Рабочая программа учебной дисциплины

Рабочая программа учебной дисциплины

ТПУ 7.1– 21/01

УТВЕРЖДАЮ

Директор ИПР

___________А. К. Мазуров

«___»_____________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Дополнительные главы математики

НАПРАВЛЕНИЕ ООП _____241000 Энерго-и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии ________

ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ:

Процессы и аппараты химической технологии

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) _______магистр__________________

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА ____2011____ г.

КУРС__5_____ СЕМЕСТР ____1____

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __3(3/3)______

КОРЕКВИЗИТЫ ____М2.Б2___________________________

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции__________________9_ час.

Практические занятия_____ 18 час.

Лабораторные занятия_____27 час.

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ _54 час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _54_ час.

ИТОГО _108_ час.

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ _______очная_______

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ _дифзачет (1)_

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра ХТТ________

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ _______________ А. В. Кравцов

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________

2011

1. Цели освоения дисциплины

Цели дисциплины и их соответствие целям ООП

Код цели	Цели освоения дисциплины «Дополнительные главы математики»	Цели ООП
Ц1	Знание современных математических методов решения стационарных, нестационарных задач, задач с распределением параметров по пространству, времени и другим характеристикам.	Подготовка выпускников к научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой новых методов создания процессов, материалов и оборудования, обеспечивающих энерго-и ресурсосбережение, экологическую безопасность технологии, к активному участию в инновационной деятельности.
Ц2	Формирование способности применять математические методы в решении задач энерго-, ресурсосбережения и экологических проблем. Владеть навыками использования прикладных программных пакетов в области химической технологии, нефтехимии, биотехнологии и охраны окружающей среды. .	Подготовка выпускников к производственно-технологической и инжиниринговой деятельности в области энерго - и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии, обеспечивающей внедрение и эксплуатацию новых наукоемких разработок в технологию природных энергоносителей, конкурентоспособных на мировом рынке.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Согласно ФГОС и ООП «Энерго - и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» дисциплина «Дополнительные главы математики» является базовой дисциплиной и относится к общенаучному циклу.

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
М1.Б
Общенаучный цикл
М1.Б3	Дополнительные главы математики	3	дифзачет

Для успешного освоения дисциплины «Дополнительные главы математики» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты):

Код дисциплины ООП	Наименование дисциплины	Кредиты	Форма контроля
кореквизиты
М2.Б (Профессиональный цикл)
М2.Б2	Моделирование технологических и природных систем	8	экзамен

3. Результаты освоения дисциплины

Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов обучения (Р1), сформулированных в основной образовательной программе 241000 «Энерго-и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение дисциплины «Дополнительные главы математики».

Планируемые результаты обучения согласно ООП

Код результата	Результат обучения (выпускник должен быть готов)
Профессиональные компетенции
Р1	Применять глубокие, математические, естественнонаучные, социально-экономические и профессиональные знания в области энерго - и ресурсосберегающих процессов химической технологии, нефтехимии и биотехнологии в профессиональной деятельности.

Планируемые результаты освоения дисциплины «Дополнительные главы математики»

№ п/п	Результат
1	Применять теоретические основы современных математических методов решения стационарных, нестационарных задач, задач с распределением параметров по пространству, времени и другим характеристикам
2	Самостоятельно выполнять компьютерные расчеты при моделировании и проектировании объектов химической технологии
3	Использовать языки и системы программирования для решения профессиональных задач, работать с программными средствами общего назначения
4	Применять численные методы и компьютерные технологии при решении инженерных задач

В результате изучения дисциплины: «Дополнительные главы математики» студент должен

Знать:

·  методы решения стационарных и нестационарных задач при математическом моделировании химико-технологических процессов;

·  методы решения задач с распределением параметров по пространству, времени и другим характеристикам;

·  языки и системы программирования для решения профессиональных задач;

·  численные методы решения

Уметь:

·  использовать численные методы для решения химико-технологических задач,

·  выполнять компьютерные расчеты при моделировании объектов химической технологии;

·  численно решать алгебраические уравнения;

·  исследовать и численно решать обыкновенные дифференциальные уравнения;

·  аналитически и численно решать основные уравнения математической физики;

Владеть:

·  современными методами приближенного решения наиболее характерных задач компьютерной химии;

·  методами решения уравнений математического описания химических процессов;

·  методами математического моделирования;

·  методами решения систем уравнений математического описания химических объектов.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1. Универсальные (общекультурные):

·  готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, способность приобретать новые знания в области естественных и технических наук;

2. Профессиональные:

общепрофессиональные:

·  способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности;

·  способность применять методы теоретического и экспериментального исследования, математического моделирования, современные информационные и компьютерные технологии;

производственно-технологическая деятельность:

·  способность выполнять проектные расчеты химико-технологических процессов с использованием современных компьютерных программ;

научно-исследовательская деятельность:

·  способность оценивать погрешности расчетов, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения;

Структура и содержание дисциплины

4.1  Аннотированное содержание разделов дисциплины.

