Робоча програма навчальної дисципліни Програмування та математичне моделювання Для спеціальностей 070101-"Фізика", 070201-"Радіофізика та електроніка"

Вид материала

Документы

Содержание Требуемое программное обеспечение для выполнения лабораторных работ Учебная программа курса. Литература Планы лабораторных занятий

Подобный материал:

• Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 070201 «Радіофізика І електроніка», 386.16kb.
• Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 070201 «Радіофізика І електроніка», 157.66kb.
• Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 070201 "радіофізика І електроніка", 339.63kb.
• Робоча навчальна програма предмет: Електромагнетизм Спеціальність: 070200 "Радіофізика, 94.94kb.
• Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 070201 «Радіофізика І електроніка», 429.28kb.
• Робоча програма навчальної дисципліни молекулярне моделювання напряму підготовки 0703, 197.32kb.
• Програма навчальної дисципліни робоча програма навчальної дисципліни кваліфкаційні, 680.22kb.
• Робоча навчальна програма для студентів спеціальності 070201 «Радіофізика І електроніка», 482.99kb.
• Програма дисципліни " Числові методи І математичне моделювання на еом" для напрямів, 305.85kb.
• Робоча програма навчальної дисципліни математичне моделювання аналітичних систем напряму, 172.48kb.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ


"ЗАТВЕРДЖЕНО"

Радою факультету

протокол № ____ від ________

Голова Ради А. О. Каргін

__________________________


РОБОЧА ПРОГРАМА

навчальної дисципліни


Програмування та математичне моделювання

Для спеціальностей 6.070101-"Фізика",

6.070201-"Радіофізика та електроніка"


Донецьк – 2010


Укладач: д.ф.-м. н. , проф. кафедри комп’ютерних технологій В. К. Толстих


Рецензенти: _______________________________________________________


Робоча програма ухвалена на засіданні кафедри комп’ютерних технологій,
протокол № ___ від ___________________


Зав. кафедрою д. т. н., проф. А. О. Каргін


Робоча програма ухвалена на засіданні навчально-методичної комісії фізичного факультету, протокол № ___ від ___________________


Голова навчально-методичної комісії _________________

Введение


Цель преподавания дисциплины состоит в знакомстве студентов физических специальностей с современными компьютерными технологиями, в приобретении студентами практических навыков необходимых для решения исследовательских математически формализованных задач с использованием алгоритмического языка программирования Object Pascal в среде программирования Delphi и прикладного пакета математических вычислений MathCAD.


В результате изучения дисциплины студенты должны

• уметь работать с файлами в операционной системе Windows;
  
• иметь практические навыки программирования в среде Delphi;
  
• иметь практические навыки проведения расчетов построения графиков в среде визуального программирования MatCAD;
  
• уметь решать математически формализованные задачи с использованием среды Delphi и MatCAD:
  

• решение системы линейных уравнений;
  
• вычисление суммы ряда;
  
• интерполирование;
  
• вычисление определённого интеграла;
  
• решение обыкновенных дифференциальных уравнений;
  

Данная дисциплина – обязательная для изучения.


Преподавательский состав:

лектор – д. ф.-м. н., проф. кафедры КТ В. К. Толстых,

ассистенты – Е. И. Пожарская, В. А. Дудка.


Методика изложения и обучения: лекции и лабораторные занятия в компьютер­ных классах.


Язык преподавания – русский.

