УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
математики информатики
и методики преподавания
__________
«___» ____________ 20___ г.
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Направление подготовки:
44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки)
Профили: Математика и Информатика
Квалификация:
Академический бакалавр
Куйбышев 2014
СОСТАВИТЕЛЬ: , канд. пед. наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНО К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
на заседании кафедры ______________________________________
(протокол № _____ от «____» ___________20__ г.)
СОГЛАСОВАНО
Декан: ____________________________
Специалист УО: ____________________
Зав. библиотекой: ___________________
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Целью освоения дисциплины «Компьютерное моделирование» является формирование у студентов готовности к использованию основных методов, способов и средств разработки абстрактных объектов, замещающих объект-оригинал в целях его изучения. Инструментальной основой в процессе изучения студентами дисциплины являются электронные таблицы, языки программирования и специализированные пакеты компьютерного моделирования. Используя данные инструментальные средства в ходе освоения теоретического материала и выполнения практических работ, студенты решают следующие учебные задачи:
· знакомство с важнейшими понятиями теории моделирования и основными типами моделей;
· изучение теоретических основ, приемов и методов компьютерного моделирования;
· применение компьютерного моделирования для решения научных и технических, фундаментальных и прикладных проблем;
· теоретическая и практическая подготовка студентов по основам анализа и синтеза процессов и структур систем;
· подготовка студентов для научной и практической деятельности в области разработки моделей систем и проведения на них исследований;
· изучение методов компьютерного моделирования и возможности применения в профессиональной области.
Место дисциплины в структуре ОПОП бакалавриата. Дисциплина «Компьютерное моделирование» является дисциплиной по выбору профессионального цикла вариативной части учебного плана направления 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки).
Преподавание дисциплины «Компьютерное моделирование» базируется на компетенциях, полученных при изучении дисциплины «Основы математической обработки информации» на предыдущем уровне образования. Также изучение дисциплины опирается на знания, получаемые студентами в ходе текущего обучения при изучении дисциплин «Программирование», «Дискретная математика». Результаты изучения курса «Компьютерное моделирование» используются в дальнейшем при изучении дисциплин «Теоретические основы информатики», «Информационные системы», «Проектирование информационных систем в образовании» а также при изучении других дисциплин, связанных с компьютерным моделированием. Полученные знания и навыки могут широко применяться в процессе курсового и дипломного проектирования.
Дисциплина изучается в 7 семестре.
Формы контроля. Оценка результатов обучения осуществляется в ходе текущего, промежуточного и итогового контроля.
Текущий контроль осуществляется в процессе группового обсуждения учебных задач, индивидуального собеседования и проведения практических работ.
Промежуточный контроль осуществляется при проведении контрольных работ.
Итоговый контроль осуществляется в форме зачета.
Требования к результатам освоения программы. Курс направлен на формирование следующих компетенций: СКИ-1, СКИ-3, СКМ-4 (таблица 1).
Таблица 1. Требования к результатам освоения программы
Формируемые компетенции | Дескрипторы |
СКИ-1 – готовность применять знания теоретической информатики, фундаментальной и прикладной математики для анализа и синтеза информационных систем и процессов. | Знать: основы теоретической информатики, фундаментальной и прикладной математики. Уметь: формализовать информацию в рамках заданных правил. Владеть: способами анализа и синтеза информационных систем и процессов. |
СКИ-3 – владение современными формализованными математическими, информационно-логическими и логико-семантическими моделями и методами представления, сбора и обработки информации. | Знать: основы математического, информационно-логического и логико-семантического представления информации. Уметь: строить основные модели представления информации. Владеть: методами представления информации в указанных моделях. |
СКМ-4 – владение математикой как универсальным языком науки, средством моделирования явлений и процессов, способность пользоваться построением математических моделей для решения практических проблем, понимать критерии качества математических исследований, принципы экспериментальной и эмпирической проверки научных теорий. | Знать понятие модели, различные способы классификации моделей, методику применения математических моделей в процессе исследования объектов реального мира. Уметь выстраивать и осуществлять основные этапы моделирования объектов, проводить компьютерные эксперименты на основе математических моделей. Владеть методами построения математических моделей, навыками исследовательской деятельности на основе моделирования, способами эмпирической проверки математических моделей средствами вычислительной техники. |
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. Теоретические основы компьютерного моделирования
Тема 1.1. Понятие модели. Моделирование как метод познания. Исторический аспект моделирования. Различные определения модели и моделирования. Свойства модели.
