050100_inf_4kurs_kompyuternoe_modelirovanie_ofo_kuznecovx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского»
Балашовский институт (филиал)
УТВЕРЖДАЮ:
Директор БИ СГУ
доцент А.В. Шатилова
_________________
«10» ноября 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Компьютерное моделирование
Направление подготовки
050100 «Педагогическое образование»
Профиль подготовки
«Информатика»
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Балашов
2014
СОДЕ РЖ АН И Е
С О Д Е Р Ж А Н И Е ............................................................................................... 2
1. Цели освоения дисциплины ............................................................................... 3
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата ....................................... 3
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины.............................................................................................................. 3
Планируемые результаты обучения по дисциплине ........................................ 3
4. Содержание и структура дисциплины .............................................................. 4
4.1. Объем дисциплины ....................................................................................... 4
4.2. Содержание дисциплины ............................................................................. 4
4.3. Структура дисциплины ................................................................................ 5
5. Образовательные технологии, применяемые при освоении дисциплины .... 6
Информационные технологии, используемые при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине ...................................................... 6
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины ....................................................... 7
Самостоятельная работа студентов по дисциплине ......................................... 7
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации по дисциплине ...................................................... 8
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС ........................................ 9
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины ........ 10
Литература по курсу .......................................................................................... 10
Основная литература: ........................................................................................ 10
Дополнительная литература: ............................................................................ 10
Интернет-ресурсы .............................................................................................. 11
Программное обеспечение ................................................................................ 11
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины ................................... 11
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Компьютерное моделирование»
являются: формирование систематизированных знаний в области
эффективного изучения сложных систем, когда реальный эксперимент
затруднителен.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина относится к дисциплинам по выборы профессионального
цикла (Б3.ДВ10.1).
Для освоения указанной дисциплины студент должен овладеть
компетенциями, знаниями и умениями, сформированными в результате
освоения основных математических дисциплин, таких как «Математический
анализ»,
«Дифференциальные
уравнения»,
а
также
дисциплин
«Информационные технологии», «Основы математической обработки
информации», «Алгоритмизация и программирование». В ходе изучения
дисциплины происходит обобщение знаний, полученных при освоении
указанных курсов, показывается возможность использования компьютерных
моделей при изучение дискретных и непрерывных процессов и явление,
реализуется профессиональная направленность образовательного процесса.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины «Компьютерное моделирование»
направлен на формирование следующих компетенций:
1.
готов использовать основные методы, способы и средства получения,
хранения, переработки информации, готов работать с компьютером как
средством управления информацией (ОК-8);
2.
способен использовать систематизированные теоретические и
практические знания гуманитарных, социальных и экономических наук при
решении социальных и профессиональных задач (ОПК-2);
3.
способен нести ответственность за результаты своей профессиональной
деятельности (ОПК-4);
4.
способен разрабатывать и реализовывать культурно-просветительские
программы для различных категорий населения, в том числе с
использованием
современных
информационно-коммуникационных
технологий (ПК-8);
5.
готов
применять
знания
теоретической
информатики,
фундаментальной и прикладной математики для анализа и синтеза
информационных систем и процессов (СК-1);
6.
способен использовать математический аппарат, методологию
программирования и современные компьютерные технологии для решения
практических задач получения, хранения, обработки и передачи информации
(СК-2);
7.
владеет
современными
формализованными
математическими,
информационно-логическими и логико-семантическими моделями и
методами представления, сбора и обработки информации (СК-3);
8.
- способен реализовывать аналитические и технологические решении в
области программного обеспечения и компьютерной обработки информации
(СК-4);
9.
готов к обеспечению компьютерной и технологической поддержки
деятельности обучающихся в учебно-воспитательном процессе и внеурочной
работе (СК-5);
Планируемые результаты обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
принципы расчета динамических характеристик систем,
основы построения и эксплуатации систем
имитационного
моделирования .
•Уметь:
проводить формальное описание процесса функционирования сложных
систем и протекающих в них процессов, проводить имитационные
эксперименты;
•Владеть:
основными численными методами решения математических задач;
навыками работы с программными средствами профессионального
назначения;
различными средствами коммуникации;
способами совершенствования профессиональных знаний и умений путем
использования образовательной среды БИСГУ;
базовыми программными методами защиты информации при работе с
компьютерными системами.
