1. Цели освоения дисциплины
| 1.1. | Цeлью изучения диcциплины "Matlab: программный инструментарий математика" является теоретическая и практическая подготовка студентов по решению научных и инженерных задач путем создания и отладки программ в системе Matlab для обработки экспериментальных данных. |
|---|
2. Место дисциплины в структуре ООП
| Цикл (раздел) ООП: Б1.О.05 |
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
| ПК-2 | Способен применять математические методы и математическое моделирование, информационные и имитационные модели по тематике выполняемых научно-исследовательских прикладных задач или опытно-конструкторских работ в сфере профессиональной деятельности |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | основы теории алгоритмов; основные методы разработки алгоритмов и программ; лексику и структуру языка программирования высокого уровня; основные принципы построения больших программ на языке высокого уровня; основные машинные алгоритмы и характеристики их сложности для типовых задач, часто встречающихся и ставших «классическими» в области информатики и программирования. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | разрабатывать алгоритмы, используя изложенные в курсе общие схемы, методы и приемы построения алгоритмов, выбирая подходящие структуры данных для представления информационных объектов; самостоятельно составлять, отлаживать, тестировать и документировать программы на языке высокого уровня для задач обработки числовой и текстовой информации; экспериментально (с помощью компьютера) исследовать эффективность алгоритма и программы. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | навыками разработки и отладки программ на языке высокого уровня; знаниями о некоторых математических методах анализа алгоритмов; знаниями о классификации алгоритмических задач по их сложности, сводимости алгоритмических задач к известным задачам определенного класса сложности. |
4. Структура и содержание дисциплины
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Введение в среду Matlab | ||||||
| 1.1. | Основы интерфейса MATLAB. Простейшие вычисления в MATLAB. Вычисление математических функций. Работа с векторами и матрицами. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2 |
| 1.2. | Практическая работа 1. Вычисление математических функций. Работа с векторами и матрицами. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.1, Л1.2, Л2.2 |
| 1.3. | Построение графиков и диаграмм. Трехмерная графика и редактирование графиков. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2 |
| 1.4. | Практическая работа 2. Построение графиков и диаграмм в MATLAB. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.1, Л2.2 |
| 1.5. | Практическая работа 3. Трехмерная графика и редактирование графиков. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2 |
| 1.6. | Работа с файлами. Структуры. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2 |
| 1.7. | Практическая работа 4. Создание и работа с текстовыми файлами. Структуры. Создание и работа с массивом структур. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.1, Л2.2 |
| 1.8. | Изучение литературы по теме раздела 1. | Сам. работа | 5 | 32 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2 |
| Раздел 2. Математические методы: реализация в среде Matlab | ||||||
| 2.1. | Вычисление производных. Методы вычисления интегралов. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.2. | Изучение литературы. Подготовка к практическому занятию. | Сам. работа | 5 | 5 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.3. | Практическая работа 5. Производные. Вычисление интегралов. Методы прямоугольников, трапеций, Симпсона. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.4. | Методы решения нелинейных уравнений. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.5. | Изучение литературы. Подготовка к практическому занятию. | Сам. работа | 5 | 15 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.6. | Практическая работа 6. Методы решения нелинейных уравнений с одной переменной: половинного деления, касательных, простых итераций, секущих | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.7. | Методы решения систем линейных уравнений. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.8. | Изучение литературы. Подготовка к практическому занятию. | Сам. работа | 5 | 15 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.9. | Практическая работа 7. Решение систем линейных уравнений. Методы Гаусса, простой итерации, Зейделя. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.10. | Интерполирование. Оптимизация. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4 |
| 2.11. | Изучение литературы. Подготовка к практическому занятию. | Сам. работа | 5 | 5 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л2.3 |
| 2.12. | Практическая работа 8. Одномерная безусловная оптимизация. Условная оптимизация | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л2.3, Л1.1 |
| 2.13. | Методы решения систем нелинейных уравнений. | Лекции | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л2.3, Л1.1 |
