МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Алтайская государственная академия образования имени »
(ФГБОУ ВПО «АГАО»)
Физико-математический факультет
Кафедра физики и информатики
ПРИНЯТО Ученым советом физико- Протокол № 1 от «29» августа 2014 г. | УТВЕРЖДАЮ Проректор ______________ «06» сентября 2014 г. |
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Б3.В. ОД.19. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Направление подготовки 44.03.01 «Педагогическое образование»
Профиль подготовки Информатика
Квалификация (степень) выпускника Бакалавр
Форма обучения заочная
Составитель: канд. пед. наук, доцент
_________________
Бийск 2014
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 44.03.01 «Педагогическое образование» (от 17 января 2011 г. № 46) и учебного плана по направлению подготовки 44.03.01 «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), утвержденного Ученым советом ФБГОУ ВПО «АГАО» (от 26 июня 2012 г., протокол № 11).
Распределение по семестрам
Номер курса | Учебные занятия | Число курсовых проектов (работ), расчетных заданий | Форма итоговой аттестации (зачет, экзамен) | |||||
Общий объем / З. Е. | В том числе | |||||||
Аудиторные | Самостоя-тельная работа | |||||||
Всего | Из них | |||||||
Лекции | Практ. | Лабор. работы | ||||||
5 | 108 /3 | 14 / 0,15 | 4 / 0,1 | 2 / 0,05 | 8 / 0,2 | 94 / 2,5 | - | Зачет с оценкой |
Всего | 108 /3 | 14 / 0,15 | 4 / 0,1 | 2 / 0,05 | 8 / 0,2 | 94 / 2,5 | - | Зачет с оценкой |
Программа обсуждена на заседании кафедры физики и информатики
Протокол № 1 от «29» августа 2014 г.
Заведующий кафедрой _____________________
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель курса состоит в овладении студентами понятийным аппаратом метода моделирования, в овладении умениями создавать и исследовать компьютерные модели различных видов, применять модели для изучения действительности.
Задачи курса:
- развить и дополнить знания студентов о компьютерном моделировании как науке, об истории ее становления и перспективах развития; рассмотреть содержание школьного образования в области компьютерного моделирования; рассмотреть вопросы организации обучения компьютерному моделированию.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина «Компьютерное моделирование» относится к вариативной части профессионального цикла (Б3.В. ОД.19), проводится в 5 курсе, форма итогового контроля знаний зачет с оценкой.
Для освоения дисциплины «Компьютерное моделирование» студенты используют знания, умения, навыки, способы деятельности и установки, полученные и сформированные в ходе изучения следующих дисциплин: «Математический анализ», «Алгебра и геометрия», «Архитектура компьютера».
Изучение дисциплины «Компьютерное моделирование» является базой для дальнейшего освоения студентами курсов по выбору профессионального цикла, прохождения педагогической практики.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих специальных компетенций:
- владеет современными формализованными математическими, информационно-логическими и логико-семантическими моделями и методами представления, сбора и обработки информации (СК-1); способен реализовывать аналитические и технологические решении в области программного обеспечения и компьютерной обработки информации (СК-2).
В результате изучения дисциплины студенты должны
знать:
- понятие модели, моделирования, модельного эксперимента; виды моделей (материальные, материализованные, идеальные, математические, имитационные, стохастические и пр.); место и значение моделирования в системе методов науки; взаимосвязь моделирования с натурным экспериментом, системным подходом и другими общенаучными методами; инструментальные программные средства для моделирования, приемы моделирования, лежащие в их основе математические методы; состав и последовательность действий (обобщенный план деятельности) по постановке модельного эксперимента; примеры компьютерных моделей (физических, биологических, экономических); специфику использования компьютерного моделирования в педагогических программных средствах;
уметь:
- проектировать модели, реализовывать их в различных программных средах, применять для решения познавательных и практических задач, оценивать точность и достоверность получаемых на моделях количественных результатов.
владеть:
- навыками моделирования несложных системных объектов.