Требуемое программное обеспечение для выполнения лабораторных работ

В семестрах 1-3 – Delphi 7, во второй половине семестра 3 – MathCAD


Учебная программа курса. Литература

N	Название темы и ее содержание
	Знакомство с Windows: Plug and Play, Drag and Drop, Clipboard, Recycle Bin, OLE, много­задачность, распределение памяти. Среда визуального программирования Delphi. Проект, модуль (форма), палитра компонент, инспектор объектов, блоки локализации параметров.
	Основные понятия объектно-ориентированного программирования. Введение в визуальное программирование, обработка событий.
	Компоненты Panel, Bevel, Edit, Label, Button. Их свойства и методы.
	Простые типы данных. Организация ввода-вывода. Компоненты ListBox, RadioButton, RadioGroup, ChekBox, Hint.
	Оператор присваивания. Выражения строковые, арифметические, булевские, операции сравнения. Программирование линейных вычислительных процессов.
	Программирование разветвляющихся вычислительных процессов Операторы GOTO, IF, CASE.
	Программирование циклических вычислительных процессов. Операторы FOR, WHILE, REPEAT, BREACK, CONTINUE.
	Описание типов. Множественный тип данных. Массивы. Программы обработки массивов Компонент StringGrid.
	Динамическое размещение данных. Распределение ОЗУ, хип. Ссылочные типы данных. Компоненты Message, BitBtn
	Комбинированные типы данных. Программы обработки записей, оператор WITH. Преобразование типов
	Размещение данных в файлах. Магнитные диски и работа с ними. Форматирование, оптимизация. Работа с текстовыми файлами. Стандартные процедуры и функции.
	Организация программ с использованием функций и процедур. Передача параметров, глобальные и локальные переменные, стек. Компонента ComboBox
	Работа с классами. Описание классов, создание и удаление объектов.
	Обработка исключительных ситуаций. Исключения, обработка исключений.
	Отладка приложений. Точка останова, контроль значения переменных, пошаговое выполнение программы.
	Рисование в Delphi: компоненты Image, Shape, PaintBox, Bitmap, Canvas. Примеры программ рисования.
	Рисование в Delphi: компоненты Image, Shape, PaintBox, Bitmap, Canvas. Примеры программ рисования.
	Знакомство с пакетом MathCAD для решения стандартных математических задач.
	MathCAD: алфавит, константы, операторы, вычисление функций.
	MathCAD: ранжированные переменные, работа с матрицами, решение линейных систем уравнений, Построение графиков.
	MathCAD: Условные выражения и итерационные вычисления. Задача интерполи­ро­вания экспериментальных данных. Решение систем линейных уравнений.
	MathCAD: программирование. Операторы программирования.
	MathCAD: решение дифференциальных уравнений.
	Основы вычислительной техники. Технические характеристики, основы архитектуры и принципы функци­онирования современных компьютеров и периферийных устройств. Знакомство с компьютерными сетями

Учебно-методическая литература

1. Методические указания к курсу "Программирование и математическое моделирование"/ под ред. В.К. Толстых.- Донецк: ДонНУ.- 2007.
   
2. Чуприн, Анатолий Иванович. Windows XP Professional : Эффект. самоучитель / Анатолий Чуприн. - М. и др. : DiaSoft, 2003. - 326 с.
   
3. Меженный, Олег Аисимович. Microsoft Windows XP : Краткое руководство / О. А. Меженный. - М. и др. : Диалектика, 2004. - 221 с.
   
4. Рогоза, Микола Єгорович. XP: WINDOWS, WORD, EXCEL для самостiйного вивчення : [Навч. посiб. для вузiв] / М. Є. Рогоза, В. I. Клименко. - К. : Центр навч. л-ри, 2003. - 294 с.
   

5. Толстых, Виктор Константинович. Программирование в среде Delphi : Учеб.-метод. пособие : Для студентов инженер. и физ. специальностей / В. К. Толстых. - 8-е изд. - Донецк : ДонНУ, 2007. - 124 с.
   
6. Гофман, Владимир Э. Delphi 5 : Наиболее полн. руководство / Владимир Гофман, Анатолий Хомоненко. - СПб. и др. : BHV, 2000. - 789 с.
   
7. Александровский, Александр Демьянович. Delphi 5.0 : Разраб. корпоратив. прил. / Александровский Александр Демьянович. - М. : ДМК, 2000. - 512 с.
   
8. Кэнту, Марко. Delphi 6 для профессионалов : Пер. с англ. / М. Кэнту, пер. П. Анджан, пер. А. Войтенко. - СПб. : Питер, 2002. - 1088 с. + 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
   
9. Тейксейра, Стив. Borland Delphi 6 : Руководство разработчика / Стив Тейксейра, Ксавье Пачеко. - М. и др. : Вильямс, 2002. - 1112 с. + 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
   
10. Дарахвелидзе, Петр Г. Программирование в Delphi 7 / Петр Дарахвелидзе, Евгений Марков. - СПб. : БХВ-Петербург, 2004. - 781 с. + 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
    
11. Delphi 7 : [Наиболее полн. рук.] / Анатолий Хомоненко, Владимир Гофман, Евгений Мещеряков, Владимир Никифоров. - СПб. : БХВ-Петербург, 2004. - 1200 с.
    