| 2.14. | Изучение литературы. Подготовка к практическому занятию. | Сам. работа | 5 | 15 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л2.3, Л1.1 |
| 2.15. | Практическая работа 9. Методы решения систем нелинейных уравнений: простых итераций, Ньютона. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.1 |
| 2.16. | Практическая работа 10. Итерационные методы решения систем линейных алгебраических уравнений: простых итераций, Зейделя. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.17. | Численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. | Лекции | 5 | 4 | ПК-2 | Л1.5, Л1.3, Л2.2 |
| 2.18. | Изучение литературы. Подготовка к практическому занятию. | Сам. работа | 5 | 15 | ПК-2 | Л1.5, Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л1.1 |
| 2.19. | Практическая работа 11. Численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений: методы Эйлера, Рунге-Кутты, Пикара. | Практические | 5 | 2 | ПК-2 | Л1.5, Л1.3, Л2.2, Л1.4, Л2.3 |
5. Фонд оценочных средств
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| 1. Числа в Matlab. Переменные и константы. Комментарии. Команды управления окном. Сообщения об ошибках. Математические функции. Вычисление арифметических выражений. 2. Функция plot. Построение графиков в логарифмическом масштабе, графики в полярной системе координат. Создание гистограмм. 3. Объемные графики. Редактирование графиков. 4. Функции для создания и работы с векторами и матрицами. 5. Создание m-файлов. Логические операции, операции отношения. Программирование разветвляющихся процессов. Программирование циклических процессов. 6. Запись данных в файл. Чтение данных из файла. Работа с файлами. 7. Запись данных в структуры. Работа с массивами структур. 8. Погрешность. Источники погрешностей, классификация погрешностей. Значащие и верные цифры. 9. Вычисление производных. Методы и алгоритмы вычисления интегралов. Методы прямоугольников, трапеций, Симпсона. 10. Интерполирование функций методами Лагранжа и Ньютона. Оптимизация. Постановка задачи оптимизации. 11. Методы решения нелинейных уравнений с одной переменной: половинного деления, касательных, простых итераций, секущих. 12. Прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений: Гаусса, Крамера, обратной матрицы. 13. Итерационные методы решения систем линейных алгебраических уравнений: простых итераций, Зейделя. 14. Методы решения систем нелинейных уравнений: простых итераций, Ньютона. 15. Численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений: методы Эйлера, Рунге-Кутты, Пикара. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| не предусмотрено. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Форма проведения зачета: устная, письменная. Зачеты могут быть получены по результатам выполнения заданий студентов на практических занятиях в течении семестра. По результатам сдачи зачета выставляется оценка «зачтено»/ «не зачтено». Выставление зачетов для студентов очной формы обучения проводятся в период до экзаменационной сессии. |
| Приложения |
|
Приложение 1.
ФОС Matlab.doc
|
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Арипова, О. В. | Математические расчёты с помощью MATLAB: учебное пособие | Санкт-Петербург : БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, 2017 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | Красавин А. В., Жумагулов Я. В. | КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ В СРЕДЕ MATLAB 2-е изд. Учебное пособие для вузов: | М.:Издательство Юрайт, 2018 | biblio-online.ru |
| Л1.3 | Дьяконов В.П. | MATLAB 7.*/R2006/R2007: Самоучитель: учебное пособие | М.:ДМК Пресс, 2009 | |
| Л1.4 | Квасов Б.И. | Численные методы анализа и линейной алгебры. Использование Matlab и Scilab: Учебные пособия | Издательство "Лань", 2016 | e.lanbook.com |
| Л1.5 | Шампайн Л. Ф., Гладвел И., Томпсон С., Макаров И. А. | Решение обыкновенных дифференциальных уравнений с использованием MATLAB: учеб. пособие | СПб.: Лань, 2009 | |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Дьяконов В.П. | VisSim+Mathcad+MATLAB. Визуальное математическое моделирование: | СОЛОН - ПРЕСС // ЭБС "Университетская библиотека ONLINE", 2008 | http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=117681 |
| Л2.2 | Галушкин Н.Е. | Высокоуровневые методы программирования. Язык программирования MatLab: учебник. Часть 1: учебник | Издательство ЮФУ, 2011 | www.studentlibrary.ru |
| Л2.3 | Квасов, Б.И. | Численные методы анализа и линейной алгебры. Использование Matlab и Scilab [Электронный ресурс] : учебное пособие | Санкт-Петербург: Лань, 2016 | e.lanbook.com |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| Microsoft Windows, 7-Zip, Microsoft Office, Matlab.Microsoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно) | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| 1. Образовательный портал АлтГУ http://portal.edu.asu.ru/ 2. Федеральный образовательный портал. Библиотека. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window.edu.ru/library 3. Научная электронная библиотека: http://elibrary.ru 4. ЭБС: IBooks.ru: http://ibooks.ru/ | ||||
