ·  защита курсовой работы – 14 неделя
	·  экзамен – 9 семестр

1.5. Содержание разделов дисциплины

ТЕМА 1. Введение. Основные понятия вычислительного эксперимента

·  Соотношение теории и практики в научных исследованиях

·  Роль математического моделирования при исследовании природных явлений и создании технических объектов

·  Основные этапы вычислительного эксперимента

·  Особенности вычислительного компьютерного эксперимента по сравнению с натурным экспериментом

ТЕМА 2. Методы построения математических моделей для вычислительного эксперимента