12. Бобровский, Сергей Игоревич. Delphi 7 : Учеб. курс / С. Бобровский. - М. и др. : Inforcom press ; СПб. : Питер, 2005. - 735 с.
    

13. Толстых, Виктор Константинович. Программирование в среде MathCAD : Учеб.-метод. пособие : Для студентов инженер. и физ. специальностей / В. К. Толстых. - 5-е изд. - Донецк : ДонНУ, 2006. - 60 с.
    
14. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. MathCAD 7 в математике, физике и в Internet.- М.: "Нолидж", 1999.- 345с.
    
15. Дьяконов, Владимир Павлович. Mathcad 2001 : Учеб. курс / В. Дьяконов. - СПб. и др. : Питер, 2001. - 621 с.
    

Модульное планирование

Порядковый номер и название модуля	Краткое содержание модуля		Тип модуля	Количество часов
Семестр 1
Знакомство с Windows, Delphi и Object Pascal		Знакомство с Windows. Основные понятия объектно-ориентированного программирования. Проект, модуль, форма, палитра компонент, инспектор объектов. События, обработчики событий. Блоки локализации параметров. Основные компоненты среды Delphi, их свойства и методы. Простые типы данных, объявления переменных. Ввод и вывод данных, взаимные преобразования строковых и арифметических данных. Станда­рт­­ные строковые процедуры и функции. Всего лекций:	Лекции	1 1 2 2 2 2 2
				12
		1. Работа с файлами в Windows. 2. Знакомство с Delphi. 3. Организация ввода-вывода. Всего лабораторных:	Лабор.	4 4 6
				14
		Модульный контроль	Контр. раб.
Основные операторы, введение в сложные типы данных		Выражения строковые, арифметические, булев­ские, операции сравнения. Программирование линейных вычислительных процессов. Станда­рт­­ные арифметические процедуры и функции. Программирование разветвляющихся вычислительных процессов. Операторы GOTO, IF, CASE. Программирование циклических вычислительных процессов. Операторы FOR, WHILE, REPEAT, BREACK, CONTINUE. Описание типов – TYPE: скалярные, перечислимые, множества – SET. Знакомство с массивами – ARRAY Всего лекций:	Лекции	2 4 4 6 2
				18
		4. Решение уравнений и неравенств. 5. Организация циклов с контрольным выводом итераций. Всего лабораторных:	Лабор.	6 10
				16
		Модульный контроль	Контр. раб.
		Экзамен	Экзамен
Итого лекций:				30
Итого лабораторных:				30

Порядковый номер и название модуля	Краткое содержание модуля		Тип модуля	Количество часов
Семестр 2
Работа с массивами, процедурами и функциями		Динамическое размещение данных - POINTER. Распределение ОЗУ, хип. Ссылочные типы данных. Динамические массивы – TYPE ARRAY OF. Алгоритмы обработки массивов (метод «Пузырьков»). Комбинированные типы данных. Оператор WITH. Всего лекций:	Лекции	2 4 2
				8
		6. Работа с динамическими массивами 7. Работа с записями Всего лабораторных:	Лабор.	6 4
				10
		Модульный контроль	Контр. раб.
Работа с файлами и классами		Размещение данных в файлах. Магнитные диски и работа с ними. Форматирование, оптимизация. Работа с текстовыми файлами. Стандартные процедуры и функции. Организация программ с использованием процедур и функций – PROCEDURE, FUNCTION. Передача параметров, глобальные и локальные переменные, стек. Обработка исключительных ситуаций – EXCEPTION, RAISE, TRY. Всего лекций:	Лекции	4 4 2
				10
		8. Работа с файлами. 9. Численное решение задачи Коши методом Эйлера (программирование функций). Всего лабораторных:	Лабор.	3 4
				7
		Модульный контроль	Контр. раб.
Итого лекций:				17
Итого лабораторных:				18