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Всего часов | Курс |
5 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 14 | 14 |
В том числе: | ||
Лекции (Л) | 4 | 4 |
Практические занятия (ПЗ) | 2 | 2 |
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 8 | 8 |
Самостоятельная работа (всего) | 94 | 94 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | 20 | 20 |
Контрольные работы | 10 | 10 |
Реферат | 20 | 20 |
Эссе | 10 | 10 |
Учебный проект | 20 | 20 |
Подготовка к семинарским и практическим занятиям | 14 | 14 |
Вид промежуточной аттестации: (зачет) | ||
Общая трудоемкость часы зачетные единицы | 108 | 108 |
3 | 3 |
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1 | Моделирование как метод познания | Понятие «модель». Моделирование как метод познания. Компьютерное моделирование. Возникновение, развитие и перспективы компьютерного моделирования в различных сферах деятельности. Классификация моделей. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в естественных и технических науках. Примеры создания и использования моделей |
2 | Информационные модели. Математическое моделирование | Абстрактные (идеальные) модели и их классификация. Вербальные модели и информационные модели. Примеры информационных моделей. Математические модели. Этапы создания и совершенствования математических моделей. Роль численных методов в математическом моделировании |
3 | Программные средства обеспечения компьютерного моделирования. Система автоматизации математических расчетов MathCad | Обзор современных компьютерных систем автоматизации математических вычислений, их назначение и возможности. Система MathCad как программное средство эффективного решения математических задач. Основные элементы системы. Программирование в системе MathCad. Символьные преобразования в системе MathCad |
4 | Численное моделирование | Символьные и численные решения математических задач, их принципиальное отличие. Назначение и возможности численного моделирования. Численный эксперимент, его взаимосвязь с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели |
5.2. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Сем. | СРС | Использов. интеракт. форм (часы) | Всего |
1 | Моделирование как метод познания | 2 | 2 | 20 | 6 (работа в малых группах) | 24 | ||
2 | Информационные модели. Математическое моделирование | 0 | 2 | 20 | 6 (работа в малых группах) | 22 | ||
3 | Программные средства обеспечения компьютерного моделирования. Система автоматизации математических расчетов MathCad | 2 | 2 | 2 | 20 | 6 (работа в малых группах) | 26 | |
4 | Численное моделирование | 0 | 2 | 34 | 8 (работа в малых группах) | 36 |
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудоемкость (час.) |
1 | Информационные модели. Математическое моделирование | Расчеты в системе MathCAD | 2 |
7. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ (ПРОЕКТОВ) РАБОТ
Курсовой проект (работа) учебным планом не предусмотрен
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература:
Кириличев, Б. В. Моделирование систем: учебное пособие [Электронный ресурс] / . – Электрон. текстовые дан. – М.: МГИУ, 2010. – 274 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Могилев, [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по педагогическим специальностям / , , ; ред. . – М.: Академия, 2008. – 848 с. Павловский, моделирование [Текст]: учебное пособие для вузов по специальности "Прикладная математика и информатика" / , , . - М. : Академия, 2008. - 236 с.б) дополнительная литература:
Бахвалов, методы [Электронный ресурс] / , , . – Электрон. текстовые дан. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 636 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Бахвалов, методы в задачах и упражнениях [Электронный ресурс]: учебное пособие / , , . – Электрон. текстовые дан. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 240 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Долженков, В. А. Microsoft Office Excel 2010 [Электронный ресурс] / , . – Электрон. текстовые дан. – СПб.: БХВ-Петербург, 2011. – 816 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Калиткин, методы: учебное пособие [Электронный ресурс] / . – Электрон. текстовые дан. – СПб.: БХВ-Петербург, 2011. – 592 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Маликов математического моделирования [Электронный ресурс]: учебное пособие для вузов / . – Электрон. текстовые дан. – М.: Горячая линия – Телеком, 2010. – 368 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия [Электронный ресурс] / . – Электрон. текстовые дан. – СПб.: БХВ-Петербург, 2009. – 512 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru. Плохотников и искусство математического моделирования [Электронный ресурс]: курс лекций / . – Электрон. текстовые дан. – М.: ФЛИНТА, 2012. – 520 с. – Сетевой режим доступа: http://ibooks. ru.8.3 Оборудование и программно-методическое обеспечение
дисциплины
Операционная система Microsoft Windows XP. Офисный пакет Microsoft Office. MathCad 14.9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Компьютеры с процессором типа Pentium 4 (учебный класс) – 10 шт.
10. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Методические рекомендации преподавателю
Изучение данной дисциплины предусматривает проведение лекции и лабораторных занятий. Самостоятельная работа студентов заключается в подготовке к лабораторным занятиям, на которых проводятся письменные и устные опросы; подготовке к тестированию, обзорного реферата.
Тест включает задания закрытого типа, охватывающие содержание разных микротем. При подготовке к тестированию нужно проанализировать наиболее типичные затруднения, которые ранее возникали у обучаемых в процессе выполнения тестовых заданий, а затем провести соответствующую пропедевтическую работу со студентами.
Домашняя контрольная работа предусматривает проведение анализа литературных источников, составление конспектов.
Студент может получить итоговую положительную оценку при условии регулярной подготовки к занятиям, удовлетворительного написания контрольной работы, правильного выполнения 60% тестовых заданий, подготовки обзорного реферата (в полном соответствии с выбранной темой, правилами оформления, обязательным требованием является также наличие ссылок на используемые источники).
В случае невыполнения указанных требований, итоговая аттестация осуществляется на основе собеседования по теоретическим вопросам (по выбору преподавателя).
2. Методические рекомендации студенту
На лекционных занятиях рекомендуется использовать приемы рефлексивного слушания. Нужно конспектировать лекции, задавать вопросы преподавателю, активно отвечать на вопросы, адресованные аудитории.
При подготовке к лабораторным занятиям нужно прочитать конспект лекции, а также ознакомиться с вариантами изложения данной темы в учебниках и учебных пособиях, сделать необходимые выписки. Необходимо внимательно ознакомиться с планом практического занятия, ответить на заданные вопросы, выписать из справочников, учебной литературы дефиниции встречающихся терминов, осмыслить их. При использовании интернет-ресурсов нужно указывать источник цитирования.
При подготовке к тестированию необходимо освежить в памяти содержание лекций, вспомнить об основных затруднениях, которые возникали при выполнении практических заданий.
При подготовке реферата нужно учитывать его тип. Студент должен составить обзорный реферат в полном соответствии с выбранной темой, правилами оформления. Монографические рефераты оцениванию не подлежат. Важно хорошо знать содержание реферата, чтобы качественно подготовить устное сообщение по данной теме.
Оценочные средства для текущего контроля
и промежуточной аттестации
Реферат (типовое контрольное задание на этапе формирования СК-4)
Темы рефератов:
Информационные системы: типы и этапы создания и развития. СУБД. Архитектура систем баз данных. Языки манипулирования данными. Язык SQL. Объектно-ориентированные информационные системы. Назначение и функции СУБД. Microsoft Access: назначение и функции. Access и Web. Утилиты баз данных. Администрирование. СУБД PARADOX: назначение и функции. Диалоговые взаимодействия с информационной системой.
Критерии оценки компетенции СК-4 в рамках типового контрольного задания:
Оценка проектов осуществляется по следующим критериям:
полнота представляемого материала, степень раскрытия материала (0 - 40 баллов); наличие примеров, иллюстраций (0 - 30 баллов); соблюдение основ грамматики, фразеологии, синтаксиса русского языка, культуры речи (0 - 30 баллов).Типовое контрольное задание оценивается по 100-балльной шкале, которая переводится в пяти балльную шкалу в соответствии с действующим на текущий момент Положением о рейтинговой системе текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов.
