МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени »
Механико-математический факультет
СОГЛАСОВАНО заведующий кафедрой МТУиБМ д. ф.-м. н., профессор ___________________ "__" ________________2016 г. | УТВЕРЖДАЮ председатель НМС механико-математического факультета к. ф.-м. н., доцент ______________ "__" ________________2016 г. |
Фонд оценочных средств
текущего контроля и промежуточной аттестации по дисциплине
ВВЕДЕНИЕ В НАНОБИОМЕХАНИКУ
Направление подготовки бакалавриата
01.03.03 Механика и математическое моделирование
Профиль подготовки бакалавриата
Биомеханика
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Саратов,
2016 год
Карта компетенций
Контролируемые компетенции (шифр компетенции) | Планируемые результаты обучения (знает, умеет, владеет, имеет навык) |
ОК-7 Способность к самоорганизации и самообразованию | Знать: содержание процессов самоорганизации и самообразования, их особенностей и технологий реализации, исходя из целей совершенствования профессиональной деятельности. |
Уметь: планировать цели и устанавливать приоритеты при выборе способов принятия решений с учетом условий, средств, личностных возможностей и временной перспективы достижения; осуществления деятельности; самостоятельно строить процесс овладения информацией, отобранной и структурированной для выполнения профессиональной деятельности. | |
Владеть: приемами саморегуляции эмоциональных и функциональных состояний при выполнении профессиональной деятельности; технологиями организации процесса самообразования; приемами целеполагания во временной перспективе, способами планирования, организации, самоконтроля и самооценки деятельности. | |
ОПК-1-Способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности | Знать: основные информационно-коммуникационные технологии; основные требования информационной безопасности; постановку основных задач биомеханики |
Уметь: применять информационно-коммуникационные технологии к решению стандартных задач биомеханики | |
Владеть: приемами информационно-коммуникационных технологий при решении стандартных задач биомеханики | |
ПК-1 Способность к определению общих форм и закономерностей отдельной предметной области | Знать: общие формы и закономерности в области нанобиомеханики; основные математические модели и методы нанобиомеханики; необходимые и достаточные условия их реализации_З (ПК-1) –III |
Уметь: самостоятельно увидеть общие формы и закономерности в области нанобиомеханики; ; самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения согласно поставленным прикладным задачам; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации _У (ПК-1) –III | |
Владеть: основными методами нанобиомеханики; навыками определения общих форм и закономерностей предметной области; навыками систематизации и выбора необходимой информации согласно поставленной задаче. | |
ПК-2 Способность математически корректно ставить естественнонаучные задачи, знание постановок классических задач математики и механики | Знать: теоретические основы нанобиомеханики, воспроизводить и объяснять учебный материал с необходимой степенью научной точности и полноты; как извлекать необходимую научно-техническую информацию из электронных и бумажных носителей по нанобиомеханики |
Уметь: ставить и решать стандартные задачи математической физики на основе стандартных алгоритмов решений_У (ПК-2) –II | |
Владеть: методологией физико-механического моделирования, навыками работы с физико-математическими источниками информации на бумажном и электронном носителях_В (ПК-2) –I | |
ПК-5 Способность публично представлять собственные и известные научные результаты | Знать: основные понятия, идеи, методы, законы фундаментальной математики, информатики, механики, биомеханики и физики; общие закономерности биомеханики, описываемые научными дисциплинами, входящими в программу обучения; основные математические модели и методы биомеханики; условия применимости данных моделей и методов_З (ПК-5) –III |
Уметь: самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения согласно поставленным прикладным задачам; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации; самостоятельно сделать выводы о поведении изучаемого механического процесса на основании полученного решения; изложить полученные результаты ясным научным языком, пользуясь научными терминами в соответствии с их смыслом; указать место своей работы в структуре научной дисциплины; оформить свои результаты в виде научной статьи с использованием современных текстовых редакторов; сократить объем представляемой информации, выделяя главное и опуская второстепенное; составить и оформить презентацию, отражающую представляемые научные результаты с достаточной ясностью и полнотой; обосновать правильность своих результатов, исходя из критериев нанобиомеханики, публично представлять как собственные полученные результаты, так и известные, с обоснованием корректности и рациональности применяемой физической и математической моделей и методов их практической реализации. | |
Владеть: основными методами представления полученных результатов в виде научной статьи, доклада, презентации или лекции | |
ПК-6 - способность использовать методы математического и алгоритмического моделирования при решении теоретических и прикладных задач | Знать: основные понятия, идеи, методы, законы математического и алгоритмического моделирования при решении теоретических и прикладных задач |