Тема 1.2. Классификация моделей. Классификация по научным направлениям. Классификация по области применения. Классификация по фактору времени. Классификация по степени предопределенности. Классификация по характеру взаимодействия со средой. Классификация по форме представления. Материальные и абстрактные модели.
Раздел 2. Реализация процесса моделирования средствами компьютерных технологий
Тема 2.1. Этапы компьютерного моделирования. Инструментарий компьютерного моделирования. Основные этапы компьютерного моделирования. Постановка задачи. Разработка модели. Компьютерная модель. Компьютерный эксперимент. Проведение эксперимента. Анализ результатов компьютерного эксперимента.
Тема 2.2. Создание компьютерных моделей средствами электронных таблиц. Создание математической модели. Методика разработки моделей из различных предметных областей. Примеры разработки компьютерных моделей из предметных областей: экономика, астрономия, физика, экология, биология, география.
Раздел 3. Специализированные пакеты компьютерного моделирования
Тема 3.1. Компьютерная лаборатория Model Vision Studium для моделирования динамических систем. Моделирование осциллятора. Идентификация параметров математической модели. Моделирование полета по околоземной орбите. Создание модели с виртуальным экспериментальным стендом.
Тема 3.2. Интерактивный инструмент Simulink для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Знакомство с технологией построения Simulink-моделей. Моделирование производственного цикла. Моделирование одноразрядного двоичного сумматора. Моделирование электрических цепей. Моделирование системы управления.
Содержание дисциплины «Компьютерное моделирование» структурировано по видам учебных занятий с распределением объёмов учебной нагрузки (таблицы 2, 3).
Таблица 2. Тематическое планирование
Тематические разделы и темы дисциплины | Виды и формы учебной работы, в часах | ||||
Лекции | ПЗ | ЛЗ | СР | ||
7 СЕМЕСТР | |||||
I. Теоретические основы компьютерного моделирования | |||||
1.1. | Понятие модели | 2 | 2 | 4 | |
1.2. | Классификация моделей | 2 | 2 | 4 | |
II. Реализация процесса моделирования средствами компьютерных технологий | |||||
2.1. | Этапы компьютерного моделирования | 2 | 4 | 8 | |
2.2. | Создание компьютерных моделей средствами электронных таблиц | 2 | 8 | 16 | |
III. Специализированные пакеты компьютерного моделирования | |||||
3.1. | Компьютерная лаборатория Model Vision Studium для моделирования динамических систем | 2 | 8 | 16 | |
3.2. | Интерактивный инструмент Simulink для моделирования, имитации и анализа динамических систем | 2 | 8 | 16 | |
Всего за семестр | 12 | 32 | 64 | ||
В том числе в интерактивной форме* | 2 | 4 | |||
ИТОГО | 12 | 32 | 64 | ||
В том числе в интерактивной форме | 2 | 4 |
Таблица 3. Технологическая карта самостоятельной работы студента
№ | Темы дисциплины | Задания для самостоятельной работы | Форма отчета | Трудоемкость задания, часы |
|
7 СЕМЕСТР |
| ||||
1. | Понятие модели | Самостоятельная подготовка дополнительного материала. | Отметка за работу. Защита работ. | 4 |
|
2. | Классификация моделей | Самостоятельная подготовка дополнительного материала. | Отметка за работу. Защита работ. | 4 |
|
3. | Этапы компьютерного моделирования | Самостоятельная подготовка дополнительного материала. | Отметка за работу. Защита работ. | 8 |
|
4. | Создание компьютерных моделей средствами электронных таблиц | Выполнение индивидуальных домашних заданий. Групповая контрольная работа. | Отметка за работу. Защита работ. | 16 |
|
5. | Компьютерная лаборатория Model Vision Studium для моделирования динамических систем | Выполнение индивидуальных домашних заданий. | Отметка за работу. | 16 |
|
6. | Интерактивный инструмент Simulink для моделирования, имитации и анализа динамических систем | Выполнение индивидуальных домашних заданий. | Отметка за работу. | 16 |
|
Итого | 64 | 64 |
СИСТЕМА ОЦЕНКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
УСПЕВАЕМОСТИ И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ
