автор: Алексеев Владимир Анатольевич
преподаватель Лянторский нефтяной техникум (филиал) федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего образования «ЮГУ»
Рабочая программа по дисциплине Компьютерное моделирование.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Югорский государственный университет» (ЮГУ)
Лянторский нефтяной техникум
(филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Югорский государственный университет»
(ЛНТ (филиал) ФГБОУ ВО «ЮГУ»)
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.02 Компьютерное моделирование
15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
Лянтор 2019 г.
| РАССМОТРЕНО
на заседании ПЦК общеобразовательных, гуманитарных и социально-экономических дисциплин Протокол заседания №____ от _______ 20 _____ год Председатель _____ Т. В. Айдакова |
УТВЕРЖДЕНО
Председатель Методического совета ЛНТ (филиал) ФГБОУ ВО «ЮГУ» ___________ О. В. Кийдан «____» ________ 20 ____ год |
Согласовано: заведующий библиотекой ЛНТ(филиал)ФГБОУ ВО «ЮГУ»
_____________ Авилкина В.В.
Рабочая программа учебной дисциплины Компьютерное моделирование разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальности среднего профессионального образования 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от «18» апреля 2014 г. №349
Разработчик:
Алексеев Владимир Анатольевич — преподаватель высшей квалификационной категории ЛНТ (филиал) ФГБОУ ВО «ЮГУ»
Рецензенты:
1.Внутренний рецензент — Кийдан Ольга Вячеславовна – зам. директора по учебной работе первой квалификационной категории, ЛНТ (филиал) ФГБОУ ВО «ЮГУ»
2.Внешний рецензент – Новоселов Андрей Михайлович – педагог дополнительного образования высшей квалификационной категории МБУДО «Лянторский ЦДО»
СОДЕРЖАНИЕ
| стр. | |
1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ |
4 |
|
6 |
|
10 |
|
11 |
- ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ
15.02.07 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
1.1. Область применения программы
Рабочая программа учебной дисциплины является частью программы подготовки специалистов среднего звена в соответствии с ФГОС по специальности СПО 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).
Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании по программам повышения квалификации.
1.2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: математический и общий естественнонаучный цикл.
1.3. Цели и задачи учебной дисциплины — требования к результатам освоения учебной дисциплины:
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь:
– работать с пакетами прикладных программ профессиональной направленности;
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен знать:
– численные методы решения прикладных задач;
– особенности применения системных программных продуктов.
Результатом освоения дисциплины является овладение следующими общими и профессиональными компетенциями:
OK 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
ПК 4.1. Проводить анализ систем автоматического управления с учетом специфики технологических процессов.
ПК 4.2. Выбирать приборы и средства автоматизации с учетом специфики технологических процессов.
ПК 4.3. Составлять схемы специализированных узлов, блоков, устройств и систем автоматического управления.
ПК 4.4. Рассчитывать параметры типовых схем и устройств.
ПК 4.5. Оценивать и обеспечивать эргономические характеристики схем и систем автоматизации.
1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение примерной программы учебной дисциплины: максимальной учебной нагрузки обучающегося — 168 часов, в том числе: обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося — 112 часов; самостоятельной работы обучающегося — 56 часов.
- СТРУКТУРА И ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
| Вид учебной работы | Объем часов |
| Максимальная учебная нагрузка (всего) | 168 |
| Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 112 |
| в том числе: | |
| практические занятия | 50 |
| Самостоятельная работа обучающегося (всего) | 56 |
| Внеаудиторная самостоятельная работа (выполнение индивидуальных заданий, творческие работы разных видов, поиск информации в сети Интернет, подготовка рефератов, подготовка к практическим занятиям, оформление отчетов по выполненным работам, решение задач и примеров). | 56 |
| Промежуточная аттестация в форме дифференцированного зачета | |
2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины ЕН.02. Компьютерное моделирование
| Наименование разделов и тем | Содержание учебного материала, лабораторные и практические работы, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работ (проект) (если предусмотрены) | Объем часов | Уровень освоения | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||
| Раздел 1.
