Гоувпо «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» Факультет математический

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»

Факультет математический

Кафедра систем автоматизированного проектирования

УТВЕРЖДАЮ

Декан математического факультета

проф. ______________ И. И. Чучаев

«____»_______________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ МАТЕМАТИКИ

Наименование магистерской программы: Математическое и программное обеспечение вычислительных машин

Направление подготовки 010400.68 Прикладная математика и информатика

Квалификация (степень) выпускника Магистр

Форма обучения Очная

г. Саранск – 2011 г.

1. 
   Цель освоения дисциплины
   

Целью освоения дисциплины является получение представление о современных системах компьютерной математики и овладение всеми стандартными приемами работы в системе MATLAB.

2. 
   Место дисциплины в структуре ООП ВПО
   

Данная дисциплина относится к циклу М.2 Профессиональный цикл.

Для изучения данной дисциплины магистрант должен получить необходимые знания, умения и компетенции, которые формируются в результате изучения перечисленных ниже дисциплин.

Перечень дисциплин, изучение которых должно предшествовать изучению данной дисциплины:

• 
  Иностранный (английский) язык;
  
• 
  Математический анализ I (функции одной переменной);
  
• 
  Алгебра и геометрия;
  
• 
  Дифференциальные уравнения;
  
• 
  Теория вероятностей и математическая статистика;
  
• 
  Численные методы;
  
• 
  Основы информатики;
  
• 
  Языки и методы программирования;
  
• 
  Архитектура компьютеров.
  

Знания и умения, полученные в результате освоения данной дисциплины, будут использоваться при подготовке магистерской диссертации, а также в научной и практической деятельности после окончания университета.

3. 
   Требования к результатам освоения дисциплины
   

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

• 
  способность использовать углубленные теоретические и практические знания в области прикладной математики и информатики (ОК-3);
  
• 
  способность проводить научные исследования и получать новые научные и прикладные результаты (ПК-1);
  
• 
  способность разрабатывать концептуальные и теоретические модели решаемых научных проблем и задач (ПК-2);
  
• 
  способность углубленного анализа проблем, постановки и обоснования задач научной и проектно-технологической деятельности (ПК-3).
  

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать: современные системы компьютерной математики и их функциональные возможности; назначение, структуру и функциональные возможности системы MATLAB;

уметь: решать основные задачи математического анализа и алгебры с помощью системы MATLAB;

владеть: технологиями создания, тестирования и отладки M-файлов и моделей Simulink.

4. 
   Структура и содержание дисциплины
   

№ п/п	Раздел учебной дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы и трудоемкость (в часах)			Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)	Форма промежуточной аттестации
				лекц.	лаб. зан.	СРС
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Введение	1	1 1, 2 1, 2	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (1, 2 недели)
2	Среда разработки системы MATLAB	1	3 3, 4 3, 4	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (3, 4 недели)
3	Решение математических задач в системе MATLAB	1	5 5, 6 5, 6	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (5, 6 недели)
4	Программирование в системе MATLAB	1	7 7, 8 7, 8	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (7, 8 недели)
5	Принципы работы системы Simulink	1	9 9, 10 9, 10	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (9, 10 недели)
6	Среда разработки системы Simulink	1	11 11, 12 11, 12	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (11, 12 недели)

1	2	3	4	5	6	7	8	9
7	Создание моделей в системе Simulink	1	13 13, 14 13, 14	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (13, 14 недели)
8	Создание маскируемых блоков в системе Simulink	1	15 15, 16 15, 16	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (15, 16 недели)
9	Отладчик моделей в системе Simulink	1	17 17, 18 17, 18	2	4	6	проверка выполнения лабораторных работ и контрольных заданий (17, 18 недели)	экзамен

5. 
   Образовательные технологии
   

Изучение данной дисциплины предполагает использование коллективных способов обучения, технологий личностно-ориентированного, проблемного, модульного и дифференцированного обучения. Для студентов, проявляющих повышенный интерес к изучению дисциплины, возможно применение технологий проектной деятельности и исследовательского обучения. В рамках изучения дисциплины имеют место также интерактивные формы обучения с применением информационных технологий.

6. 
   Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
   

Текущий контроль успеваемости проводится в форме проверки правильности выполнения лабораторных работ. В процессе изучения дисциплины магистрант должен выполнить 18 лабораторных работ, которые выполняются на лабораторных занятиях.

Темы лабораторных работ:

Методические указания для выполнения лабораторных работ имеют вид раздаточных материалов и выдаются магистрантам непосредственно на лабораторных занятиях.

По каждой лабораторной работе магистрант готовит отчет в форме компьютерной презентации, в процессе которой и проверяется правильность ее выполнения. Каждая из лабораторных работ оценивается по 4-балльной системе. При оценивании учитывается правильность выполнения задания и время, за которое оно было выполнено. Если магистрант за выполнение задания получил отметку «неудовлетворительно», то задание возвращается ему на доработку. После доработки задания магистрант может получить отметку не выше, чем «удовлетворительно». Отметки, полученные за выполнение лабораторных работ, суммируются, и вычисляется их среднее значение, которое округляется с недостатком. Полученное значение является отметкой за выполнение практических заданий по дисциплине и учитывается на экзамене наряду с другими отметками, полученными за ответы на вопросы экзаменационного билета.