Порядковый номер и название модуля	Краткое содержание модуля	Тип модуля	Количество часов
Семестр 3
Работа с графикой в Delphi	Классы в ООП Рисование в Delphi. Основные графические компоненты и методы рисования Всего лекций:	Лекции	2 8
			10
	10. Вычисление определенного интеграла мето­дом трапеций (программирование процедур). 11. Построение графика функции - решение задачи Коши. Всего лабораторных:	Лабор.	6 6
			12
	Модульный контроль	Контр. раб.
Среда MathCAD, основы ВТ	MathCAD: алфавит, константы, операторы. MathCAD: ранжированные переменные, работа с матрицами. MathCAD: Условные выражения и итерационные вычисления. MathCAD: программирование. MathCAD: решение дифференциальных уравнений. Основы вычислительной техники, компьютерные сети, введение в Internet Всего лекций:	Лекции	2 2 4 4 6 8
			26
	12. MathCAD: Проверка закона Стефана-Больцмана. 13. MathCAD: Обработка результатов эксперимента. 14. MathCAD: Работа с циклами и матрицами. 15. MathCAD: Моделирование баллистических кривых. Всего лабораторных:	Лабор.	6 6 6 6
			24
	Модульный контроль	Контр. раб.
	Экзамен	Экзамен
Итого лекций:			36
Итого лабораторных:			36

Планы лабораторных занятий


Подробное описание лабораторных работ в среде Delphi – в учебно-методическом пособии:

Толстых, Виктор Константинович. Программирование в среде Delphi : Учеб.-метод. пособие : Для студентов инженер. и физ. специальностей / В. К. Толстых. - 8-е изд. - Донецк : ДонНУ, 2007. - 124 с.

Названия лабораторных работ:

1. Работа с файлами в Windows.

2. Знакомство с Delphi.

3. Организация ввода-вывода.

4. Решение уравнений и неравенств.

5. Организация циклов с контрольным выводом итераций.

6. Работа с динамическими массивами

7. Работа с записями

8. Работа с файлами.

9. Численное решение задачи коши методом Эйлера.

10. Вычисление определенного интеграла методом трапеций

11. Построение графика функции.


Подробное описание лабораторных работ в среде MathCAD – в учебно-методическом пособии:

Толстых, Виктор Константинович. Программирование в среде MathCAD : Учеб.-метод. пособие : Для студентов инженер. и физ. специальностей / В. К. Толстых. - 5-е изд. - Донецк : ДонНУ, 2006. - 60 с.

Названия лабораторных работ:

12. Проверка закона Стефана-Больцмана.

13. Обработка результатов эксперимента.

14. Работа с циклами и матрицами.

15. Моделирование баллистических кривых.


Организация самостоятельной работы


1. Освоение теоретического материала пособия –

Толстых, Виктор Константинович. Программирование в среде Delphi : Учеб.-метод. пособие : Для студентов инженер. и физ. специальностей / В. К. Толстых. - 8-е изд. - Донецк : ДонНУ, 2007. - 124 с.:

разделы: 2.5.2 – 2.5.4, 3.3.5 – 3.3.6, 3.7.3,.


2. Подготовка к лабораторным работам.


3. Подготовка к модульным контролям.


Организация текущего, модульного, итогового контроля


Модуль 1

Максимальное количество баллов за модуль 1 (3 лабораторные и контрольная) - 35 баллов

Текущий контроль:

1. Лабораторные работы – 1,2,3.
   
2. Контрольная работа (30 мин., пример):
   Построить приложение для ввода и вывода переменной вещественного типа. Нажатие мышкой на кнопку OK должно считываться значение переменной и выводиться в окно списка вывода в формате с фиксированной или плавающей (по желанию пользователя) точкой. Нажатие на копку «Очистить» должно очищать список вывода
   

Критерии оценок:

• Каждая выполненная и сданная без замечаний лабораторная работа – 5 баллов.
  
• Контрольная работа (приложение работает правильно) – 20 баллов.
  
  
  

Модуль 2

Максимальное количество баллов за модуль 2 (2 лабораторные и контрольная) - 50 баллов

Текущий контроль:

1. Лабораторные работы – 4, 5.
   
2. Контрольная работа (30 мин., пример):
   Подготовить приложение в среде Delphi, найти и вывести сумму ряда для его членов
   с точностью ,
   Значение точности должно вводиться пользователем.
   

Критерии оценок:

• Каждая выполненная и сданная без замечаний лабораторная работа – 12 баллов
  
• Контрольная работа - приложение работает – 20 баллов, работает в соответствии с зада­нием – 26 баллов, не работает, но имеет синтаксически корректные операторы – 10 баллов.
  

