《計算物理課程設(shè)計》課程教學(xué)大綱

《計算物理課程設(shè)計》教學(xué)大綱課程名稱：計算物理課程設(shè)計課程編號：F098094992英文名稱：CourseDesignforComputationalPhysics學(xué)時：2周 學(xué)分：2學(xué)分開課學(xué)期：第5學(xué)期適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)課程類別：課程設(shè)計課程性質(zhì)：專業(yè)方向與拓展先修課程：高等數(shù)學(xué)一、課程的性質(zhì)及任務(wù)《計算物理課程設(shè)計》是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的一門主要專業(yè)選修課，是一門實踐類課程。本課程設(shè)計的主要任務(wù)是學(xué)生在修完主要專業(yè)課程之后，通過完成一個綜合性軟件項目，加深學(xué)生對計算物理基本理論和基本知識的理解，引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用前期所學(xué)知識，掌握程序設(shè)計，提高學(xué)生分析實際物理問題和解決實際問題的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計算機軟件處理物理問題的專業(yè)技能。通過本課程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和分析問題的邏輯性與條理性、精益求精的工匠精神以及奮發(fā)圖強的科技報國精神；培養(yǎng)學(xué)生從實際出發(fā)，在理論指導(dǎo)下靈活處理問題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。依據(jù)河北工程大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學(xué)生的能力是：提高數(shù)據(jù)處理和解決實際物理問題的能力，培養(yǎng)科研創(chuàng)新素養(yǎng)，為今后科研和工作起到鋪墊作用。具備解決物理建模等工程問題所需要的工程基礎(chǔ)共性知識。能夠運用工程科學(xué)原理，識別和判斷工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。具備科學(xué)創(chuàng)新精神，勇于在物理學(xué)前沿及交叉領(lǐng)域探索與攀登。二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)了解計算物理所需軟件的安裝，熟練掌握軟件的使用方法。能夠針對物理問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并進(jìn)行相應(yīng)程序編寫。提高綜合運用所學(xué)的理論知識獨立分析問題和解決問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和精神、遵守職業(yè)道德和規(guī)范。

計算物理課程設(shè)計課程教學(xué)大綱數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院本科課程教學(xué)大綱.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求二級指標(biāo)畢業(yè)要求1234●●1.3掌握光電信息科學(xué)與工程專業(yè)所需的計算機基礎(chǔ)、軟件開發(fā)及應(yīng)用等必要的知識，具備從事信息系統(tǒng)技術(shù)工作的能力。1.能夠運用數(shù)值分析計算軟件對物理問題進(jìn)行分析處理?！瘛瘛?.14掌握專業(yè)硬件和軟件現(xiàn)代開發(fā)工具的使用方法，具備選擇與使用專業(yè)工具的能力。2.掌握數(shù)值分析計算軟件，并能熟練應(yīng)用。●3.3在工程實踐中，理解并遵守職業(yè)道德和規(guī)范，誠實公正、誠信守責(zé)，履行工程師的社會責(zé)任。3.能夠遵守職業(yè)道德和規(guī)范、具有團(tuán)隊合作意識和精神?！?.4具有團(tuán)隊合作意識和精神，理解在多學(xué)科背景下團(tuán)隊中不同角色成員的職責(zé)，能夠在團(tuán)隊中勝任成員以及負(fù)責(zé)人的角色。2.3課程目標(biāo)與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應(yīng)矩陣序號課程目標(biāo)理論教學(xué)課內(nèi)實驗課后作業(yè)1了解計算物理所需軟件的安裝，熟練掌握軟件的使用方法H2能夠針對物理問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并進(jìn)行相應(yīng)程序編寫。