Самостоятельная работа представляет собой углубленное изучение компьютерной математики в рамках программы дисциплины. Методическим обеспечением самостоятельной работы является литература, представленная в разделе 7 настоящей рабочей программы.

Промежуточная аттестация по итогам освоения дисциплины проводится в виде экзамена. К экзамену допускаются магистранты, выполнившие все лабораторные, и получившие за каждую из них оценку не ниже, чем «удовлетворительно». На экзамене магистрант вытягивает билет, содержащий два теоретических вопроса и одно практическое задание. Список теоретических вопросов приведен ниже.

1. 
   Понятие системы компьютерной математики. Обзор современных систем компьютерной математики.
   
2. 
   Структура системы MATLAB.
   
3. 
   Рабочий стол и инструментальные средства системы MATLAB.
   
4. 
   Импорт и экспорт данных в системе MATLAB.
   
5. 
   Редактирование и отладка M-файлов.
   
6. 
   Создание матриц и выполнение основных операций над ними в системе MATLAB.
   
7. 
   Решение задач алгебры в системе MATLAB.
   
8. 
   Статистический анализ данных в системе MATLAB.
   
9. 
   Гармонический анализ в системе MATLAB.
   
10. 
    Численное интегрирование в системе MATLAB.
    
11. 
    Решение дифференциальных уравнений в системе MATLAB.
    
12. 
    Использование разреженных матриц в системе MATLAB.
    
13. 
    Программирование M-файлов.
    
14. 
    Специальные типы данных в системе MATLAB (строки, многомерные массивы, структуры, массивы ячеек).
    
15. 
    Основы объектно-ориентированного программирования в системе MATLAB.
    
16. 
    Основные понятия системы Simulink (блок, модель, время, состояние, сигнал).
    
17. 
    Методы блока и модели Simulink.
    
18. 
    Компиляция, компоновка и расчет модели Simulink.
    
19. 
    Решатели в системе Simulink.
    
20. 
    Диагностика пересечения нуля в системе Simulink.
    
21. 
    Алгебраические циклы в модели Simulink.
    
22. 
    Особенности моделирования и расчета дискретных систем в системе Simulink.
    
23. 
    Создание подсистем в Simulink.
    
24. 
    Дискретизация моделей Simulink.
    
25. 
    Использование процедур обратного вызова в системе Simulink.
    
26. 
    Понятие маски блока. Принципы маскирования блока.
    
27. 
    Отладка моделей в системе Simulink.
    

Практические задания разрабатываются по темам лабораторных работ и заранее магистранту не известны. Выполняются практические задания на персональном компьютере.

Для подготовки ответов на вопросы экзаменационного билета магистранту отводится не менее 1 часа времени. Время ответа на вопросы билета – не более 20 минут.

За ответ на каждый вопрос в экзаменационном билете магистранту выставляется отметка:

• 
  «отлично», если дан полный развернутый ответ на теоретический вопрос или если безошибочно выполнено практическое задание;
  
• 
  «хорошо», если дан неполный ответ на теоретический вопрос и в процессе дальнейшего собеседования магистрант отвечает на все дополнительные вопросы; если практическое задание выполнено с незначительными ошибками и в процессе дальнейшего собеседования магистрант их самостоятельно исправляет;
  
• 
  «удовлетворительно», если дан неполный ответ на теоретический вопрос и в процессе дальнейшего собеседования магистрант отвечает лишь на часть дополнительных вопросов; если практическое задание выполнено с ошибками и в процессе дальнейшего собеседования магистрант не может их самостоятельно исправить;
  
• 
  «неудовлетворительно», если не дан ответ на теоретический вопрос; если не уяснен смысл практического задания или его выполнение содержит грубые ошибки.
  

Итоговая отметка за экзамен складывается из следующих отметок:

• 
  за ответы на вопросы экзаменационного билета;
  
• 
  за ответы на дополнительные вопросы в рамках программы экзамена;
  
• 
  за выполнение практической части дисциплины.
  

Если магистрант получил хотя бы одну неудовлетворительную отметку, то за экзамен выставляется итоговая отметка «неудовлетворительно». В этом случае должна быть проведена переэкзаменовка в соответствии с правилами, установленными в университете.

В противном случае итоговая отметка образуется как средняя перечисленных выше пяти отметок. Дробное число при этом округляется с недостатком.

7. 
   Учебно-методическое и информационное обеспечение учебной дисциплины
   

2. 
   основная литература
   
   1. 
      Дьяконов В. П. Компьютерная математика. Теория и практика / В. П. Дьяконов. – М.: Нолидж, 2000. – 1296 с.
      
   2. 
      Дьяконов В. П. MATLAB R2006/2007/2008. Simulink 5/6/7. Основы применения / В. П. Дьяконов. – М.: СОЛОН-Пресс, 2008. – 800 с. – (Серия «<�Библиотека профессионала»).
      
   3. 
      Дьяконов В. П. MATLAB 6. Учебный курс / В. П. Дьяконов. – СПб.:, Питер, ???? г. – 592 с. – (Серия «Учебный курс»).
      