Уровни | Показатели |
Пороговый | В реферате соблюдаются основы грамматики, фразеологии, синтаксиса русского языка, культуры речи. Студент проявляет умение интерпретировать тексты различных видов и жанров (допускает ошибки при восприятии содержания отдельных видов и жанров текста) |
Базовый | В реферате соблюдаются основы грамматики, фразеологии, синтаксиса русского языка, культуры речи. Студент владеет навыками интерпретации отдельных текстов различных видов и жанров (допускает отдельные ошибки при квалификации содержательных особенностей текстов различных видов и жанров) |
Повышенный | В реферате соблюдаются основы грамматики, фразеологии, синтаксиса русского языка, культуры речи, жанровые особенности интерпретации текстов различных видов и жанров. Студент владеет навыками интерпретации текстов различных видов, умеет интерпретировать тексты различных видов и жанров. |
Собеседование (типовое контрольное задание на этапе формирования СК-1, 2)
Вопросы к зачету
Компьютерное моделирование и его значение. Понятие «модель». Моделирование как метод познания. Классификация моделей. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в естественных и технических науках. Примеры создания и использования моделей. Информационные модели. Математическое моделирование. Абстрактные (идеальные) модели и их классификация. Вербальные модели и информационные модели. Примеры информационных моделей. Математические модели. Этапы создания и совершенствования математических моделей. Роль численных методов в математическом моделировании. Система MathCAD как программное средство эффективного решения математических задач. Основные элементы системы MathCAD; Программирование в системе MathCAD; Символьные и численные решения математических задач, их принципиальное отличие. Символьные преобразования в системе MathCAD; Численный эксперимент, его взаимосвязь с натурным экспериментом и теорией. Достоверность численной модели. Методы решения линейных уравнений в системе MathCAD; Методы решения нелинейных уравнений в системе MathCAD; Сплайн-интерполяция табличных данных. Регрессионный анализ табличных данных. Численные методы решения дифференциальных уравнений в системе MathCAD. Детерминированные и стохастические модели, их принципиальные отличия. Переход детерминированных систем к хаотическому поведению. Моделирование динамических детерминированных систем на примере задачи о развитии популяций. Особенности моделирования стохастических систем. Общий алгоритм моделирования дискретных случайных величин. Генератор случайных (псевдослучайных) чисел на компьютере, его использование при моделировании случайных событий. Моделирование систем массового обслуживания. Моделирование дискретных систем. Примеры дискретных систем. Геометрическое моделирование и компьютерная графика. Клеточные автоматы, их применение для моделирования эволюции сложных систем.Критерии оценки компетенции СК-1, 2 в рамках типового контрольного задания:
Соответствие ответа формулировке вопроса. Содержательность, глубина и полнота ответа. Достоверность излагаемого материала (0-40 баллов). Аргументированность, логичность (0-30 баллов). Достаточный научно-теоретический уровень ответа (0-30 баллов).Типовое контрольное задание оценивается по 100-балльной шкале, которая переводится в пяти балльную шкалу в соответствии с действующим на текущий момент Положением о рейтинговой системе текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов.
Уровни | Показатели |
пороговый | ответ в основном правильный, но схематичный, обнаруживающий лишь умение поверхностно и с отклонениями от последовательности изложения раскрыть материал; научно-теоретический уровень ответа не достаточен; нет обобщений и выводов в полном объеме, имеются существенные ошибки в формулировке определений. |
базовый | ответ, обнаруживает хорошее знание и понимание материала, умение излагать свои мысли последовательно и грамотно. В ответе может быть недостаточно полно развернута аргументация, возможны отдельные затруднения в формулировке выводов, иллюстративный материал может быть представлен недостаточно, приводимые примеры не точные, отдельные ошибки в формулировке понятий |
повышенный | Ответ исчерпывающий, точный, проявлено умение пользоваться материалом текстов по предмету для аргументации и самостоятельных выводов, свободное владение соответствующей терминологией, навыками анализа, умение излагать свои мысли последовательно с необходимыми обобщениями и выводами, используя термины. |
Методические материалы, определяющие процедуры оценивания (зачет)
Целью промежуточной аттестации по дисциплине (модулю) является оценка уровня усвоения обучающимися знаний, приобретения умений, навыков и сформированности компетенций в результате изучения учебной дисциплины (части дисциплины – для многосеместровых дисциплин).
Субъекты, на которых направлена процедура:Процедура оценивания должна охватывать всех без исключения обучающихся, осваивающих дисциплину (модуль). В случае, если обучающийся не проходил процедуру без уважительных причин, то он считается имеющим академическую задолженность.
Период проведения процедуры:Процедура оценивания проводится по окончании изучения дисциплины (модуля).
Требования к помещениям и материально-техническим средствам для проведения процедуры:Требования к аудитории для проведения процедуры и необходимости применения специализированных материально-технические средств определяются преподавателем, исходя из содержания ФГОС.