Основы моделирования |
98 | ||||||||
| Тема 1.1
Общие понятия компьютерного моделирования |
Содержание учебного материала | 6 | |||||||
| 1 | Понятие модели и моделирования. | 2 | |||||||
| 2 | Классификация видов моделирования. | 2 | |||||||
| 3 | Имитационное моделирование. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№1 Модель физиологического состояния человека. №2 Моделирование осциллятора. №3 Движение тела, брошенного под углом к горизонту. №4 Моделирование движения тела в среде с сопротивлением. |
8 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающихся | 6 | ||||||||
| Подготовка реферата на тему: «История развития компьютерного моделирования», «Роль компьютерного моделирования в профессиональной деятельности». | |||||||||
| Тема 1.2 Программирование базовых генераторов псевдослучайных чисел. Методы проверки генераторов случайных чисел | Содержание учебного материала | 8 | |||||||
| 1 | Общие сведения. Арифметические генераторы случайных чисел. | 2 | |||||||
| 2 | Гистограмма частот равновероятного распределения. Статистические оценки параметров распределения. | 2 | |||||||
| 3 | Распределение на плоскости. Критерий 2 Пирсона. | 2 | |||||||
| 4 | Критерий Колмогорова. Критерий серий. Проверка равномерности по косвенным признакам. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№5 Изучение базовых генераторов случайных чисел. №6 Проверка качества генераторов случайных чисел. |
4 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающихся | 8 | ||||||||
| Подготовка реферата на тему: «Покер-тест»,
Подготовка реферата на тему: «Критерий коллекционера». |
|||||||||
| Тема 1.3
Методы моделирования случайных величин с заданным законом распределения |
Содержание учебного материала | 8 | |||||||
| 1 | Метод обратных функций. Метод кусочно-линейной аппроксимации. | 2 | |||||||
| 2 | Моделирование случайной величины по эмпирическим данным. Метод отбора. | 2 | |||||||
| 3 | Генерация нормально распределенных случайных величин. | 2 | |||||||
| 4 | Генерация случайных величин со специальными законами распределения. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№7 Генерирование случайных величин с заданным законом распределения. №8 Генерирование случайных величин с нормальным законом распределения. №9 Генерирование случайных величин с часто используемыми законами распределения. |
6 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающихся: | 8 | ||||||||
| Подготовка реферата на тему: «Метод Марсальи и Брея».
Подготовка реферата на тему: «Метод Бокса и Маллера». Подготовка реферата на тему: «Моделирование распределения Вейбулла». |
|||||||||
| Тема 1.4
Моделирование дискретных событий и распределений. Моделирование с помощью метода статистических испытаний |
Содержание учебного материала | 14 | |||||||
| 1 | Моделирование произвольного дискретного распределения. Моделирование распределения Бернулли. | 2 | |||||||
| 2 | Моделирование биноминального распределения. Моделирование случайной величины с геометрическим распределением. | 2 | |||||||
| 3 | Моделирование распределения Пуассона. Моделирование простого события. | 2 | |||||||
| 4 | Моделирование полной группы несовместных событий. Моделирование сложных событий. | 2 | |||||||
| 5 | Метод Монте – Карло. | 2 | |||||||
| 6 | Одномерное случайное блуждание. Двумерное случайное блуждание. | 2 | |||||||
| 7 | Простое случайное блуждание с поглощающими экранами. Модель падения дождевой капли. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№10 Моделирование дискретного распределения. №11 Моделирование случайных событий. №12 Метод Монте-Карло. №13 Моделирование случайных блужданий. |
8 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающихся: | 14 | ||||||||
| Подготовка реферата на тему: «Персистентное случайное блуждание», «Примеры моделей корреляционного и регрессионного анализа», «Примеры имитационных моделей», «Примеры моделей случайных процессов». | |||||||||
| Раздел 2. Математическое моделирование | 37 | ||||||||
| Тема 2.1
Основы математического моделирования |
Содержание учебного материала | 14 | |||||||
| 1 | Элементарные функции и их свойства. | 2 | |||||||
| 2 | Матрицы. | 2 | |||||||
| 3 | Численные методы решения уравнений. | 2 | |||||||
| 4 | Системы уравнений. | 2 | |||||||
| 5 | Аппроксимация. Интерполяция и экстраполяция. Метод наименьших квадратов. | 2 | |||||||
| 6 | Численное интегрирование. | 2 | |||||||
| 7 | Дифференциальные уравнения. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№14 Решение нелинейного уравнения методом хорд. №15 Решение нелинейного уравнения методом Ньютона. №16 Решение систем линейных уравнений. №17 Решение систем линейных уравнений методом Гаусса в среде программирования. №18 Решение систем линейных уравнений методом Крамера. №19 Методы аппроксимации. Реализация метода наименьших квадратов в Excel. №20 Вычисление определенного интеграла методом Симпсона. №21 Решение задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений 1-го порядка методом Эйлера. |
16 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающихся | 7 | ||||||||
| Решение задач линейных уравнений; Решение задач нелинейных уравнений;
Решение задач дифференциальных уравнений; Вычисление интегралов. |
|||||||||
| Раздел 3. Моделирование систем | 33 | ||||||||
| Тема 3.1 Моделирование систем массового обслуживания | Содержание учебного материала | 4 | |||||||
| 1 | Основные характеристики систем массового обслуживания. Системы с одним устройством обслуживания. | 2 | |||||||
| 2 | Многоканальные системы массового обслуживания. Замкнутые системы массового обслуживания. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№22 Моделирование систем массового обслуживания. |
2 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающегося | 5 | ||||||||
| Подготовка реферата на тему: «Компьютерное моделирование систем массового обслуживания». | |||||||||
| Тема 3.2.