H3提高綜合運用所學(xué)的理論知識獨立分析問題和解決問題的能力H4培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和精神、遵守職業(yè)道德和規(guī)范。H注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應(yīng)用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。2.4目標(biāo)達(dá)成度的評價課程目標(biāo)1、2、3主要通過理論教學(xué)和學(xué)生上機實踐進(jìn)行培養(yǎng)。主要通過學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計過程中對問題的處理能力、編程能力進(jìn)行評價，對課程設(shè)計的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行考核。課程目標(biāo)4主要通過學(xué)生在課設(shè)過程中同學(xué)之間的任務(wù)分工與合作情況進(jìn)行評價，同時也參考課程設(shè)計報告進(jìn)行考核。三、教學(xué)方法及手段課程強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強調(diào)通過自學(xué)的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎(chǔ)上舉一反三。課程設(shè)計中老師起主導(dǎo)組織作用，采取獨立課題與小組相結(jié)合的方式進(jìn)行；教師指導(dǎo)過程中可集中指導(dǎo)也可根據(jù)小組、個人實際情況單獨指導(dǎo)。四、課程的基本內(nèi)容及要求[基本要求]課程設(shè)計的題目應(yīng)提前一周布置，以便學(xué)生作好充分準(zhǔn)備。選題原則:課程設(shè)計題目選擇得是否合適，直接關(guān)系到它的教學(xué)效果。一般來將應(yīng)當(dāng)照顧到以下幾個方面:1.設(shè)計的選題首先要符合教學(xué)要求，使學(xué)生能夠運用理論課程中所學(xué)的基本知識，進(jìn)行基本技能方面的訓(xùn)練。2.設(shè)計的選題的主要內(nèi)容應(yīng)當(dāng)是學(xué)生在理論課程中學(xué)過的知識，有需要擴(kuò)展的知識，應(yīng)在設(shè)計過程中補充講解。3.課題指標(biāo)可從學(xué)生實際出發(fā)，做到難易適中，或因人而異，讓不同程度的學(xué)生經(jīng)過努力都能夠完成任務(wù)，有所收獲。[基本內(nèi)容]從給定題目中選擇一個題目按要求完成，必須每組獨立完成題目。課程設(shè)計的題目：圓孔、方孔、雙矩孔夫瑯和費衍射的數(shù)值仿真楊氏雙縫干涉、邁克爾遜干涉實驗仿真正弦光柵、矩形孔的菲涅爾衍射仿真模擬帶電粒子在電磁場中運動的MATLAB仿真；電磁波在非均勻介質(zhì)內(nèi)傳播的MATLAB仿真基于Matlab的單擺阻尼、受迫振動模擬傅科擺的Matlab仿真駐波形成及其動畫制作阻尼斜拋運動的模擬（沒有空氣阻力、空氣阻力分別與速度一次方、二次方成正比時的軌跡及速度隨時間變化圖形，標(biāo)注最大高度的位置及時間）利用轉(zhuǎn)移矩陣法設(shè)計溫控1D光子晶體濾波器趨向熱平衡態(tài)模擬利用蒙特卡洛方法計算定積分實驗數(shù)據(jù)的平滑濾波實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理及插值運算實驗數(shù)據(jù)的擬合（自主編寫的擬合與matlab內(nèi)部函數(shù)擬合相比較）導(dǎo)彈追蹤問題基于Matlab的圖像增強研究基于Matlab的圖像去噪處理研究基于matlab的圖像邊緣提取學(xué)生成績管理設(shè)計（包括，學(xué)生姓名、各科成績輸入、成績排序、統(tǒng)計分布、查詢等功能）阿貝-波特實驗的模擬透鏡成像的試驗?zāi)M偽隨機數(shù)的生成高中物理碰撞問題模擬高中物理追擊和相遇問題模擬高中物理小船過河問題模擬高中物理動量守恒多過程問題模擬用牛頓定律解決臨界、極值問題高中物理衛(wèi)星變軌問題模擬高中物理皮帶傳輸問題模擬五、課內(nèi)實驗無六、課程學(xué)時分配教學(xué)課次教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)與計劃時數(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)計劃時數(shù)1問題分析實踐課42查閱資料實踐課43解決問題的原理、理論實踐課4４建模實踐課45編程、調(diào)試程序?qū)嵺`課46數(shù)值模擬分析實踐課47撰寫課程設(shè)計報告實踐課48代碼考核、答辯實踐課4七、課程考核與成績評定7.