1. Решение стационарных и нестационарных задач. Решение одномерных нестационарных задач: явный метод, неявный метод, схема Кранка-Николсона. Решение двумерных стационарных задач. Решение симметричных задач и задач для областей неправильной формы.

2. Уравнения в частных производных и методы их решения. Численные методы решения уравнений в частных производных. Возможность решения многомерных уравнений. Встроенные функции для решения уравнений в частных производных: параболические и гиперболические уравнения, эллиптические уравнения.

3. Методы решения задач с распределением параметров по пространству и времени. Методы оценки параметров распределения, точечная и интервальная оценка параметров. Методы поиска решений. Методы решения.

4. Оптимизация и численные методы ее решения. Методы исследования функций классического анализа. Методы, основанные на использовании неопределенных множителей Лагранжа. Вариационное исчисление. Динамическое программирование. Нелинейное программирование.

5. Статистический анализ точности и стабильности технологических процессов. Оценка точности технологических процессов. Статистическое регулирование технологического процесса. Статистический метод оценки качества продукции. Статистические методы управления качеством продукции.

Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения

Название раздела	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Итого (час)
Лекции	Практ. занятия	Лабор. занятия
1 семестр
1. Решения стационарных и нестационарных задач	2	4	6	12	24
2. Уравнения в частных производных и методы их решения		6	4	8	18
3. Методы решения задач с распределением параметров по пространству и времени	4	2	6	12	24
4. Оптимизация и численные методы ее решения	2	4	4	10	20
5. Статистический анализ точности и стабильности технологических процессов	2	2	6	12	24
Итого	9	18	27	54	108

5. Образовательные технологии

Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Дополнительные главы математики» используются различные образовательные технологии:

1.  Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими.

Используется лекционный метод, самостоятельное изучение литературы, применение новых информационных технологий для самостоятельного пополнения знаний, включая использование технических и электронных средств информации.

2.  Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные на формирование системы профессиональных практических умений при проведении исследований, обеспечивающих возможность качественно выполнять профессиональную деятельность.

Используется анализ, сравнение методов проведения исследований, выбор метода, в зависимости от объекта исследования в конкретной производственной ситуации и его практическая реализация.

3.  Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности, способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для их решения.

Используются виды проблемного обучения: освещение основных проблемных вопросов технологического проектирования на лекциях, учебные дискуссии, коллективная мыслительная деятельность в группах при выполнении поисковых лабораторных работ, выполнение курсовых проектов повышенной сложности.

4.  Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых условий для развития их индивидуальных способностей, развитие активности личности в учебном процессе. Личностно-ориентированные технологии обучения реализуются в результате индивидуального общения преподавателя и студента при выполнении домашних индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных отчетов по лабораторным работам, выполнении курсового проекта.

Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных компетенций у обучающихся, выбраны сочетания форм организации учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в таблице.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

Методы	ФОО
Лекции	Лаб. раб.	Практ. занятия	СРС
IT-методы	+	+	+	+
Работа в команде		+
Case-study		+
Игра
Методы проблемного обучения		+	+	+
Обучение на основе опыта		+
Опережающая самостоятельная работа		+	+	+
Проектный метод				+
Поисковый метод			+	+
Исследовательский метод		+	+

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС)

Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Дополнительные главы математики», направленная на углубление и закрепление знаний студента, на развитие практических умений, включает в себя следующие виды работ:

·  работа с лекционным материалом;

·  изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;

·  выполнение домашних индивидуальных заданий;

·  подготовка к лабораторным работам;

·  подготовка к самостоятельным и контрольным работам;

·  практические занятия;

·  подготовка к дифзачету.

6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине «Дополнительные главы математики», направленная на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у студентов, включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса:

поиск, анализ, структурирование информации; выполнение расчетных работ, обработку и анализ данных; решение задач повышенной сложности, в том числе комплексных и олимпиадных задач; анализ патентов и научных публикаций по теме курсового проекта.

6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований

№ п/п	Тема
1	Изучение (анализ, расчет) современных технологических схем переработки природных энергоносителей

2. Темы индивидуальных домашних заданий

№ п/п	Тема
	1 семестр
1	Явный метод решения одномерных нестационарных задач.
2	Классификация уравнений в частных производных, уравнение диффузии тепла.
3	Явная и неявная схема Эйлера.
4	Решение задач с распределением параметров.
5	Вариационное исчисление.
6	Методы корреляционного и регрессионного анализа.