Требования к кадровому обеспечению проведения процедуры:Процедуру проводит преподаватель, ведущий дисциплину (модуль), как правило, проводящий занятия лекционного типа.
Требования к банку оценочных средств:До начала проведения процедуры преподавателем подготавливается необходимый банк оценочных материалов для оценки знаний, умений, навыков. Банк оценочных материалов может включать вопросы открытого и закрытого типа, перечень тем, выносимых на опрос, типовые задания. Из банка оценочных материалов формируются печатные бланки индивидуальных заданий. Количество вопросов, их вид (открытые или закрытые) в бланке индивидуального задания определяется преподавателем самостоятельно.
Каждому обучающемуся, принимающему участие в процедуре преподавателем выдается вопрос. После получения вопроса и подготовки ответов обучающийся должен в меру имеющихся знаний, умений, навыков, сформированности компетенции дать развернутые ответы на поставленные в задании открытые вопросы и ответить на вопросы закрытого типа в установленное преподавателем время. Продолжительность проведения процедуры определяется преподавателем самостоятельно, исходя из сложности индивидуальных заданий, количества вопросов, объема оцениваемого учебного материала, общей трудоемкости изучаемой дисциплины (модуля) и других факторов.
Результаты процедуры:Результаты проведения процедуры в установленном порядке проставляются преподавателем в зачетные книжки обучающихся и электронные ведомости, и представляются в деканат факультета. По результатам проведения процедуры оценивания преподавателем делается вывод о результатах промежуточной аттестации по дисциплине.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ
Наименование дисциплины/курса | Уровень/ступень образования (бакалавриат, магистратура) | Статус дисциплины в рабочем учебном плане | Количество зачетных единиц/кредитов |
Компьютерное моделирование – 5 курс, 9 семестр) | 44.03.01 «Педагогическое образование», профиль «Математика и информатика», бакалавриат | Математический и естественно-научный цикл, базовая часть Б3.В. ОД.19 | 3 зачетных единицы (общая трудоемкость – 108 ч., лекций – 4 ч., лабораторных – 2 ч., самостоятельная работа – 94 ч. |
Смежные дисциплины по учебному плану | |||
Предшествующие: | |||
Последующие: | |||
Вид промежуточной аттестации: зачет |
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ПО ЧАСТИ КУРСА
9 СЕМЕСТР
ОСНОВНОЙ МОДУЛЬ (3 з. е.= 108 ч: лекций – 4 ч., практических – 8 ч. лабораторных - 2 ч., самостоятельная работа – 94 ч., зачет) | 60% | ||
Проектируемый результат: знание значения, сущности и роли компьютерного моделирования; технические и программные средства компьютерного моделирования; умение работать с математическими пакетами; владение базовыми приемами моделирования в среде математических пакетов. | |||
Контрольная точка 1 ( до ____ ________) ((3 з. е.= 108 ч: лекций – 4 ч., практических – 8 ч. лабораторных - 2 ч., самостоятельная работа – 94 ч., зачет) | Весовой коэффициент 50 % | ||
Формирование компетенций (СК-1, СК-2) и знаний, умений и навыков | Форма контроля | ||
1 | - готов применять знания теоретической информатики, фундаментальной и прикладной математики для анализа и синтеза информационных систем и процессов (СК-8); | Самостоятельная работа: значение, сущность и роль компьютерного моделирования Самостоятельная работа: технические и программные средства компьютерного моделирования | 30% |
2 | - способен использовать математический аппарат, методологию программирования и современные компьютерные технологии для решения практических задач получения, хранения, обработки и передачи информации (СК-9); | Самостоятельная работа: основные приемы работы с математическими пакетами | 20% |
3 | - владеет современными формализованными математическими, информационно-логическими и логико-семантическими моделями и методами представления, сбора и обработки информации (СК-10); | Самостоятельная работа: основные приемы выполнения вычислений в среде математических пакетов | 20% |
4 | - владеет современными формализованными математическими, информационно-логическими и логико-семантическими моделями и методами представления, сбора и обработки информации (СК-10); | Самостоятельная работа: базовые приемы создания текстовых документов и графиков в среде математических пакетов | 30% |
Итоговый % за 1 контрольную точку. На положительную оценку min 60%, max 100% |
