Рабочая программа дисциплины

Рабочая программа дисциплины

1.  Компьютерная физика

2.  Лекторы.

2.1.  Канд. физ.-мат. наук, доцент , кафедра компьютерных методов физики, e-mail: *****@***phys. msu. ru

2.2.  Докт. физ.-мат. наук, профессор , кафедра общей физики и волновых процессов, e-mail: *****@***msu. ru,

2.3.  Канд. физ.-мат. наук, доцент , кафедра общей физики и волновых процессов, e-mail: s. *****@***msu. ru,

3.  Курс дает базовую подготовку в области современного использования вычислительной техники как применительно к потребностям физика, так и специалиста более широкого профиля. Прививаются навыки работы с важнейшими прикладными пакетами обработки текстов, графическим редактором, верстки научного текста в системе LaTeX. Даются основы работы с пакетом символьной математики.

Студенты овладевают простейшими методами компьютерной графики и анимации на языке С++, программированием графического интерфейса, созданием многопоточных приложений, получают навыки компьютерного моделирования в физике.

В завершение курса студенты выполняют заключительную (курсовую) работу, которая состоит из моделирующей программы и теоретической части, и является прообразом самостоятельного научного исследования.

4.  Целями освоения дисциплины является освоение студентами современных программных средств, применяемых в ходе выполнения научно-исследовательских работ а также ознакомление с основами компьютерной графики и анимации.

5.  Задачи дисциплины: обучение навыкам использования современных программных средств и формирование способности к самостоятельному выполнению научно-исследовательских работ полного цикла – от постановки задачи до написания полноценного отчета о проделанной научной работе.

6.  Компетенции

6.1.  Компетенции, необходимые для изучения дисциплины: ИК-3

6.2.  Компетенции, формируемые в результате изучения дисциплины: ИК-3; ИК-4; ПК-2; ОНК-5; СК-1

7.  В результате освоения студент должен:

знать основы верстки научного текста в системе LaTeX, принципы работы с пакетом символьной математики, принципы написания интерактивных программ, использующих графический интерфейс работы с пользователем, основы компьютерного моделирования физических процессов;

уметь самостоятельно использовать пакет символьной математики, писать графические программы на языке Си++, верстать научный текст в системе LaTeX;

владеть методологией компьютерного моделирования физических явлений.

8.  Содержание и структура дисциплины.

Вид работы	Всего
Общая трудоемкость, акад. часов	144
Аудиторная работа	70
Лекции, акад. часов
Семинары, акад. часов
Лабораторные работы, акад. часов	70
Самостоятельная работа, акад. часов	74
Вид итогового контроля	зачёт, зачет с оценкой

№ раздела	Наименование раздела	Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий	Форма текущего контроля Форма текущего контроля Форма текущего контроля
Аудиторная работа	Самостоятельная работа
Лабораторные работы
1	Основы верстки научных текстов	4 часа Текстовый редактор. Создание документа с помощью редактора типа WinWord. Понятие фонта, кегля, начертания. Форматирование текста: разбиение документа на абзацы, выравнивание текста, абзацные отступы, мягкий перенос и другие специальные символы. Понятие о стиле. Нумерация страниц и автоматическое создание оглавления. Расположение информации на странице документа, изменение полей, ориентация. Надписи и таблицы как средства форматирования. Элементы электронных таблиц. Построение диаграмм. Средства проверки документа.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Включение формул в текст документа. Основные приемы работы с формульным редактором. Набор формул, содержащих скобки, дроби, индексы, знаки интегралов и сумм, дифференциалы, греческие буквы, векторные величины и специальные знаки. Изменение расстояния между фрагментами формул. Переход в текстовый режим. Изменение масштаба представления формул. Копирование фрагментов формул. Нумерация формул и их выравнивание.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Цепочка: расчетная программа на языке С/C++, запись данных в файл, построение графика средствами графического редактора, включение графика в документ текстового редактора	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Редактор для набора научных статей или специализированный язык программирования LaТеХ. Макетирование страницы, набор и верстка текста, набор формул. Работа с оболочкой. Редактирование и компиляция. Предварительный просмотр документа.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
2	Система символьной математики	4 часа Общие сведения о пакете. Основные понятия. Документ (блокнот), ячейка, типы ячеек. Ссылка на предыдущую и произвольную ячейку. Время жизни ячеек. Арифметические операторы и стандартные функции. Конструирование собственных функций. Использование панели инструментов. Процедура упрощения. Двумерная графика.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Пределы. Интегрирование. Численная оценка выражения. Построение графиков функций. Производная аналитической функции.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Символьное и численное решение обыкновенного дифференциального уравнения, системы уравнений. Решение задачи Коши и задачи с граничными условиями. Решение уравнения колебаний математического маятника с затуханием. Представление результатов на фазовой плоскости. График параметрически заданной функции.. Преобразование Фурье. 3D графика.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Семейство функций. Итерационное получение списка результатов. Наложение графиков. Построение графиков по точкам. Поиск экстремума функции. Списки. Элементы процедурного программирования. Циклы, условные операторы. Запись/чтение в файл.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
3		4 часа Промежуточная аттестация по лабораторным работам (зачет)	4 часа Подготовка к зачету