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括實踐學(xué)習(xí)過程考核和答辯考核，其中課程過程考核占總成績的80%，分別由課堂表現(xiàn)、設(shè)計方案的正確性、設(shè)計報告的內(nèi)容及規(guī)范程度進(jìn)行行評定；答辯考核成績占總成績的20%。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計過程考核課堂表現(xiàn)20%20%結(jié)果考核功能實現(xiàn)40%80%設(shè)計報告的內(nèi)容及規(guī)范程度40%總計100%100%7.2考核內(nèi)容及要求本課程為考查課?？己藘?nèi)容及分值分配如下。考核方式考核內(nèi)容分值課程目標(biāo)總分值平時考核20%出勤0~10目標(biāo)420分認(rèn)真態(tài)度0~5目標(biāo)1-3合作情況0~5目標(biāo)1-3結(jié)果考核80%功能實現(xiàn)0~40目標(biāo)1-380分課程設(shè)計報告0~40目標(biāo)47.3成績評定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分15分，由課堂出勤、認(rèn)真態(tài)度以及合作情況評定。其中，課堂出勤滿分10分，缺勤一次扣1分，遲到或請假扣0.5分。認(rèn)真態(tài)度滿分5分，閑聊或未學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)一次扣0.5分；合作情況滿分5分2.功能實現(xiàn)計分標(biāo)準(zhǔn)不及格：程序要求的基本功能沒有完成，或者程序不能正常運行，或者有嚴(yán)重的抄襲現(xiàn)象。及格：程序要求的基本功能完成，程序能夠正常運行。中：達(dá)到及格的要求，用戶界面友好，操作方便。良：達(dá)到中的要求，具備良好的編碼規(guī)范，主要的程序元素有注釋，程序運行穩(wěn)定。優(yōu)：達(dá)到良的要求，程序具有很好的擴(kuò)展性，界面優(yōu)美，程序結(jié)構(gòu)清晰。3.課程設(shè)計報告計分標(biāo)準(zhǔn)不及格：報告中的大部分內(nèi)容敘述不正確，條理不清楚，或者有嚴(yán)重的抄襲現(xiàn)象。及格：報告中的內(nèi)容基本正確，格式規(guī)范。中：達(dá)到及格的要求，條理清楚，內(nèi)容完整。良：達(dá)到中的要求，結(jié)構(gòu)合理，重點突出。優(yōu)：達(dá)到良的要求，文字優(yōu)美，圖表正確，數(shù)據(jù)翔實，報告中沒有明顯的錯誤。八、課程評價與持續(xù)改進(jìn)8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設(shè)置達(dá)成情況目標(biāo)值，采用成績分析法進(jìn)行評價。課程達(dá)成評價根據(jù)光學(xué)信息科學(xué)與工程專業(yè)課程達(dá)成評價方法進(jìn)行計算，評價結(jié)果用于持續(xù)改進(jìn)。光電系負(fù)責(zé)人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進(jìn)措施，監(jiān)督持續(xù)改進(jìn)過程。課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)撰寫課程考核總結(jié)報告，實施課程評價持續(xù)改進(jìn)。8.2持續(xù)改進(jìn)1）日常教學(xué)：根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師采取座談會、與學(xué)生單獨交流，及時調(diào)整教學(xué)方法、進(jìn)度，做出教學(xué)改進(jìn)。2）設(shè)計教學(xué)：根據(jù)學(xué)生課程設(shè)計及設(shè)計報告情況，對學(xué)生理解計算物理知識進(jìn)行分析，及時調(diào)整教學(xué)方法和內(nèi)容，提出改進(jìn)措施。3）課堂質(zhì)疑或短時間交流討論：對課堂質(zhì)疑或討論的效果進(jìn)行分析，提出課程持續(xù)改進(jìn)意見，用于本課持續(xù)改進(jìn)。4）期末成績分析總結(jié)：根據(jù)課程目標(biāo)，實現(xiàn)課程達(dá)成評價，撰寫課