Оценка объема и качества знаний студентов по результатам семестрового контроля определяется в соответствии с Положением о балльно-рейтинговой системе оценки знаний. Максимальный рейтинг за семестр - 100 баллов, вычисляется как сумма баллов текущего рейтинга и баллов, полученных студентом в ходе промежуточного контроля. Для допуска к промежуточному контролю (зачету) по дисциплине за семестр студент должен набрать по итогам текущего контроля не менее 65 баллов. Текущий рейтинг формируется в ходе текущего контроля, виды которого (по семестрам) представлены в таблице:
Виды текущего контроля (7 семестр) | Минимальный балл | Максимальный балл |
Контрольная работа | 15 | 20 |
Срезовая работа (4 с/р по 1,25 балла) | 0 | 5 |
Посещение лекций (6 занятий по 0,8 балла) | 0 | 5 |
Практическая работа, 16 занятий (min: 1,9 балла, max: 3,1 балла) | 30 | 50 |
ИТОГО по видам текущего контроля | 45 | 80 |
Промежуточный контроль (зачет) | 15 | 20 |
ИТОГО за 7 семестр (семестровый рейтинг) | 60 | 100 |
Пропуск практического занятия предполагает отработку по пропущенным темам. Форма отработки предполагает индивидуальную защиту решенной задачи. Неотработанный (до начала зачетной недели) пропуск более 50% практических занятий по курсу является основанием для не допуска к зачету по курсу. В ходе промежуточного контроля в форме зачета с оценкой можно получить от 15 до 40 баллов:
Элементы зачета с оценкой | Минимальный балл | Максимальный балл |
теоретический вопрос | 5 | 15 |
практическое задание | 10 | 25 |
Итого за зачет с оценкой | 15 | 40 |
Таким образом, итоговый рейтинг по дисциплине позволяет выставить оценку за семестр в соответствии с таблицей:
Диапазон баллов рейтинга | Семестровая оценка |
0 – 59 | Неудовлетворительно |
60 – 73 | Удовлетворительно |
74 – 86 | Хорошо |
87 – 100 | Отлично |
Критерии оценивания по видам работ:
Критерии оценки работы на лабораторном занятии | Балл |
Пропуск лабораторного занятия | 0 |
Выполнение основных разделов лабораторной работы | min+0,5*d |
Выполнение всего плана лабораторной работы с подробными комментариями | min+1,0*d |
Примечание: d=max-min
Критерии оценки контрольной работы | Балл |
Работа не засчитана | 0 |
Работа выполнена полностью, позже срока, защищена на удовлетворительном уровне | 15 |
Работа выполнена полностью, в срок, защищена на удовлетворительном уровне | 16 |
Работа выполнена полностью, позже срока, успешно защищена | 19 |
Работа выполнена полностью, в срок, успешно защищена | 20 |
Критерии оценки ответа на теоретический вопрос зачета (экзамена) | Балл |
Нет ответа | 0 |
Неполный ответ, наличие ответов на дополнительные вопросы с погрешностями и недочетами | 5-7 |
Достаточный ответ, наличие ответов на дополнительные вопросы с мелкими недочетами | 8-10 |
Полный ответ, наличие ответов на дополнительные вопросы с мелкими погрешностями | 11-12 |
Критерии оценки выполнения практического задания на зачете (экзамене) | Балл |
Нет решения | 0 |
Задание выполнено не полностью, с грубыми погрешностями и недочетами | 5-8 |
Задание выполнено полностью, с мелкими погрешностями и недочетами | 9-12 |
Задание выполнено полностью, без погрешностей и недочетов | 13-16 |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. | Информатика : учебное пособие / , , и др. - 3-е изд., стереотип. - М. : Флинта, 20с. - ISBN 1194-1 - Доступна эл. версия. ЭБС «Университетская библиотека ONLINE». - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=83542 |
2. | Королёв моделирование : [учебное издание] / ёв. - Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 20с. : табл., схемы, ил. - (Педагогическое образование). - Библиогр.: с. 223-228. - ISBN -487-3. |
3. | Королёв моделирование : лабораторный практикум / ёв. - Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 20с. : табл., схемы, ил. - (Педагогическое образование). - Библиогр.: с. 292-293. - ISBN 0270-3. |
4. | Морозов информационных и динамических систем : учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений : рекомендовано УМО вузов РФ / , . - Москва: Издательский центр «Академия», 20с. - (Бакалавриат). - Библиогр.: с. 368. - ISBN 4221-3. |
5. | Сулейманов моделирование математических задач. Учебное пособие. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 20с. - Доступна эл. версия. ЭБС «Университетская библиотека ONLINE». - Режим доступа: http://biblioclub. ru/shop/index. php? page=book_view&book_id=222903 |
Дополнительная литература
1. | Аверьянов информатика : учебное пособие / , . - М. : МИФИ, 20с. - ISBN 1421-4. - Доступна эл. версия. ЭБС «Университетская библиотека ONLINE». - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=232072 |