;
4. Содержание и структура дисциплины
4.1. Объем дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часов.
– по очной форме обучения: 36 часа аудиторной работы (20 часа лекций и
16 часа практических занятий), 36 часов самостоятельной работы.
Дисциплина изучается в 8 семестре, ее освоение заканчивается зачётом;
4.2. Содержание дисциплины
Тема 1. Модели и моделирование. Понятие "модель". Моделирование
как метод познания. Натурные и абстрактные модели. Виды моделирования в
естественных и технических науках. Компьютерная модель. Абстрактные
модели и их классификация. Вербальные модели. Информационные модели.
Объекты и их связи. Основные структуры в информационном
моделировании. Примеры информационных моделей. Математические
модели. Абстрактные модели и их классификация. Вербальные модели.
Информационные модели. Объекты и их связи. Основные структуры в
информационном моделировании. Примеры информационных моделей.
Имитационное
моделирование.
Геометрическое
моделирование
и
компьютерная графика. Математические модели.
Тема 2 Математическое моделирование и компьютеры. Различные
подходы к классификации математических моделей. Модели с
сосредоточенными и распределенными параметрами. Дескриптивные,
оптимизационные, многокритериальные, игровые модели. Системный подход
в научных исследованиях
Тема 3 Этапы и цели компьютерного моделирования. Определение
целей. Ранжирование входных параметров. Огрубление модели. Разработка
математического описания. Выбор метода исследования. Разработка
программы для ЭВМ. Численный эксперимент. Его взаимосвязи с натурным
экспериментом и теорией. Достоверность численной модели. Анализ и
интерпретация модели.
Тема 4 Модели динамических систем. Инструментальные
программные средства для моделирования динамических систем. Модели
популяции.
Тема 5 Моделирование случайных процессов. Моделирование
стохастических систем. Метод статистических испытаний. Моделирование
последовательностей независимых и зависимых случайных испытаний.
Общий алгоритм моделирования дискретной случайной величины.
Моделирование
систем
массового
обслуживания.
Переход
детерминированных систем к хаотическому поведению.
Тема 6 Моделирование физических процессов. Моделирование движения
небесных тел. Моделирование процесса теплопроводности. Движение
заряженных частиц. Полёт тела, под углом к горизонту. Колебание струны.
Примеры математических моделей в химии, биологии, экологии, экономике, в
процессе обучения. Учебные компьютерные модели. Программные средства
для моделирования предметно-коммуникативных сред (предметной области).
Специфика использования компьютерного моделирования в педагогических
программных средствах.
4.3. Структура дисциплины
№ Раздел дисциплины
п
/
п
Се
мес
тр
Нед
еля
сем
ест
ра
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в часах)
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
1
2
Модели
и
моделирование.
3 Математическое
моделирование и
компьютеры.
4 Этапы
и цели
компьютерного
моделирования.
Моделирование
динамических
систем.
Моделирование
случайных
процессов.
Моделирование
физических
процессов.
Итого
8
Л
1-2 2
ПЗ
0
ЛР
0
СРС КР
2
8
5-6 2
2
0
2
Отчет по пр
№1
8
7-8 4
2
0
6
Отчет по пр
№2
8
910
4
4
0
8
Отчет по пр
№3
8
11- 4
12
4
0
8
Отчет по пр
№4
8
13- 4
14
4
0
8
Отчет по пр
№5
20
16
36
Зачет (20-22 н)
72
5. Образовательные технологии, применяемые при
освоении дисциплины
При проведении занятий по данной дисциплине используются
классические образовательные технологии.

Информационные технологии, используемые
при осуществлении образовательного процесса по дисциплине
Использование информационных ресурсов, доступных в информационнотелекоммуникационной сети Интернет (см. перечень ресурсов в п. 8
настоящей программы).
 Язык программирования C++
 Создание электронных документов (компьютерных презентаций,
видеофайлов, плейкастов и т. п.) по изучаемым темам и электронных
коллекций.
