《實(shí)踐4數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)大綱

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)A教學(xué)大綱1、實(shí)踐環(huán)節(jié)基本信息實(shí)踐環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)A課程編號(hào)310030035課程性質(zhì)必修課課程類別學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課開課單位機(jī)電工程學(xué)院授課學(xué)期第4學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)1.0/一周課內(nèi)學(xué)時(shí)1周理論授課0上機(jī)學(xué)時(shí)0課內(nèi)實(shí)踐1周實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0課外學(xué)時(shí)1.5周適用專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是否雙語否先修課程高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)后續(xù)課程Matlab仿真及應(yīng)用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，作為用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)、橋梁和紐帶，是架設(shè)在數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)之間的一條通道。本課程主要介紹使用計(jì)算機(jī)解決某些數(shù)學(xué)問題的近似方法，課程實(shí)用性較強(qiáng)，在科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中都有很多的應(yīng)用。該環(huán)節(jié)通過計(jì)算方法的基本思想和操作過程，主要培養(yǎng)學(xué)生如下能力。切實(shí)體會(huì)到計(jì)算方法和工程實(shí)踐緊密相連的，充滿了工科動(dòng)手技能的魅力；培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中選擇算法，編寫程序的能力；獲得分析數(shù)值結(jié)果，攥寫數(shù)值實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力；培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)值算法解決工程問題基本動(dòng)手實(shí)踐和認(rèn)知能力。2、實(shí)踐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1掌握計(jì)算方法相關(guān)的基本概念，通過計(jì)算方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握數(shù)值計(jì)算理論知識(shí)和計(jì)算機(jī)常用的數(shù)值計(jì)算方法。課程目標(biāo)2掌握各種計(jì)算方法的基本思想、推導(dǎo)過程、計(jì)算步驟和編程實(shí)現(xiàn)，掌握各種計(jì)算方法的誤差估計(jì)和收斂性判斷。課程目標(biāo)3運(yùn)用matlab語言結(jié)合上機(jī)實(shí)踐，掌握編寫數(shù)值計(jì)算程序的基本方法。課程目標(biāo)4具有較強(qiáng)的自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)能力；具備嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、精益求精的科學(xué)態(tài)度。3、課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐依據(jù)唐山學(xué)院和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、唐山地區(qū)和我國機(jī)械行業(yè)的技術(shù)發(fā)展、畢業(yè)生和社會(huì)調(diào)查情況分析、國內(nèi)其他高校的相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)要求，并結(jié)合本專業(yè)的人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)和近年來我國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求,確定本專業(yè)現(xiàn)階段的畢業(yè)要求為:（一）思想政治和德育方面具有堅(jiān)定正確的政治方向,了解、擁護(hù)黨和國家的方針致策，樹立科學(xué)的人生觀、世界觀、價(jià)值觀，具有社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新意識(shí)和法律意識(shí)。（二）業(yè)務(wù)方面畢業(yè)要求1：工程知識(shí)：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中涉及的產(chǎn)品開發(fā)、制造工藝、系統(tǒng)控制等復(fù)雜工程問題。1.3掌握機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法、機(jī)械制造工程原理與技術(shù)、機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)與控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)知識(shí)，能夠?qū)⑵溆糜跈C(jī)械裝備、控制系統(tǒng)及工藝流程等的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)與優(yōu)化，解決復(fù)雜機(jī)械工程問題。