Уметь: самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы, систематизировать и анализировать данные, полученные в ходе эксперимента. | |
Владеть: навыками построения и реализации основных математических алгоритмов, с учетом оптимальности выбора метода; профессиональной терминологией при презентации построенных моделей;В (ПК-6) –III | |
ПК-7 - способность использовать методы физического моделирования при анализе проблем механики | Знать: общие методы решения краевых задач для выбранных математических моделей; профессиональную терминологию; способы публичного представления постановки физической задачи, ее математической модели и полученных результатов. |
Уметь: применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации; У (ПК-7) –II | |
Владеть: методами физического и математического моделирования; навыками сбора и работы с математическими источниками информации; теоретическими основами построения алгоритмов; навыками аналитического и численного решений различных классов краевых задач, описывающих биомеханические процессы; | |
ПК-8 - способность передавать результат проведенных физико-математических и прикладных исследований в виде конкретных рекомендаций, выраженных в терминах предметной области изучавшегося явления | Знать: рекомендованные преподавателем труды по изучаемым вопросам; классические методы, применяемые в математическом и алгоритмическом моделировании |
Уметь: кратко, математически строго и максимально точно описывать изучаемые объекты и явления, используя методы и подходы нанобиомеханики | |
Владеть: методологией математического моделирования, навыками сбора и работы с источниками информации__В (ПК-8) –I | |
СК-2 - владение методами математического моделирования при анализе задач биомеханики на основе глубоких знаний фундаментальных математических дисциплин | Знать: основные методы и подходы математического моделирования биологических процессов |
Уметь: самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения поставленных задач; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации; самостоятельно увидеть закономерности в области наномеханики | |
Владеть: основными методами математического моделирования при решении задач биомеханики; навыками систематизации и выбора необходимой информации согласно поставленной задаче_В (СК-2) –II |
Показатели оценивания планируемых результатов обучения
Семестр | Шкала оценивания | |||
2 | 3 | 4 | 5 | |
1 семестр | Студент не знает общие формы и закономерности исследуемой предметной области; основные математические модели и методы исследуемой предметной области; необходимые и достаточные условия их реализации. Не знает основные понятия, идеи, методы, законы фундаментальной математики, информатики, механики, биомеханики и физики. Не знает общие закономерности биомеханики, описываемые научными дисциплинами, входящими в программу обучения; основные математические модели и методы биомеханики; условия применимости данных моделей и методов. Студент не умеет самостоятельно увидеть общие формы и закономерности в исследуемой предметной области; самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения согласно поставленным прикладным задачам; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации. Не умеет ставить и решать стандартные задачи математической физики на основе стандартных алгоритмов решений. Не умеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Студент не владеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Не владеет навыками построения и реализации основных математических алгоритмов, с учетом оптимальности выбора метода; профессиональной терминологией при презентации построенных моделей. Не владеет методологией математического моделирования, навыками сбора и работы с источниками информации. Не владеет основными методами математического моделирования при решении задач биомеханики; навыками систематизации и выбора необходимой информации согласно поставленной задаче. | Студент плохо знает общие формы и закономерности исследуемой предметной области; основные математические модели и методы исследуемой предметной области; необходимые и достаточные условия их реализации. Плохо знает основные понятия, идеи, методы, законы фундаментальной математики, информатики, механики, биомеханики и физики. Плохо знает общие закономерности биомеханики, описываемые научными дисциплинами, входящими в программу обучения; основные математические модели и методы биомеханики; условия применимости данных моделей и методов. Студент плохо умеет самостоятельно увидеть общие формы и закономерности в исследуемой предметной области; самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения согласно поставленным прикладным задачам; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации. Плохо умеет ставить и решать стандартные задачи математической физики на основе стандартных алгоритмов решений. Плохо умеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Студент плохо владеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. плохо владеет навыками построения и реализации основных математических алгоритмов, с учетом оптимальности выбора метода; профессиональной терминологией при презентации построенных моделей. Плохо владеет методологией математического моделирования, навыками сбора и работы с источниками информации. Плохо владеет основными методами математического моделирования при решении задач биомеханики; навыками систематизации