《計(jì)算方法》課程教學(xué)大綱

《計(jì)算方法》課程教學(xué)大綱一、課程簡(jiǎn)介課程中文名計(jì)算方法課程英文名ComputationalMethod雙語授課□是?否課程代碼21112006課程學(xué)分3總學(xué)時(shí)數(shù)48（含實(shí)踐16）課程類別□通識(shí)教育課程□公共基礎(chǔ)課程?專業(yè)教育課程□綜合實(shí)踐課程□教師教育課程課程性質(zhì)?必修□選修□其他課程形態(tài)□線上?線下□線上線下混合式□社會(huì)實(shí)踐□虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式□閉卷□開卷?課程論文□課程作品□匯報(bào)展示□報(bào)告?課堂表現(xiàn)?階段性測(cè)試?平時(shí)作業(yè)□其他（可多選）開課學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院開課系(教研室)材料成型及控制工程系面向?qū)I(yè)材料成型及控制工程系開課學(xué)期第五學(xué)期先修課程高等數(shù)學(xué)，線性代數(shù)后續(xù)課程材料加工冶金傳輸原理選用教材彭芳麟主編，計(jì)算物理基礎(chǔ)，高教社，2021.參考書目DaanFrenkel,BerendSmit,UnderstandingMolecularSimulation:fromalgorithmstoapplications,AcademicPress,2002W.H.Press,S.A.Teukolsky,W.T.Vetterling,B.P.Flannery,NumericalRecipes:TheArtofScientificComputing(3rded),CambridgeUniversityPress,2007課程資源/course/BNU-1002842010?tid=1450591490課程簡(jiǎn)介《計(jì)算方法》是面向材料控制工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課程。本課程將介紹數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)、Matlab編程實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的必要知識(shí)。通過該課程的教學(xué)，使學(xué)生獲得從事材料相關(guān)職業(yè)必需的計(jì)算方法基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法，具有一定分析和解決實(shí)際問題的能力；具有理論聯(lián)系實(shí)際的優(yōu)良學(xué)風(fēng)和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神；為后續(xù)《材料加工冶金傳輸原理》等專業(yè)課的學(xué)習(xí)、將來的工作和科研打下較堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)表1課程目標(biāo)序號(hào)具體課程目標(biāo)課程目標(biāo)1能夠闡述和靈活運(yùn)用計(jì)算方法的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，習(xí)得數(shù)值計(jì)算的基本技能，包括概述“數(shù)值問題”的含義，簡(jiǎn)述數(shù)值方法的一般技巧，建立誤差的概念，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行基本的計(jì)算，根據(jù)要求，進(jìn)行基本插值函數(shù)的計(jì)算，計(jì)算截?cái)嗾`差，并應(yīng)用于實(shí)際問題的計(jì)算；從函數(shù)插值的觀點(diǎn)理解機(jī)械求積公式；闡述二分法、迭代法的基本概念、基本思想，迭代法收斂性理論；概述解常微分方程初值問題的類型方法的構(gòu)成原理；并應(yīng)用于實(shí)際問題的計(jì)算。能陳述計(jì)算方法與生產(chǎn)生活的聯(lián)系，說明計(jì)算方法與材料等其他學(xué)科的聯(lián)系以及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中的價(jià)值，能對(duì)計(jì)算方法有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題作出正確的價(jià)值判斷；能說明計(jì)算方法的基本思想和方法，并能夠運(yùn)用計(jì)算方法知識(shí)、思想和方法去認(rèn)識(shí)、分析和解決生活、生產(chǎn)和教學(xué)中的數(shù)值計(jì)算相關(guān)實(shí)際問題；能陳述計(jì)算方法的重要研究成果和發(fā)展趨勢(shì)。課程目標(biāo)2具備較強(qiáng)的概括能力、邏輯推理能力和獨(dú)立思考能力；能闡述計(jì)算方法的基本思想和方法，并能夠運(yùn)用計(jì)算方法知識(shí)、思想和方法去認(rèn)識(shí)、分析和解決生活、材料生產(chǎn)中的計(jì)算方法相關(guān)實(shí)際問題。課程目標(biāo)3具有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是、積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的學(xué)習(xí)態(tài)度與科學(xué)精神；形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，樹立終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，學(xué)會(huì)前后對(duì)比、理論聯(lián)系實(shí)踐等高效學(xué)習(xí)數(shù)值計(jì)算的方法，具備較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力。課程目標(biāo)4具有高度的社會(huì)責(zé)任感；樹立愛國(guó)主義情懷、辨證唯物主義的科學(xué)世界觀和正確的人生價(jià)值觀，在生活、生產(chǎn)中能正確運(yùn)用計(jì)算方法知識(shí)。