畢業(yè)要求2：問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)及工程學(xué)知識(shí)判斷、識(shí)別復(fù)雜機(jī)械工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與參數(shù)；2.2能認(rèn)識(shí)到解決復(fù)雜機(jī)械工程問題有多種方案可選，并可通過文獻(xiàn)研究尋求最佳的解決方案；2.3能運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程基本原理，分析和驗(yàn)證解決方案的合理性，以獲得有效結(jié)論；畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的機(jī)電系統(tǒng)及單元（部件）和裝備，制定相關(guān)制造工藝，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.1能針對(duì)特定需求確定復(fù)雜機(jī)械工程問題的設(shè)計(jì)目標(biāo)；3.2能在社會(huì)、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等現(xiàn)實(shí)條件約束下，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)對(duì)設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行研究；畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠在機(jī)械工程實(shí)踐中開發(fā)、選擇與使用合理有效的技術(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，并了解其局限性。5.1了解機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，能夠在機(jī)械工程實(shí)踐中初步掌握并使用現(xiàn)代工程技術(shù)、方法和工具。畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)：具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)社會(huì)與專業(yè)發(fā)展的能力。12.1能認(rèn)識(shí)不斷探索和學(xué)習(xí)的必要性，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)意識(shí)；12.2掌握自主獲取信息的方法，具有自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展能力。課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1、2、3指標(biāo)點(diǎn)1-3;1-工程知識(shí)課程目標(biāo)1、3指標(biāo)點(diǎn)2-1指標(biāo)點(diǎn)2-2指標(biāo)點(diǎn)2-32-問題分析課程目標(biāo)1、2指標(biāo)點(diǎn)3-1指標(biāo)點(diǎn)3-23-設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案課程目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)5-15-使用現(xiàn)代工具課程目標(biāo)4指標(biāo)點(diǎn)12-1指標(biāo)點(diǎn)12-212-終身學(xué)習(xí)4、課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容本課程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)共分兩類：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。1、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以傳授知識(shí)為主，要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中給出的特定問題算法用Matlab編寫程序，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證算法的正確性。并逐步培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格認(rèn)真，獨(dú)立思考的實(shí)驗(yàn)態(tài)度。2、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)倡導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)點(diǎn)解決有關(guān)問題，要求學(xué)生設(shè)計(jì)算法，編寫程序解決問題，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，獲取理論教學(xué)之外的結(jié)論。第一部分Matlab的軟件環(huán)境及指令1.主要內(nèi)容熟悉Matlab的軟件環(huán)境，掌握矩陣的輸入、運(yùn)算等操作，并能運(yùn)用Matlab進(jìn)行簡單繪圖。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)矩陣的輸入、運(yùn)算等操作運(yùn)用Matlab進(jìn)行簡單繪圖。3.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果可以使用Matlab軟件進(jìn)行運(yùn)算和繪圖。4.教學(xué)方法采用講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)本單元課程目標(biāo)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)3第二部分線性代數(shù)方程組的直接方法1.主要內(nèi)容編程求解特定問題的數(shù)值解并在計(jì)算機(jī)上驗(yàn)證2.重點(diǎn)和難點(diǎn)解線性方程組的高斯消去法，選主元素法，矩陣的LU分解法和PLU分解法。3.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果利用MATLAB編制程序?qū)⑶蠼饩€性方程組數(shù)學(xué)問題近似解。4.教學(xué)方法采用講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)本單元課程目標(biāo)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2、3。第三部分求解線性代數(shù)方程組的迭代方法1.主要內(nèi)容線性方程組的雅克比(Jacobi)迭代法、高斯-賽德爾(Gauss-Seidel)迭代法和松弛法(SOR方法);理解迭代法的收斂性及誤差分析。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)解線性方程組的雅克比(Jacobi)迭代法、高斯-賽德爾(Gauss-Seidel)迭代法和松弛法(SOR方法)。3.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果利用MATLAB編制程序求解特定問題的數(shù)值解并在計(jì)算機(jī)上驗(yàn)證。