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
| Аудитория | Назначение | Оборудование |
|---|---|---|
| 202Л | кабинет информатики (компьютерный класс) - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка HP - 14 единиц; мониторы: марка ASUS модель VS197DE - 14 единиц |
| 203Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка ASUS модель i5-6500 - 14 единиц |
| 207Л | лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 14 посадочных мест; компьютеры: марка DEPO модель Neos 260, мониторы: марка Philips модель 227E3LHSU - 14 единиц |
| 205Л | кабинет информатики (компьютерный класс) - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 9 посадочных мест; компьютеры: марка КламаС Офис, мониторы: марка ACER модель V223HQL - 8 единиц; доска интерактивная Triumph MULTI TOUCH 78 + проектор NEC UM280X в комплекте |
| Учебная аудитория | для проведения занятий всех видов (дисциплинарной, междисциплинарной и модульной подготовки), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проекта (работы), проведения практики | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное) |
8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
| 1. Для успешного освоения содержания дисциплины необходимо посещать лекции, принимать активное участие в работе на практическом занятии, а также выполнять задания, предлагаемые преподавателем для самостоятельного изучения. 2. Лекция. -На лекцию приходите не опаздывая, так как это неэтично. - На лекционных занятиях необходимо конспектировать изучаемый материал. - Для систематизации лекционного материала, который будет полезен при подготовке к итоговому контролю знаний, записывайте на каждой лекции тему, вопросы для изучения, рекомендуемую литературу. - В каждом вопросе выделяйте главное, обязательно запишите ключевые моменты (определение, факты, законы, правила и т.д.), подчеркните их. - Если по содержанию материала возникают вопросы, не нужно выкрикивать, запишите их и задайте по окончании лекции или на семинарском занятии. - Перед следующей лекцией обязательно прочитайте предыдущую, чтобы актуализировать знания и осознанно приступить к освоению нового содержания. 3.Практическое занятие – это форма работы, где студенты максимально активно участвуют в обсуждении темы. - Для подготовки к практическому занятию необходимо взять план занятия (у преподавателя). - Самостоятельную подготовку к занятию необходимо начинать с изучения понятийного аппарата темы. Рекомендуем использовать справочную литературу, учебники. - Важно запомнить, что любой источник должен нести достоверную информацию, особенно это относится к Internet-ресурсам. При использовании Internet - ресурсов в процессе подготовки не нужно их автоматически «скачивать», они должны быть проанализированы. Не нужно «скачивать» готовые рефераты, так как их однообразие преподаватель сразу выявляет, кроме того, они могут быть сомнительного качества. - В процессе изучения темы анализируйте несколько источников. Используйте научные специальные журналы. - Полезным будет работа с электронными учебниками и учебными пособиями в Internet-библиотеках. Зарегистрируйтесь в них: университетская библиотека Онлайн (http://www.biblioclub.ru/) и электронно-библиотечная система «Лань» (http://e.lanbook.com/). - При возникновении трудностей в процессе подготовки взаимодействуйте с преподавателем, консультируйтесь по самостоятельному изучению темы. 4. Самостоятельная работа. - При изучении дисциплины не все вопросы рассматриваются на лекциях и практических занятиях, часть вопросов рекомендуется преподавателем для самостоятельного изучения. - Поиск ответов на вопросы и выполнение заданий для самостоятельной работы позволит вам расширить и углубить свои знания по курсу, применить теоретические знания в решении задач практического содержания, закрепить изученное ранее. - Эти задания следует выполнять не «наскоком», а постепенно, планомерно, следуя порядку изучения тем курса. - При возникновении вопросов обратитесь к преподавателю в день консультаций на кафедру. - Выполнив их, проанализируйте качество их выполнения. Это поможет вам развивать умения самоконтроля и оценочные компетенции. 5. Итоговый контроль. - Для подготовки к зачету возьмите перечень примерных вопросов у преподавателя. - В списке вопросов выделите те, которые были рассмотрены на лекции, практических занятиях. Обратитесь к своим записям, выделите существенное. Для более детального изучения изучите рекомендуемую литературу. - Если в списке вопросов есть те, которые не рассматривались на лекции, на практическом занятии, изучите их самостоятельно. Если есть сомнения, задайте вопросы на консультации перед экзаменом. - Продумайте свой ответ на зачете, его логику. Помните, что ваш ответ украсит ссылка на источник литературы, иллюстрация практики применения теоретического знания, а также уверенность и наличие авторской аргументированной позиции как будущего субъекта профессиональной деятельности. |