表2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：工程知識(shí)【H】1.1能夠利用系統(tǒng)思維的能力，將工程知識(shí)用于材料成型工藝、模具設(shè)計(jì)與制造過程中的工程問題解決方案的比較與綜合，并體現(xiàn)本專業(yè)領(lǐng)域先進(jìn)的技術(shù)。1畢業(yè)要求2：使用現(xiàn)代工具【M】5.1：了解專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性。2畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)【L】12.1能在最廣泛的技術(shù)變革背景下，認(rèn)識(shí)到自主和終身學(xué)習(xí)的必要性。3畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范【L】8.2恪守工程倫理、理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，尊重相關(guān)國(guó)家和國(guó)際通行的法律法規(guī)。4課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法（一）理論學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求表3-1課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法對(duì)應(yīng)關(guān)系序號(hào)課程模塊學(xué)習(xí)內(nèi)容課程目標(biāo)學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)方法學(xué)時(shí)1計(jì)算方法綜述1.計(jì)算方法的歷史及成就1、2、3、41.拓展閱讀：計(jì)算模擬的發(fā)展歷程2.線上學(xué)習(xí)：不同尺度材料的模擬示例重點(diǎn)：1.計(jì)算方法發(fā)展的必然性2.多尺度模擬的理解難點(diǎn)：3.不同尺度下計(jì)算方法的選擇講授法：能夠引導(dǎo)學(xué)生了解計(jì)算方法在當(dāng)代科學(xué)中的作用，促進(jìn)學(xué)生形成使用算法和程序解決問題的意識(shí)22.多尺度模擬的介紹1、23.不同尺度下的模擬方法1、22MATLAB簡(jiǎn)介1.數(shù)據(jù)格式與算符的介紹11.個(gè)人作業(yè)：使用matlab編寫簡(jiǎn)單程序2.拓展閱讀：matlab說明書重點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)格式的類型2.編程的格式難點(diǎn)：3.實(shí)際物理問題編程分析并模擬1.講授法：能夠引導(dǎo)學(xué)生使用matlab來編程2.專題研討：什么是好的程序102.編程的使用示例集一1、23.編程的使用示例集二1、2、33數(shù)值微分與數(shù)值積分模擬1.數(shù)值微分方法簡(jiǎn)介1、21.個(gè)人作業(yè)：數(shù)值微分與積分的基本理論推導(dǎo)重點(diǎn)：1.數(shù)值微分MATLAB指令的介紹難點(diǎn)：2.數(shù)值積分模擬1.小組討論：數(shù)值微分的引用102.數(shù)值積分方法示例1、2、34解常微分方程模擬1.龍格一庫(kù)塔法簡(jiǎn)介1、21.拓展閱讀：龍格庫(kù)塔法的應(yīng)用2.拓展閱讀：解常微分方程的算法重點(diǎn)：1.龍格一庫(kù)塔法介紹2.初值問題難點(diǎn)：4.變步長(zhǎng)龍格一庫(kù)塔法的理解1.講授法：龍格庫(kù)塔法的數(shù)學(xué)原理102.常微分方程組的初值問題1、23.用MATLAB解常微分方程及應(yīng)用示例1、2、3、4實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求表3-2課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法對(duì)應(yīng)關(guān)系序號(hào)項(xiàng)目名稱項(xiàng)目來源教學(xué)目標(biāo)（觀測(cè)點(diǎn)、重難點(diǎn)）學(xué)時(shí)數(shù)項(xiàng)目類型要求每組人數(shù)教學(xué)方法課程目標(biāo)1實(shí)驗(yàn)1：迭代一分形圖形的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教材1.迭代與分形建模（重點(diǎn)）8綜合性必做8小組討論課程目標(biāo)32.復(fù)變函數(shù)迭代3.分形與分形維（難點(diǎn)）2實(shí)驗(yàn)2：數(shù)據(jù)處理的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教材1.插值建模（重點(diǎn)）8綜合性必做8小組討論課程目標(biāo)32.曲線擬合參數(shù)設(shè)置3.求方程的零點(diǎn)計(jì)算模擬（難點(diǎn)）四、課程考核（一）考核內(nèi)容與考核方式表4-1課程目標(biāo)、考核內(nèi)容與考核方式對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)考核內(nèi)容所屬學(xué)習(xí)模塊/項(xiàng)目考核占比考核方式課程目標(biāo)11.簡(jiǎn)述模擬發(fā)展的歷史150%課堂表現(xiàn)課后作業(yè)半期考試網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)期末考試2.分析多尺度模擬1、2、3、43.能夠根據(jù)系統(tǒng)選擇相應(yīng)的計(jì)算方法1、2、3、44.進(jìn)行數(shù)值微分?jǐn)?shù)值微分積分,運(yùn)用程序算法處理常微分方程2、3、4課程目標(biāo)21.概括能力、邏輯推理能力和獨(dú)立思考能力水平1、2、3、435%課堂表現(xiàn)課后作業(yè)半期考試網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)期末考試2.