Для обеспечения доступности обучения инвалидам и лицам с ограниченными
возможностями здоровья учебные материалы могут быть адаптированы с
учетом особых потребностей: в печатных материалах укрупнен шрифт,
произведена замена текста аудиозаписью, использованы звуковые средства
воспроизведения информации.
6. Учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения
дисциплины
Самостоятельная работа студентов по дисциплине
К самостоятельной работе студентов относится: детальная проработка
лекций, учебной литературы, самостоятельное доказательство указанных
преподавателем теорем, составление отдельных алгоритмов и программ,
выполнение домашних и индивидуальных расчетных заданий, подготовка к
лабораторным работам, оформление отчетов по лабораторным работам,
выполнение контрольных работ.
Задачи на моделирование
Построить математические модели для следующие задачи. Изучить их
посредством программного обеспечения.
1. Пуля входит в доску толщиной L см со скоростью V0 м/с, а вылетает,
пробив ее, со скоростью V1 м/с. Построить математическую модель
движения пули и исследовать её, если сопротивление доски движению
пули пропорционально квадрату её скорости.
2. Принцип Пьера Ферма гласит, что отношение синуса угла падения луча на
границу раздела двух сред к синусу угла преломления равно
коэффициенту преломления на этой границе. Изучить изменение
коэффициента преломления в зависимости от изменения угла падения
луча.
3. Локомотив движется по горизонтальному участку пути со скоростью V
км/ч. Сопротивление движению после начала торможения равно 0<d<1
от его веса. Построить математическую модель процесса торможения и
изучить её.
4. Тело массы m падает вертикально вниз с некоторой высоты. Сила вязкого
трения, действующая на тело, пропорциональна величине скорости: Ft=V, где  – коэффициент трения. Построить математическую модель
процесса падения и изучить её.
5. Пусть торговыми учреждениями реализуется некоторая продукция, о
которой в момент времени t из числа N потенциальных покупателей
знает лишь X покупателей. Для ускорения сбыта продукции по радио и
телевидению были даны рекламные объявления. Последующая
информация распространяется среди покупателей посредством общения
друг с другом. Построить математическую модель распространения
информации и изучить её. Считать, что скорость изменения числа
знающих о продукции пропорциональна как числу знающих о товаре
покупателей, так и числу покупателей, о ней ещё не знающих. В
начальный момент времени рекламу слышали N/γ человек, где γ>0.
Спустя h часов о товаре знали N/(γ–) человек, где {1,2,..., γ-1}.
6. Моторная лодка движется в стоячей воде со скоростью V0 м/с. На полном
ходу её мотор выключается и через T секунд после этого скорость лодки
уменьшается до V1 м/с. Построить математическую модель движения
лодки и изучить её, считая, что сопротивление воды пропорционально
скорости лодки.
Оценочные средства
для текущего контроля успеваемости
и промежуточной аттестации по дисциплине
КОНРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ
1. Математические модели в геометрии.
2. Построение прямоугольного треугольника по двум его медианам,
проведенным к катетам
3. Построение точки, симметричной данной
4. Построение треугольника, симметричного данному, построение точки,
симметричной данной точке относительно прямой.
5. Математические модели в алгебре. Представление числа в виде суммы
четырех квадратов (теорема Лагранжа).
6. Операции над множествами чисел.
7. Функциональная зависимость сопротивления электрической цепи от
сопротивления участка цепи.
8. Задача о падении тела с заданной высоты.
9. Задача о прохождении пули сквозь доску.
10.Принцип Ферма.
11.Математические модели в биологии. Однородная популяция.
Популяция, дающая урожай.
12.Модель хищник-жертва.
13.Математические модели в экологии и эпидемиологии. Закон излучения
тепла в задаче "Случай в заповеднике".
14.Модель эпидемии.
15.Простейшее производство. Распространение технологии.
16.Математический анализ. Наибольшие и наименьшие значения
функции. Возрастание, убывание и монотонность функции.
17.Приближенное вычисление производной. Формула Лагранжа. Условия
экстремума и точки минимума и максимума.
18.Приближенное вычисление пределов. Вычисление значений
элементарных функций.
7. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Таблица 1. Примерная таблица максимальных баллов по видам учебной
деятельности.