№ раздела	Наименование раздела	Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий	Форма текущего контроля
Аудиторная работа	Самостоятельная работа
Лабораторные работы
4	Введение в компьютерное моделирование	4 часа Программирование Си++. Двумерная графика. Графические примитивы: прямоугольник, эллипс, линия, точка. Анимация движения.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Программирование Си++. Многопотоковое программирование. Потоковая функция. Синхронизация потоков. Мьютексы. Семафоры. Критические секции. Работа с таймером.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
4 часа Компьютерное моделирование. Постановка задачи. Математическая модель. Выбор численного метода. Отладка программы. Анализ и представление результатов. Структура курсовой работы.	4 часа Подготовка к ЛР	ЛР
5	Курсовая работа	18 часов Выполнение курсовой работы. Консультации.	22 часа Подготовка к ЛР	ЛР
6		4 часа Защита курсовой работы (зачет с оценкой).	4 часа Подготовка к зачету

Место дисциплины в структуре ООП ВПО.

8.1.  Дисциплина по выбору

8.2.  Вариативная часть, блок В-ЕН

8.3.  Курс непосредственно связан с дисциплинами модулей «Общая физика», т. к. использует предметную область этих дисциплин при выполнении лабораторных работ и заключительного проекта, и дисциплиной «Математический анализ», т. к. использует основные понятия этой дисциплины.

8.3.1.  Дисциплины, которые должны быть освоены для начала освоения данной дисциплины: «Программирование и информатика».

8.3.2.  Дисциплины, для которых освоение данной дисциплины необходимо как предшествующее: Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, дисциплина «Численные методы», дисциплина «Основы математического моделирования».

9.  Образовательные технологии: При реализации учебной работы в рамках дисциплины «Компьютерная физика» используются средства дистанционного сопровождения учебного процесса в форме сайта с материалами для семинарских занятий, а также групповых рассылок и персональных писем по электронной почте. Лабораторные работы выполняются с использованием современной компьютерной техники и сетевой инфраструктуры, используются современные мультимедийные возможности и проекционное оборудование.

10.  Оценочные средства для текущего контроля в промежуточной аттестации.

Перечень типовых задач лабораторных работ к зачету для 3 семестра находится в приложенном файле:

«Компьютерная физика - Типовые задачи к семестру III. pdf».

Перечень типовых задач курсовых работ для 4 семестра находится в приложенных файлах:

«Компьютерная физика - темы курсовых работ I. pdf»

«Компьютерная физика - темы курсовых работ II. pdf»

«Компьютерная физика - темы курсовых работ III. pdf»

11.  Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

1.  . Набор и верстка в системе LAТеХ. – МЦНМО, 2006, 448 с.

2.  И. Котельников, П. Чеботаев. Латех 2е по-русски. – Сибирский хронограф, 2009, 492 с.

3.  . Mathematica 5/6/7. Полное руководство. – ДМК, 2009, 624 с.

4.  Ж. Бланшет, М. Саммерфилд - Qt 4: Программирование GUI на С++. ‑ Кудиц-Пресс, 2008, 736 с.

5.  , Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Методология и практика, Издательство: Едиториал УРСС, 2011 г., 282 с.

6.  (ред.). Методы разработки курсовых работ. Моделирование, вычисления, программирование на С/С++ и MATLAB, виртуализация, образцы лучших студенческих курсовых работ (+ CD-ROM), Солон-Пресс, 2006 г., 320 с.

7.  , Вычислительные методы. Теория и практика в среде MATLAB. Курс лекций. Горячая Линия - Телеком, 2009 г., 496 с.

8.  . Методические материалы по курсу «Компьютерная физика». ‑ М.: Физический факультет МГУ, 2000, 46 с.

Дополнительная литература.

1.  . Численные методы. ‑ М.: Наука, 1978, 592 с.

2.  . Стандартный Си++. – Москва, «Финансы и статистика», 2008, 688 с.

3.  . . Microsoft Office Word 2007. – БХВ-Петербург, 2008, 926 с.

Интернет-ресурсы:

1.  http://cmp. phys. msu. ru/jt/ru/programming

2.  http://ofvp. phys. msu. ru/science_education/lections/CS/cp_menu. html

3.  http://www. /support/learn/higher-education. html

4.  http://www. exponenta. ru/soft/Mathemat/Mathemat. asp

5.  http://ru. wikipedia. org/wiki/LaTeX

6.  http://msdn. /ru-ru/library/ms123401.aspx

7.  http://doc. crossplatform. ru/

8.  http://www. /academia/?s_cid=global_nav

12.  Материально-техническое обеспечение:

Аудитория Н-9 физического факультета МГУ. В наличие тонкие клиенты на каждом рабочем месте и локальная сеть, обеспечивающие совместный доступ к серверам с рабочей средой для выполнения лабораторных работ, доска, проектор.

Аудитория 1-32 физического факультета МГУ. В наличие тонкие клиенты на каждом рабочем месте и локальная сеть, обеспечивающие совместный доступ к серверам с рабочей средой для выполнения лабораторных работ, доска, проектор.

Программное обеспечение:

1.  Microsoft Visual Studio

2.  Microsoft Office

3.  Code Blocks

4.  Wolfram Mathematica

5.  MathWorks MatLab

6.  MiKTeX

7.  QtiPlot