《工程計算技術》教學大綱-中外-32學時

PAGEPAGE6《工程計算技術》教學大綱一、課程基本信息課程名稱工程計算技術課程編號課程性質專業(yè)必修課課程類別專業(yè)基礎課開課單位機械制造教研室授課學期第六學期學分/學時2.0/32課內學時32理論授課16上機學時16課內實踐0實驗學時0課外學時0適用專業(yè)機械設計制造及其自動化（中外合作辦學）是否雙語否先修課程高等數(shù)學、線性代數(shù)后續(xù)課程優(yōu)化方法二、課程簡介本課程是數(shù)學科學與計算機技術結合的一門應用性很強的專業(yè)基礎課程，是科學計算的基礎。本課程重點介紹計算機上常用的工程基本計算方法的原理和使用，為解決工程中遇到的各類數(shù)學問題提供基本的算法。通過學習使學生掌握計算方法的基本知識，建立創(chuàng)造性思維。學會使用各種方法解決實際問題的技能技巧。并為后繼應用型課程奠定基礎。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.掌握數(shù)值插值、數(shù)據(jù)擬合的基本方法和機械優(yōu)化設計的基本步驟，能夠運用數(shù)值分析的的基本原理對機械工程問題進行識別與描述，養(yǎng)成良好的算法設計思想。課程目標2.能夠恰當?shù)倪x用計算機軟件編寫相應程序，解決機械設計制造及其控制方面復雜工程數(shù)值分析的問題，并養(yǎng)成一絲不茍，精益求精，作風嚴謹?shù)墓そ尘?。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標12-1能夠運用數(shù)學、自然科學和機械工程學科的基本原理對機械工程問題進行識別與描述2-問題分析課程目標25-1能夠合理選擇與使用解決機械設計制造及其控制方面復雜工程問題所需的多種儀器設備、信息資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元數(shù)值分析引論（學時數(shù)：2學時）1、課程主要內容誤差的來源與分類，絕對誤差，相對誤差，有效數(shù)字，函數(shù)的誤差，用計算機求解的過程中應注意的事項。2、重點和難點重點:有效數(shù)字，相對誤差，絕對誤差，計算過程中的誤差，避免誤差影響的措施。難點:有效數(shù)字，函數(shù)的誤差，誤差限。3、教學方法基于問題教學法、互動式教學、小組合作學習4.學生學習預期成果使學生了解數(shù)值分析與計算方法這門課程所研究的對象及其特點、理解數(shù)值分析這門課程是用計算機去解決各種數(shù)學問題的實用性很強的課程，在此基礎上，學生能掌握數(shù)值計算中誤差及其特點；從而激發(fā)學生對該課程的學習興趣。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐的課程目標1。第二單元數(shù)值插值法（6學時）1、課程主要內容Lagrange插值，Newton插值，Newton等距插值，Hermite插值，插值余項，分段插值，三次樣條插值。2、重點和難點重點:Lagrange插值、Newton插值、三次樣條插值及余項。難點:Newton插值，三次樣條插值。3、教學方法基于問題教學法、互動式教學、小組合作學習4.學生學習預期成果使學生了解插值的基本原理及能夠解決的實際問題的類型；理解插值函數(shù)與被插函數(shù)之間的近似關系.要求掌握Lagrange插值、Newton插值、三次樣條插值、分段插值以及它們余項。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程目標1。第三單元數(shù)值擬合（4學時）1、課程主要內容最小二乘擬合及應用。2、重點和難點重點:曲線擬合的最小二乘法。難點:二次擬合函數(shù)的構造。3、教學方法基于問題教學法、互動式教學、小組合作學習4.學生學習預期成果了解數(shù)值擬合的基本原理及能夠解決的實際問題的類型；理解擬合這種數(shù)值計算方法屬于一種逼近法，擬合的目標是要離散點盡量靠近擬合函數(shù)（這一點正好和插值相反）；掌握線性擬合函數(shù)和二次擬合函數(shù)的構造。曲線擬合的最小二乘法。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程目標1。第四單元機械優(yōu)化設計（4學時）1、課程主要內容機械優(yōu)化設計的基本概念和基本術語；優(yōu)化設計的數(shù)學模型；優(yōu)化問題的幾何描述；多目標優(yōu)化問題的懲罰函數(shù)法。2、重點和難點重點:優(yōu)化設計的數(shù)學模型的構造難點:懲罰函數(shù)法。3、教學方法基于問題教學法、互動式教學、小組合作學習4.