3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку

№ п/п	Тема
	1 семестр
1	Решение систем нелинейных уравнений итерационными методами.
2	Приближение функций
3	Численное решение стационарных и нестационарных задач теплопроводности.
4	Численное решение задачи Коши
5	Кластерный многомерный анализ

6.4. Контроль самостоятельной работы

Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.

Самоконтроль зависит от определенных качеств личности, ответственности за результаты своего обучения, заинтересованности в положительной оценке своего труда, материальных и моральных стимулов, от того насколько обучаемый мотивирован в достижении наилучших результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать условия для выполнения самостоятельной работы (учебно-методическое обеспечение), правильно использовать различные стимулы для реализации этой работы (рейтинговая система), повышать её значимость, и грамотно осуществлять контроль самостоятельной деятельности студента (фонд оценочных средств).

При организации учебного процесса по дисциплине предусмотрено проведение конференц-недель (две недели в семестре в соответствии с линейным графиком учебного процесса), что позволяет повысить результативность и качество самостоятельной деятельности студентов. Основная задача студентов в период конференц - недель продемонстрировать достигнутые результаты обучения и доказать самостоятельность их достижения.

6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Для организации самостоятельной работы студентов (выполнения индивидуальных домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки по лекционному материалу; подготовки к лабораторным занятиям, контрольным работам) преподавателями кафедры рекомендованы учебники и учебные пособия, а также разработаны учебно-методические указания:

Учебники

1.  , Иванчина математика в химии и химической технологии.- 199c.

2.  Численные методы в химии.- 1983 г.

3.  , Ветохин и численные методы в химии и химической технологии.- 1972 г.

4.  , Кузьменко экспериментальных данных в компьютерной химии.- Томск, Ротапринт ТПУ, 199с.

5.  , , Коваль анализа химико-технологических процессов. Учебное пособие.- Томск: изд. ТПУ, 199с.

6.  и др. Лабораторный практикум по численным методам. Учебное пособие. - Томск, Ротапринт ТПИ, 1990.-96 с.

7.  Введение в многомерный статистический анализ, пер. с англ., М., 1963.- 36с.

8.  , Бежаева 3. И., . , Классификация многомерных наблюдений, М., 1974. – 54с.

9.  , , Копченова методы для инженеров. М.: Высшая школа, 1994.

Методические указания к лабораторным работам

1.  , . Самборская Методы корреляционного и регрессионного анализа при обработке экспериментальных данных. Метод. указания по выполнению лабораторных работ. Изд-во ТПУ, 2011. Рег №, 13с.

2.  , Иванчина ённое решение дифференциальных уравнений в химической технологии.- Томск: изд. ТПИ, 198с.

3.  и др. Лабораторный практикум по численным методам. Учебное пособие. - Томск, Ротапринт ТПИ, 1990.-96 с.

Программное обеспечение и Internet-ресурсы

1.  Дополнительные главы математики //[Электронный ресурс]. – Электронная версия курса лекций для студентов специализации 2011

Кроме того, для выполнения самостоятельной работы рекомендуется литература, перечень которой представлен в разделе 9. Каждое индивидуальное домашнее задание имеет 20 вариантов, что практически исключает совпадение варианта для разных студентов.

Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины

Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Дополнительные главы математики» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов:

·  Входной контроль (1 комплект из 20 вариантов). Представляет собой перечень из 12 основных вопросов, ответы на которые студент должен знать в результате обучения. Поставленные вопросы требуют точных и коротких ответов. Входной контроль проводится в письменном виде на первой лекции в течение 20 минут. Проверяются входные знания к текущему семестру.

·  Самостоятельные работы (2 комплекта по 20 вариантов). Представляют собой короткие задания, в виде 1-3 вопросов, выполняются на практических занятиях в течении 30 минут. Проверяются знания текущего материала: уравнения, формулировки законов, основные понятия и определения; умения применять эти законы для конкретных реакций и процессов.

·  Экспрессные опросы (3 комплекта). Представляют собой набор коротких вопросов по определенной теме, требующих быстрого и короткого ответа. Проверяются знания текущего материала: математическая формулировка основных законов, понятия и определения.

·  Контрольные работы (2 комплекта по 20 вариантов). Состоят из практических вопросов по основным разделам курса. Проверяется степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенных умений на репродуктивном и продуктивном уровне.

·  Экзаменационные билеты (1 комплект из 30 билетов). Состоят из теоретических (2 вопроса) и практических вопросов (1 задача) по всем разделам, изучаемым в разделе курса. Рассчитаны на письменное выполнение в течение 90 минут.

Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов.

Рейтинг качества освоения дисциплины

В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение индивидуальных домашних заданий, выполнение лабораторных работ).

Итоговая аттестация (дифзачет) проводится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки с балами полученными в течение семестра. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в течение недели, месяца и т. п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются два раза ниже, чем это установлено в рейтинг-плане дисциплины

Рейтинг-план освоения дисциплины «Дополнительные главы математики» в течение первого семестра

Дисциплина	Дополнительные главы математики	Число недель	18
Институт	Институт природных ресурсов	Количество кредитов	3
Кафедра	Химической технологии топлива	Лекции, час	9
Семестр	первый	Практические занятия, час	18
Группы	№ 2КМ10	Лабораторные занятия час.	27
Преподаватель	, ассистент	Всего аудиторных занятий, час	54
		Самостоятельная работа, час	54
		ВСЕГО, час	108

Недели	Текущий контроль
Теоретический материал	Практическая деятельность	Итого
Название раздела	Темы лекций	Баллы	Название лабораторных работ	Баллы	Название практических занятий	Баллы	Индивидуальные задания (рубежные контрольные работы, рефераты и т. п.)	Баллы
	Решения стационарных и нестационарных задач.	1.Введение. Методы решения одномерных нестационарных и двухмерных стационарных задач.	1	1. Численное решение стационарных и нестационарных задач теплопроводности	6	Входной контроль.	1
						Решение симметричных задач и задач для областей неправильной формы.	4	Самостоятельная работа	2
	Всего		1		6		5		2	14
	Уравнения в частных производных и методы их решения			1.Решение системы дифференциальных уравнений в частых производных.	6	Численные методы решения уравнений в частных производных.	4
						Возможность решения многомерных уравнений. Встроенные функции для решения уравнений.	4	ИДЗ №1 (3 задания)	2
		Конференц-неделя 1						Контрольная работа №1	4
	Всего		-		6		8		6	20
	Всего по контрольной точке (аттестации) № 1и 2		34
	Методы решения задач с распределением параметров по пространству и времени	1. Методы оценки параметров распределения, точечная и интервальная оценка параметров.	1	1.Решение модели технологического процесса с учетом изменения основных параметров	6	Области пространства по принципу причинно–следственной связи	4	ДЗ №2 (Реферат)	2
		2. Методы поиска решений. Методы решения задач с распределенными параметрами.	1
	Оптимизация и численные методы ее решения	1.   Численные методы решения задач оптимизации	1	Решение методов безусловной оптимизации первого порядка	6	Методы, основанные на использовании неопределенных множителей Лагранжа.	4	Самостоятельная работа	2
		2.			Динамическое программирование. Нелинейное программирование	3
							Контрольная работа №2	4
	Всего		3		12		11		8	34
	Всего по контрольной точке (аттестации) № 1-3	68
	Статистический анализ точности и стабильности технологических процессов	Оценка точности технологических процессов. Статистическое регулирование технологического процесса.	1	Многомерный регрессионный и корреляционный анализы	3	Статистический метод оценки и управления качеством продукции.	3	ИДЗ №3 (3 задания)	2
		Конференц-неделя 2		Методы факторного и кластерного анализа.	3
			1		6		3		2	12
Итоговая текущая аттестация	80
Зачет	20
Итого баллов по дисциплине	100
		«___»_________2011 г.
		Зав. кафедрой ____________________________ А. В. Кравцов
		Преподаватель __________________________

9.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

·  основная литература:

1.  , , Кузьменко , П. И., Информатика и вычислительная математика. /Учебное пособие для студентов химических специальностей технических вузов (гриф УМО).– Томск: ТПУ, 2003. – 243 с.

2.  Турчак численных методов. М.: Наука, 1987. – 320 с.

3.  Кафаров кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 198с.

4.  Статистические методы в инженерных исследованиях. Лабораторный практикум. / Под ред. М.:Высш. шк.,1983.-216с.

·дополнительная литература

1.  Компьютерные технологии обработки информации. Под ред. М: Финансы и статистика, 1с.

2.  Гордеев В. В., Бояринов процессов в химической технологии.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

№ п/п	Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)	Аудитория, количество установок
1	Компьютерный класс (10 шт.)	16 б корпус, 223 ауд.
2	Компьютерный класс (10 шт.)	16 б корпус, 224 ауд.
3.	Компьютерный класс (10 шт.)	2 корпус, 136 ауд,

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 241000 Энерго-и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.

Программа одобрена на заседании каф. ХТТ и ХК

(протокол №____от «____»_________2011 г.)

Автор _________________

Рецензент ____________________________