и выбора необходимой информации согласно поставленной задаче. | Студент хорошо знает общие формы и закономерности исследуемой предметной области; основные математические модели и методы исследуемой предметной области; необходимые и достаточные условия их реализации. Хорошо знает основные понятия, идеи, методы, законы фундаментальной математики, информатики, механики, биомеханики и физики. Хорошо знает общие закономерности биомеханики, описываемые научными дисциплинами, входящими в программу обучения; основные математические модели и методы биомеханики; условия применимости данных моделей и методов. Студент хорошо умеет самостоятельно увидеть общие формы и закономерности в исследуемой предметной области; самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения согласно поставленным прикладным задачам; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации. Хорошо умеет ставить и решать стандартные задачи математической физики на основе стандартных алгоритмов решений. Хорошо умеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Студент хорошо владеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Хорошо владеет навыками построения и реализации основных математических алгоритмов, с учетом оптимальности выбора метода; профессиональной терминологией при презентации построенных моделей. Хорошо владеет методологией математического моделирования, навыками сбора и работы с источниками информации. Хорошо владеет основными методами математического моделирования при решении задач биомеханики; навыками систематизации и выбора необходимой информации согласно поставленной задаче. | Студент отлично знает общие формы и закономерности исследуемой предметной области; основные математические модели и методы исследуемой предметной области; необходимые и достаточные условия их реализации. Отлично знает основные понятия, идеи, методы, законы фундаментальной математики, информатики, механики, биомеханики и физики. Отлично знает общие закономерности биомеханики, описываемые научными дисциплинами, входящими в программу обучения; основные математические модели и методы биомеханики; условия применимости данных моделей и методов. Студент отлично умеет самостоятельно увидеть общие формы и закономерности в исследуемой предметной области; самостоятельно осуществлять поиск специальной литературы и выбирать эффективные методы решения согласно поставленным прикладным задачам; в соответствии с выбранными методами решения строить математическую модель с алгоритмом ее реализации. Отлично умеет ставить и решать стандартные задачи математической физики на основе стандартных алгоритмов решений. Отлично умеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Студент отлично владеет применять знания математического моделирования к решению конкретных прикладных задач, связанных с задачами биомеханики; выбирать оптимальный метод решения поставленной задачи; анализировать достоверность полученных результатов с физической и математической точек зрения; публично представлять полученные результаты решения, с обоснованием корректности и рациональности выбранной физической и математической моделей и методов их практической реализации. Отлично владеет навыками построения и реализации основных математических алгоритмов, с учетом оптимальности выбора метода; профессиональной терминологией при презентации построенных моделей. Отлично владеет методологией математического моделирования, навыками сбора и работы с источниками информации. Отлично владеет основными методами математического моделирования при решении задач биомеханики; навыками систематизации и выбора необходимой информации согласно поставленной задаче. |
Оценочные средства . Задания для текущего контроля Контрольная работа
Методические указания
Контрольные работы выполняются в письменном виде с ограничением по времени: работа выполняется в течение одного занятия.
Критерии оценивания:
Каждая контрольная работа содержит 1 задание. Задание оценивается от 0 до 10 баллов:
- невыполненное задание оценивается 0 баллов задание, выполненное частично, не полностью или с существенными ошибками, оценивается 1-5 баллов задание, выполненное с незначительными ошибками, оценивается 6-8 баллов задание, выполненное полностью, оценивается 9-10 баллов
Таким образом, контрольная работа оценивается от 0 до 20 баллов. Оценка соответствует следующей шкале:
Отметка | Кол-во баллов | Процент верных ответов |
Отлично | 9-10 | Свыше 90 % |
Хорошо | 7-8 | 71 – 89 % |
Удовлетворительно | 5-6 | 50 – 69 % |
Неудовлетворительно | менее 5 | менее 50 % |
Примерные варианты контрольных работ для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины "Основы наномеханики"
Контрольная работа 1. Тема: «Молекулярное моделирование»
Вариант 1
Построить схематическую молекулярно-механическую модель молекулы этанола. Указать типы валентных взаимодействий.
Вариант 2
Построить схематическую молекулярно-механическую модель молекулы этиленгликоля. Указать типы валентных взаимодействий.
Контрольная работа. Тема 2. «Биологические макромолекулярные комплексы»
Вариант 1
Построить молекулярно-механическую модель аминокислоты глицин. Указать типы атомов согласно силовому полю Amber, выписать валетные связи, валетные углы, торсионные углы.
Вариант 2
Построить молекулярно-механическую модель аминокислоты серин. Указать типы атомов согласно силовому полю Amber, выписать валетные связи, валетные углы, торсионные углы.