計(jì)算方法基本思想和方法的領(lǐng)悟水平1、2、3、43.運(yùn)用計(jì)算方法知識(shí)、思想和方法解決實(shí)際問題的能力水平1、2、3、4課程目標(biāo)3是否具有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是、積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的學(xué)習(xí)態(tài)度與科學(xué)精神1、2、3、410%課堂表現(xiàn)課后作業(yè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)素質(zhì)考核是否具有良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，是否有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)1、2、3、4是否掌握前后對(duì)比、理論聯(lián)系實(shí)踐等高效學(xué)習(xí)計(jì)算方法的方法，自主學(xué)習(xí)能力水平1、2、3、4課程目標(biāo)4是否具有安全與環(huán)保意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感1、2、3、45%課堂表現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)素質(zhì)考核是否具有愛國(guó)主義情懷1、2、3、4是否具有辨證唯物主義的世界觀和人生價(jià)值觀1、2、3、4表4-2課程目標(biāo)與考核方式矩陣關(guān)系課程目標(biāo)考核方式考核占比期末考試成績(jī)比例50%課堂表現(xiàn)成績(jī)比例10%課后作業(yè)成績(jī)比例10%半期考試成績(jī)比例10%網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)比例15%素質(zhì)考核成績(jī)比例5%課程目標(biāo)160%45%50%60%40%050%課程目標(biāo)240%30%30%40%30%035%課程目標(biāo)3020%20%025%30%10%課程目標(biāo)405%005%70%5%（二）成績(jī)?cè)u(píng)定1.平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定（1）課堂表現(xiàn)（20%）：通過學(xué)生在課堂上闡明知識(shí)的情況及相關(guān)能力水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。包括課堂發(fā)言、討論、提問、回答問題、練習(xí)等。（2）課后作業(yè)（20%）：線下章節(jié)作業(yè)，主要考核學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。（3）半期考試（20%）：以閉卷的方式，考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)、領(lǐng)會(huì)情況和綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。（4）網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)（30%）：精品在線開放課程平臺(tái)的任務(wù)點(diǎn)完成情況（包括課件、視頻、測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、考試）、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)和討論表現(xiàn)等，主要考察學(xué)生的知識(shí)掌握情況、自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度與終身學(xué)習(xí)意識(shí)，以及在討論中表現(xiàn)出的思想素質(zhì)、世界觀與人生價(jià)值觀等。（5）素質(zhì)考核（10%）：主要包括學(xué)生在言行中表現(xiàn)出的家國(guó)情懷、社會(huì)責(zé)任、學(xué)科專業(yè)意識(shí)、世界觀與人生價(jià)值觀、學(xué)習(xí)紀(jì)律、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)興趣、科學(xué)精神、創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力水平與終身學(xué)習(xí)意識(shí)。2.期末成績(jī)?cè)u(píng)定期末考試以閉卷的方式進(jìn)行。試題類型包括選擇、填空、判斷、簡(jiǎn)答、論述五種。期末考試主要考察學(xué)生對(duì)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和具體方法的融會(huì)與運(yùn)用情況。要求學(xué)生能闡明數(shù)值模擬和MATLAB基本指令等知識(shí)，并能夠綜合運(yùn)用這些知識(shí)解決模擬計(jì)算問題。計(jì)算方法考試模塊包括計(jì)算方法綜述、MATLAB介紹、數(shù)值微分與數(shù)值積分模擬和解常微分方程模擬，共4個(gè)模塊。3.總成績(jī)?cè)u(píng)定課程期末總成績(jī)由平時(shí)考核成績(jī)和期末考核成績(jī)構(gòu)成。期末總成績(jī)（100%）=平時(shí)成績(jī)×（50%）+期末成績(jī)×（50%）（三）評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表5評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（非試卷考核項(xiàng)目）考核項(xiàng)目評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)課堂表現(xiàn)（1）課堂紙練習(xí)、回答問題正確，且能進(jìn)行解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點(diǎn)正確，問題有深度、有創(chuàng)新（50%）。