Итоговый контроль (экзамен – практические задания):

Максимальное количество баллов за экзамен - 52 балла

Примеры заданий (50 мин. оба задания):

1. Подготовить приложение в среде Delphi и найти сумму ряда с членами
   с точностью ,
   Вывести все члены ряда. После попадания i на множество (тип данных) контрольных шагов делать приостановку вычислений.
   
2. Подготовить приложение в среде Delphi для решения квадратного уравнения:
   
   ax²+bx+c=0.
   
   Приложение должно корректно работать с любыми значениями коэффициентов, вводимых пользователем.
   

Критерии оценок для каждого задания (максимум 26 баллов):

• приложение работает правильно - 20 баллов, учтены все требования задания – 26 баллов;
  
• приложение работает (без ошибок), но результат неправильный - 13 баллов;
  
• приложение не работает, но имеет синтаксически корректные операторы – 5 баллов и «разумную логику» - 7 баллов.
  

Модуль 3

Максимальное количество баллов за модуль 1 (2 лабораторные и контрольная) - 50 баллов

Текущий контроль:

1. Лабораторные работы – 6, 7.
   
2. Контрольная работа (30 мин., пример):
   Подготовить приложение в среде Delphi и найти сумму элементов одномерного (двумерного) массива из заданных одинаковых чисел. Размерность массива и значения его элементов должны задаваться пользователем.
   

Критерии оценок:

• Каждая выполненная и сданная без замечаний лабораторная работа – 12 баллов.
  
• Контрольная работа – приложение работает правильно и эффективно – 26 баллов,
  приложение использует статические, а не динамические массивы – 13 баллов,
  приложение имеет синтаксически корректные операторы (нет ошибок компиляции),
  но работает неправильно – 5 баллов.
  
  
  

Модуль 4

Максимальное количество баллов за модуль 2 (2 лабораторные и контрольная) - 50 баллов

Текущий контроль:

1. Лабораторные работы – 8, 9.
   
2. Контрольная работа (50 мин., пример):
   Подготовить приложение в среде Delphi для чтения из текстового файла и вычисления выражения состоящего из двух чисел и арифметической операции. Вычисление оформить в виде функции (процедуры) с передачей в неё обеих чисел и знака операции.
   

Критерии оценок:

• Каждая выполненная и сданная без замечаний лабораторная работа – 12 баллов.
  
• Контрольная работа (приложение работает правильно) – 26 баллов,
  приложение не использует работу с файлом или с функцией (процедурой) – 13 баллов,
  приложение имеет синтаксически корректные операторы (нет ошибок компиляции),
  но работает неправильно – 5 баллов.
  
  
  

Итоговый контроль (экзамен – практические задания):

Максимальное количество баллов за экзамен - 30 балла

Пример заданий (60 мин.):

Разработать приложение в среде Delphi для решения методом Эйлера обыкновенного дифференциаль­ного уравнения с начальным условием (задача Коши). Вычисление свободного члена оформить в виде функции. Максимальное время, количество ячеек сетки и начальное условие читать из файла.

Критерии оценок (максимум 30 баллов):

• приложение работает правильно - 20 баллов, учтены все требования задания – 30 баллов;
  
• приложение работает (без ошибок), но результат неправильный - 15 баллов;
  
• приложение не работает, но имеет синтаксически корректные операторы – 7 баллов.
  

Модуль 5

Максимальное количество баллов за модуль 1 (2 лабораторные и контрольная) - 48 баллов

Текущий контроль:

1. Лабораторные работы.
   
2. Контрольная работа (пример):
   Построить приложение в среде Delphi для рисования заданной функции.
   

Критерии оценок:

• Каждая выполненная и сданная без замечаний лабораторная работа – 14 баллов.
  
• Контрольная работа (приложение работает правильно) – 20 баллов,
  приложение имеет синтаксически корректные операторы (нет ошибок компиляции),
  но работает неправильно – 10 баллов.
  
  
  

Модуль 6

Максимальное количество баллов за модуль 2 (4 лабораторные и контрольная) - 42 баллов

Текущий контроль:

1. Лабораторные работы.
   
2. Контрольная работа (20 мин., примеры вариантов):
   
   
   

Решить систему трех линейных уравнений методом обращения матрицы:


Задать функцию



и построить её графики при и .