學生學習預期成果掌握機械優(yōu)化設計的一般步驟和建立優(yōu)化數(shù)學模型的原則，能夠對機械設計問題進行優(yōu)化設計計算，能夠對簡單機構或者材料加工問題進行優(yōu)化設計。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程目標1。第五單元上機實習（16學時）1、課程主要內容MATLAB模塊及程序編寫規(guī)則、優(yōu)化工具箱常用的優(yōu)化函數(shù)的使用；拉格朗日多項式插值、牛頓插值、三次樣條曲線插值、線性擬合、二次擬合、機械優(yōu)化設計的算法設計、程序上機調試、結果分析，并完成上機實習報告。2、重點和難點重點:優(yōu)化設計的數(shù)學模型的構造難點:優(yōu)化工具箱常用的優(yōu)化函數(shù)的使用3、教學方法基于問題教學法、互動式教學、小組合作學習4.學生學習預期成果了解科學和工程計算中常用算法的實現(xiàn)方法以及算法的有效性和可行性，加深學生對計算方法的理論及算法的理解，培養(yǎng)學生的實際動手能力和解決問題的能力，為今后更好地利用計算機解決實際問題奠定良好基礎。5.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程目標2。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元數(shù)值分析引論基于問題教學法+互動式教學+小組合作學習課程目標121：1.5第二單元數(shù)值插值法基于問題教學法+互動式教學+小組合作學習課程目標161：1.5第三單元數(shù)值擬合基于問題教學法+互動式教學+小組合作學習課程目標141：1.5第四單元機械優(yōu)化設計基于問題教學法+互動式教學+小組合作學習課程目標141：1.5第五單元上機實習基于問題教學法+互動式教學+小組合作學習+實操課程目標2161：1.5合計3232：48五、課程考核及對課程目標的支撐課程的考核以考核學生能力與培養(yǎng)目標的達成與否為主要目的，以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內容，包括課堂作業(yè)、專題測試和上機實習等環(huán)節(jié)。課程總評成績?yōu)榘俜种疲n堂作業(yè)權重25%，專題測試權重25%，上機報告權重50%。各考核環(huán)節(jié)所占分值比例可根據(jù)具體情況進行調整，建議值及考核細則如下。課程成績構成及比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則支撐的課程目標課堂作業(yè)25%課程作業(yè)100誤差、拉格朗日插值、牛頓插值、三次樣條曲線插值、機械優(yōu)化設計等章節(jié)內容主要考核學生對各章知識點的理解和掌握程度、知識應用和工程態(tài)度；每次作業(yè)按100分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。課程目標1專題測試25%專題測試100在每個專題學習結束后的一兩周內，完成指定的專題測試，系統(tǒng)自動記錄成績。課程目標1上機報告50%上機實習報告100根據(jù)實習報告的完成情況和結果分析的情況進行評分課程目標2課程考核標準如下表?？己谁h(huán)節(jié)基本要求評價標準75-89分60-74分0-59分課程作業(yè)誤差、拉格朗日插值、牛頓插值、三次樣條曲線插值、機械優(yōu)化設計等章節(jié)內容（支撐課程目標1）認真完成作業(yè)；基本概念正確、邏輯清楚、結果正確、作答規(guī)范、層次分明，語言精煉。認真完成作業(yè)；基本概念正確結論基本正確、論述基本清楚，層次較規(guī)范。較認真完成；基本概念基本正確；論述基本清楚；層次基本規(guī)范。抄襲作業(yè)；基本概念不清楚、圖及數(shù)據(jù)等不正確，解題過程不清。專題測試在每個專題學習結束后的一兩周內，完成不少于3次的專題測試。（支撐課程目標1）按參考答案及評分標準進行上機報告拉格朗日多項式插值、牛頓插值、三次樣條曲線插值、線性擬合、二次擬合、機械優(yōu)化設計的算法設計、程序上機調試、結果分析。（支撐課程目標2）對算法的原理闡述準確；對算法實現(xiàn)的程序簡單有效；結果分析正確；報告規(guī)范與格式對算法的原理闡述比較清晰準確；對算法實現(xiàn)的程序比較簡單有效；結果分析比較正確；報告格式欠規(guī)范對算法的原理闡述比較清晰；對算法實現(xiàn)的程序比較麻煩有效；結果分析基本正確；報告格式不規(guī)范或不全面未完成報告內容六.使用教材、相關推薦書目及課程資源(一)使用教材馬東升，董寧.《數(shù)值計算方法》，機械工業(yè)出版社，2017年。(二)相關推薦書目1．顏慶津.《計算方法》(修訂版)，北京航空