（1）課堂測(cè)驗(yàn)、回答問題正確，但解釋欠清楚（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點(diǎn)正確，但問題無深度或無創(chuàng)新（50%）。（1）課堂測(cè)驗(yàn)、回答問題大部分正確，且不能解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點(diǎn)基本正確，但問題無深度、無創(chuàng)新（50%）。（1）課堂測(cè)驗(yàn)、回答問題錯(cuò)誤率在30~50%之間，且不能解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點(diǎn)有部分錯(cuò)誤，或邏輯不嚴(yán)密（50%）。（1）課堂測(cè)驗(yàn)、回答問題錯(cuò)誤率超過50%，且不能解釋（50%）。（2）提問、討論發(fā)言觀點(diǎn)錯(cuò)誤，思路不清晰，邏輯不嚴(yán)密（50%）。如出現(xiàn)錯(cuò)誤價(jià)值觀、反黨反社會(huì)言論，記為0課后作業(yè)（1）答案正確率超過90%（80%）。（2）部分作業(yè)完成方法、思路有創(chuàng)新（10%）。（3）書寫規(guī)范，無抄襲，態(tài)度端正（10%）。（1）作業(yè)正確率在80~89%（80%）。（2）整個(gè)作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫規(guī)范，無抄襲，態(tài)度端正（10%）。（1）作業(yè)正確率在70-79%（80%）。（2）整個(gè)作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫較規(guī)范，無抄襲，態(tài)度基本端正（10%）。（1）作業(yè)正確率在60-69%（80%）。（2）整個(gè)作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫不夠規(guī)范，或有少量抄襲痕跡（10%）。（1）作業(yè)正確率在60%以下（80%）。（2）整個(gè)作業(yè)完成方法、思路無創(chuàng)新（10%）。（3）書寫不規(guī)范，有明顯抄襲，或有部分作業(yè)未完成（10%）。未提交作業(yè)記0分網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)（1）按時(shí)學(xué)完全部任務(wù)點(diǎn)課件與視頻（40%）。（2）按時(shí)完成全部測(cè)驗(yàn)，正確率在90－100%（20%）。（3）按時(shí)完成全部作業(yè)，正確率在90－100%（15%）。（4）按時(shí)完成考試，正確率在90－100%（15%）。（5）完成了全部平臺(tái)討論，觀點(diǎn)正確，問題有深度、有創(chuàng)新（5%）。（6）章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)超過300次（5%）。（1）學(xué)完任務(wù)點(diǎn)課件與視頻80-89%（40%）。（2）完成全部測(cè)驗(yàn)，正確率在80-89%（20%）。（3）完成全部作業(yè)，正確率在80-89%（15%）。（4）完成考試，正確率在80-89%（15%）。（5）完成了全部平臺(tái)討論，觀點(diǎn)正確，但問題深度、創(chuàng)新性不夠（5%）。（6）章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)在250-300次之間（5%）。（1）學(xué)完任務(wù)點(diǎn)課件與視頻70-79%（40%）。（2）完成全部測(cè)驗(yàn)，正確率在70-79%（20%）。（3）完成全部作業(yè)，正確率在70-79%（15%）。（4）完成考試，正確率在70-79%（15%）。（5）完成了全部平臺(tái)討論，觀點(diǎn)基本正確，但問題深度、創(chuàng)新性不夠（5%）。（6）章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)在200-250次之間（5%）。（1）學(xué)完任務(wù)點(diǎn)課件與視頻60-69%（40%）。（2）完成全部測(cè)驗(yàn)，正確率在60-69%（20%）。（3）完成全部作業(yè)，正確率在60-69%（15%）。（4）完成考試，正確率在60-69%（15%）。（5）完成了全部平臺(tái)討論，但觀點(diǎn)部分不正確，或存在明顯復(fù)制現(xiàn)象（5%）。（6）章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)在150-200次之間（5%）。（1）學(xué)完任務(wù)點(diǎn)課件與視頻不足60%（40%）。（2）未全部完成測(cè)驗(yàn)，或正確率在60%以下（20%）。（3）未全部完成作業(yè)，或正確率在60%以下（15%）。（4）完成考試，正確率在60%以下（15%）。（5）未全部完成平臺(tái)討論，或觀點(diǎn)不正確，或存在明顯復(fù)制現(xiàn)象（5%）。（6）章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)低于150次（5%）。如出現(xiàn)錯(cuò)誤價(jià)值觀、反黨反社會(huì)言論，記為0分。素質(zhì)考核（1）學(xué)習(xí)態(tài)度端正，能按時(shí)完成課前網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)任務(wù)；學(xué)習(xí)興趣濃厚，經(jīng)常問問題；遵守紀(jì)律，課堂發(fā)言積極（20%）。（2）熱愛科學(xué)，有刻苦鉆研的科學(xué)精神（20%）（3）討論發(fā)言世界觀、價(jià)值觀正確（30%）。（4）有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和家國(guó)情懷（30%）。（1）學(xué)習(xí)態(tài)度較端正