2. | Бережная методы моделирования экономических систем : учебное пособие : рекомендовано УМО вузов РФ / , . - Москва : Финансы и статистика, 20с. : ил. - ISBN -8 : 76-50. |
3. | Модели : репрезентация и научное понимание: пер. с англ. / М. Вартофский ; общ. ред. и послесл. и . - Москва : Прогресс, 19с. |
4. | Губарь в математическое моделирование / . - М. : Интернет-Университет Информационных Технологий, 20с. - Доступна эл. версия. ЭБС «Университетская библиотека ONLINE». - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=233992 |
5. | Диков моделирование и численные методы : учебное пособие / , ; под ред. . - Пенза : ПГПУ, 20с. - Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE". - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=96973 |
6. | Емельянов моделирование экономических процессов : учебное пособие : рекомендовано УМО вузов РФ / , , . - Москва : Финансы и статистика, 20с. : ил. - ISBN -0. |
7. | Инструментальные средства математического моделирования : учебное пособие / , , ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет". - Ростов-н/Д : Издательство Южного федерального университета, 20с. - библиогр. с: С. 88. - ISBN 0887-7. - Доступна эл. версия. ЭБС «Университетская библиотека ONLINE». - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=241127 |
8. | Казиев в анализ, синтез и моделирование систем [Электронный ресурс]: учебное пособие/ - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2007.— 247 c. - Доступна эл. версия. ЭБС «IPRbooks». - Режим доступа: http://www. iprbookshop. ru/16083 |
9. | Каракулев к решению задач с применением электронных таблиц EXCEL. – СПб: СПбНИУ ИТМО (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики), 2010. – 48 с. - Доступна эл. версия. ЭБС «Лань». - Режим доступа: http://e. /books/element. php? pl1_cid=25&pl1_id=43545 |
10. | Климов массового обслуживания / . - 2-е изд., перераб. - М. : Издательство Московского университета, 20с. - ISBN 5827-9. - Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE". - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=135301 |
11. | Марков информационно-вычислительных процессов : учебное пособие для вузов / . - Москва : Изд-во МГТУ, 19с. - ISBN -4. |
12. | Математика и информатика : учебное пособие для пед. вузов : допущено М-вом образования РФ / под ред. , . - Москва : Высшая школа, 20с. - ISBN -9. |
13. | Могилев : учебное пособие для пед. вузов : рекомендовано М-вом образования РФ / , , . - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Академия, 20с. - (Высшее профессиональное образование. Педагогические специальности). - ISBN -3. |
14. | Новые информационные технологии : учебное пособие / , , и др. ; под ред. . - М. : СОЛОН-ПРЕСС, 20с. - (Библиотека студента). - ISBN -7. - Доступна эл. версия. ЭБС «Университетская библиотека ONLINE». - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=118174 |
15. | Селиванов обучения основам компьютерного моделирования : учебное пособие / , . - Новосибирск : Изд-во НГПУ, 20с. - ISBN -Х |
16. | Советов систем : учебник для вузов : рекомендовано М-вом образования РФ / Б. Я Советов, . - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Высшая школа, 20с. : ил. - ISBN -2. |
17. | Суворова моделирование. Величины, объекты, алгоритмы / . - Москва : Лаборатория Базовых Знаний, 20с. : ил. - ISBN Б4/ |
18. | Ясвин среда : от моделирования к проектированию / . - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : Смысл, 20с. - ISBN -1 : 83-93/ |
Электронные образовательные ресурсы
1. Боев моделирование [Электронный ресурс] / , . - М. : Интернет-Университет Информационных Технологий, 20с. - Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE". - Режим доступа: http://biblioclub. ru/index. php? page=book&id=233705.
2. Исаев технологии [Электронный ресурс] : учебное пособие / . - Москва : Омега-Л, 20с. - (Высшее техническое образование). - ISBN 2165-7. - Доступна эл. версия. ЭБС "Университетская библиотека ONLINE". - Режим доступа: http://www. biblioclub. ru/book/79731.
3. Тупик моделирование [Электронный ресурс]: учебное пособие/ - Саратов: Вузовское образование, 20c. - Доступна эл. версия. ЭБС "IPRbooks". - Режим доступа: http://www. iprbookshop. ru/13016