Пакеты имитационного моделирования. Планирование компьютерного эксперимента |
Содержание учебного материала | 8 | |||||||
| 1 | Стратегическое и тактическое планирование эксперимента. | 2 | |||||||
| 2 | Применение теоремы Чебышева. Оценивание дисперсии совокупности. Автокоррелированнные данные. | 2 | |||||||
| 3 | Пакеты имитационного моделирования MVS, Simulink, Arena , Pilgrim, Matcad, GPSS World. | 2 | |||||||
| 4 | Графическое 3D-моделирование в Компас. Графический редактор Gem. | 2 | |||||||
| Практические занятия
№23 Моделирование процессов управления предприятием. №24 Вычисления в Matcad. Построение графиков функций. №25 Построение тел вращения в Компас 3D. |
6 | ||||||||
| Самостоятельная работа обучающегося | 8 | ||||||||
| Подготовка реферата на тему: «Оптимизационное моделирование в Excel»,
Подготовка реферата на тему: «Геометрическое и графическое моделирование в Компас 3D», Подготовка реферата на тему: «Структурное моделирование на примере построения графов», Подготовка реферата на тему: «Моделирование в среде Simulink». |
|||||||||
| Всего: | 168 | ||||||||
Для характеристики уровня усвоения учебного материала используются следующие обозначения:
- ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);
- репродуктивный (выполнение деятельности по образу, инструкции или под руководством);
- продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач)
- УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению
Реализация программы учебной дисциплины требует наличия кабинета основ компьютерного моделирования.
Кабинет оборудованный: Автоматизированное рабочее место с подключением к сети Интернет -14,
проектор – 1, сканер CANON, ноутбук ASUS, экран переносной, стенды-4,
презентации к учебным занятиям.
Перечень лицензионного программного обеспечения
— Microsoft Office 2010 Russian Academic OPEN, № 4828965128 от 03.2011
— Microsoft Windows Professional 7 Russian Upgrade Academic OPEN, № 48746215 05.07.2011
— Dr. Web Desktop Security Suite (Комплексная защита) + ЦУ LBW-DC-24M-101-A1
PASCAL ( программа программирования)
MYTEST (программа тестирования)
ELECTRONICS WORKBENCH (программа схемотехники)
MVS (программа моделирования)
3.2. Информационное обеспечение обучения
Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополни-
тельной литературы
Основные источники:
- Градов, В. М Компьютерное моделирование [Электронный ресурс]: учебник / В.М. Градов, Г.В. Овечкин, П.В. Овечкин, И.В. Рудаков. — М.: КУРС: ИНФРА-М, 2018. — 264 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа: https://znanium.com/bookread2.php?book=911733
- Овечкин, Г. В Компьютерное моделирование [Текст]: учебник/ Г. В. Овечкин.- М — Академия, 2015. – 224 с.
Дополнительные источники:
- Колдаев, В.Д Численные методы и программирование [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Д. Колдаев под ред. Л.Г. Гагариной. — М.: ИД «ФОРУМ»: Инфра-М, 2019. — 336 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа: https://znanium.com/bookread2.php?book=1003943
- Колдаев, В.Д Основы алгоритмизации и программирования [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Д. Колдаев под ред. Л.Г. Гагариной. — М.: ИД «ФОРУМ»: Инфра-М, 2019. — 414 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа: https://znanium.com/bookread2.php?book=980416
Интернет ресурсы:
- . Официальный сайт Компас-3Д www.kompas.ru
- . Сайт для матлаберов www.matlaber.ru
- . Матричная лаборатория Matlab www.matlab6.ru
- www.osp.mesi.ru (сайт учебного процесса МЭСИ)
- http://www.gpss.ru (язык GPSS)
- http://www.arenasimulation.com (язык Arena)
- КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных заданий.
| Результаты обучения
(освоенные умения, усвоенные знания) |
Формы и методы контроля и оценки результатов обучения |
| уметь:
— работать с пакетами прикладных программ профессиональной направленности; |
Текущий контроль в форме:
Комбинированный: практикум по моделированию, поиск информации в сети Интернет, сохранение и преобразование информации. Индивидуальный: проектная (исследовательская работа). Групповая: заслушивание и защита рефератов; оценка результатов практических работ на умение использовать различные системы моделирования; |
| знать:
— численные методы решения прикладных задач; |
Текущий контроль в форме:
Комбинированный: тестирование, устный опрос, составление конспекта; решения примеров и задач. |
| — особенности применения системных программных продуктов. | Текущий контроль в форме:
Индивидуальный: проектная (исследовательская работа); оценка результатов самостоятельной работы на знание особенностей программных продуктов и численных методов решения прикладных задач и методов исследования моделей. |
Оценка индивидуальных образовательных достижений по результатам текущего контроля производится в соответствии с универсальной шкалой (таблица).
| Процент результативности (правильных ответов) | Качественная оценка индивидуальных
образовательных достижений |
|
| балл (отметка) | вербальный аналог | |
| 90÷100 | 5 | отлично |
| 80÷89 | 4 | хорошо |
| 70÷79 | 3 | удовлетворительно |
| менее 70 | 2 | не удовлетворительно |