1
2
3
4
5
6
7
8
Другие
Автоматиз виды Промежу
Лаборато Практич Самостоя
ированное учебно точная
Лекции рные
еские тельная
Итого
тестирова
й
аттестац
занятия занятия работа
ние
деятель
ия
ности
10
10
13
37
0
0
30
100
Примерная программа оценивания учебной деятельности студента
Лекции
Посещаемость, опрос, активность и др.за один семестр –от 0 до 10
баллов.
Лабораторные занятия
Контроль выполнения лабораторных работ в течение одного семестра от 0 до 10 баллов
Практические занятия
Контроль выполнения практических работ в течение одного семестра от 0 до 13 баллов.
Самостоятельная работа
Отчет по заданиям к практическим работам для самостоятельного
выполнения – от 0 до 47 баллов
Автоматизированное тестирование
Не предусмотрено.
Дополнительно
Не предусмотрено.
Промежуточная аттестация
При определении разброса баллов при аттестации преподаватель может
воспользоваться следующим примером ранжирования:
21-30 баллов – ответ на «отлично»
11-20 баллов – ответ на «хорошо»
6-10 баллов – ответ на «удовлетворительно»
0-5 баллов – неудовлетворительный ответ.
Таким образом, максимально возможная сумма баллов за все виды
учебной деятельности студента за один семестр по дисциплине «Теория игр»
составляет 100 баллов.
Таблица 2. Пример пересчета полученной студентом суммы баллов по
дисциплине «Теория игр» в оценку (экзамен):
86-100
«отлично»
70-85
«хорошо»
55-69
«удовлетворительно»
0-54
«не удовлетворительно»
50 баллов и более
«зачтено» (при
оценке)
меньше 50 баллов
«не зачтено»
недифференцированной
8. Учебно-методическое и информационное
обеспечение дисциплины
Литература по курсу
Основная литература:
1. Кельтон В.Д., Лоу А.М. / Имитационное моделирование. Классика CS.
3-е изд. / СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004.
2. Томашевский В.Н., Жданова Е.Г. / Имитационное моделирование в
среде GPSS / "Бестселлер", 2003. - 416 с.
3. Шрайбер Т. Дж. / Моделирование на GPSS / М.: Машиностроение,
2000..
Дополнительная литература:
1. Амелькин В.В. Дифференциальные уравнения в приложениях. – М.:
Наука, 1987.
2. Гейн А.Г. и др. Информатика: модели, алгоритмы и исполнители //
ИНФО, 1989. N6.
3. Горстко А.Б. Познакомьтесь с математическим моделированием. – М.:
Знание, 1991.
Интернет-ресурсы
1. http://www.intuit.ru/department/calculate/compmodel/
математического
моделирования
в
интернет
компьютерных технологий.
2. www.osp.mesi.ru Сайт учебного процесса МЭСИ
3. http://www.gpss.ru Язык GPSS
Курсы
университете
Программное обеспечение
4. Code::Blocks — свободная кроссплатформенная среда разработки
Пакет MathCad.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Стандартно оборудованная лекционная аудитория № 35 для
проведения интерактивных лекций: видеопроектор, интерактивная доска,
компьютер, обычная доска, пластиковая доска;
2. Компьютерные классы (аудитории №№ 24, 25);
Рабочая программа дисциплины «Компьютерное моделирование» составлена
в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки
050100
"Педагогическое
образование",
профиль
"Информатика"
(квалификация (степень) «бакалавр») и требованиями приказа Министерства
образования и науки РФ № 1367 от 19.12.2013 г. о порядке организации и
осуществления образовательной деятельности по образовательным
программам высшего образования – программам бакалавриата, программам
специалитета, программам магистратуры.
Программа разработана в 2011 г. (одобрена на заседании кафедры
физики и информационных технологий, протокол № 7 от «29» августа 2011
года)
Программа актуализирована в 2014 г. (одобрена на заседании кафедры
физики и информационных технологий, протокол № 2 от «16» октября 2014
года).
Автор:
канд. физ.-мат. наук, доцент
Кузнецов О.А.
Зав. кафедрой физики и информационных технологий
канд. пед. наук, доцент
Сухорукова Е.В.
Декан факультета математики, экономики и информатики
канд. пед. наук, доцент
Кертанова В.В.