   4. 
      Дьяконов В. П. MATLAB. Полный самоучитель. / В. П. Дьяконов. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 768 с.
      
   5. 
      Дьяконов В. П. Simulink 5/6/7. Самоучитель / В. П. Дьяконов. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 784 с.
      
3. 
   дополнительная литература
   
   1. 
      Белов В. Ф. Функциональное моделирование в системе компьютерной математики MATLAB : учеб. пособие / В. Ф. Белов, Д. В. Логинов, А. Н. Мадонов. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2006. – 168 с.
      
   2. 
      Дьяконов В. П. Системы компьютерной алгебры Derive. Самоучитель и руководство пользователя / В. П. Дьяконов. – М.: СОЛОН-Р, ???? г. – 320 с. – (Серия «Полное руководство пользователя»).
      
   3. 
      Дьяконов В. П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании (+ CD-ROM) / В. П. Дьяконов. – М.: СОЛОН-Пресс, 2006. – 720 с. – (Серия «Библиотека профессионала»).
      
   4. 
      Дьяконов В. П. MathCAD 11/12/13 в математике. Справочник (+ CD-ROM) / В. П. Дьяконов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 960 с.
      
   5. 
      Дьяконов В. П. Mathematica 5/6/7. Полное руководство / В. П. Дьяконов. – М.: ДМК Пресс, 2009. – 624 с.
      
   6. 
      Дьяконов В. П. VisSim + MathCAD + MATLAB. Визуальное математическое моделирование / В. П. Дьяконов. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 384 с. – (Серия «Полное руководство пользователя»).
      
4. 
   программное обеспечение и Интернет-ресурсы
   
   1. 
      MATLAB Getting Started Guide [Электронный ресурс] // The MathWorks, Inc.: [официальный сайт корпорации]. – [Natick, 2010]. – 280 с. – Режим доступа: http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/matlab/getstart.pdf. – [Документ в формате PDF, доступен для скачивания].
      
   2. 
      Simulink Getting Started Guide [Электронный ресурс] // The MathWorks, Inc.: [официальный сайт корпорации]. – [Natick, 2010]. – 93 с. – Режим доступа: http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/simulink/sl_gs.pdf. – [Документ в формате PDF, доступен для скачивания].
      
   3. 
      Simulink User’s Guide [Электронный ресурс] // The MathWorks, Inc.: [официальный сайт корпорации]. – [Natick, 2010]. – 1880 с – Режим доступа: http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/simulink/sl_gs.pdf. – [Документ в формате PDF, доступен для скачивания].
      

8. 
   Материально-техническое обеспечение дисциплины
   

Для проведения лекционных занятий по учебной дисциплине необходима аудитория на 30 посадочных мест. Лекции проводятся в форме компьютерных презентаций, поэтому аудитория должна быть укомплектована следующим оборудованием:

• 
  портативным персональным компьютером класса «ноутбук» или «нетбук»; на нем должно быть установлено программное обеспечение, включающее операционную систему MS Windows XP (или более поздней версии) и редактор презентаций MS PowerPoint (версии 2002 или более поздней);
  
• 
  настенным экраном или интерактивной доской.
  

Для проведения лабораторных занятий по учебной дисциплине необходима лаборатория на 15 рабочих мест. Каждое рабочее место должно быть оборудовано персональным компьютером конфигурации IBM PC или совместимой с ней, двумя электрическими розетками для подключения системного блока и периферийных устройств и компьютерным столом для их размещения. Все компьютеры должны быть объединены в локальную сеть с возможностью доступа к ресурсам сети Internet.

Каждый компьютер должен иметь следующую аппаратную конфигурацию:

• 
  4-ядерный процессор семейства Intel Core 2 Quad или более производительный;
  
• 
  оперативную память объемом не менее 4 Гб;
  
• 
  жесткий диск объемом не менее 500 Гб;
  
• 
  дисковод оптических дисков класса DVD-RW;
  
• 
  монитор с диагональю не менее 17";
  
• 
  стандартную клавиатуру (102 клавиши или более);
  
• 
  манипулятор «мышь» оптического типа с тремя кнопками и колесом прокрутки;
  
• 
  коврик для манипулятора «мышь» оптического типа.
  

На каждом компьютере должно быть установлено следующее программное обеспечение:

• 
  сетевая операционная система семейства Microsoft Windows (Windows XP или более поздняя);
  
• 
  система компьютерной математики MATLAB версии R13 или более поздней, включающая оба первичных программных продукта (MATLAB и Simulink) корпорации The MathWorks, Inc.
  

Желательно, не реже чем один раз в два года, проводить обновление аппаратного и программного обеспечения лаборатории, поскольку развитие информатики и информационных технологий приводит к их быстрому моральному устареванию, что естественным образом отрицательно повлияет на качество подготовки студентов.

Авторы (разработчики):

кафедра САПР доцент А. Н. Мадонов

^{(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)}

Рецензенты (эксперты):

^{(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)}

Программа ободрена на заседании _______________________________________________________
от «___» _________________ 2011 г., протокол № ___.