4.教學(xué)方法采用講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)本單元課程目標(biāo)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2、3。第四部分插值與逼近1.主要內(nèi)容為求解特定問題設(shè)計(jì)算法：（1）插值實(shí)驗(yàn)（2）曲線擬合。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)求插值多項(xiàng)式、三次樣條插值、曲線擬合。3.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果利用MATLAB編制程序?qū)⑶蠼飧鞣N數(shù)學(xué)問題近似解的公式轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序。4.教學(xué)方法采用講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)本單元課程目標(biāo)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2、3.第五部分?jǐn)?shù)值積分1.主要內(nèi)容梯形公式、拋物線公式和牛頓-科茨公式2.重點(diǎn)和難點(diǎn)步長梯形積分、龍貝格積分3.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果利用MATLAB編制程序驗(yàn)證變步長梯形法。4.教學(xué)方法采用講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)本單元課程目標(biāo)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2、3。第六部分常微分方程初值問題的數(shù)值解1.主要內(nèi)容歐拉(Euler)方法、泰勒(Taylor)方法和龍格-庫塔(Runge-Kutta)方法;理解線性多步法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)常微分方程數(shù)值解法的歐拉(Euler)方法、泰勒(Taylor)方法和龍格-庫塔(Runge-Kutta)方法和線性多步法。3.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果編程求解特定問題的數(shù)值解并在計(jì)算機(jī)上驗(yàn)證。4.教學(xué)方法采用講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)本單元課程目標(biāo)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2、3.5、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式對(duì)課程目標(biāo)的支撐序號(hào)主要內(nèi)容主要教學(xué)方式時(shí)間分配課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例支撐課程目標(biāo)1第一單元Matlab的軟件環(huán)境及指令講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合1天1:1支撐課程目標(biāo)32第二單元求解線性代數(shù)方程組的直接方法講授法、討論法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合1天1:1支撐課程目標(biāo)2、33第三單元求解線性代數(shù)方程組的迭代方法講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合1天1:1支撐課程目標(biāo)2、34第四單元插值與逼近講授法、討論法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合1天1:1支撐課程目標(biāo)2、35第五單元數(shù)值積分講授法、討論法、練習(xí)法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合1天1:1支撐課程目標(biāo)2、36第六單元常微分方程初值問題的數(shù)值解講授法、討論法和自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合1天1:1支撐課程目標(biāo)2、37整理并撰寫報(bào)告自主學(xué)習(xí)法1天1:1支撐課程目標(biāo)46、課程考核指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在一周的綜合表現(xiàn)（包括日常指導(dǎo)、交流、反饋等方面）及最后撰寫的報(bào)告等的質(zhì)量綜合評(píng)定學(xué)生成績。（一）考核內(nèi)容1.工作態(tài)度及出勤情況；2.提問回答情況；3.信息反饋情況；4.文字、答辯語言表達(dá)能力（邏輯、語法）；5.設(shè)計(jì)方案、技術(shù)路線質(zhì)量；（二）考核方式1.指導(dǎo)教師要嚴(yán)格要求、認(rèn)真審閱，根據(jù)學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中獨(dú)立完成的實(shí)際情況、設(shè)計(jì)質(zhì)量、創(chuàng)新能力等綜合進(jìn)行評(píng)判。2.設(shè)計(jì)成績采用百分制。根據(jù)考核內(nèi)容，實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真地給出成績分?jǐn)?shù)。3.成績由平時(shí)表現(xiàn)成績和報(bào)告成績構(gòu)成，各占綜合評(píng)定成績的50%、50%。課程設(shè)計(jì)考核標(biāo)準(zhǔn)如下表。課程成績構(gòu)成及比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則支撐的課程目標(biāo)ABCDE平時(shí)表現(xiàn)成績（20%）工作態(tài)度及出勤情況5050454035≤30目標(biāo)1~4實(shí)踐過程表現(xiàn)5050454035≤30目標(biāo)1~4答辯與實(shí)踐成果成績（80%）語言表達(dá)能力（邏輯、語法）2020181614≤12目標(biāo)1~4實(shí)踐成果質(zhì)量8080726456≤48目標(biāo)47.使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源(一)使用教材馬東升，董寧：《數(shù)值計(jì)算方法》，機(jī)械工業(yè)出版社，2017年