《计算物理学实验》教学大纲

第页《计算物理学实验》教学大纲课程编号：10180226英文名称：ComputationalPhysicsExperiment学分：1学时：总学时32学时，其中实践32学时先修课程：大学计算机、高等数学课程类别：专业必修课程授课对象：物理学专业学生教学单位：数理信息学院修读学期：第7学期一、课程描述和目标计算物理学实验是物理学本科专业的一门专业必修课程，主要研究如何使用数值方法解决已经存在定量理论的物理问题。物理学等领域较少有直接能用解析方式求解的问题，计算物理学正是采用数值计算的方法来进行研究的一门学科。通过本课程的教学，使学生掌握基本理论和算法，如蒙特卡洛方法，分子动力学，基本的数值分析，数值求解微分方程等；掌握基本的物理建模，选择合适的数值算法，写出程序和给出计算结果，并对结果进行一定的分析，写出实验报告，具备的初步的科研能力。通过本课程教学，使学生在知识、能力和素质等方面达到如下教学目标：课程目标1：通过本课程的学习使学生具有严谨治学、求真务实的精神和自律谦让、坚韧不拔的品质，具备计算物理学相关知识的科学素养和健康的心理素质；有较强的综合分析实际问题、应用综合知识解决实际问题的能力。课程目标2：通过本课程的学习使学生系统地掌握线性方程求解、初值问题、数值微分与积分等基本知识、了解计算物理学相关的前沿知识，使学生具有较强的动手能力，能根据实际问题使用合理的算法进行程序开发与设计。课程目标3：通过本课程的学习使学生具备求实、创新的精神；掌握计算物理学的科学思维与研究方法。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重指标点2-2.了解物理学在现代科学体系和技术进步中的重要作用，具备科教兴国的认识和使命感。课程目标11指标点4-1.掌握系统的高等数学、概率与统计、线性代数、数理方法等方面的基本原理、基本知识。课程目标10.3课程目标20.7指标点8-2.要求有较强的实验方案选择能力，能熟练使用仪器；能综合分析实际问题，并初步具备应用综合知识解决实际问题的能力。课程目标10.2课程目标20.6课程目标30.2指标点9-1.有一定的自主设计实验的能力，能验证、探索已有结论。课程目标20.6课程目标30.4三、教学内容、基本要求与学时分配序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1绘图软件与符号计算(1)Gnuplot绘图与Maxima符号运算。要求：必修。2验证课程目标12方程的数值解法(1)应用高斯消去法解方程；(2)应用LU分解法、二分法、牛顿迭代法解方程。要求：必修。4设计课程目标1、23插值与拟合（1）应用三点二次插值与线性拟合法进行插值与拟合。要求：必修。4设计课程目标1、34数值微分与积分(1)数值微分；（2）用复化求积公式、龙贝格求积公式求积分。要求：必修。4设计课程目标1、2、35常微分方程的数值方法（1）初值问题的数值方法；（2）边值问题的数值解法。要求：必修。6综合课程目标1、2、36蒙特卡罗方法（1）随机抽样；（2）方程求根的蒙特卡罗方法。要求：必修。6设计课程目标1、2、37分子动力学方法（1）相互作用势和运动方程；（2）积分算法、宏观量；（3）原子链中的热输运。要求：必修。6综合课程目标1、2、3合计32四、课程教学方法采用集中讲授、分组动手操作等教学方式。学生课前预习，教师对实验的原理、内容及注意事项进行简要讲解，学生分组进行实验操作。五、学业评价和课程考核考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标平时成绩60%实验预习20%每次实验随堂打分，最后按单次平均分计算课程目标1、2、实验操作40%每次实验随堂打分，最后按单次平均分计算课程目标1，2，3操作考试40%根据操作考过程与结果打分课程目标1，2，3六、教材与参考书（一）推荐教材刘金远（著）．计算物理学．北京：科学出版社．2012年6月