Промежуточная аттестация Список вопросов к устному экзамену и/или зачету
Методические указания
Промежуточная аттестация по дисциплине «Основы наномеханики» проводится в виде зачета. Учебным планом предусмотрено две промежуточные аттестации по соответствующим разделам данной дисциплины. Подготовка к промежуточной аттестации проводится на лекционных и лабораторных занятиях, а также в ходе самостоятельной подготовки студентов. Во время самостоятельной подготовки студенты пользуются конспектами лекций, основной и дополнительной литературой (см. перечень литературы в рабочей программе).
Критерии оценивания
Во время зачета студент должен дать развернутый ответ на вопросы, приведенные в билете. Преподаватель вправе задавать вопросы по всему изучаемому курсу.
Список вопросов к зачету
Понятие масштаба. Макро-, микро - и наноуровень. Отличия механики сплошных сред от наномеханики. Разрешающая способность микроскопа. Схема оптического микроскопа. Фокус. Конфокус. Схема работы сканирующего конфокального микроскопа. Люминесценция биологических тканей. Использование красителей для исследований на конфокальном микроскопе. Схема работы электронного микроскопа. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомный силовой микроскоп. Установки зондовой силовой микроскопии. Кантеливер. Виды кантеливеров. Прямой и обратный ход наноиндентора. Методики испытаний по наноиндентированию. Методики оценки жесткости твердых тел. Линии излучения и поглощения. Установки для спектального анализа. Энергия атомной системы. Квантовые эффекты. Уравнение Шредингера. Принцип минимума потенциальной энергии. Метод ab initio. Метод функционала плотности. Метод Хартри-Фока. Полуэмпирические методы. Механические модели описания атомных систем. Виды валентных взаимодействий. Энергия валентных взаимодействий. Несвязанные взаимодействия. Варианты силовых полей в молекулярной механике. Типы атомов в силовом поле Amber. Крупнозернистое моделирование. Уравнения второго закона Ньютона для атомных систем. Виды интеграторов. Наиболее распространенные программы для молекулярно-динамического моделирования. Структура графенового листа. Виды графена. Механические свойства графена. Структура углеродных нанотрубок. Хиральность. Однослойные и многослойные нанотрубки. Виды фуллеренов. Взаимодействие фуллеренов с другими веществами. Механические свойства фуллеренов. Использование графеновых листов как подложки. Нанокатоды. Производные фуллеренов. Схема установки для электроспиннинга. Используемые для электроспиннинга полимеры и растворители. Нетканые материалы. Структура материала, полученного методом электроспиннинга. Механические свойства нетканых материалов. Методики получения тонких пленок. Методики получения нанокапсул. Инкапсулирование веществ внутри нанокапсул. Механические свойства нанокапсул. Структура ферромагнитных жидкостей. Механические свойства ферромагнитных жидкостей. Области применения ферромагнитных жидкостей. Структура квантовых точек. Свойства квантовых точек. Разновидности квантовых точек. Методы получения квантовых точек. Понятие поверхностной свободной энергии. Методики исследования энергии свободной поверхности раздела. Капиллярное поднятие и опускание Однофазные системы. Ориентация молекул на поверхностях раздела. Термодинамика бинарных систем. Гиббсовские монослои. Пленки на жидких поверхностях. Методика Лэнгмюра. Особенности молекулярной структуры аминокислот. Пептидные связи. Цепочки аминокислот. Уровни структуры белков. Строение ДНК. Нуклеотиды. Сворачивание ДНК. Особенности строения липопротеинов. Липопротеины высокой, низкой и очень низкой плотности. Примеры липопротеинов. Распад липопротеинов. Структура клеточной мембраны. Особенности молекул, составляющих клеточную мембрану. Понятие адресной доставки веществ. Технологии, используемые для адресной доставки лекарств. Особенности нетканых материалов. Биодеградация. Интеграция лекарств в нетканые материалы. Использование квантовых точек для диагностики заболеваний. Экспресс-анализатор. Инкапсуляция лекарств. Методы вскрытия нанокапсул.ФОС текущего контроля и промежуточной аттестации по дисциплине подготовки бакалавров одобрен на заседании кафедры математической теории упругости и биомеханики (протокол № 1 от 01.01.2001 года).
Авторы: ___________ , к. ф.-м. н., доцент кафедры математической теории упругости и биомеханики механико-математического факультета СГУ;
___________ , к. ф.-м. н., доцент кафедры математической теории упругости и биомеханики механико-математического факультета СГУ.
